在三维地质建模中,由于地质剖面与医学CT有本质上的相似性,因此,轮廓线的三维表面重建技术有广泛的应用。目前,较为成熟的算法并没有考虑地质数据的特殊性,由于地质体形态复杂多变,地质剖面稀疏、数据来源多样等特点,将普适的算法应用到地质建模中,只是解决了重建曲面的合理性,并没有关注曲面的几何质量,导致曲面无法达到地质建模对于模型质量的要求。本文针对地质数据的特点,提出了一种新的轮廓线表面重构方法。在不改变轮廓线连接的合理性与正确性的情况下,通过生成过渡剖面轮廓线,克服传统方法生成曲面过于粗糙的缺点,以提高建模质量。在Creatar三维地质基础平台上,对多种情况的剖面数据实验结果表明,在数据稀疏的情况下达到了良好的建模效果。该方法的扩展模型满足了地质剖面轮廓线建模中复杂地质情况,以及交叉剖面数据的曲面重建,且算法复杂度低,实现简单,有较强的实用性。
径向基函数（Radial Basis Function,RBF）是一种不需对数据做任何假设,能准确逼近任意维度数据的空间插值方法。其特别适合于复杂地形的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）插值重建,但随着已知点数量的增加会导致插值模型求解困难或缓慢。针对这个问题,本文基于二叉树自适应递归分块原理,采用局部最优形态参数的RBF分块插值方法进行DEM插值重建。首先,设定子区域最小点数阈值和相邻子区域的重叠率,自顶向下,对研究区域进行递归分块,构建区域分块二叉树,对二叉树叶子节点区域,采用逐点交叉验证（Leave One Out Cross Validation,LOOCV）方法求解其最优形态参数,建立局部RBF最优插值模型;然后,根据单元分解原理,采用加权平均方法对相应叶子节点区域内的待插值点高程进行加权求和,自底向上递归求解,得到待插值点最终高程值。以云南某地区DEM进行插值实验表明,采用本文方法进行DEM插值重建,稳定性较好,插值精度高。
当前对城市重心的研究多以城市平面形态的二维重心进行求解,在城市垂向伸展日益显著的背景下,有必要对城市的三维重心进行变化分析。针对二维平面重心求取方法的深入分析,本文推导了一种由城市建筑高度等值线计算城市实体三维重心的方法,将城市三维实体看作由一层层“薄板”搭建成的组合体,利用组合体的重心计算公式求取城市三维重心。以南京市为例进行了验证,将所求得的城市二维重心和三维重心的转移结果进行了比较分析。结果表明,该计算方法可方便地计算城市实体的三维重心,南京城市三维重心的投影虽然和二维重心有相似的变化特点和规律,但存在一定程度的偏移,偏移方向与高层建筑密集区域相对应。城市三维重心充分考虑到城市垂直方向上的伸展,可有效更全面地反映城市空间变化的规律和特点。
核线约束是影像在数字摄影测量中的一项核心技术,可限制同名像点的搜索范围,显著提高计算效率和可靠性。目前,核线约束在传统中心投影影像与卫星扫描影像上取得了广泛的应用,而全景影像具有不同的几何模型,核线模型的推导与应用存在很大的难度。以往实现全景三维重建方法大多通过不同方位影像,应用大量的控制点,结合光束法平差以实现构筑物三维重构,缺乏球形全景核线数学方程的推导及应用。鉴此,本文通过对球形全景影像的投影几何研究,基于共面方程建立该类影像的核线几何模型,推导出数学方程及其特性,为核线在球形全景影像中的应用提供了理论基础,实验表明该球形全景核线方程的正确性与可行性。
地理设计作为城乡规划的前沿领域,体现了信息化技术对传统规划领域的革新。空间管制规划是城乡规划的重要组成部分,因其与地理环境结合紧密、涉及要素多、管理难度大的特点,更需借助地理设计,实现规划策略的合理制定和实施。本文在梳理国内外地理设计和空间管制相关研究的基础上,首先界定了本文的核心概念——综合地理单元,理清其与生态功能区划、生态单元等相关概念之间的关系,并阐明了这一概念与地理设计之间的内在联系。同时,分析了我国城乡空间管制规划中传统技术所面临的困境和挑战,论证在这一领域引入综合地理单元的必要性;进而在传统空间管制规划的基础上,以张家界市的实践为例,应用地理设计思维,提出以综合地理单元为基本载体的空间管制系统。并从综合地理单元的划分、管制要素的单元化和综合地理单元的空间管制系统编制等方面出发,构建了一个完整的体系。另从总体功能布局、产业发展、人口调控、交通设施建设等方面,分析该系统对张家界市城乡一体化发展规划编制的支撑作用。
以长株潭城市群核心区为对象,运用GIS和RS技术获取研究区土地利用/覆盖和空气污染分布格局,结合景观指数移动窗口分析结果,分年均和季节时间尺度分析NO2、PM10、O3、PM2.5浓度空间分布特征与土地利用格局的耦合关系。结果表明：长株潭城市群土地利用/覆盖,对空气污染物浓度的变化影响显著,具有季节效应。建设用地和道路面积占比与NO2、PM2.5浓度显著正相关,与O3浓度呈显著负相关;林地面积占比越大,NO2、PM2.5浓度越低;土地利用/覆盖对PM10浓度影响相对不稳定,易受不同季节局地尺度工业生产和建筑开发活动影响。从土地利用/覆盖微观配置角度,景观破碎程度越高,PM10浓度越高;散布与并列指数越大,NO2和PM2.5浓度越高、O3浓度越低;多样性指数与PM2.5浓度显著正相关。从优化土地利用降低空气污染角度创建的长株潭城市群生态绿心区的作用尚未真正展现。研究结果对明确反映土地利用/覆盖与空气污染特征间的关系,指导城市土地利用活动的合理开发具有重要的价值。
本文以Landsat TM/ETM+数据和HJ-1卫星CCD数据,系统分析了2000-2010年新疆地区陆地生态系统变化。10年间,新疆地区建设用地、农田和湿地生态系统迅速扩张,分别增加了30.5%、26.7%和10.2%;草地与灌丛生态系统则大量减少,分别减少了2.4%和5.1%;冰川积雪减少也较为明显,减少了1.6%;荒漠和森林生态系统变化较小。生态系统变化热点区域主要分布在传统绿洲区,尤其是天山南北麓的绿洲区。水利设施改善与灌溉节水技术进步,以及国家西部开发战略导致灌草地被大量开垦为农田,人口增长则是建设用地增加的主因;全球气候变暖使冰川积雪减少明显,20世纪60年代至今面积减少了16.7%~32.5%,导致山区湿地生态系统增加;国家生态环境保护工程则有效地遏制了林地与荒漠生态系统的恶化趋势。山地水源涵养区除了要严格控制森林砍伐外,还要严格禁止灌草的开垦,控制绿洲农田的增加和重视生态过渡带的保护,并加强全球气候变化对新疆水资源影响的研究,以制定相关对策。
本文以贵州省东南部三州为研究区,运用连续生物量转换因子法和平均生物量法,通过2010年森林清查小班数据,建立了24类优势树种的森林植被碳密度与林龄之间的关系。同时,估算了1990-2010年间贵州省东南部森林植被生物量及其碳蓄积量,分析了碳蓄积量的时空变化特征,并预测出2050年该区域森林植被的固碳潜力。结果显示：（1）2010年贵州省东南部森林植被碳蓄积量为106.22 TgC,占贵州省森林植被碳蓄积量的63.01%,占全国森林植被碳蓄积量的1.36%;平均碳密度32.44 MgC/hm2,是贵州省森林植被平均碳密度的93%,全国森林植被平均碳密度的76%,碳密度空间分布呈现由西部向东部增加趋势且东部高于平均水平。（2）1990-2000年间森林植被碳蓄积量增加了30.67 TgC;2000-2010年间森林植被碳蓄积量增加了49.55 TgC,其中,退耕还林导致森林植被碳蓄积量增加了31.09 TgC。（3）以2010年为基准年,假设40 a后贵州省东南部森林面积保持稳定,且不考虑轮伐期的未来情景下,至2050年该区域森林植被碳蓄积量将达到153.38 TgC,其增量可达47.16 TgC,表明贵州省东南部森林具有较大的碳增汇潜力。
开展现有医疗设施布局的分析与评价,对解决公众医疗需求与医疗服务供给的矛盾,以及政府部门决策具有重要意义。本文在厦门市第一次全国地理国情普查试点的背景下,以翔安区医疗设施为研究对象,在地理国情普查数据结果的基础上,结合卫生等专业部门的统计数据,从医疗设施的现状、服务水平和空间布局优化3个角度,构建了医疗设施布局的评价指标体系。从医疗卫生角度分析医疗资源现状特征;基于GIS网络分析开展医疗设施服务水平的分析与评价;利用GIS“位置分配模型”对医疗设施空间布局进行优化。最后,本文对医疗设施布局提出改善建议和措施。研究结果表明：（1）翔安区医疗资源总量不足,分布不均衡;（2）城乡医疗设施差异明显,医疗服务水平不高;（3）翔安区需新增4家医院,5家卫生院才能满足居民就医需求。本研究可以为今后翔安区医疗设施布局决策提供借鉴和参考,为医疗设施布局评价提供一个可行的方法。
出租车客源的时空分布不均衡,不仅影响着出租车司机的收入,更重要的是极大地影响着出租车作为城市公共交通重要补充作用效益的发挥和提升。由于拒载、空载等因素的影响,传统研究出租车驾驶行为的评价方法,已无法准确表达出租车运营效率。本文以出租车GPS数据为研究对象,通过加入出租车空载状态的影响来优化出租车效率评估模型,首次提出了出租车优质客源的概念,对出租车优质客源进行定义与量化,建立优质客源的时空分析方法,并从出租车行驶轨迹中提取优质客源信息与优质客源的时空分布规律,为改善出租车司机的收益及提高出租车运营效率提供科学依据。
针对城市道路通行能力定量度量指标,提出基于浮动车数据的道路基本通行能力评估方法;以道路通行能力指标来分析深圳市道路网通行能力的时空分异规律,结论如下：城市道路通行能力具有明显的时变特征和空间分布的不均衡性;各行政区域通行能力在工作日变化平缓,在休息日出现午高峰;通行能力余量无论在工作日和休息日都浮动较大,并在休息日中午显著下降;道路通行能力具有明显区域分类现象,人口密度和发展程度较高区域的道路通行能力整体较低,且一天内的变化较小;道路等级对通行能力和通行能力余量影响显著,较高等级道路一天内变化较大,低等级道路则较平稳。
近年来,低秩矩阵重建在机器学习、图像处理、计算机视觉与生物信息学等众多科学与工程应用领域中,迅速发展为一个新的研究热点,其主要涉及矩阵填充与稳健主成分分析2大问题,即分别从精确且不完全的采样矩阵元与从大误差矩阵元的分布较为稀疏的观测矩阵中恢复出原始低秩矩阵。鉴此,本文定义了稳健矩阵填充,即从非完全且存在稀疏误差的采样矩阵元中精确恢复出原始低秩矩阵,通过最小化核范数与l1-范数的组合构建了相应的凸优化模型,并提出了一种新颖的增广分部拉格朗日乘数法来求解此类最优化问题。通过将其应用于混合高斯与椒盐噪声去除的问题中表明,此算法对具有规则纹理及相似结构内容等低秩特征的影像中混合噪声的去除效果较好,其能同时去除影像中的椒盐噪声与高斯噪声,且有效保留影像中的纹理细节等信息;当影像中椒盐噪声密度较高而高斯噪声相对较小时,其去噪性能更佳。
变化检测一直是遥感研究领域的热点,随着遥感技术的不断发展,新型数据源不断涌现,使传统遥感变化检测方法面临新的挑战。本文以Landsat-8影像为主要数据源,使用影像分割算法,设计2期遥感影像的文档-单词映射,将影像中所有的像元作为视觉单词,利用LDA模型将影像文档从单词空间转换到主题空间进行表达。在此基础上,结合实地调查对变化区域进行检测和验证,形成一套面向对象的LDA模型变化检测方法。研究表明：基于图斑的分析可有效消除以像元尺度进行变化检测产生的椒盐现象;利用LDA模型构建的变化检测方法能较好地实现影像文档特征的统一表达,有效去除2期影像相同地物因光谱差异导致的变化误检验;与差值法和波谱角等常规遥感变化检测方法相比,该方法能有效地减少错漏判,提高遥感影像变化检测的正确率,为中高分辨率遥感影像的变化检测提供新思路。
平原绿化是我国平原地区森林植被的主体,为生态环境建设提供了有力保障。但平原绿化分布零散,斑块面积小,不易被准确提取。本文以河南省封丘县为例,利用天绘一号卫星影像面向对象分类技术提取了平原绿化。在面向对象分类过程中,针对不同平原绿化信息选取不同的分割尺度和参数,建立影像对象的分割层次结构,确保农田林网、通道防护林、四旁防护林等平原绿化信息能够被准确分割。分类时通过构建隶属度函数,利用层与层之间的关系,子类继承父类的分类特征,在此基础上增加自己的特征,建立分类规则集,逐层提取绿化信息。本文共获取封丘县平原绿化面积152.51 km2,其中,农田林网36.09 km2,通道防护林21.29 km2,四旁防护林71.56 km2,片林23.57 km2。利用验证点数据,对分类结果进行精度评价,总体分类精度为93.50%,Kappa系数达到0.92。
煤矸石是一种在成煤过程中与煤层伴生的黑灰色固体废弃物,不仅会污染环境,而且会严重损害附近居民的身体健康,目前已经成为矿区生态环境的主要影响源之一。因此,实时、准确、快速地获取煤矸石堆场的位置、形状和面积等信息,对于环境监测与管理具有重要的意义。本文以内蒙古鄂尔多斯市东胜区为试验区,将试验区内的典型地物分为：植被、水体、阴影、裸地、建筑、道路、排土排矸场、露天煤矸石堆场、堆煤场及煤渣、采煤坑和其他共11类。本文采用SPOT-5高分辨率遥感影像,面向对象提取研究区内的煤矸石堆场信息,并进行识别精度评价,精度达到89.47%。将面向对象的分类结果与最大似然分类方法的分类结果进行比较,结果表明,面向对象的提取方法可更好地应用于煤矸石堆场信息的自动提取,大幅度提高精度和效率。
