基于城市斑块的空间城市人口潜能模拟——以京津冀为例

城市潜能是城市空间相互作用的一个量化指标,用以表征区域内任一地点所受到的周围所有城市的作用合力。以城市人口规模作为潜能计算指标的城市潜能即为城市人口潜能。由于在地理信息系统中通常以点代表城市的空间位置,以点的属性字段存储城市人口数量,因此,城市人口潜能模拟最便捷的方法是建立基于城市点源数据的空间分析模型,但这种方法存在明显不足:(1)国家基础地理信息数据库中的城市点位经纬度绝大多数与现实中的城市人口质心不吻合;(2)多数城市通常都由空间上相互分离的多个城市用地斑块构成,城市辖区内部的斑块与斑块之间也存在相互作用。本文通过将独立的城市斑块作为基本空间分析单元来设计基于城市人口潜能的模拟技术方案,提出了斑块分层方法,构建了京津冀时间耗费栅格面,通过python建模技术,在ArcGIS平台上实现了对京津冀城市人口潜能的精细化数值模拟。     

最小二乘定权方法对流动重力计算结果的影响

在处理流动重力观测数据时,采用最小二乘方法解算由权系数和观测值组成的超定方程组,得到最优权值,并利用最优权计算重力值。结果表明,等权方法计算得到的结果点值精度不高,但包含了较全的重力异常地震分析预报信息;不等权方法计算得到的结果点值精度较高,但削弱了有用的重力异常地震分析预报信息;最小二乘方法计算得到的结果不但有较高的点值精度,对M_S4.0及以上地震的分析预报效果也最优。     

栅格成本距离计算的改进蚁群算法

栅格数据模型是地理信息科学领域的主要数据模型,成本距离分析是其重要的应用方向之一。但当栅格数据量较大时,传统的Dijkstra求解效率较低,因此本文提出了一种用改进蚁群算法来求解栅格成本距离的方法。首先,构建了适合人工智能算法的栅格数据模型及编码方法;然后,在此基础上初始化蚁群,采用状态概率选择机制计算相邻栅格单元之间距离成本,以及距离成本路径方向选择,同时利用改进的信息素更新机制加强蚁群之间信息交流,加快算法收敛速度;最后,引入了遗传算法的选择、交叉和变异等算子优化生产的成本距离的解,增加解的全局性。本文以北极地区的海冰密集度栅格数据为基础,求解北极地区适合航行路线的成本距离。实验表明,结合了蚁群算法和遗传算法优势的改进蚁群算法,能够快速有效地求解出基于栅格数据的成本距离。     

栅格地理计算并行算子对区域计算算法并行化的可用性分析——以多流向算法为例

栅格地理计算并行编程库的研发有助于实现对栅格地理计算算法的并行化。在现有的研究中,Qin 等(2014)设计并初步研发的栅格地理计算并行算子(PaRGO),在设计思路上能较好地隐藏与并行编程软硬件环境相关的复杂细节,实现栅格地理计算通用步骤的并行化,且较其他类似思路的编程库而言,PaRGO能兼容多种常用的并行计算平台,具有明显优势。但PaRGO目前在设计上仅直接支持本地、邻域及全局计算特点的栅格地理计算算法并行化,对于更为复杂的区域计算特点算法并行化的支持能力尚未探究。对此,本文选取栅格数字地形分析中具有区域计算特点、递归设计的多流向算法为算例,利用PaRGO进行并行化设计、实现及测试,以计算时间、相对加速比和相对并行效率为定量指标。通过可运行性和并行性能进行评价,结果表明:PaRGO虽然不能直接支持对递归的多流向算法进行并行化,但在根据多流向计算的原理将该递归算法转变为非递归的设计之后,可将算法由原区域计算改造为邻域迭代计算,就能利用PaRGO 实现并行化,并得到较好的并行效果。在集群环境下,MPI版本并行程序的并行效果优于MPI/OpenMP混合版本。     

一种快速稳健的标靶球定位方法

为解决点云配准中传统定位方法计算复杂、崩溃率有限等问题,提出一种快速稳健的标靶球定位方法。首先结合加权Hyper方法和截断最小二乘法LTS,引入截断参数;然后通过抽样得到子集,并最小化子集中点云的忠实距离平方和;最终得到快速稳健的估计球面参数。结果表明,该算法能够得到准确的球心坐标,与稳健总体最小二乘法和M估计法相比,该算法的崩溃率和计算效率显著提高。     

基于网格模板的最小欧式距离准则图像自动拼接技术

提出一种结合网格模板和最小欧式距离准则的图像自动拼接方法。方法选取图像重叠部分作为处理对象，运用边缘检测自动获取基准图像特征块，并提出基于网格模板的最小欧式距离准则用于计算匹配点，最后使用图像融合技术消除接缝。应用证明该方法拼接准确快速，实现简单，适合大部分图像拼接应用的需要。     

基于地形数据的长距离越野路径快速规划方法研究

越野环境下机动车辆的快速路径规划在野外搜救、应急抢险及军事作战等领域均具有重要意义,在以上场景中,随着空间维数的增加,传统路径搜索算法计算复杂性急剧增长,可能无法在既定时间内求解可靠路径。为解决上述不足,本文结合越野路径规划不受路网通行限制以及两点之间直线最短的特点,提出以方向指向作为搜索策略的启发式算法,该算法搜索效率大幅提升,却难以保证求解质量。为进一步提高求解质量,提出了带有方向指向的Dijkstra分段算法,该算法在较低精度环境模型下通过Dijkstra算法找到最优路径,并将该路径进行分段,各分段以方向指向作为搜索策略进行路径搜索,从而在长距离越野路径规划中快速规划通行方案。为验证该算法的有效性,本文利用山西省某市的数字高程模型数据进行实验,引入了窗口移动法对地形进行先期的坡度计算和通行性分析,构建越野环境模型,调用路径搜索算法进行规划。实验结果表明,本文所提算法相比Dijkstra算法计算效率得到了大幅提升,且规划路径的长度接近于最优解。     

基于最优路径策略方法快速计算字符串编辑距离

传统编辑距离算法采用动态规划方法用一个维度大小分别为源字符串长度和目标字符串长度的二维数组保存计算过程中求得编辑距离值。这种传统求解方式在时间效率和空间效率上开销较大,限制了编辑距离算法在长字符串中地应用。针对传统方法存在的问题,经深入研究编辑距离的求解过程,发现在某个关键区域内存在一条最优路径,通过确定最优路径所在关键区域可以快速地求解两字符串之间的编辑距离值。实验表明,方法在计算两字符串之间的编辑距离与传统方法相比可以降低问题的求解规模,提高算法的时间效率和空间效率。所描述的方法同样适用于图论中使用动态规划方法求解一般问题地应用,比如最优分配问题和背包问题等。     

栅格地图信息量计算方法的验证分析

论文回顾了地图信息量计算方法的研究现状,引出了Wu等人的栅格地图信息量计算方法。栅格地图信息量计算方法摆脱了传统Shannon熵理论的束缚,将地图的信息量视为图中所有像元与周围像元视觉均差之和。由于栅格地图信息量计算方法难以用数学的方法来证明,论文分别以1:400万全国矢量数据和黄河三角洲的ECW影像数据为例,计算了它们在不同尺度下固定视窗内的信息量。两组实验均表明:用吴氏栅格地图信息量计算方法得到信息量值与人所认知的信息量间有一定的线性关系。最后论文展望了吴氏栅格地图信息量计算方法的应用前景。     

基于共轭梯度搜索的病态问题处理方法

在最小二乘平差准则基础上，把病态平差问题转化为无约束的二次规划问题，并利用优化理论分析病态对平差解的影响。通过共轭梯度搜索算法在可行域中寻找最优步长因子，自动寻找最速下降方向，并给出迭代初值的设置方法。分析近似计算中病态问题与局部最优解的关系，讨论局部最优解的快速迭代方法，并通过实例验证算法的有效性，计算迭代的速度。由于整个过程没有对法方程系数矩阵进行求逆计算，该算法可用于处理大规模系数矩阵高病态的平差问题。     

基于粒子滤波的行车轨迹路网匹配方法

行车轨迹是一种时间序列的地理空间位置采样数据,而传统的轨迹—路网匹配方法主要以全局或局部寻优的方式建立轨迹—路网匹配关系,影响了时空场景中数据的匹配计算过程的相对独立性。针对这个问题,本文基于粒子滤波（Particle Filter,PF）原理建立行车轨迹与道路网络之间的匹配关系。首先,沿轨迹中车辆运动方向在道路网络中搜索邻近道路节点,在与道路节点拓扑邻接的道路弧段上初始化随机生成粒子,根据轨迹中车辆运动模型将粒子沿所在道路弧段移动;然后,基于PF原理计算各时刻粒子运动状态及与行车轨迹采样点之间的距离误差,根据高斯概率密度函数计算粒子权重并利用随机重采样方法进行粒子重采样,迭代更新粒子运动状态;最后,计算与搜索到的道路节点拓扑邻接的每条道路弧段中累计粒子权重,通过各道路弧段累计权重计算轨迹—路网匹配关系。以行车轨迹进行实验表明,利用本文方法可以通过粒子时空变化反映采样点的移动,行车轨迹—路网匹配结果的正确率大于85%,能够实现行车轨迹和路网的准确匹配。     

并行栅格数据处理网格服务节点软件的关键技术

提出了栅格数据处理共享环境的概念,它包括栅格数据计算节点内部集群环境中的共享内存、共享处理器、共享硬盘、共享显示等方面的技术和计算节点间的远程图像对象调用技术。前者通过在近于操作系统层为用户提供一个便于编程、效率高的图像并行处理接口(API),屏蔽用户对操作系统层的系统调用,使用户在编程时只关心图像处理算法正确性和精度。后者通过远程对象调用技术在中间件层实现对象间的分布式计算,从而对程序员屏蔽了系统的分布性和异构性。最后介绍了基于该共享环境构建的空间信息栅格服务节点软件的体系结构,即构建空间信息栅格网格服务节点的框架。     

基于信息熵的岩溶水监测网优化: 以徐州市典型水源地为例

在各级水利与自然资源部门地下水监测数据共享机制逐步完善背景下，针对日益凸显的原有监测系统中存在的监测井布局不合理问题以及岩溶含水系统具有的非均质性和各向异性特征，选取徐州市丁楼-茅村和七里沟2个典型水源地，分别采用互信息-距离（T-D）和最大信息最小冗余（MIMR）模型对研究区监测网信息冗余性和最优监测井组合进行了研究。结果显示:丁楼-茅村水源地水位监测数据离散程度、信息熵、信息传递量和信息衰减速率均大于七里沟水源地，2个水源地在ε取10-1时的水位信息有效传递距离分别为4.7，4.8 km，指示出两地相似的岩溶发育程度和水力传导性能。通过对比监测井控制范围的实际值和理论值发现2个水源地监测井之间均存在信息冗余。现有监测条件下，丁楼-茅村水源地最优监测井数为6眼，最优监测井组合为D1-D2-D4-D5-D7-D9；七里沟水源地最优监测井数量为5眼，最优组合为Q1-Q3-Q4-Q5-Q7。将优化结果与原监测网相比，2个水源地监测井数量均减少3眼，分别能提供原监测网信息总量的98.5%，94.9%，监测网控制范围分别下降0.4%，1.2%，信息冗余量分别减少49.0%，56.4%。表明优化后的监测网能够提供与原站网相当的信息量和控制范围，同时可以显著降低信息冗余度与监测成本。      

基于补偿最小二乘的平面点云拟合方法

采用补偿最小二乘进行估计解算,同时兼顾参数和非参数两类因素,极大地提高了平面点云拟合精度。通过对斜面、水平面和垂直面3种平面分别使用最小二乘方法、特征值方法以及补偿最小二乘方法进行拟合,结果显示,补偿最小二乘方法的拟合效果最优。     

基于自适应簇中心选择的文本聚类算法研究

为解决传统的K-means算法需要人工确定K值和随机选取初始簇中心容易陷入局部最优的问题,提出自适应簇中心选择算法.首先将任意选取的一篇文档和与其距离最远的文档作为初始簇中心聚类得到2个大类并重新计算簇中心,然后,找出与新的簇中心距离大于设定阈值的文档并依据文档距离判断是否需要增加新的类别,迭代上述过程确定聚类簇中心及类别数.实例验证结果表明,提出的算法与改进的K-means算法相比,在聚类结果的质量和算法收敛的速度上都有明显的改善.     

加权总体最小二乘点云平面拟合定权方法探讨

针对加权总体最小二乘点云数据平面拟合方法中缺少统一定权准则的问题,提出以先验入射角及距离定权两种方法。利用稳健估计构造了基于强度值定权的稳健加权最小二乘、基于先验入射角定权的加权最小二乘与基于距离定权的加权最小二乘3种新的平面拟合算法,并应用于拟合扫描不同反射材质获取的平面点云数据。算例表明,〖JP2〗以距离定权构造的距离加权总体最小二乘法的各项精度指标均优于其他算法,拟合效果最好。     

基于边界替代的人口数据空间化方法研究

首先将山东省各县市按级别分类,利用回归方法得到不同级别县市的城镇居住密度与农村居住密度,然后根据乡镇驻地位置,构造Voronoi图来替代乡镇边界。在此基础上利用各乡镇人口数据与居民点数据计算得到各 Voronoi图形的居住密度,并将该密度赋予每个图形的发生点(即乡镇驻地位置),而后利用反距离插值算法,并结合窗口移动平均处理,得到全省的居住密度分布图。使用居住密度分布图和居民点分布数据,计算人口分布数据。并根据每个县市的图上汇总人口和统计人口,计算得到各县市的调整系数,使用该系数对每个栅格的人口数进行调整,保证了各县市总人口不会出现误差。最终得到山东省1km×1km栅格的人口分布数据。最后选取某些样本县, 在样本县内对比每个乡镇图上的人口与实际统计人口,结果表明该人口分布数据有较高的精度。     

区域GPS大地网在地球参考框架中表达方法研究

给出对区域GPS大地网进行解算或改造的最小约束法.几种不同约束解集的比对结果表明:最小约束法是一种区域GPS大地网在地球参考框架中表达的最优方法.     

活塞加工机床主轴箱的优化设计

本设计采用混合罚函数法对10级活塞加工机床主轴箱进行优化设计。优化目标为展开图上总的中心距为最小。在IBM-PC机上运算10分钟得最优解,最优解值比常规设计值小17％。本文对机床主轴箱的优化方向作初步探讨。     

基于浮动车数据的城市道路通行能力时空特征分析

针对城市道路通行能力定量度量指标,提出基于浮动车数据的道路基本通行能力评估方法;以道路通行能力指标来分析深圳市道路网通行能力的时空分异规律,结论如下：城市道路通行能力具有明显的时变特征和空间分布的不均衡性;各行政区域通行能力在工作日变化平缓,在休息日出现午高峰;通行能力余量无论在工作日和休息日都浮动较大,并在休息日中午显著下降;道路通行能力具有明显区域分类现象,人口密度和发展程度较高区域的道路通行能力整体较低,且一天内的变化较小;道路等级对通行能力和通行能力余量影响显著,较高等级道路一天内变化较大,低等级道路则较平稳。