煤矿安全生产信息系统的设计与实施

 煤矿生产安全管理是一项复杂的系统工程,安全生产管理中的生产条件合理评估,应急情况下人员的避灾及救援是煤矿安全生产的研究热点。本文在分析国内煤矿安全生产现状的基础上,对煤矿安全生产信息系统进行了总体设计,探讨了系统的总体结构、数据组织,详细设计了井下运输、矿井通风、井下给排水、井下供电、安全应急等煤矿安全生产的业务应用功能,从技术实现的角度阐述了系统的开发环境、数据建库和系统集成等关键技术,以某煤矿为例,在Supermap平台上实现了避灾路径分析、运输网络、通风网络、供电网络、给排水网络分析等分析功能,为煤矿管理与安全生产提供了科学的决策支持。     

基于DEM的5节点二阶差分坡度算法模型与实验分析

 坡度作为最基本的地形因子,是构建地学分析模型的基础数据,基于格网DEM的坡度计算模型的精度分析一直是地学分析的重要研究内容。本文通过分析计算坡度的 差分模型误差来源及特征,提出了一种新的模型——5节点二阶差分模型。其基本思想是顾及多距离邻近点高程信息,采用5×5分析窗口,建立单倍格网和两倍格网的差分计算线性组合模型。并通过数学分析的理论推导证明该模型可以显著提高计算精度。实验选取典型数学曲面并对其采用不同的分辨率(1m和5m)进行离散化精度验证。计算结果表明,与现有的差分模型相比,5节点二阶差分模型可以显著提高坡度的精度,对应于两种分辨率的DEM,该模型计算坡度的精度可以分别提高7×10⁴倍、3×10³倍以上,表明该模型对于高分辨率DEM数据更为适用。本研究不仅丰富了数字地形分析的方法体系,为相关地学模型分析提供更精确的坡度数据,而且为将来改进地形曲率因子等计算模型提供了一定的参 考和借鉴。     

MySQL集群与MPI的并行空间分析系统设计与实验

 GIS应用正面对空间数据规模日益增加和空间分析算法复杂度逐渐提高的挑战,本文提出一种基于MySQL空间数据库集群与MPI的并行计算库分布式空间分析框架的解决方案。该框架使用MySQL空间数据库集群解决大量空间数据存储与管理问题,利用MySQL Spatial的Replication机制加强空间数据的冗余备份和并发访问控制,同时使用MPI负责分布式计算节点间的通信减少人工控制通信的开发成本。并行框架的任务管理与调度系统采用优先队列式管理,通过Master节点监控集群状态,合理分发计算任务实现负载均衡和容错。最后,以多边形Overlay算法为例,研究其在该并行空间分析系统下的并行策略,采用数据并行的管道流水线作业方式在框架中运行测试,结果表明,该并行框架相比串行算法可以得到可靠的加速比。     

基于Shapefile的基态修正模型设计与实现

 本文通过对Shapefile文件进行扩展,使用改进的基态修正模型,构建了一种ArcGIS的时空数据模型,支持对时空变化过程的存储、分析和模拟,同时支持传统的GIS空间分析功能。本研究还设计和实现了一种基于多时态矢量数据集的时空数据变化过程发现和时空数据转换算法,此算法可以自动提取多个时态之间的变化过程,将多时态数据转换成基于Shapefile的时空数据模型存储。鉴于该数据模型,设计和实现了时空数据的快照恢复、变化查询、历史演化分析和数据更新方法,验证了模型的可应用性。     

淮河流域上消化道肿瘤与环境污染的模型分析

 自20世纪70年代后期以来,淮河流域不断遭受工业点源污染和其他面源污染,媒体也陆续报道了淮河流域"癌症村"的出现。本文探讨了淮河流域14个监测县5810个行政村的消化道肿瘤与环境因子之间的空间分布规律。作者从流域和行政区划等多维空间角度出发,通过全局的最小二乘法线性回归和稳健回归对环境因子进行筛选分析,以局部地理加权回归方法探测各类环境因子,在不同地区对贝叶斯调整的上消化道肿瘤死亡率的影响程度,建立了消化道肿瘤死亡的风险评估模型,其中,包括地表水水质等级、浅层地下水质量分级、河网密度、土壤多环芳烃含量分级、化肥施用量和经济密度等6类环境危险因素。根据局部回归模型中各监测点环境因子的回归系数和统计学检验结果,提取出当地主要的环境影响因素。从14个监测县区总体上看,地表水水质等级和GDP与肿瘤呈负相关,其他环境因子均与肿瘤死亡存在正相关。但从局部角度看,不同地区环境影响因子种类和影响强度有较大差别。其中淮河流域江苏段以化肥施用量、土壤多环芳烃含量、GDP和河网密度为主要影响因子,安徽段以土壤多环芳烃含量和化肥为主,河南段主要是以地下水质量分级、河网密度和化肥为主,同时河南沈丘县地表水水质等级对当地影响较大。山东段虽然也探测出来部分环境危险因子的存在,但没有发现其与肿瘤死亡的关联关系,尚需进一步深化研究。     

基于OGC WPS的碳循环模型服务平台的设计与实现

 碳循环模型是模拟陆地生态系统,估计和预测不同尺度碳收支格局和变率的重要手段。但传统碳循环模型应用中存在数据处理量大、运算复杂、互操作性差、难以推广等问题。由开放地理信息联盟(OGC)制定的网络处理服务(WPS)标准为实现碳循环模型的发布、共享、重用与组合,促进碳循环模型的发展和应用提供了一种新的途径。本文遵循OGC WPS标准,以SOA设计了碳循环模型服务平台的整体架构,详细描述了平台模型接口设计、模型算法开发、WPS服务的封装与发布、平台浏览器客户端界面开发等关键环节的实现方法,为用户提供了碳循环相关数据和模型服务的发布、管理、调用、组合、异步交互、状态监控和结果可视化等功能。并以VPM模型服务链为应用实例,演示碳循环模型WPS服务开发、封装、调用和组合的方法,展示了该服务平台的功能。该平台的建立为我国碳循环模型研究的发展提供了技术支撑。     

上海市城市空间扩展时空特征与预测分析

 本文以1990、1995、2000、2005年的上海市土地利用遥感监测数据为基本数据源,分析了1990-2005年上海市城市空间扩展 的时空特征。同时利用SLEUTH模型对城市空间扩展进行了模拟和精度验证,并对未来30年上海市城市空间扩展进行了预测。结果显示:1990-2005年,上海市城市空间扩展明显,城市面积净增加81 278hm²,净增长10.14%;在扩展的时间过程上呈现先减缓后加剧的趋势,2000-2005年城市用地扩展最为剧烈,城市面积净增加40 668hm²,净增长5.08%,填海造陆是该时期城市扩展的典型特征。SLEUTH模型可以较好地模拟预测上海市城市空间扩展的时空过程,不同时期模拟与遥感监测结果的Kappa系数最高达到了0.8476;未来30年,上海市城市用地将以年平均增长率1.63%的速度扩展,2040年城市用地面积将达到152 685hm²。城市扩展将占用耕地41 824hm²,年平均占用耕地1200hm²。城市扩展的方式主要是边缘增长,东部的浦东新区沿五洲大道向海方向、南部的徐汇区沿沪闵高架路向南,以及西部的嘉定区和青浦区沿京沪高速两侧向西的地区 均是未来城市扩展的主要方向。     

线状空间数据传输的几何相似性度量算法与实验分析

 同一地物在不同比例尺或者不同来源的地图上通常存在着相似性,对于图形几何形似性度量方法的研究有利于地图编制、查询、匹配、更新。线状地物要素在地图中占有很大的比例,因此,本文以线状空间目标为例,在前人的基础上给出了线状空间数据的几何图形相似性度量模型:(1)以差异距离作为相似性特征的位置相似度;(2)以分形维数作为相似性特征的形状相似度;(3)以长度或者周长作为相似性特征的大小相似度。相对于(3)大小相似度而言,(1)位置相似度、(2)形状相似度综合考虑了几何图形整体统计的方法和局部几何特征结构。完成多尺度传输的线状空间数据几何相似性度量实验,并对数据传输量与几何相似性度量方法进行比较,实验结果表明:基于广义Hausdorff距离模型的中位数Hausdorff距离的位置相似性对于空间数据渐进性传输具有稳定性和可行性。最后,总结了本文的研究成果,并展望了该方向进一步研究的若干问题。     

网络环境下的遥感影像金字塔纹理压缩算法与实验

 建立不同分辨率的遥感影像金字塔模型是现阶段虚拟地球平台的主要技术手段,遥感影像数据的高效压缩是模型应用的基础。论文在分析多种图像压缩技术的基础上,提出以小波变换的JPEG2000标准来压缩网络环境中遥感影像金字塔的纹理瓦片数据。首先,介绍了小波变换的JPEG2000标准的基本原理和EBCOT算法特点,然后,结合实例实现了网络环境中遥感影像金字塔纹理压缩/解压缩的具体过程,对4幅影像图像进行5级离散小波变换,分别对在1024×1024、512×512、256×256、128×128、64×64不同分块大小和1∶15、1∶30、1∶60不同压缩倍率情况下进行图像压缩和重构耗时实验,通过改变分块大小参数和压缩倍率,对压缩性能进行了对比分析,最后,从主观视觉质量和客观辐射质量,对JPEG2000压缩、DXT压缩和JPEG压缩几种方法的压缩图像进行了评价与对比分析。实验结果表明,小波变换的JPEG2000具有高质量、高压缩率、良好的抗误码能力等特性,重构图像的视觉质量与原始图像相比人眼看不出失真,而峰值信噪比较好,是一种简单有效、易于快速实现的压缩方法,更适合于网络环境下空间遥感图像数据的近无损实时压缩。     

面向D-TIN并行构建的动态条带数据划分方法与实验分析

 数据划分是并行算法设计的重要步骤,其结果的均衡性与高效性是提高并行算法性能的重要前提。对于集聚分布的点集数据,传统的D-TIN(Delaunay Triangulation)并行算法尚未给出划分结果均衡、划分效率高效的理想解决方案。针对上述问题,本文在传统D-TIN并行算法规则条带划分方法的基础上,提出采用动态条带实现针对集聚分布点集数据的均衡、高效划分方法。首先,获取点集的最小外接矩形,并使用规则矩形条带按照同一方向进行点集粗分,然后,按顺序进行相邻条带的合并,必要时需动态调整合并区域边界以达到满足负载均衡的要求。为了提高划分效率,尽量减少边界移动次数,采用了对半移动的规则进行边界的动态调整。为了验证动态条带划分方法的适用性,本文使用人工模拟点集数据,进行加速比测试,使用实验区域真实数据进行D-TIN并行构建效率的统计,实验证明,采用该数据划分方法可以获得更高、更稳定的并行加速比,并且数据分布形态和数据规模对加速比的影响较小,进行D-TIN构建可以获得更好的执行效率,并且加速效果更加明显。     

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。     

义务教育就近入学优化建模研究

就近入学是国内外义务教育的基本共识,也是我国义务教育制度的重要组成部分。为满足就近入学需求,引入优化建模方法进行义务教育空间布局规划。首先,定义了4种就近入学场景：严格就近入学、学额限制的相对就近入学、学区连续的就近入学,以及学校布局调整下的就近入学,并构造了相关的优化模型,讨论了每个模型的优势与局限。其次,以河南省某县516个居民区和31所初级中学为例,尝试进行多个实验情景下的最优就近入学安排,并进行比较分析。案例研究发现：① 基于现有学校的布局,严格就近入学缺乏可行性;② 打破乡镇行政边界招生,能够显著地降低学生入学距离;③ 考虑学校学额限制后,学生入学距离比严格就近入学增加40.75%;④ 空间连续的学区划分方便义务教育管理,对学生入学距离影响不明显;⑤ 通过模拟少数学校扩建、新建或撤销,学校布局明显改善,学生入学距离比学区连续入学将下降31.32%。整体上,本文将空间指派、服务区划分、设施选址等优化模型用于义务教育就近入学分析,能够为基层义务教育管理提供规划决策建议,也能为其他公共服务设施规划提供参考。     

基于GIS的泸水县易地扶贫搬迁安置地选择

易地扶贫搬迁是对生活在恶劣环境中的贫困人口采取的扶贫举措.泸水县尚有大量人口需要易地搬迁解决贫困问题,泸水县特殊的峡谷地理环境,使安置地的选择成为棘手的问题.将GIS技术应用于扶贫易地搬迁地选择中,可以方便地找出适宜的搬迁居住地,为当地政府易地安置提供决策参考依据.安置区的选择,主要考虑以下因子:交通便利、土地资源丰富、水源丰富、坡度较为平缓、海拔较低,避开地质灾害隐患点和自然保护区等.通过GIS技术,将上述因子图层叠加后找到适合的安置地.结果表明:泸水县难以找到成片的面积较大的安置区,安置区呈零星状分布在各个乡镇.     

日照市海洋牧场示范区人工鱼礁选址适宜性分析

海洋牧场是改变近海生态环境和增养殖水产资源的渔业模式,其聚鱼效应、改善海域生态环境及增殖渔业资源效果明显。该文选用海水深度及质量、海底地形、地层结构、沉积物类型、水动力条件等指标对日照市海洋牧场示范区人工鱼礁选址适宜性进行评价,评价结果显示:日照市4个国家级海洋牧场示范区和8个省级海洋牧场示范区中,不适宜建设人工鱼礁的海洋牧场有5个,适宜的有7个,主要位于日照市北部的两城镇东南侧海域和南部的涛雒镇东侧海域。7个海洋牧场所在海域离岸3～20km,水深6～22m,沉积物以砂为主,海底地势平缓,海底表面承载力为5～6t/m~2,流速介于0.2～0.8m/s,海水水质清洁,饵料生物丰富。     

电动出租车专用充电场站选址模型研究

近年来随着能源短缺和环境污染问题日益严重,低排放、低噪声、节能环保的电动汽车受到了越来越多的关注.特别在电动出租车领域,我国公共充电设施的规划和建设已迫在眉睫.针对目前电动出租车专用充电站选址研究方面存在的缺少丰富详实的车辆运行数据支撑、未能充分结合出租车的换班特性开展分析和在选址模型构建方面未能充分考虑已建成充电站的...     

北京防震历史经验与汶川地震灾后城镇选址重建

5.12汶川8.0级地震使灾区蒙受了巨大的生命和财产损失,地震造成的灾害与灾区地质构造有极强的空间相关性。灾区地震历史的分析结果表明,该区域地震格局有明显的时空特征,重灾区灾后重建城镇选址宜多学科联合谨慎规划。康熙18年(1679年)的北京平谷-三河8.0级地震与5.12汶川地震惨烈程度相近,北京地质构造研究与地震时空格局分析具有重大的现实意义,北京城市发展中的防震规划历史经验值得5.12地震灾区在重建与今后发展中借鉴。     

Relocation selection for poverty alleviation: Factor analysis and GIS modeling

Resettlement is considered a major policy measure in two major Chinese policy programs,the "Great Development of the West" and poverty alleviation in the new century,and the "New Countryside Development".The selection of the target location of resettlement sites for poverty-stricken villages is of critical importance to the success of resettlement projects,yet the selection process is challenged by the need for analyzing a variety of contributing factors,and the need for many rounds of tedious data processing.So in this paper we present an in-depth analysis of the major factors and data processing model concerning mountainous povertystricken villages,which also takes a major part of China’s poor villages.Our analysis shows the following factors bear the most importance in resettlement selection:1) topography:candidate areas should have slope less than 25 degrees and altitude less than 2400 meters.2) accessibility:close to market conventions places and transportation facilities.3) farming resources:with abundant land and water resources.4) non-intrusiveness:interests of receiving villages should be considered and negative impact minimized.A simple measure could be having the candidate area 1000 m away from the receiving residents.5) Minimal ecological and political footprint:candidate areas shall not conflict with nature conservation areas or nationally planned key land use projects.6) Social and cultural compatibility:residents will better off if relocated in the same county,considering language,religion,ethnic culture and other factors.Taking Makuadi,Lushui County of Nujiang Prefecture as a case study,we demonstrate how GIS analysis and modeling tools can be used in the selection process of resettlement projects in mountainous areas.     

高分遥感图像相对辐射校正中的伪不变地物自动提取和优化选择

相对辐射校正是遥感变化检测中重要的预处理过程,伪不变地物(Pseudo-Invariant Features,PIF)是多时相影像中相对不变的地物,是相对辐射校正中的重要依据.针对高分遥感图像变化检测中相对辐射校正的要求,本文提出了一个自动提取和优化选择PIF的流程和方法:首先计算两期图像的亮度、光谱特征和空间特征的变...