基于线段的基本线/线拓扑关系计算

空间拓扑关系是空间数据建模、空间查询、分析、推理、制图综合、数据质量控制、数据更新等的基础。目前空间拓扑关系研究的主要成果仍然集中在拓扑关系的描述方面,在计算方面的阐述都非常薄弱,不足以指导系统开发人员编程实现。本文研究了IR2中两个简单线目标间拓扑关系的计算方法,重点分析了线/线拓扑关系计算的特点,提出了一种基于线段的线/线拓扑关系计算方法,并用VC＋＋采用底层开发模式实现了基本线/线拓扑关系的计算。     

自动剪断线算法的设计与实现

结合相关几何学原理,阐述了线段之间存在的空间拓扑关系,并结合当前线段相交算法的优缺点,提出了判断线段间有唯一实交点的混合判断方法,并在此基础上完成了对自动剪断线算法的设计与实现。     

多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法

不一致性探测对提高多尺度点–线目标拓扑关系一致性处理的科学性和效率具有十分重要的意义。道路和居民地作为基础地理空间数据中两类最重要的地图要素,两类要素之间拓扑关系在不同尺度地理空间数据中的不一致性问题十分突出。本文以同名点状居民地与线状道路为例,研究了多尺度地理空间数据的拓扑关系不一致性问题,提出了基于拓扑距离的多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法,并进行了实验验证。研究表明,本文方法识别出的拓扑关系不一致性结果,可以作为不同尺度数据中点–线目标拓扑关系一致性处理的依据。     

基于向量代数的点与多边形拓扑关系的推理

在分析向量代数的几何意义的基础上,提出了利用向量叉积的几何性质来判断点与多边形的拓扑关系,通过判断点生成一个水平向量,通过该向量和多边形各边的向量叉乘运算,利用k分量的符号来判断两向量的位置关系,并对各种位置关系赋予相应的权重值,最后根据权重值之和的奇偶性来判断点与多边形的位置关系。该算法无需计算出实际的交点,同时,还对某些特殊位置关系作了几何等价处理。从程序运行效果来看,该算法具有稳定性高、运行速度快等优点。     

基于拓扑谓词的空间拓扑关系相似性度量模型与应用

空间拓扑关系相似性度量是空间数据相似性度量的重要组成部分,它是空间数据检索和空间场景相似查询的基础和关键。本文旨在建立一种能够同时度量简单和复杂拓扑关系间的相似性度量模型。首先,以9个拓扑谓词提出一种简单拓扑关系间相似性度量方法,即定义简单拓扑关系之间距离为两个9交集矩阵之间的距离,从而得到简单拓扑关系之间的相似度。然后,综合考虑实体集合间的数量相似度和维数相似度,建立实体集合间的简单拓扑关系相似性度量模型,并在上述实体集合间简单拓扑关系相似性度量的基础上,采用分解-组合的策略先将复杂拓扑关系分解为若干个局部拓扑关系,通过组合局部拓扑关系之间的相似度,直至建立复杂拓扑关系间的相似性度量模型。实验表明,制图综合中的选取对空间实体集合之间拓扑关系相似度的影响最大,其他因素影响较小,因此,其能以拓扑关系相似度来度量制图综合对拓扑关系的改变程度。     

三维拓扑关系的基本问题和研究进展

三维拓扑关系是三维空间关系中最重要的空间关系,是三维空间数据表达、查询、分析与应用的理论基础,是目前拓扑关系研究的热点。本文从三维空间实体的定义和描述、三维拓扑关系描述、表达与应用等方面回顾了国内外学术界所取得的研究进展,同时分析了存在的一些基本问题。     

基于E-WID线/线细分拓扑关系的OSM数据冲突检测

OSM数据是我国境外地理信息生产的重要数据来源之一,但OSM要素间存在拓扑冲突问题。针对这一问题,在E-WID面/面、线/面拓扑关系层次模型基础上,采用点度和Touching、Crossing谓词发展了线/线单元交细分方法,得到了11种有效的线/线单元交细分类型。并设计实现了基于E-WID层次模型的线/线拓扑细分算法。以交通和水系为例,设计了顾及要素类型属性的线/线拓扑冲突检测规则,并用OSM数据验证其有效性。     

基于拓扑关系的BIM室内封闭空间边界建筑要素搜索方法研究

BIM作为工程建设领域的热门新兴技术,包含建筑物全生命周期内的各种数字化信息,但其对要素间空间关系的描述限于建筑领域的专业性表达,以及建模过程中的预定义。基于BIM数据的几何-语义特点,提出一种自动化构建BIM建筑要素拓扑关系的方法,并以此为基础搜索室内封闭空间的边界建筑要素,得到以建筑要素为单元的室内空间划分;以整层建筑物空间作为实验数据,通过实验结果验证了算法的准确性,实现BIM室内三维空间分割,为基于BIM的空间分析提供数据支撑。     

多粒度时空对象空间关系的统一表达与计算

空间关系表达了空间数据的相互约束,在空间查询语言、数据检索及空间分析中具有重要作用。当前关于空间关系的研究,多基于简单地理对象,或者只对某一种空间关系进行独立的算法设计,难以满足多粒度对象多种空间关系的统一表达与计算。为此,本文利用几何代数运算的对象无关性和维度无关性,构建简单对象空间关系计算算子,并将其推广到多粒度对象,实现全空间地理信息系统框架下多粒度对象三种空间关系的一体化表达与计算。最后,以三角网求交算法为例,证明了算法的可行性,为全空间GIS中空间关系的表达和计算提供了借鉴。     

“等待时间”强余震预测方法的改进与应用——以尼泊尔地震为例

在对"等待时间法"进行残差结构分析的基础上提出基于加权最小二乘拟合的模型改进方法,并将其应用于尼泊尔地震的强余震预测。结果表明,由模型误差转换至时间误差具有ln10·Δt倍的缩放效果,选择主震后3d内的余震样本进行强余震预测结果较为可信。实际震例表明,加权最小二乘模型可以有效降低模型预测误差,缩小预测值置信区间,从而提高预测的实用性。     

一种方向和度量关系组合描述模型

为在统一的框架下研究方向和度量关系,在改进的锥形模型表达方向关系、定性度量关系表示的基础上,本文提出一种新的方向和度量关系组合描述模型。在对方向关系和度量关系定性描述基础上,采用7×7的矩阵和简化后的3×3的矩阵,分别表达方向和度量关系组合模型,并对组合模型的取值范围和数量进行分析。在方向和度量关系组合模型基础上,定义了组合描述模型的5个有效性规则,用于排除不可能的组合关系;设计了方向和度量关系组合描述模型的实例,用于验证模型的有效性。方向和度量关系组合描述模型将方向关系和度量关系有机地结合在一起,提高了空间关系描述的准确性和有效性。     

矢量瓦片地图线化简算法研究

线状要素化简对提高矢量瓦片地图服务过程中数据传输效率和可视化表达效果至关重要。常见经典化简算法大多不考虑化简前后曲线空间关系的一致性保持,导致易发生化简结果尖锐化、局部极值点缺失和产生相交等异常问题,如果考虑化简前后空间关系的一致性,则影响化简效率。鉴于此,结合矢量瓦片地图服务应用需求,本文提出一种改进的Visvalingam算法,采用最小堆技术解决了最小权重值查找效率低下问题,利用线自相交拓扑关系判断策略,从全局考虑线上其它点对当前点的影响,解决了线化简前后拓扑关系的一致性保持问题。将改进的算法与原始算法在拓扑关系、几何特征、位置精度和化简效率等方面进行实验对比分析,结果表明改进算法可顾及线状要素的拓扑关系,保证化简前后线状要素的整体形态及其拓扑关系不变,能够更高效地应用于矢量瓦片地图在线服务中。     

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城市创意产业空间动态集聚演化的计算与可视优化方法

基于人文地理视角下的城市创意产业图像可视化分析对城市深层次空间综合和区域创新发展具有重大意义。但Swarm群智能动态时空建模难以满足创意产业空间集聚的可视化发展。本文研究目标是,从城市区域创意产业空间聚类影响因素指标出发,创新性地提出区域空间动态集聚轨迹算法（Density-Based Interest Spatial Clustering of Path,DBICP）,并与计算机浏览器共建聚类可视化图像,为城市管理提供决策依据。首先,根据影响因素指标体系,利用2014—2018年空间卡口流量数据和产业指标数据进行预处理,构建空间标准聚类算法DBSCAN。然后,对其进行聚类密度分级优化形成全新DBICP算法并得出初步轨迹图像。最后,通过源码转译实现了浏览器界面下空间动态集聚轨迹图像的输出。结果表明：以上海市为例,普陀区、浦东新区、徐汇地区的创意产业空间分布形成了3种不同的聚类模式,并相应提出了分摊、均布、虹吸的管控策略。此方法克服了传统图像的聚类分级和轨迹测量的缺失,可以有效地从指标数据中发现图像轨迹聚类信息,体现了地理信息科学和人文社会学科的交叉融合。也为大数据动态图像的集聚方法提供了全新视角和借鉴价值。     

多粒度时空对象动态行为表达模型与方法研究

对具有动态变化特征的空间实体的描述,除了表达其内在属性外,还应包括动态行为.传统GIS把空间对象内在属性和动态行为分开建模本质上是一种基于地图的静态建模思想,而多粒度时空对象把行为能力作为对象的固有属性,是区别于其它对象的一个重要特征,使得全空间信息系统能够描述具有认知和行为能力的"活"的地理实体.本文针对具有规则化动...     

空间直线拟合的PEIV模型的构建与解法

针对空间直线拟合不宜直接采用总体最小二乘算法和混合总体最小二乘算法的问题,提出一种基于PEIV模型的总体最小二乘法的空间直线拟合算法。首先将空间直线的标准方程进行变换,改写为总体最小二乘的EIV模型;然后针对系数矩阵的特点,将模型转换为更加合理的PEIV模型,线性化成类似于最小二乘间接平差形式,采用迭代的方法求解拟合参数。平差过程保证了系数矩阵重复元素的改正数一致,常数元素的改正数为零,符合实际理论;最后,通过算例比较验证了该方法的可行性和优越性。     

线性回归模型的稳健总体最小二乘解算

针对线性回归中自变量和因变量可能含有粗差的情况,提出线性回归模型的稳健总体最小二乘法。将线性回归模型进行等价变换,视其总体最小二乘平差模型为非线性,根据选权迭代的思想推导线性回归模型的稳健总体最小二乘迭代算法。以模拟算例在自变量和因变量同时添加粗差的情况下进行10 000次试验,并从中选出一组数据进行具体分析,结果验证了本文算法的有效性和可行性。     

三维激光点云矢量化成图编辑工具设计与实现

激光扫描技术已成为获取大比例尺数字地形图的重要手段,由于点云数据获取时存在点密度不均、遮挡等问题,兴趣地物的自动化提取及矢量化结果存在漏提和错提现象,因此,需要对这些矢量结果进行人工编辑得到最终产品。本文描述了基于OSG引擎开发三维矢量编辑工具的方法和编辑操作的整个流程,实现了图形管理、要素编辑等功能,提出了适用于编辑功能的相关算法。     

地动噪声RMS值计算方法的适用性及误差概率分析

对比两种计算RMS值的方法,结合误差概率统计给出结果的误差概率分布。在使用有限脉冲响应（FIR）带通滤波器进行滤波并计算RMS值的过程中,滤波器窗口函数和阶数是影响计算结果误差的主要因素,其中阶数的作用更大。通过计算功率谱密度（PSD）反算RMS值的误差主要受pwelch函数的窗口函数类型、窗口长度及重叠率等参数影响,其中窗口长度作用更大。从同等误差水平的概率分布看,在合理设置参数的前提下,使用PSD反算RMS值的方法更优。     

基于MapReduce的海量公交乘客OD并行推算方法

公交乘客出行OD能够反映居民出行特征和出行需求,是进行公交系统评价、调度和线路优化的重要基础数据,对城市规划具有重要的实用价值。现有公交OD推算方法多适用于少量公交数据,无法直接快速地推算海量公交乘客出行OD,因此本文提出了一种基于MapReduce的海量公交乘客OD并行推算方法。首先将公交数据从关系型数据库迁移至HBase数据库;接着利用MapReduce并行计算框架,根据HBase中IC卡数据的Region数量分成多个map任务,每个map任务中Map函数计算上车站点,Reduce函数将上车站点以用户为单位进行归并输出到HDFS;然后在上车记录数据的基础上,根据HDFS存储的块数量分成多个map任务,针对每个乘客的出行记录,综合考虑出行链方法和历史相似出行行为规律实现对公交乘客下车站点较为精确的推算。最后以厦门2015年6月13日至26日的IC卡数据和公交车辆GPS数据进行实例分析,共计算出295条公交线路,16 879 661条上车记录,14 410 058条完整OD记录,占IC卡数据的78.9%,计算效率相比传统方法有较大幅度提升。结果表明：该方法不仅可以较为准确地推算公交乘客上下车站点,而且计算效率较高。