集成虚拟森林环境与景观指数计算模型的森林景观格局分析

森林景观格局分析是森林景观优化配置与实施规划的基础。本文以森林资源二类调查数据为基础,采用森林景观定量空间分析方法,在自主开发而成的森林景观可视化系统VisForest支持下,利用VS2008开发平台、ArcEngine组件与OSG图形渲染引擎,集成景观指数计算模型和地理信息系统的分析方法,形成森林景观格局分析与景观三维可视化模拟系统,实现了景观格局分析的定量化和景观可视化;并以闽侯县白沙国有林场2013年的数据为例,按优势树种划分森林景观类型,计算分析了景观组成结构、斑块特征和景观异质性等。结果表明,杉木林、马尾松林、湿地松林、木荷林、非林地是白沙林场的优势景观类型,总体景观类型丰富、景观异质性较高;木荷作为隔离带树种,以小面积狭长斑块居多,其形状指数和分形维数最大,斑块形状复杂而不规则;森林景观的三维可视化模拟为研究景观格局提供了一个直观、交互的展示平台。     

无人机遥感及3维建模技术在景区3维虚拟景观生成中的应用

主要探讨采用无人机航片、ETM影像、Quickbird影像、DEM数据和DLG数据构建景区3维虚拟景观的方法,重点介绍了多种遥感影像数据的处理、建筑物3维建模、数据的集成整合、3维虚拟景观生成等方面的内容,解决了影像的纠正、调色,3维建模优化,各类型数据的匹配,3维虚拟景观构建及扩展应用等技术问题.     

面向空间特征的虚拟树木建模方法与应用

树木的三维建模是建立虚拟森林环境的关键问题之一。基于树木形态结构特征分析,提出了面向对象的矢栅混合模型,并详细描述了主干、枝段、枝条和树叶之间的五组拓扑关系。结合L-system s和三维几何结构方法的优势,提出规则和约束的三维树木建模方法,该方法将分枝策略和叶片空间分布特征转化为规则,利用参数化L-system s实现,建模时将树木的空间几何特征和拓扑关系赋予树木模型,所建模型符合树木的生物物理特征。建模过程中通过阈值、模型调整和随机值约束,对模型参数进行控制,约束的内容包括树木结构、单叶尺寸、叶面积指数、随机性四个方面。最后,利用VC++与OpenGL实现了数据模型与建模算法,并利用实测数据进行了验证,所得模型比其他模型更符合于树木实际的形态结构参数和生物物理指标,有利于实现与树木空间结构相关的定性和定量分析。     

MDA在农业GIS应用系统构建中的应用研究

随着GIS在农业领域应用的不断深入,农业GIS应用系统的开发也朝着具体、复杂和专业化方向发展.针对目前农业GIS应用系统开发中存在的概念模型、数据模型、元数据标准不统一、数据库整合性差等不足,本文通过分析MDA架构体系及开发流程,结合软件复用思想和MDA方法,提出一种基于MDA的农业GIS应用系统开发构建方式,阐述了空...     

应用GIS技术构建地学模拟模型

地理信息系统（简称GIS）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统。该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题。GIS的应用模型,就是根据具体的应用目标和问题,借助于GIS自身的技术优势,使观念世界中形成的概念模型,具体化为信息世界中可操作的机理和过程。     

传统聚落景观基因的本体模型及其构建

传统聚落集聚了大量的古代建筑和民俗等传统文化资源,以其突出的历史、文化和艺术等价值而备受关注,提取其丰富的历史文化信息并服务于现代产业发展具有积极的意义。针对当前尚缺乏从地理知识提取和表达视角对传统聚落丰富的历史文化信息进行知识抽取、组织和表达,进而实现“数据-信息-知识-智慧”转换这一问题,本文提出传统聚落景观基因本体（Geographic Ontology of Cultural Landscape Genes of Traditional Settlements, GeoOnto-CLGTS）,并探索传统聚落景观基因的内在关联特征。首先,结合地理信息本体和传统聚落景观基因特征分析了GeoOnto-CLGTS的概念及表达方法,并提出GeoOnto-CLGTS模型的构建方法。其次,结合七步法的地理信息本体建模方法,梳理景观基因概念、关联关系和数据属性特征,自顶向下构建GeoOnto-CLGTS的概念层。并以123个中国传统聚落为案例,通过protégé工具进行实例补充,实现了GeoOnto-CLGTS模型的实例层构建。最后,通过Neo4j图数据库对本体数据进行存储,构建传统聚落景观基...     

在森林沼泽浅覆盖景观区找矿工作中应用低空无人机航空物探方法的可行性与展望

一、现阶段黑龙江省森林沼泽浅覆盖景观区找矿工作情况 以黑龙江省多宝山地区为例,其位于大、小兴安岭交汇部位,属于中低山地浅切割区。密布次生林,以桦、杨、柞树等为主,南部地区多已经开垦为耕地。一般覆盖厚度在1m～3m,局部地区的情况大于3m。     

确定性系数与随机森林模型在云南芒市滑坡易发性评价中的应用

编制科学的滑坡易发性分区图,可以有效降低灾害带来的损失。以云南省芒市为研究区,利用确定性系数模型（certainty factor,简称CF）方法计算各个因子的敏感值,作为随机森林（random forests,简称RF）的分类数据,选取合适的训练数据和最优化的模型参数进行模型预测,从而对研究区进行滑坡易发性评价分区。采用频率比方法将连续性因子离散化,从而通过确定性系数计算因子不同区间的滑坡易发性,同时利用CF先验模型,对研究区负样本进行选取。通过计算袋外误差得到最优化的RF参数,随后利用RF模型对研究区模型进行训练及预测。绘制ROC曲线和三维遥感影像对预测模型结果分别进行定量和定性评价,结果表明,所得到的模型精度为91%,优于随机抽样得到的结果。最后,采用平均基尼不纯度减少和平均准确度下降两种计算方法计算、评价了研究区各个因子的重要性。基于以上对研究区进行的滑坡易发性评价结果,可以为该区灾害风险评估和管理提供依据。      

GF-2在城市绿地分类及景观格局度量中的应用

城市植被是维护城市生态系统平衡的重要组成元素,不同类型的植被具有不同的生态服务效益,然而基于植被精细分类的城市绿地景观格局度量研究较少。因此本文以北京城市副中心为研究区,使用夏、冬两季GF-2卫星遥感影像,基于随机森林特征优选和面向对象分类,划分了植被类型,并在此基础上使用景观指数法和移动窗口法分别度量了功能区尺度和栅格尺度绿地景观特征。研究结果表明：针对GF-2数据,使用多尺度分割后影像对象的光谱、纹理特征可以有效地提取植被信息;不同时相的影像能反映各类型植被的物候特征,相比于单时相数据,其分类精度更高,达到了87.7%;各功能区绿地景观格局特征差异较大,城市绿心拥有最丰富的植被且分布集中,商业区植被覆盖度和多样性均较低,绿地景观破碎;北京城市副中心景观多样性及各类型植被分布特征的空间差异显著,当前副中心绿地景观格局已形成规划的基本轮廓,但城市绿心和老城区公共绿地的建设仍有不足。研究探明了北京城市副中心绿地建设现状,证明了国产GF-2卫星在城市生态环境监测中具有较高的应用价值,有助于推动GF-2在城市生态环境领域的应用,并为副中心建设中的绿地系统监测和优化提供参考。     

生长模型驱动的单株杉木三维动态模拟

虚拟植物是一种潜在、有力的植物分析辅助工具,而单株木生长模拟是森林生态系统模拟的基础。为了动态模拟杉木生长发育过程,提出了参数化单株木三维形态结构建模和与距离无关的单木生长模型的集成方法,其主要过程为：首先,根据杉木的形态结构特征,采用参数化建模方法建立特定生长阶段的三维静态模型;其次,根据生长模型预测不同年龄杉木的树高、胸径、枝下高和分枝轮数,并与树木三维静态模型几何描述参数建立联动;最后,采用参数曲线调整干径和枝径变化、枝条长度、分枝角等形态结构参数,使模型形态随树龄增长而变化。在自主研发的ParaTree系统上,扩展杉木动态生长模拟模块,并以福建省漳平五一林场的二类调查数据为例,动态模拟了杉木的生长过程。模拟结果表明,本方法可直观表达林分中林木个体平均生长状况和大体形态结构特征。树木三维模型描述参数与传统树木统计生长模型结合,有利于重用林业领域淀积大量的生长模型。     

基于随机森林特征选择的城市绿化乔木树种分类

城市绿化在改善空气、水和土壤质量,吸收和减少二氧化碳及各种污染物,缓解城市热岛和减少雨水径流等方面发挥着重要作用。及时准确地获取树种信息是城市规划与绿化管理的先决条件,对进一步改善城市生态环境也具有重要意义。基于遥感技术,使用高空间分辨率的WorldView-2卫星影像,采用光谱、纹理、指数以及几何等多种特征相结合的面向对象方法,并通过随机森林进行特征选择,对福州大学旗山校区北部的榕树、杧果、香樟、重阳木、羊蹄甲、垂叶榕以及木棉7种主要绿化乔木进行树种分类。实地验证结果表明：通过特征选择可以减少或规避数据冗余以及休斯效应的产生,该方法可以提高现有同类型树种分类的精度,当淘汰全部特征的20%,利用34个特征（包括15个光谱特征、6个纹理特征、8个指数特征和5个几何特征）进行分类时,总精度最高,可达74.95%,Kappa系数为0.67。其中,光谱平均值的特征重要性最高,而各波段的标准差的重要性较低。WorldView-2卫星影像的4个新增波段,特别是黄光和红边波段及其构建的指数特征重要性较高,也说明这些波段在植被遥感,特别是树种分类中极具应用前景。     

基于Cubist模型树的城市不透水面百分比遥感估算模型

不透水面是城市区域中一种典型的土地覆盖类型,是衡量城市环境质量和城市化水平的重要标志之一。与传统基于像元级的遥感研究方法相比,不透水面百分比（Impervious Surface Percent,ISP）的估算可以进入像元内部,获得更准确的城市信息。本文应用Cubist模型树,对Landsat TM的原始波段变量（除热红外波段）,建立ISP估算的基础模型（Base Cubist-ISP）。通过基于模型树的集成学习优化算法和加入相邻时相影像的波段变量中值,以削弱噪声的影响。然后,优选热红外波段和各种衍生变量,并进行属性精简,继而应用集成学习算法得到的参数和精简后的变量建立ISP估算的优化模型（Optimal Cubist-ISP）。对广东省广州市海珠区的实验结果表明,Optimal Cubist-ISP模型估算不透水面的整体均方根误差（RMSE）为12.98%,决定系数（R²）为0.90,精度明显优于Base Cubist-ISP模型,RMSE降低约5.03%,ISP在透水面区域被高估和高密度不透水面区域被低估的现象得到改善。本文提出的基于Cubist模型树建立ISP遥感估算的模型及优化方法可以适用于城市区ISP的提取。     

森林火灾现场视频图像传输方案研究

本文首先分析了视频图像有线传输与无线传输两类传输方法中具体传输方式的优缺点,然后根据森林火灾的特性,提出了有线和无线相结合的视频图像传输方法。并以广州市白云区为研究对象,分析了微波中继站规划方法,制定了森林火灾现场视频图像传输方案,并讨论了应用模式,对同类系统的设计、开发与应用具有一定的借鉴作用。     

随机森林算法在机载LiDAR数据林分平均树高 估算中的应用研究

采用机载LiDAR数据估算森林结构参数是当前林业遥感中的研究热点。本文以福建省长汀县朱溪河流域为示范区,探讨了随机森林算法（RF）在机载LiDAR数据林分平均树高估测中的适用性。首先,通过渐进三角网（TIN）算法进行点云滤波并获取相应林分样地的植被点云子集和高程归一化的植被点云;然后,从归一化后的植被点云提取出高度分位数变量以及点云统计特征值等24个变量参数;最后,根据提取的变量参数和野外实测林分均高数据建立研究区林分平均高随机森林回归估测模型。研究结果表明,模型估测的样地平均树高与实测值具有明显线性相关关系,线性回归系数为0.938,相关系数达到0.968。对样地的估测精度都在86%以上,总体平均精度达到了93.17%。研究认为,基于植被点云变量参数的随机森林模型估测林分平均树高具有较高的可靠性。     

基于双曲线模型的卡尔曼滤波法在建筑物沉降预测中的应用

利用最小二乘法求出双曲线模型的模型参数,将此参数看作带有动态噪声的状态向量,建立基于双曲线模型的卡尔曼滤波模型,对建筑物的沉降量进行预测。卡尔曼滤波过程中,模型的参数不断发生变化,增强了其适应观测数据的能力,从而减小了拟合误差。计算表明,用基于双曲线模型的卡尔曼滤波模型对建筑物的沉降量进行预测,误差较小,效果较为理想。     

机载LIDAR数据的树高识别算法与应用分析

利用机载激光雷达数据提取天然次生林的树高,旨在探索影响树高提取精度的主要因素。首先,采用高精度曲面建模平差算法(Adjustment Computation of High-accuracy Surface Modeling,HASM-AD)生成研究区不同空间分辨率的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、数字地表模型(Digital Surface Model,DSM)和冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM);其次,用树顶点识别算法提取林木树高,设置不同树高识别范围,对比分析不同CHM分辨率和不同树高识别范围对树高提取精度的影响;最后,以天涝池流域30个实测样地数据为样本,对提取精度进行检验。结果显示：提取的样地平均树高与实测值具有明显线性相关关系,线性回归系数为0.694;树高识别范围是影响树高提取精度的重要因素,CHM分辨率对其影响较小。研究表明,采用高采样密度的雷达点云数据、正确选择CHM生成方法和改进树顶点识别算法是提高天然次生林树高提取精度的有效途径。     

基于虚拟数据库技术建立国土规划数据集成模型研究

国土规划是空间规划体系中层级最高的规划,是国土资源开发利用与整治保护相关规划编制的重要基础。要做好相关规划,需要对规划区内自然、经济、社会等数据集进行灵活有效的利用和组合。针对国土规划编制中对多源异构空间、非空间数据集成和抽取特定数据的迫切需求,提出了一种基于虚拟数据库的国土规划多源异构数据集成方法,利用虚拟数据库实现分布式数据源的虚拟组织与透明访问,用GML实现多源异构数据格式的标准化,并开发了国土规划信息共享原型系统,在此基础上进行了实践使用。从现有数据库中抽取相应的数据集和数据项,构建全局虚拟数据库,由于虚拟数据库并不改变现有数据库的应用系统工作模式,保证了原始数据更新的有效性,以及数据的完整性。