多层建筑空间的分层最优路径算法实现

由于多层建筑空间相对于室外环境存在按楼层分层的三维空间特性,在室内路径分析中需考虑楼层空间位置信息对最优路径规划的影响,而传统基于节点之间的网络连通拓扑模型的最优路径规划方法并没有空间概念,不能很好地应用于室内路径分析。为此,针对室内最优路径规划问题,基于多层建筑空间的层次特性,采用分层结构化的方法,提出结构化动态网络分析模式,实现了室内分层最优路径算法。该算法将各楼层路网和楼层连接均视为独立结构,根据停靠点的楼层分布情况,逐楼层动态构建跨越2个楼层的结构化网络模型并以该网络模型进行跨楼层的路径分析,从而得到多层建筑空间中遍历所有停靠点的最优路径。试验结果表明：相比传统最优路径算法,该算法在路径规划结果更加合理的情况下,时间效率有明显提高;另外,结构化动态网络分析模式可根据需求定义不同的楼层转换规则,更具灵活性。该算法可应用于城市大型公共建筑中,让室内路径分析与室外路径分析进行对接,使路径分析更科学、全面、合理。     

基于ArcEngine的三维校园疏散系统研究——以北京师范大学校园为例

以北京师范大学校园为例,Visual Studio 2010作为开发平台,Arc Engine作为开发组件,采用C#语言,结合3DMAX开发了北京师范大学校园安全疏散避难系统,实现了校园建筑物的三维显示以及漫游、属性查询、楼层疏散、疏散路径显示等功能,为更好地进行校园防灾减灾教育和校园安全管理提供了基础信息平台。     

洪灾应急疏散路径规划算法优化

应急疏散是救灾工作的重要环节,合理的路径规划能有效缩短疏散时间,减少人员伤亡.本文以疏散总时间最短为目标,考虑需求控制,容量限制,交通延误,公平分配和资源节约等约束条件,对经典Dijkstra算法进行改进;并采用混合拆分疏散方法,构建洪灾避难应急疏散路径规划模型.运用C#语言编写算法,求解最佳路径,基于自主开发的应急疏散分析工具MiniGIS,对规划路径进行动态模拟,依据反馈逐次优化算法.结果表明:理想算法,延时-改进算法,逆行-改进算法均能为县域尺度的洪灾避难疏散路径选择提供参考,但理想算法适用于组织简单,高度有序的疏散情景,延时-改进算法考虑了除交通拥堵之外的延误,与真实情况更为接近,逆行-改进算法避免了因中途路径调整而出现的"回头路",在时间最短次优的条件下,更有利于疏散过程管理与资源节约,其结果被认为是此次应急疏散路径规划的最优解.     

基于室内路网的跨楼层路径规划技术的设计与实现

随着室内定位技术、BIM-GIS技术和室内地图研究的发展,室内位置服务需求日益旺盛。作为室内位置服务的关键技术之一,室内路径规划成为研究与应用热点。但是早先的路径规划技术往往基于单层网络拓扑模型而设计,由于模型缺少楼层之间的连通信息,而不能实现跨楼层导航算法分析;而后随着跨楼层导航算法的出现,跨楼层的路径规划、导航及定位得以实现,但这些跨楼层导航算法基于楼层连接通达规则,往往需要多次遍历楼层信息,运算效率低下。针对这一问题,本文利用电梯、扶梯、楼梯等楼层间连接信息,设计、实现了基于楼层连接表的室内多层路网分析模型,并采用逐层分析的方法和多次网络分析,实现室内跨楼层的带有多个途经点路径分析。整个技术框架包括跨楼层路网生成模块、位置点接收模块、网络分析模块、循环控制模块。算法方面,本研究采用双向遍历的A*最短路径分析算法,通过网络路径分析,最终将满足约束条件的规划路径显示在移动设备上,帮助用户实现跨楼层、多途经点的定位与路径导航。     

面向室内导航的分层认知路网优化方法

随着室内空间应用规模的增加以及室内定位技术的发展,面向大型场馆等室内空间的应急救援与导航成为室内GIS应用的研究热点,而室内路网构建是室内应急导航服务得以实现的关键技术。本文面向室内导航寻径的这一现实问题,以室内路网动态构建与优化作为研究对象,基于室内空间感知规律以及分层认知的方式,提出和构建了室内单元认知分层编码方法：① 将建筑物室内路网分为街道-建筑物、建筑物-楼层、楼层-区块、区块-房间等4个层次;② 为了满足语义分析的需求,在分析室内单元功能的基础上,引入“虚拟房间单元”,将室内封闭性空间和联系性空间统一剖分为房间单元;③ 依据室内建筑认知分层模型以及室内单元剖分结果,按照建筑物-楼层-分区-房间单元的顺序,从高级到低级的顺序进行连续分层编码。以国内某商业中心为例构建了室内分层认知路网,每一个层次都可以减少参与运算的结点和弧段数,简化了计算网络,从而提高了运算的效率,同楼层寻径时间约为55 ms,跨楼层的寻径时间约为100 ms左右。结果表明,该分层认知编码模型符合人们对室内路网的经验性层次认知,能够很好地刻画路网层次特征,能满足寻径计算的精度和效率的要求,为面向导航的室内应用奠定了基础。     

中小学最优避难疏散模型与选址应用

本文以区位-配给模型理论为指导,以路网疏散距离最短、场地服务容纳量最大为目标,构建最优避难疏散模型,以解决中小学避难场地选址问题。本文从保障学生避难疏散场地的安全性和适宜性角度出发,通过建立环境制约因素模型,对地形坡度、断裂带、河流湖泊、易燃易爆站点、高层建筑物倒塌范围和文物古迹保护范围6大因素进行空间叠加分析,计算了实际的避难需求和供给容量。为减少利用直线距离直接作为疏散道路产生的误差,本文通过对不受影响的路网信息进行网络分析,计算最短疏散道路,以获取实际的路网距离。本文将该方法应用于北京市西城区中小学避难场地选址的优化方案,有效地解决了中小学避难场地选址问题。     

轻量化室内应急疏散信息发布系统研究

室内应急疏散信息对于室内发生紧急情况时的应急处置以及人员逃生非常重要。针对目前室内应急疏散信息存在现势性差、表达方式简单、发布范围小、发布不及时以及不易被关注等问题,设计并开发了一种基于WebGL网络三维可视化技术的轻量化室内应急疏散信息发布系统。该系统以建筑物室内三维模型、室内路径网络为数据源,采用一种多出口室内应急疏散路径规划算法进行逃生路径规划和疏散分区,基于WebGL来搭建轻量化信息发布平台。实验结果表明,该系统能够高效生动地发布室内应急疏散信息,且具有良好的跨平台性,大大提升了人们访问应急疏散信息的便捷性和对安全疏散信息的理解深度。     

基于GIS与多智能体的人群疏散模拟

应急疏散存在复杂性与多变性,传统的模拟方法难以真实刻画应急疏散的复杂动态过程。作为应急疏散领域的新兴研究方向之一,基于多智能体(Multi-Agent)的建模方法通过微观个体的相互作用而产生宏观全局的格局,适合研究应急疏散等复杂问题。本文在复杂适应系统理论的启示下,将多智能体思想引入到人群疏散模拟领域中,将地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)与多智能体技术结合,从空间个体行为的微观角度入手,对疏散动态模拟进行了研究,构建了基于GIS与Multi-Agent技术的疏散仿真模型,呈现了灾害情境下人群的动态疏散过程,实现了GIS空间信息数据的动态表达,对应急预案的制定、救灾设施的建设与管理以及应急疏散工作的开展等具有重大意义。     

基于路网距离的重庆市小区价格空间分异与影响因素研究

小区住宅价格影响深远,关系着城市的吸引力和竞争力,对其空间分布特征和影响机制展开研究具有实际意义.以重庆市主城区为研究区,探究小区房价空间分布模式和规律,对比基于真实路径距离和欧式直线距离构建地理加权回归模型的模拟效果和估计精度,从而揭示各影响因素对小区房价的影响程度和区域差异.结果表明:①重庆市主城小区价格具有空间正相关性,且呈多中心、片区式分布;②城市中心、地铁和购物是影响住宅价格较为重要的因子,地形因素不显著;③各变量的影响在不同空间位置有显著差异,城市中心、地铁、写字楼和江景空间分异现象明显,公交和绿化率标准差较小;④由路网距离度量影响因素能够提供优于直线的真实空间距离,模型解释力更高.     

基于A-star算法的矿井事故救援研究

针对井下不同形状巷道几何空间特征,确立以空间点、线、面为基本图元,以巷道中心线作为三维模型构建的基础框架,建立巷道三维模型。采用启发式路径搜索A-star算法,实现了应急救援路线智能快速选择。实践证明,该方法对于矿井事故定位和救援具有一定的实用性。     

基于几何代数的矢量时空数据表达与建模方法

 针对现有矢量时空数据建模时空分离所导致的时空表达不一致、不统一的问题,运用几何代数理论和统一时空观,对时间、空间与属性进行一体化的表达与建模。构建了时空统一表达的层次体系,并基于面向对象技术和UML方法,探讨了时间、空间与属性等组件的逻辑关系。提出了矢量时空数据时空统一建模流程,定义了相应的数据组织结构与存储结构,实现了对几何代数空间的对象表达与存储,以及常见矢量数据的集成与预处理方法。对上述成果进行整合,建立了相应的原型系统。实验以中国东南地区级行政区演化序列数据为例,实验结果验证了本文提出方法在时空数据的统一建模与表达方面的可行性,能够有效支撑变化检测等时空分析方法的构建与实现,为时空GIS的发展提供理论参考与方法借鉴。     

面向智能导游的双加权图模型及其路径规划

景区游览线路是游客游览不同景点的有效选择路径。在导航系统中通常结合各景点POI(Point of Interest)和景区路网的路径规划而生成,但是,针对具有一定范围与多出入口的景点(如建筑物类景点),单一的POI坐标描述机制规划产生的游览路径,往往与智能导游应用中实际可行的最优游览路径存在明显差异。本文分析了景点大小、多出入口等特征对景区游览路径规划的影响,提出了顶点和边的权重均可动态选择的景区双加权图模型,突破了单一POI描述机制的限制。同时,讨论了景区双加权图模型的化简、构建方法,并以Dijkstra算法和Prim算法为基础,给出了其最优路径规划求解算法。实验表明,本文模型及其最优路径规划算法所得结果更为优化与合理,具有较少的游览规划距离和更为紧凑的游览过程安排。     

利用双重索引快速构建道路网络连通拓扑

路网拓扑关系的生成是进行最优路径规划的基础。本文针对ISO GDF4.0模型对道路连通拓扑的定义,结合最优路径规划对道路网络连通拓扑的要求,提出一种使用R-tree空间索引和B-tree索引双重索引方式快速生成道路连通拓扑的算法。连通拓扑快速构建算法包括新道路生成和网络拓扑提取两部分,新道路生成过程中,首先,自上而下地打断道路形成直线段集并求交点,然后,自下而上地重构直线段集以生成新道路。在打断道路求交点过程中,对道路建立R-tree空间索引,显著提高了几何要素的查找速度。在网络拓扑提取过程中对序列化数据建立B-tree索引,使得其查找速度大大加快。通过对双重索引算法的时间复杂度分析与验证表明,本文提出的拓扑生成算法具有较高的执行效率。     

基于纹理数据和SCSG-BR表示的城市建筑物混合 建模

随着城市建设的迅猛发展,城市建筑物建模的复杂性和实景化要求越来越高。因此,进行高精度的城市建筑物建模,建立有效的数据结构成为一项具有挑战性的工作。针对结构实体几何（Constructive Solid Geometry, CSG）模型建模的局限性,本文提出了一种结合CSG和BR（Boundary Representation）的混合建模方法。该方法改进传统的CSG为“空间CSG（SCSG）”,利用维度扩展的九交模型（DE-9IM）表示体元间的拓扑关系,确定唯一的SCSG树来表示城市建筑物的外部结构,同时用BR表示城市建筑物几何要素间的拓扑关系。然后,本文结合文件数据库和关系数据库来联合管理模型数据。关系数据库存储模型和纹理的属性信息;文件数据库存储模型和纹理图像。在存储和调用纹理影像时,关系数据库中的面ID将城市建筑模型ID和纹理ID关联,纹理图像和城市建筑模型同时被加载和存储。另外,本文采用最小二乘法对建筑物多边形进行正交化和拓扑调整处理,以保证模型数据的精确性。本文选择美国科罗拉多州丹佛地区和瑞士苏黎世地区的数据进行实验,并根据不同的建模方法进行模型加载耗时的比较,证明本文提出的方法耗时较少。实验结果表明,该混合建模方法不仅可以有效地表示实体的拓扑关系,还可以加快纹理加载,实现建筑物的快速精确建模,有效实现空间查询。     

基于多任务学习的高分辨率遥感影像建筑提取

建筑物的自动提取对城市发展与规划、防灾预警等意义重大。当前的建筑物提取研究取得了很好的成果,但现有研究多把建筑提取当成语义分割问题来处理,不能区分不同的建筑个体,且在提取精度方面仍然存在提升的空间。近年来,基于多任务学习的深度学习方法已在计算机视觉领域得到广泛应用,但其在高分辨率遥感影像自动解译任务上的应用还有待进一步发展。本研究借鉴经典的实例分割算法Mask R-CNN和语义分割算法U-Net的思想,设计了一种将语义分割模块植入实例分割框架的深度神经网络结构,利用多种任务之间的信息互补性来提升模型的泛化性能。自底向上的路径增强结构缩短了低层细节信息向上传递的路径。自适应的特征池化使得实例分割网络可以充分利用多尺度信息。在多任务训练模式下完成了对遥感影像中建筑物的自动分割,并在经典的遥感影像数据集SpaceNet上对该方法进行验证。结果表明,本文提出的基于多任务学习的建筑提取方法在巴黎数据集上建筑实例分割精度达到58.8%,在喀土穆数据集上建筑实例分割精度达到60.7%,相比Mask R-CNN和U-Net提升1%~2%。     

基于SilverLight和REST的富网络地理信息系统框架设计

 在WebGIS的快速发展过程中,其架构方法和实现技术的研究一直是人们关注的热点。本文针对传统WebGIS开发复杂度高、交互体验性贫乏、运行效率低等不足,在对RIA/SilverLight和REST技术的研究基础上,以整体结构模块化,开发行为统一化,代码可复用及经验可复用的指导思路下,提出由空间数据服务器(数据访问层DAL)、GIS服务和Web服务服务器(业务逻辑层BLL)及部署有SilverLight插件的浏览器(表现层UI)组成的3层架构式富网络地理信息系统,并阐述了数据层中空间属性数据库的设计和建立步骤以及优化经验,分析了业务逻辑层的构成和运行机制,为提高系统开发效率使用MVVM(Model-View-View Model,模型－视图－视图模型)设计模式,将表现层分为前端用户界面和后台逻辑两部分,并描述了用户熟悉的Office Ribbon设计样式的开发方法,说明了后台逻辑架构组件各自功能及通讯路径。最后,为验证此框架能够有效提高系统开发效率、丰富用户体验和改善系统运行性能表现等优势,利用SilverLight(C#)实现了应用实例——LightGIS。系统开发和运行实验表明,该框架能够很好地达成以下目的:(1)实现优美的用户操作界面和丰富的互操作性体验;(2)提供平滑、流畅的地图服务和高响应性空间分析;(3)具备优秀的系统可扩展潜力和可配置性。     

基于Web GIS的数字社区空间管理与应用——以北京市回龙观小区为例

随着我国城市化水平的不断提高,在城市中出现了大量的住宅社区,并引入了社区智能管理系统,但在数字社区建设过程中,通过地理信息技术进行社区的空间管理、信息查询和定位分析的研究案例还不多见,本文主要通过地理信息技术和空间数据库技术,利用WebGIS方法,以北京市回龙观居住小区为研究实例,将空间信息融入社区管理系统中,实现对社区空间信息的有效管理,并探讨其在技术上的可行性及实现的途径和主要方法。     

基于局部空间信息KFCM的遥感图像聚类算法

针对模糊C均值(Fuzzy C-Means, FCM)算法,不能有效地对夹杂噪声的遥感图像聚类的问题,本文提出了一种基于局部空间信息核模糊C均值(Kernel Fuzzy C-Means, KFCM)的遥感图像聚类算法。首先,运用核函数将遥感图像的所有像元映射到高维特征空间,通过非线性映射优化遥感图像的有用特征;然后,根据相邻像元之间的相关性,利用一种空间函数重新定义像元的模糊隶属度,将像元的局部空间信息引入到FCM算法中,并在高维特征空间中使用这种基于局部空间信息的FCM算法对像元聚类。由于引入了像元的局部空间信息,算法可以直接应用于原始遥感图像,不需要滤波预处理。大量实验结果表明,本文提出的基于局部空间信息KFCM的遥感图像聚类算法具有较强的抗噪能力,可得到较好的同质区域,优于现有的FCM算法、模糊局部信息C均值(Fuzzy Local Information C-Means, FLICM)算法及KFCM算法。