城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法

大规模三维模型的快速构建一直是影响城市三维地理信息系统(3DUGIS)发展的一个重要因素.基于3DUGIS中景观模型的表达原则与分类,分别针对抽象的点、线、面状对象提出符号匹配和三角剖分的批量三维模型构建方法.这种建模方法方便、快捷、自动化程度高,可广泛应用于城市景观中地面、河流、道路、绿地、规则建筑物、地下管线等地物的三维建模.通过对上述三维模型快速构建方法的实现,验证了三维模型生成的效果和效率.     

一种地裂缝地质体三维模型建模方法

为了展现地裂缝在地表和地下的形态特征,该文提出了一种基于广义三棱柱模型的地裂缝三维建模方法。首先提出假设对地裂缝进行概化,利用有限的地裂缝数据建立地裂缝模型,展现地裂缝地表及地下形态特征;然后利用地层数据建立地质体模型,并通过其与地裂缝模型间的空间布尔运算得到地质体-地裂缝集成模型。地质体-地裂缝集成模型空间拓扑关系明确,能够为后续空间查询、分析研究工作提供支持。最后研究利用该方法通过计算机编程实现了对无锡市洛社镇石塘湾因果岸村地裂缝的自动建模,并利用OpenGL绘制模型实现地裂缝地质体的三维表达。     

多尺度联合驱动的城市增长模拟建模

元胞自动机是模拟土地利用时空演变的重要建模工具,但其经典框架主要根据历史变化规律进行空间"自下而上"驱动,这种模拟机制缺乏对宏观土地供需平衡以及空间发展政策等"自上而下"机制的整合,难以科学解释中长期土地利用变化过程。该文利用金字塔架构解释城市空间增长的复合驱动力,提出了"顶层土地供需平衡-中层空间政策引导-底层元胞状态演化"多尺度联合驱动的土地利用变化模拟框架。以广州都市区为案例,利用改进模型对其2010-2030年的城市扩张过程进行了模拟,并对结果进行了精度对比和案例举证。研究表明,多尺度联合驱动进一步增强了元胞自动机模型对现实世界的仿真能力,多尺度空间协同是地理时空过程建模的发展方向。     

基于凸凹理论的三维地质体空间关系模型研究

目前的三维地质体空间关系模型表达能力较弱,限制了其在空间分析、查询等方面的应用。三维模型的应用与发展迫切需要一种新的底层分解与理论建模解决此类问题。该文基于凸凹理论重新对地质体进行结构定义与空间关系建模,提出了内凸体、外凸体、内缘体、外缘体等构造,并在此基础上建立了三维地质体R7×7空间关系模型,将地质体间空间关系表达能力理论上扩充至249种,实际能够表达40余种空间关系;给出了包容、镶嵌、部分镶嵌等关系的定义并对其进行了模型表达;针对不同应用,给出了R7×7模型的变换模型R(5×5 3×3)等。为能够表达地质体交集的边界长度、交面面积、地质体体积、外缘体体积、镶嵌体积等地质空间重要关系,基于凸凹理论建立了地质体度量关系模型,是矿区地质体拓扑关系查询、空间分析推理等应用的基础模型。给出了模型与地质体模糊理论的相契性分析,二者模型能够相辅相成,相互借鉴使用。     

城市工业空间增长的多智能体模型

城市工业及基本就业空间的增长,是城市空间增长的动力源.有效模拟和预测城市基本就业空间的增长,对城市整体空间增长和城市系统的调控有着重要的作用.以城市工业及基本就业空间增长的决策主体--工业企业商和政府决策者,作为多智能体,通过多智能体之间的交流、竞争和协作,多智能体和环境间的交互作用,决定已存在工业区位的迁移和新工业空间区位的选择,形成城市工业及基本就业空间增长的动态微观模型.以珠江三角洲东部城市快速发展的樟木头镇为例,采用提出的方法模拟了该地区1988-2004年的工业及基本就业空间增长,获得了良好的模拟结果.     

基于多智能体的城市人口分布模型

人口是城市发展中最为活跃的因素,快速增长的人口给城市安全、经济和生态环境带来了深远的影响,获取不同尺度的高精度人口空间分布信息对于城市安全管理、提高资源环境的综合管理能力具有非常重要的意义。针对常用的城市人口空间分布模拟方法存在的不足,构建了基于多智能体的城市人口分布模型,模型由影响要素、智能体、决策规则等组成。在两个不同尺度区域进行了模型应用实验,并以重力模型进行了对比分析。实验结果表明,与重力模型相比,此模型所模拟的结果具有更高的精度,且接近于实际的人口空间分布,为城市人口分布模拟提供了新的思路。     

多智能体城市土地扩张模型及其应用

传统的城市土地扩张模型多为静态模型,无法呈现空间上每一时间点的土地利用状况,以元胞自动机（Cellular Automata）模型为代表的新型城市土地扩张模型虽然具有动态特性,但其无法描述影响城市土地扩张的智能体（Agent）之间所产生的多元变化结果。以多智能体系统（Multi—Agent System）理论为基础,建立城市土地资源时间和空间配置规则,构建了动态且能描述影响城市土地扩张的智能体（Agent）间互动关系的城市土地扩张模型,并以长沙市区为例,应用所构建之模型进行了城市土地扩张的实证分析。结果表明：该模型可以反映城市土地扩张的基本特征和规律．对于解释城市土地扩张的成因、理解智能体行为对城市土地扩张过程的影响是合适的。并且将模拟结果与遥感土地利用解译结果对比．1998年、2001年、2005年城市土地扩张模拟的点对点精度均达到68％以上,从而能够为政府和城市规划者制定用地政策提供辅助决策支持。     

广州建成区三维城市模型的构建及其高度分布特征

根据在Google Earth上采集到的广州市高层建筑数据,经过校正、换算、加权等一系列的数据处理过程,结合2004年广州土地利用图,使用ArcGIS的三维建模功能,构建了广州市基于250 m、500 m和1 000 m 3种方格网的三维城市模型,并重点对500m方格网模型的高度分布特征进行了分析.结果显示,广州三维城市空间形态具有如下总特点:城市高度居于全国前列,高层建筑广泛分布而相对集中,城市"地形"呈"三峰四阶梯"式的起伏形态,城市天际线变化较大.     

顾及用户体验的复杂三维城市模型组织方法

日益增长的三维城市模型在线实时可视化应用需求对大规模复杂三维城市模型的高效组织与管理提出了更高的要求,传统基于"图层-对象"的组织方法忽略了三维城市模型的不同分辨率下LOD差异及内容差异,而且大数据量在网络环境下的传输效率很低,难以满足网络环境下多用户并发访问的流畅可视化需求。该文对大范围漫游与小范围聚焦条件下的用户体验进行了分析,并提出了顾及用户体验的复杂三维城市模型数据自适应组织方法。采用索引元数据统筹模型对象的组织与调度,将小数据量的索引元数据和分辨率较低的模型数据打包传输,即时响应用户请求,并将多细节层次的复杂三维模型依据视觉特点合理分解存储并渐进调度,针对模型LOD和分解的对象,设计结构统一的对象ID,隐式存储关联关系并支持分布式模型存储管理。文中给出了详细的相关设计与实现,从数据的建模、组织到最终的高效绘制都给出了可行的解决方案。最后以分布式数据库MongoDB为平台验证了方法的可行性和有效性。     

基于Multi-Agent System的多尺度土地利用变化模型的构建与模拟

通过土地利用情景变化模型反映多尺度的土地利用现象,是学者们研究的焦点问题。本文基于MAS理论,构建从地块到村庄的多尺度土地利用变化模型,揭示微观层面不同尺度上土地利用变化的机制。应用该模型,以陕西省米脂县孟岔村为例进行研究,定量分析该村农户个体、农户群体和农户整体等不同尺度上的土地利用决策,并通过与2008年实际土地利用变化数据对比和分析,对构建的多尺度土地利用变化模型进行检验。通过分析,认为:(1)基于MAS的多尺度农户土地利用变化模型可较好地反映微观土地利用决策和空间的多尺度变化;(2)构建用 连续数值表示的农户土地利用决策与实际状况比较符合;(3) 本文为不同农户群体间的转化方法、农户间相互作用,以及市场与政策因素的作用等方面的研究打下坚实的基础。     

面向三维地质建模的领域本体逻辑结构与构建方法

结合三维地质建模的应用,分析面向三维地质建模的领域本体的组成和层次结构.结合地质语义的特点,提出突出概念间关系的五元组逻辑结构和基于迭代思想的构建方法.该逻辑结构由概念、概念间语义关系、概念间层次关系、属性和实例组成.基于迭代思想的构建方法分为需求分析、领域共享词语的字典库构建、本体表示、本体集成和本体评估等步骤.以OWL语言描述工具,结合正断层本体实例探讨了面向三维地质建模领域本体逻辑结构的描述和构建方法.     

政府规划约束下的城市空间增长多智能体模拟模型

构建政府规划约束下的包含多种类型智能体和环境因素的城市空间增长多智能体模拟模型,通过居民、开发商和政府三类智能体之间以及智能体与环境之间的相互作用模拟了城市空间增长情况。模型将城市建设用地规划区纳入政府的土地利用政策,探讨了政府规划因素对城市建设用地增长的影响,并根据土地集约利用的原则对模拟结果进行了优化。在Repast和ArcGIS的实验环境下,以南京市中心城区(长江以南)为研究区设置了四组土地利用情景,模拟了2001-2007年研究区的城市建设用地增长情况,对比不同情景下模型的模拟精度,说明正确合理的政府规划引导对城市空间增长的重要作用以及对模拟结果进行优化的必要性。该模型有助于揭示城市空间增长机制,为政府宏观调控政策和规划制定提供参考。     

基于Petri Net的多尺度表达模型研究

制图实体在制图综合中随尺度发生变化,描述变化的基本元素包括状态与事件。目前基于层次的多尺度表达模型侧重于状态表达,忽略了引起状态变化的事件。该文探讨尺度参考系、尺度事件等基本概念,提出基于Petri Net的多尺度表达模型,分别用Petri Net的库所、变迁与弧描述制图实体的状态、事件与关系,通过实验分析该模型的优点。     

高中地理知识体系的构建方法

正学科知识体系的教学观念发端于二十世纪中期以来系统—结构—功能理论对教育科学的巨大影响。自系统—结构—功能理论成为社会科学研究的重要指导理论以来,教育界也充分运用这一世界观和方法论来改造和指导教育教学工作实践,并且取得了相当丰硕的成果。教育活动是在社会活动总系统中处于独特地位的子系统,与政治、经济、文化等其他子系统进行着复杂多向的能量、信息交换。教育系统内部包含了多个进行     

基于多尺度DTM的坡式梯田三维可视化研究

针对黄土高原梯田可视化问题,以往的相关研究基本解决了水平梯田的三维可视化,但关于坡式梯田的研究尚为空白。坡式梯田因其具备更加突出的人工微地形特性,难以通过传统的DEM可视化方法实现其三维可视化。该文提出了多尺度DTM叠加法,利用偏移线法、高程增量法等方法提取田埂坡度特征,将研究区的低分辨率格网DEM(G-DEM)、坡式梯田分布区的高分辨率坡度DTM及G-DEM融合为一体,对坡式梯田进行三维叠加可视化。与传统G-DEM可视化方法相比,多尺度DTM叠加可视化法不仅所需数据存储量更小,而且具备更加逼真的坡式梯田三维可视化效果,能够有效显示坡式梯田的平坦田面和陡直田埂,是对基于DEM的梯田地形三维可视化的有益探索。     

城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响研究进展

随着全球城市化的快速发展和气候变暖及极端高温事件的加剧,城市热岛效应已成为了21世纪影响人类生存发展的重要环境问题。因此,阐明城市热岛强度时空变化特征,揭示多空间尺度下的形成机制是人文地理学和气候学研究的热点和前沿交叉科学问题。从街道峡谷微观尺度、城市街区局部尺度和城市宏观尺度全面总结和系统梳理了城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响和耦合机制,提出了未来通过定量表征城市热岛强度、城市空间形态的空间格局、时间演化特征及规律,构建空间关系分析模型,进而揭示城市空间形态在不同时空尺度对城市热岛强度的作用机制,为城市规划、宜居城市建设以及气候变化的响应与适应研究提供理论指导。     

隧道地质调查中综合物探方法的应用研究

本文通过采用高密度电阻率法,地震折射波法以及地震反射波的方法对浅埋隧道初探阶段进行分析,通过结合三种不同的物探方法分析结果,得出该隧道的地层划分,断裂带以及围岩等级,为施工质量提供保障。     

基于投影体积与八叉树的三维网格模型体素化方法

使用八叉树结构生成三维多边形网格模型的体素表示,提出了基于投影体积判断体素是否位于模型内部、再利用6-邻接关系快速准确获得模型内部体素的方法,避免了Flooding方法在处理内部封闭空腔时产生的错误.实例测试表明,该文提出的体素化方法能正确处理内部含有空腔的模型,并且效率较高,在三维GIS、地学建模和CAD等体图形学相关的领域具有一定的应用价值.     

基于TIN数据三维地质体的折剖面切割算法

为有效分析地质模型的内部结构,研究直接利用折切面对模型数据进行几何切割的算法。该算法面向基于TIN数据表达的三维地质体,包括"折剖面的生成"和"被切割地质体的拆分"两大关键步骤;采用向二维平面投影的策略,将复杂的切割转化为交线的快速连接、三角形重新剖分和点与多边形的包含测试等简单操作。对不同复杂程度的三维地质模型进行切割实验,发现化繁为简和二维投影策略极大地提高了算法效率。     

中国城市尺度科学知识网络与技术知识网络结构的时空复杂性

知识在产业集聚、区域创新中的地位越来越突出,城市知识储量及其在区域知识网络中的地位对城市的综合竞争力有重要影响。学术论文合作与专利合作是知识溢出的体现形式,是科学和技术发展的重要成果,也是度量区域创新能力的主要指标。以2000-2009年中国生物技术领域合著论文和共同申请专利的信息为原始数据,分别构建中国城市间科学知识网络(scientific knowledge network,SKN)与技术知识网络(technological knowledge network,TKN)。运用复杂网络与地学空间分析方法,从整体网络结构特征、择优链接性、中心城市及其自我网络的空间特征等方面进行分析,探究知识溢出的时空复杂性。研究表明:1 SKN和TKN具有无标度网络特征;SKN节点度数的异质性高于TKN。2两种网络均呈异配性,即城市选择合作对象存在明显择优链接性,知识溢出具有粘着性和空间依赖性。3 SKN中心城市具有明显的等级结构,空间分布总体呈"大分散小集聚"特点;TKN中心城市层级结构不明显,尚未形成明显极化中心。4 SKN中心城市自我网络的合作空间,由最初的沿海省会城市间的合作转向长三角、珠三角、京津冀等区域间和沿海城市与内陆城市间的合作,区域间知识溢出明显;TKN中心城市自我网络仍多分布于沿海城市和少数中西部省会城市,区域间知识溢出不明显。5 SKN中心城市及其自我网络的时空演变存在等级扩散和传染扩散的现象,符合时空梯度推移规律,且空间等级梯度逐渐向扁平化转变;TKN中心城市及其自我网络的时空演变以等级扩散为主,时空梯度推移现象不明显。研究结论为量化知识溢出及知识溢出网络结构的时空演化过程提供新的研究视角,对城市创新政策的制定有一定借鉴意义。