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    1. 出租车轨迹数据挖掘进展
    吴华意, 黄蕊, 游兰, 向隆刚
    测绘学报    2019, 48 (11): 1341-1356.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20190210
    摘要856)   HTML    PDF (1439KB)(1180)   
    大数据、物联网与精密定位技术的发展推动了城市感知的进步。随着社会活动的与日俱增,出租车轨迹数据不仅记录了出租车的行车轨迹,还蕴藏着道路交通状态、城市居民出行规律、城市结构及其他社会问题。通过各种数据分析与挖掘手段对出租车轨迹数据进行深入探究,对于智能交通、城市规划等有着重要意义。本文综述了近十年国内外基于出租车轨迹大数据的相关研究,按照空间统计方法、时间序列方法、图论与网络方法及机器学习方法等4类,详细阐述各类方法的研究现状。随后,本文分析了现有研究的应用领域、热点主题和发展趋势。最后,本文指出了出租车轨迹数据挖掘研究领域面临的挑战和未来研究方向。
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    2. ST-CFSFDP:快速搜索密度峰值的时空聚类算法
    王培晓, 张恒才, 王海波, 吴升
    测绘学报    2019, 48 (11): 1380-1390.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180538
    摘要605)   HTML    PDF (4838KB)(241)   
    时空聚类算法是地理时空大数据挖掘的基础研究命题。针对传统CFSFDP聚类算法无法应用于时空数据挖掘的问题,本文提出一种时空约束的ST-CFSFDP(spatial-temporal clustering by fast search and find of density peaks)算法。在CFSFDP算法基础上加入时间约束,修改了样本属性值的计算策略,不仅解决了原算法单簇集多密度峰值问题,且可以区分并识别相同位置不同时间的簇集。本文利用模拟时空数据与真实的室内定位轨迹数据进行对比试验。结果表明,该算法在时间阈值90 s、距离阈值5 m的识别正确率高达82.4%,较经典ST-DBCSAN、ST-OPTICS及ST-AGNES聚类算法准确率分别提高了5.2%、4.2%和7.6%。
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    3. 城市时空大数据驱动的新型冠状病毒传播风险评估——以粤港澳大湾区为例
    夏吉喆, 周颖, 李珍, 李帆, 乐阳, 程涛, 李清泉
    测绘学报    2020, 49 (6): 671-680.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20200080
    摘要533)   HTML42)    PDF (4208KB)(465)   
    2019年末至2020年初新型冠状病毒(COVID-19)的快速传播对中国与世界的公共卫生带来巨大的挑战。如何科学合理地评估新型冠状病毒传播风险并制定相应防疫管控措施,是各国所面临的难题,也是科学防治与精准施策的重要依据之一。作为我国最重要的城市群之一,粤港澳大湾区受本次新型冠状病毒影响较大,且春节假期后大量的复工回流人口进一步带来潜在的传播风险。本文面向粤港澳大湾区新型冠状病毒传播风险评估的紧迫需求,结合大湾区多源城市时空大数据与流行病动力学模型,构建适宜大湾区的改进模型,并对新型冠状病毒在大湾区的传播风险和各类防疫管控措施效果进行评估与模拟。首先,引入动态复工回流人口和聚集热点改进现有动力学模型(SEIR模型),对现有动力学模型在不同空间评估单元的传播参数进行纠偏,加强模型在大湾区评估中的适宜性;利用手机信令等多源城市大数据,构建更精细化的人口、疾病流动矩阵和相应的传染病动力学模型,以满足各级防疫部门精细化(如村(社区)级)风险评估的迫切需求。模拟结果表明,相对经典SEIR模型,改进模型在大湾区的传播风险评估中具有更强的适宜性;大湾区高强度的人口流动为病毒的传播带来较高的风险;防疫部门所采取各类管控措施对病毒在大湾区的传播具有较强的抑制作用。
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    4. 基于网格模型的导航道路图渐进式化简方法
    郭庆胜, 刘洋, 李萌, 程晓茜, 何捷, 王慧慧, 魏智威
    测绘学报    2019, 48 (11): 1357-1368.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180552
    摘要478)   HTML    PDF (9599KB)(369)   
    针对将导航数据精度降低时的道路图形综合转换为基于网格模型的线图形化简问题,提出了一种基于网格模型的导航道路数据渐进式协同图形综合方法。该方法能保证综合后的单条道路和道路网都与原始高精度数据保持空间方向关系相似。在数据处理过程中,用导航需求来约束道路的渐进式图形简化,并对道路形状和道路交叉处的空间方向关系进行维护,顾及了导航中道路的可视化效果。已用实际生产中的导航数据进行了验证,证明了本文方法是有效且实用的。
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    5. 对等网络下自适应层级的矢量数据时空索引构建方法
    吴政, 武鹏达, 李成名
    测绘学报    2019, 48 (11): 1369-1379.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20190143
    摘要478)   HTML    PDF (1740KB)(185)   
    时空索引是时空数据存储和管理的关键技术之一,基于空间填充曲线(space filling curve,SFC)的索引方法近年来受到了广泛关注。然而对于矢量数据,现有索引方法多侧重于空间索引的实现,难以同时顾及时间查询和空间查询的效率,且对于非点要素(线要素与面要素),确定最优的索引级别一直是难点所在。为此,本文面向对等网络环境,提出一种自适应层级的时空索引构建方法。首先提出了基于分区键和分区内排序键组合策略的时空信息联合编码,然后据此设计了点要素、非点要素的时空表达结构,最后设计了多层级树结构以构建时空索引MLS3(multi-level sphere 3),并基于地理实体时间粒度及空间密度等特征自适应确定其最优索引层级。利用轨迹(点要素)、公路(线要素)和建筑物(面要素)实际数据进行了试验。试验结果表明,相比GeoMesa提出的XZ3时空索引,本文索引方法可有效解决非点要素的时空表达及层级划分问题,在避免存储热点的同时实现更为高效的时空检索。
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    6. DEM地表坡向变率的向量几何计算法
    胡光辉, 熊礼阳, 汤国安
    测绘学报    2019, 48 (11): 1404-1414.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180447
    摘要447)   HTML    PDF (19950KB)(257)   
    作为计算坡向变率的数据基础,坡向矩阵具有方向性,以标量的方式计算带有方向属性的数据,将带来计算方式的误区及计算结果的偏差。本文以数学高斯曲面和不同黄土地貌样区5 m分辨率DEM数据为基础,针对坡向数据具有方向性的特点,设计基于数学向量的坡向变率计算方法。首先针对坡向数据进行极坐标转换,形成坡向矩阵的向量几何表达;然后以该坡向向量数据为基础来计算坡向变率;最后将本文方法的计算结果与传统标量方法的计算结果展开对比分析。试验结果显示,本文方法的坡向变率计算有效地避免了正北方向产生的极大偏差以及坡向差超过180°时的不准确现象,同时其他大部分区域也得出更为合理准确的坡向变率计算结果。在不同分辨率DEM下,本文方法能得到较为稳定的结果。本文所提出的基于向量几何的坡向变率计算方法可为精准数字地形分析提供参考,也是借鉴数学向量几何的方法解决数字地形分析问题的重要实践。
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    7. 监控视频中动态目标与地理空间信息的融合与可视化方法
    张旭, 郝向阳, 李建胜, 李朋月
    测绘学报    2019, 48 (11): 1415-1423.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180572
    摘要446)   HTML    PDF (10512KB)(403)   
    监控视频的动态前景目标智能分析是平安城市、智慧园区等安防建设的重要基础,将监控视频与地理空间数据融合可为静态的地理数据赋予动态属性。针对传统监控视频与地理信息数据集成仅仅将视频数据投射至地理空间,造成存储难、视频内容理解难度大等问题,本文提出了前景动态目标与地理空间信息的融合模型,通过推导出的映射模型将图像空间中的动态前景目标及跟踪轨迹映射至地理空间中,达到将监控视频与地理信息有机融合的目的。根据不同的应用需求,本文设计了4种多图层融合显示模式,实现了监控视频中的动态前景目标在地理空间的可视化。
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    8. 联合像元-深度-对象特征的遥感图像城市变化检测
    赵生银, 安如, 朱美如
    测绘学报    2019, 48 (11): 1452-1463.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180554
    摘要435)   HTML    PDF (21128KB)(373)   
    特征空间的构建和优化对遥感图像识别能力的提高具有重要作用。针对面向对象方法对波段光谱信息利用不足,以及像元识别法无法充分利用图像空间几何等信息的问题,本文建立了新颖的联合像素级和对象级特征的航摄遥感图像城市变化检测方法。首先,充分利用像素级和对象级特征的优势,建立考虑光谱、指数、纹理、几何、表面高度及神经网络深度特征的特征空间;然后,引入LightGBM(light gradient boosting machine)算法对大量特征进行选择研究;最后,采用随机森林识别器对宜兴市2012年和2015年两期遥感图像进行识别,利用变化矩阵进行城市的变化检测。结果表明:联合像元、深度、对象特征和LightGBM特征选择算法的识别效果最好,平均的总体识别精度达到了88.50%,Kappa系数达到0.86,比基于像元、深度或对象特征的识别方法分别提高了10.50%、15.00%和4.00%;城市变化检测精度达到了87.50%。因此,本文方法是利用甚高分辨率航摄遥感图像进行城市变化的检测的有效方法。
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    9. “轻终端+行业云”的实时北斗滑坡监测技术
    白正伟, 张勤, 黄观文, 景策, 王家兴
    测绘学报    2019, 48 (11): 1424-1429.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20190167
    摘要406)   HTML    PDF (3102KB)(346)   
    对滑坡区域进行地表高精度实时三维变形监测,是实现滑坡灾害精准预警的前提。GNSS技术是目前唯一直接获取滑坡灾害实时地表三维矢量变形的手段,但GNSS应用于大范围滑坡监测存在成本高和计算能力差两大问题。本文采用物联网思维,以"云+端"的设计理念,自主研发了千元级小型化实时北斗/GNSS监测技术装备,并研制了毫米级实时监测预警云平台,成果成功应用于甘肃黑方台滑坡实时监测预警。联合成都理工大学预警系统提前40 min发出了准确预警信号,避免了人员伤亡和财产损失。安装在滑坡体上的远程视频监控首次近距离记录了滑坡灾害发生的全过程。
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    10. 车辆轨迹数据提取道路交叉口特征的决策树模型
    万子健, 李连营, 杨敏, 周校东
    测绘学报    2019, 48 (11): 1391-1403.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20190011
    摘要349)   HTML    PDF (18292KB)(419)   
    众源车辆轨迹数据隐含最新的道路分布信息,研究利用轨迹数据提取道路特征有益于基础路网数据的快速建库与更新。道路网由交叉口和连接交叉口的道路线构成,其中交叉口特征识别是整个道路网生成的关键。由于缺乏精细的交叉口识别模型,轨迹数据生成的道路网容易出现路口遗漏、结构失真等现象。针对这一问题,本文提出一种利用轨迹数据提取道路交叉口的方法。首先,分析车辆在交叉口与非交叉口区域移动轨迹几何形态及隐含动力学特征的变化情形;然后,利用决策树方法构建轨迹片段分类模型,并结合移动开窗式的轨迹线剖分模型建立交叉口区域变道轨迹片段提取方法;最后,依据Hausdorff距离对交叉口区域轨迹片段进行聚类,并提取中心线获得完整的道路交叉口结构。采用真实的车辆轨迹线作为测试数据,验证了本文提出方法的有效性。
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    11. 车辆轨迹数据的道路学习提取法
    陆川伟, 孙群, 陈冰, 温伯威, 赵云鹏, 徐立
    测绘学报    2020, 49 (6): 692-702.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20190305
    摘要344)   HTML22)    PDF (19802KB)(206)   
    车辆轨迹数据的道路信息提取是地理信息领域的热点也是难点之一,深度学习的快速发展为该问题的解决提供了一种思路与方法。本文针对车辆轨迹数据的车行道级道路提取问题,引入深度学习领域的生成式对抗网络,利用残差网络构建深层网络和多尺度感受野感知轨迹数据不同细节特征,构建了基于条件生成式对抗网络的轨迹方向约束下车行道级道路提取模型。首先提出了朝向-颜色映射栅格化转换方法,实现轨迹朝向信息向HSV颜色空间的转换;然后利用样本数据学习模型参数;最后将训练模型应用到郑州、成都、南京3个试验区域提取车行道级道路数据。试验结果表明,本文方法能够有效地提取完整的车行道级道路数据。
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    12. 无人机视觉SLAM协同建图与导航
    王晨捷, 罗斌, 李成源, 王伟, 尹露, 赵青
    测绘学报    2020, 49 (6): 767-776.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20190145
    摘要331)   HTML15)    PDF (9625KB)(189)   
    地面机器人由于其工作空间的限制,对环境感知存在较大局限性,结合空中机器人在视角方面的优势,实现空地机器人协作是主流趋势。本文提出了一种基于无人机视觉SLAM的协同建图与导航方法,利用无人机空中视角带来的大范围环境感知能力,协助地面机器人快速构建环境模型,提高地面机器人在具有挑战性的未知环境中建图与导航能力。本文方法首先构建了一个显著闭合边界实时检测和跟踪线程,结合点、线特征以及显著闭合边界,提出一种视觉SLAM方法用于无人机空中建图,与传统方法相比,闭合边界的结合极大优化了建图的效果。其次,地面机器人根据无人机获得的初始全局地图自动规划全局路径,在移动过程中,利用搭载的激光传感器对无人机建的初始地图进行更新,并且对路径进行连续的重新规划,避免与障碍物发生碰撞。为了验证本文方法的可行性和先进性,分别进行了仿真试验和真实试验。试验结果表明,本文方法显著提高了建图效果,实现了协同建图与导航方法的完整过程,提高了地面机器人在具有挑战的未知区域中进行自主建图和导航的能力。但是本文方法在障碍物分布密集、地面高低起伏等复杂情况下效果不佳,且实现的二维导航局限性大,未来工作立足于融合激光雷达、IMU等多传感器,提高深度估计和位姿估计等任务效果用于构建精准的三维占据栅格地图,并进一步设计三维空间空地协同建图与导航的方法。
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    13. 基于几何配准的多模式SAR影像配准及其误差分析
    吴文豪, 张磊, 李陶, 龙四春, 段梦, 周志伟, 祝传广, 蒋廷臣
    测绘学报    2019, 48 (11): 1439-1451.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180440
    摘要301)   HTML    PDF (18556KB)(294)   
    星载合成孔径雷达影像干涉处理时所需方位向配准精度因成像模式的差异而有所不同,目前在精密轨道条件下以几何配准为基础辅以影像信息的配准方案因其严格的理论模型和较高的精度成为干涉处理的首选。本文以TerraSAR-X影像为例,论证了不同成像模式影像所需的配准精度和卫星轨道精度,并通过理论分析和试验证明了精密轨道条件下,利用几何配准即可满足TerraSAR-X等卫星的条带模式影像干涉处理的需要;聚束模式影像需要在几何配准的基础上利用影像相干性或谱分集进一步优化配准结果。鉴于增强谱分集偏移量估计精度最高,本文进一步利用增强谱分集对比分析了不同轨道不同DEM条件下的几何配准误差。研究结果表明:卫星轨道切向误差是几何配准的主要误差源,目前常用3种DEM几何配准差异远小于0.001个像素,均可满足Sentinel-1影像干涉配准的需要。
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    14. 高光谱亚像元定位的线特征探测法
    刘照欣, 赵辽英, 厉小润, 陈淑涵
    测绘学报    2019, 48 (11): 1464-1474.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180221
    摘要296)   HTML    PDF (9267KB)(155)   
    未考虑地物亚像元级空间结构特征是影响高光谱亚像元定位精度的因素之一。为了有效解决这一问题,本文提出一种基于混合像元线特征探测的亚像元定位算法。首先,通过光谱解混确定含典型线状地物的混合像元。然后,基于完备直线集的最大线性指数方法确定其余含线特征的混合像元,使用模板匹配方法结合像元引力确定含线特征混合像元的亚像元类别。最后,基于线性优化的方法迭代确定剩余混合像元的亚像元类别。通过真实数据及仿真数据的试验,结果表明所提出的方法能有效提高亚像元定位精度。
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    15. L1范数探测粗差失效的观测量识别方法
    闫广峰, 岑敏仪
    测绘学报    2019, 48 (11): 1430-1438.   doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20180395
    摘要294)   HTML    PDF (1016KB)(193)   
    粗差发生时,L1范数估计求得的条件方程闭合差较最小二乘估计(LS)的残差更能集中反映粗差,从而有助于粗差的发现与定位。然而,存在一类观测值,虽然其具有粗差发现和定位能力,但在采用L1范数估计解决粗差探测问题时,无论含有多大量级粗差都不能准确定位,为叙述方便,称其为L1抗差性失效点(robustness failpoint in L1-norm estimation,RFP-L1)。显然,只有判定测量系统不存在RFP-L1,或存在时能够准确判断其是否含有粗差,才能保证基于L1的粗差探测结果的准确、可靠,此过程中,RFP-L1的识别是问题解决的基础。本文由条件方程,推导出观测值粗差对条件方程闭合差绝对值和的影响系数计算式,得到了最小影响系数大小与观测值是否为RFP-L1的判别关系,并探讨了存在RFP-L1的测量系统设计矩阵数值特点,提出了判断RFP-L1观测值的方法。仿真试验表明,最小影响系数反映了观测值粗差对L1范数估计目标函数的影响大小,非RFP-L1和RFP-L1的最小影响系数具有分别等于1和小于1的规律性,同时得出,若观测方程中系数矩阵只有±1和0,对应的观测量均不属于RFP-L1
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    16. 基于特征边重构的建筑物化简方法
    尹烁, 闫小明, 晏雄锋
    测绘学报    2020, 49 (6): 703-710.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20190299
    摘要281)   HTML13)    PDF (7738KB)(120)   
    针对轮廓模糊建筑物多边形的化简问题,提出一种基于特征边重构的建筑物化简方法。该方法定义了建筑物的主方向和控制其整体结构的特征边,以保持建筑物的规则形态。首先利用统计加权方法计算建筑物的主方向,基于主方向对建筑物执行直角化操作。然后按照特征边的定义检测直角化建筑物的特征边,将特征边组合并抽象出几种局部结构,建立重组规则。最后通过判别特征边组合的空间关系,选择合适的结构重组规则来化简建筑物。结合真实数据进行多组试验,结果表明该方法有效还原了建筑物的直角特征,面积和形状保持良好,适用性强。
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    17. 地图投影变形球面大圆弧的度量指标
    闫瑾, 杨绚, 李妮, 龚光红
    测绘学报    2020, 49 (6): 711-723.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20190101
    摘要253)   HTML11)    PDF (10248KB)(91)   
    地图投影是地图学的重要研究内容。任何地图投影都不可避免地存在变形问题。针对地图投影的变形,本文提出球面大圆弧和互补比率均值相结合的地图投影面积变形与形状变形指标。通过算例验证和相关性分析,大圆指标一方面简化了小圆指标(即互补比率均值)的计算过程,并能与小圆指标的结果保持一致;另一方面,大圆指标与微分指标之间也具有较高的一致性(形状变形指标的皮尔森积矩相关系数大于0.988)。由于大圆指标不依赖于微分计算,且计算简捷,因此大圆指标更具通用性。本文进一步采用回归分析对大圆指标进行分析,结果表明,大圆指标与微分指标具有较好的线性关系(线性回归的平均误差小于1.10‰)。为了降低采样点数量和解决采样点不统一问题,本文还提出了基于随机采样的指标计算方法,并对随机方法进行了验证和分析。依据大圆指标与微分指标的一致性和线性关系,可以认为使用大圆指标能够有效地评估地图投影的变形情况。
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    18. 车载LiDAR点云数据中杆状地物自动提取与分类
    李永强, 李鹏鹏, 董亚涵, 范辉龙
    测绘学报    2020, 49 (6): 724-735.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20190220
    摘要252)   HTML11)    PDF (8948KB)(172)   
    针对城市道路场景中车载LiDAR点云数据质量差、各类地物相互遮掩的情况,提出杆状地物自动提取与分类算法。先通过改进数学形态学算法移除点云数据中的地面点,再根据杆状地物的形态特征,使用纵向格网模板初步提取杆状地物,然后对提取的疑似杆状地物进行点云数据规则化并通过统计分析移除噪声点,最后根据预先建立的杆状地物样本训练SVM分类模型,对提取的杆状地物进行分类。试验表明,本文方法能够在数据质量欠佳的情况下有效提取城市道路场景中的杆状地物,并对提取的杆状地物进行高精度分类。
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    19. 多频多模PPP非组合模糊度固定方法和关键技术研究
    柳根
    测绘学报    2020, 49 (6): 798-798.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20200116
    摘要246)   HTML14)    PDF (696KB)(131)   
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    20. 遥感影像船舶检测的特征金字塔网络建模方法
    邓睿哲, 陈启浩, 陈奇, 刘修国
    测绘学报    2020, 49 (6): 787-797.   doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20190117
    摘要237)   HTML18)    PDF (10787KB)(119)   
    船舶作为海上运输载体,其准确检测在海洋环境保护、海上渔业生产管理、海上交通与应急处置及国防安全应用中都具有重要意义和价值。目前基于目标检测网络的遥感船舶检测方法因末层特征分辨率不足和卷积固定的几何结构,导致网络难以适应小尺度且具有随机朝向、形态多变特征的船舶目标,进而限制船舶检测精度。针对该问题,本文提出一种用于遥感影像船舶检测的特征金字塔网络建模方法。首先引入形变卷积/RoI池化模块,以适应朝向和形态多变的船舶目标;其次借鉴在小目标检测中性能出色的特征金字塔网络的建模思想,采用对称式网络和多尺度特征融合的方式进一步融合高级语义和低级空间信息,提升小尺度目标特征分辨率。在40 000幅、船舶目标67 280余个的遥感影像数据集上的试验结果表明,本文方法能够有效集成形变卷积/RoI池化和多尺度特征融合方法,相较传统CNN船舶检测方法取得明显提升,在准确率、召回率及F1指标上分别达到85.8%、97.9%和91.5%。
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