快速城市化下的南通市消防站布局优化研究

为了提升南通市消防站空间布局的科学性和合理性,本文在分析现有消防站布局的基础上,利用GIS和定位-配给模型完成了南通市区消防站布局优化研究。结果表明:1)在5 min响应时间标准下,现有消防站对于重点消防单位、危险源、居民小区的覆盖率分别为87.59%、86.89%、86.48%,城市消防安全保障较好,但在该区东北和东南城乡结合部消防力量严重不足。2)在综合考虑道路阻抗、水域分布、防护子区域风险等级等因素后,本优化方案指出,该区域应在现有消防站布局的基础上增设4个消防站,即南通市野生森林动物园附近、南通市竹行小学附近、南通农场中心渔场附近和通常汽渡管理处附近。该优化研究可为南通市消防站合理规划和建设提供科学的建议。     

基于多源数据融合的城市新增消防站选址研究

合理规划消防站的位置对城市火灾防控具有重要意义。以深圳市为例,采用“基础地理数据+互联网POI”的多源数据融合模式,借助ArcGIS的空间分析功能,利用火灾风险指数评估方法识别全市火灾风险高发区域;以消防车出警实际路径为依据识别现有消防力量覆盖薄弱区,采用最小点位方法确定实现全市消防力量“5 min覆盖”目标所需的最少新增消防站数量,并根据全市火灾风险等级和用地情况划分规划新增消防站建设时序。     

基于GIS的徐州市区消防站空间分布特征与可达性研究

为了解决早期消防站布局不合理带来的问题及提高火灾救援效率,本文选取徐州市区为研究区域,对消防站、可能火灾点、交通网络等进行可视化表达,利用点密度和回转半径分析可能火灾点的空间分布特征;最近距离模型辅以C#代码选择最优路径,并利用网络分析和泰森多边形对消防资源分配进行多角度的空间可达性分析.结果表明:1)可能火灾点的分布总体上呈现出由中心向郊区减少的趋势,集中分布于市中心8 km半径范围以内;2)单个消防站服务的可能火灾点,数量为19—194个不等,距离为40—8735 m不等,30 km/h车速下仅能覆盖33.95％的范围.未来消防站的规划要注重城市化扩张地区的消防要素分配,不可只注重市中心,而忽略市区边缘.     

中国西北城市的彩钢板建筑群消防救援优化分析——以兰州市为例

受城市不断升级、扩张的影响,彩钢板建筑群作为城市发展进程中的重要产物大规模出现,其是城市脆弱区的典型代表建筑物之一.彩钢板燃点低、布局间距小,存在较高的火灾安全隐患,合理的消防站点布局是城市火灾高发区最有力的安全保障.因此,本文以兰州市主城区作为研究区,首先,利用彩钢板建筑群、POI和城市火灾数据,采用核密度分析、相关性计算等方法划分研究区内火灾风险分布等级;其次,借助"位置-分配"模型并结合优化目标进行模拟运算.实验结果表明:①兰州市城中村、城乡接合部均存在大规模的彩钢板建筑群,火灾频发、救援难度大.②彩钢板建筑群、POI点与火灾点的耦合度较高,二者结合可以全面、精确地模拟火灾发生点.③兰州市高火灾风险区主要分布在刘家堡街道、建南路街道、皋兰路街道等区域.④现有消防站点5 min响应时间内的覆盖率为26.19％,高火灾风险区的覆盖率为44.41％.通过多次迭加计算,最终确定最少需增加14个消防站点,可满足当前优化目标.经过优化调节,各项指标均有较大提高,能够满足现阶段区域的消防救援需求.     

城市消防站选址布局优化研究

应急设施的空间布局事关城市的安全和发展,该文以武汉市某区域为研究区,选取消防站作为典型应急设施进行布局,使用POI、DEM和道路网络等数据,通过SAVEE和AHP等模型识别出消防站用地适宜区和火灾潜在风险区的空间分布,进一步使用应急设施选址模型对消防站进行空间选址.主要研究结论为:①消防站适宜性用地评价指标体系能够综合评价消防站选址时需要考虑的各种因素;②城市不同类型POI反映出的城市功能空间的火灾风险区存在较大差异;③综合考虑前30％的高火灾风险区、重要保护区和POI总体覆盖率相关标准等因素,经多次迭加运算最终需新增12家消防站点,对POI总体覆盖率达99.29％,对前30％的高风险区覆盖率达99.56％,对重要保护区的覆盖率达99.27％,优化后的各指标均有较大的提升,满足研究区应急设施要求.     

榆林东北部地区新石器时代环境宜居性分析

针对榆林东北部地区新石器时代的环境宜居性分布规律进行研究,通过SOFM神经网络模型对研究区聚落等级进行划分,结合地形高程、坡度、坡向、距水系距离、植被覆盖度等因子,利用指数变异法客观确定各因子的相对重要性并构建指数模型。研究结果表明,研究区遗址大都分布在海拔1 000~1 200 m、坡度3~9°、距水系距离为0~800 m、坡向为阳坡以及植被覆盖度较好的区域,一级聚落均分布在古代环境宜居性较高的区域。与仅使用地形因子建立的指数模型相比,加入植被覆盖度和聚落等级因子的模型对不宜居的沙漠和遗址分布空白区域划分的宜居性等级低,对遗址分布密集的宜居区域划分的宜居性等级高,宜居性等级划分结果与各等级遗址密度分布的客观事实更为吻合,综合因子模型对区域宜居性等级划分更为精确。     

基于网络Voronoi图启发式和群智能的最大覆盖空间优化

提出一种基于网络Voronoi面域图的最大覆盖选址模型及相应的粒子群优化方法,并应用于城市响应时间敏感型公共服务设施的空间优化。本文考虑设施功能沿交通网络辐射以及需求非均匀分布情形,对设施在网络连续空间上进行布局优化,选址模型采用网络Voronoi面域图划分布局设施的功能辐射域,以启发空间优化最小化重叠覆盖。模型同时顾及了设施利用率的最大化,规定设施对给定距离以内的需求实行的完全服务覆盖和对给定距离以外的需求实行随距离衰减的部分服务覆盖。本研究提出基于遗传机制和广义Voronoi图改进的粒子群算法以提高其空间优化性能,通过对南京市消防站最大覆盖空间优化实验表明,该研究取得了较为理想的结果,可应用于城市化区域应急设施最大覆盖空间优化。     

新石器时代榆林东北部环境宜居性分析

针对榆林东北部地区新石器时代的环境宜居性分布规律进行研究,通过SOFM神经网络模型对研究区聚落等级进行划分,结合地形高程、坡度、坡向、距水系距离、植被覆盖度等因子,构建指数模型。研究结果表明,研究区遗址大都分布在海拔1 000~1 200m、坡度3~9°、距水系距离为0~800m、坡向为阳坡以及植被覆盖度较好的区域,一级聚落均分布在古代环境宜居性较高的区域。与仅使用地形因子建立的指数模型相比,加入植被覆盖度和聚落等级因子的模型对不宜居的沙漠和遗址分布空白区域划分的宜居性等级低,对遗址分布密集的宜居区域划分的宜居性等级高,宜居性等级划分结果与各等级遗址密度分布的客观事实更为吻合,综合因子模型对区域宜居性等级划分更为精确。     

城乡统筹背景下苏北地区义务教育资源布局优化研究——以徐州市域为例

为了对苏北地区义务教育资源的布局优化进行研究,以徐州市域义务教育资源(小学)为例,利用GIS空间分析技术,结合可达性模型、最近距离模型和Voronoi模型等对义务教育资源的布局优化进行分析。结果表明:1)研究区义务教育资源的整体可达性较好,呈现一种"大分散,小聚集"的格局,49.30%的区域能够在30 min内到达就近的小学,主要分布在城区,义务教育资源可达性相对较差的地区分布较少,区域占比为18.62%;2)由徐州市义务教育资源的Voronoi图可知,近60.3%的义务教育机构服务范围的面积能够基本满足义务教育资源布局的需要,有16.95%的义务教育的服务面积适宜度过大,严重影响到义务教育的公平性。     

突发公共卫生事件下发热门诊配置评价与优化——以哈尔滨市为例

发热门诊作为突发公共卫生事件下保障城乡居民公共健康的重要设施,是筛查、诊断患者的前沿“哨所”和防控“堡垒”。以哈尔滨市为例,采用实际人口分布栅格构建渔网,将其作为更精细化的人口需求数据,对中心城区42家发热门诊的空间布局特征、配置等级数量、服务能力进行评价,并运用改进的高斯两步移动搜索法对中心城区128个街道（乡镇）的发热门诊可达性进行评估。结果表明：(1)发热门诊呈单中心集聚特征;(2)发热门诊整体服务能力较好,区域内部均衡度差;(3)发热门诊可达性具有老城区优于新城区、街道优于边缘乡镇的特点,可达性较好的地区集中分布在城市二环内的老城区,部分边缘乡镇成为防控体系的薄弱区或空白区。结合评估结果划定分区进行配置优化,从丰富监测型医疗类型,构建网络化布局,引入规划技术评估与优化配置,完善医疗基底,提供均等化服务等方面提出优化策略。     

湖北省县域道路网络综合通达性及其空间特征

道路网络通达性是区域交通体系建设所要考虑的重要方面。本文以GIS为技术手段,通过重力度量模型、道路加权和密度模型计算得出经济联系指数和道路加权核密度指数,并构建综合通达性指数来分析湖北省县域道路网络综合通达性及其空间特征分布。结果表明:(1)湖北省103个县经济联系指数以武汉市主城区最高;(2)道路加权核密度指数以武汉市东西湖区最高;(3)道路网络综合通达性最高的5个县级行政单元为硚口区、汉阳区、江岸区、江汉区、东西湖区。本文填补了目前国内省级交通网络通达性方面的研究空白,为湖北省道路交通网络的建设和布局优化提供了参考依据。     

基于植被分区的多特征遥感智能分类

为了有效地提取大范围地形复杂区域的土地利用/土地覆盖遥感信息,以位居青藏高原与黄土高原过渡地带的青海东部地区为研究区,研究基于蚁群智能优化算法(ant colony intelligent optimization algorithm,ACIOA)的土地利用/土地覆盖遥感智能分类。首先选用TM图像、DEM、坡度和坡向数据作为分类的特征波段;然后利用归一化植被指数NDVI对实验区数据进行植被分区;最后利用ACIOA算法进行分类规则挖掘,并依据分类规则进行土地利用/覆盖信息的提取。研究表明,基于植被分区的多特征蚁群智能分类的总体精度为88.85%,Kappa=0.86,优于传统的遥感图像分类方法,为大范围地形复杂区域的土地利用/土地覆盖遥感信息提取提供了有效的方法。     

集成影像与LiDAR数据重建三维建筑物模型研究

SPOT-5 HRS/HRG影像是我国西部1:5万地形图空白区测图工程的主要数据源,西部1:5万测图工程也是国内首次大规模使用高分辨率卫星影像进行地形图测绘的重大项目.针对SPOT-5卫星影像为CCD线阵推扫成像的特点,提出和研发了一套基于通用成像模型,即有理多项式模型(RFM)的稀少控制的卫星影像区域网平差算法.为综合评价提出的区域网平差方法的性能,同测绘生产单位合作,选择多个实验区或作业区进行了较为充分的试验,试验表明,对于覆盖大范围区域的SPOT-5 HRS立体影像,仅用少量地面控制点即可满足我国1:5万地形图测绘的要求.     

采用随机森林法的天绘数据干旱区城市土地覆盖分类

基于天绘一号(TH-1,或称MS-1)卫星多光谱数据,采用随机森林分类方法(random forests classification,RFC)对位于中亚干旱区的我国新疆维吾尔族自治区阿勒泰地区北屯市及周边区域的土地覆盖进行了分类研究。针对北屯市不透水层与裸土混杂的情况,将纹理特征与植被信息构建最优组合,建立有效的RFC分类器,提高对易混淆土地覆盖类型的分类识别精度。结果表明,采用RFC的分类精度高于最大似然法分类结果,总体分类精度提高了近10%。经过优化选择的特征组合在对干旱区中小城市土地覆盖进行分类时表现良好,能得到较高精度的分类结果,可满足新疆中小城市发展规划对土地覆盖信息的需求。     

基于乡村宜居性和人口流动网络特征的农村居民点重构

农村居民点空间优化重构是推进乡村振兴的重要内容之一。以中国湖北省鄂州市为研究区,从人的生存生活需求出发,构建宜居性评价指标体系,评估鄂州市宜居性高低;通过网络分析法构建城乡人口流动网络,发现乡村人口流动规律。在此基础上,综合宜居性和人口流动强度的组合特征进行农村居民点空间重构。结果表明:(1)鄂州市整体宜居性较高,其中,生存保障功能差距较小,而生活服务功能和生活提升功能差距较大;(2)人口按照主城区、所属镇、附近优势城镇的优先顺序流动;城镇辐射范围有限,现有的点轴结构不能起到以点带面的作用,亟需发展中心村、一般村、基层村形成完整的乡村结构,带动全域发展;(3)基于乡村宜居性和人口流动强度将居民点划分为搬迁撤并类、城郊融合类和集聚提升类(中心村、一般村和基层村)。该研究可重塑乡村发展核心,完善乡村结构,促进资源优化配置,为人口快速流动区乡村聚落重构提供决策依据。     

联合船载单波束潮间带机载LiDAR测量系统

潮间带地形测量对保护与利用滩涂具有基础作用,本文提出联合船载单波束回声测量与机载激光LiDAR综合系统。首先采用ODOM MKⅢ双频单波束测深仪同步采集并验证无人机机载LiDAR潮间带范围点云成果符合精度;然后针对潮间带复杂环境设计了无人机机载LiDAR低潮航摄关键指标;最后优化了高精度大比例尺地形图测制方法,该方法结合了低潮时机载LiDAR滩涂陆地地形和高潮时船载单波束测深滩涂水下地形方式的潮间带。实践表明：(1)选取的816个重合区域测点高程比对测量符合精度,99%的比对点高程差值在0.2 m内,说明机载激光LiDAR测量可满足沿海滩涂测量要求;(2)无人机进出测区应依次轮换,且采用平飞结合八字飞行以避免IMU误差累积,控制航线弯曲度不大于3%,保障点云数据精度及有效覆盖;(3)该测量系统在潮间带高精度大范围地形测量工程具有参考意义。     

基于北京二号与地理国情数据的林地提取

由于地理国情林地数据不包含实地面积小于400 m²的树木或四旁单排林,若仅利用地理国情的林地数据统计区域森林覆盖率,将对四旁树面积较大地区的林地统计结果产生较大误差。为提取区域内准确的林地覆盖与空间分布状况,本文借助地理国情地表覆盖数据,提出了一种基于北京二号高分辨率遥感影像的林地提取方法。首先,根据遥感影像光谱特征,将研究区按植被、道路、铁路、建筑用地进行地类划分,并基于遥感影像进行各地类的样本提取,通过可分离检验的样本利用最大似然分类提取研究区内植被覆盖范围;然后,借助地理国情地表覆盖数据,使用叠置分析剔除误分、错分地类,得到区域林地的空间分布。试验结果表明：(1)研究区内林地覆盖率为20.3%,尚未满足北京新一轮林地规划需求;(2)地理国情地表覆盖数据内林地面积占提取林地总面积的54.03%,说明在部分地区使用本文方法对地理国情林地数据进行补充是有必要的。通过将试验结果与遥感影像进行目视比对并结合外业调查结果发现,提取的林地空间分布情况与实际分布基本相符。本文为地理国情的应用提供了一种新方法,研究结果可辅助区域的绿色发展规划,有助于构建科学的生态空间格局。     

遥感与DEM辅助下的元谋干热环境识别与分析

在干热谷地区的研究中,大都根据海拔高度划定干热谷气候区的范围.而实际上,干热谷景观同时受地形特征(包括高程、坡度和坡向)和人类活动的多重影响.单纯利用高程信息划分干热谷景观区,而没有考虑以上多种因素的影响,显然难以正确地识别不同的自然景观.本文以最为典型的元谋干热谷为例,首先利用多波段混合运算方法提取山体阴影区,从而剔除坡向的影响;然后,以DEM数据为基础,针对陆地卫星影像,分别采用土地利用绘图法、陆面温度阈值法和干热指数法(RTVI,Ratio of Temperature and NDVI)三种方法对干热谷景观进行识别; 最后,利用景观生态学方法对以上识别结果进行对比分析.结果发现,干热指数用于识别干热谷景观区域是最为简单可行的方法; 从研究区域的典型干热谷景观分布特征来看,该景观虽然已远远超出传统高程划分的1350m上限,但是,超出这一上限的干热谷景观斑块相对破碎,水体及植被斑块与干热谷景观斑块交错连接,说明这一区域生态恢复的能力较强.     

云雾覆盖下地表温度重建机器学习模型的训练集敏感性分析

热红外遥感是监测地表温度的重要技术手段。然而,由于其易受云雾影响,热红外遥感反演地表温度存在大量的观测空白区域,严重影响地表温度产品的应用。近年来,机器学习算法的发展为实现地表温度无缝观测提供了新的技术手段。然而,基于机器学习的云雾覆盖像元重建方法与训练样本的数量和分布有着直接的联系,其应用条件在现有研究中还鲜有讨论。为深入探究重建过程中训练数据量和数值分布对重建精度的影响,本文选择基于随机森林的地表温度重建模型开展样本敏感性分析,采用美国MODIS陆地产品和欧洲第二代静止气象卫星（MSG）入射短波辐射产品重建不同训练样本集下的地表温度,并与真实地表温度数据比较,定量评估重建结果精度与样本数量和分布之间关系。研究结果表明：（1）地表温度重建精度随着训练样本数据量增加显著转好。（2）在数据量一定的情况下,随机采样方式因为具有空间代表性比区域取样方式具有更精确更稳定的精度,能将重建后的均方根误差降到2.1 K以下,相关系数达到0.93以上。即使数据量较小,随机取样方式的重建精度较稳定的特点使得模型对因数据量不足造成的重建精度降低的负面效应具有减弱作用。（3）进一步划分不同高程带和植被覆盖条件下的训练集,当训练集所处范围与重建集所处范围一致或者训练集覆盖范围越广时,重建精度越好。总体而言,上述研究成果为今后采用机器学习方法重建地表温度应用中训练样本选择以及获取高精度地表温度重建结果提供了重要的科学参考。     

基于轴线法和POI数据双重视角的城市空间协调性研究

城市空间结构的合理性影响城市的持续稳定发展。本文使用格网法、核密度分析以及空间句法的轴线模型,将POI大数据与交通路网数据相结合,基于格网尺度对可达性与POI密度进行交叉对比分析,进而得到双重约束下的武汉市中心城区空间结构特征类型与空间分区方案。结果表明:1)武汉市中心城区POI密度呈“一心独大”的非均衡式分布,可达性则呈现“一核两翼”的空间结构;2)在双重约束下武汉市中心城区可划分为三类空间,总体呈“两带多区”的空间结构形态。该研究基于网格尺度构建了城市空间结构研究新思路,可为城市规划布局及国土空间格局优化提供方法参考和决策依据。