测绘学报

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2021年第50卷第6期刊出日期：2021-06-20

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地理空间认知

空间认知推动地图学学科发展的新方向

高俊, 曹雪峰

2021, 50(6): 711-725. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210043

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地图与空间认知的不解之缘，连续而深化。地图的发展史就是一部空间认知的历史，空间认知的理论与方法为地图学打开了另一扇门。空间认知的研究促进了地图学理论研究的深入，在某种程度上，可以认为地图是大脑空间思维功能的物化。技术进步提高了地图空间认知的效能和价值。依据人的空间认知的进步来定义地图史的阶段，可以划分为远古地图、古代地图、近代地图和现代地图。面对近年来科技浪潮与社会发展对传统学科结构提出的挑战，应该思考一个问题，即地图学需要重新建立自己的学科体系，以更丰富的基础知识，更有针对性的先进技术和更广阔的服务面，来培养新型的地图工作者。

地图空间认知的数学基础

万刚, 武易天

2021, 50(6): 726-738. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210041

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地图作为人类认知客观世界的重要工具，它的出现和发展极大提升了人们获取地理空间知识的效率。地图设计、虚拟地理环境、地理信息系统及新型智能化地图的研究都离不开地图空间认知理论的指导。本文提出地图空间认知应基于数学基础进行研究的观点，并对多种地图空间认知数学模型进行归纳和总结，为地图空间认知研究提供了新视角。

地球球观认知分析:以谷歌地球上的寻路任务为例

应申, 张雯博, 苏俊如, 黄丽娜

2021, 50(6): 739-748. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210050

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地理空间认知影响人类与空间相关的行为。本文提出了地球空间观（球观）的概念，以地球上不同区域找寻过程作为试验环境，研究被试者在数字地球球体（Google Earth）上如何进行定向、定位和目的地寻找，分析球观模式下对地球球体的空间认知过程。借助眼动仪记录的数据将被试者的读图过程可视化并且进行思维过程分析。结果发现，在地球球体上，结合了即时相对位置判断和方向定位的目的地搜寻过程是被试者球观建立过程的综合表现。

地图线状要素眼动识别的朴素贝叶斯方法

董卫华, 王圣凯, 王雪元, 杨天宇

2021, 50(6): 749-756. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210048

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眼动追踪技术在人机交互、用户行为识别、预测等方面得到了广泛应用，但是如何自动识别用户的地图阅读行为，眼动行为仍具有一定的挑战性。本文提出了一种基于朴素贝叶斯分类模型的方法识别用户阅读地图线状要素时的眼动行为。本试验首先通过25名被试者阅读地图过程中的眼动行为进行数据采集，然后提取了250个眼动特征并对其进行离散化处理，采用最小冗余最大相关方法进行特征选择排序。结果显示，当采用信息熵法，特征数量为m=5时分类准确率最大为78.27%；而采用信息差法，特征数量为m=4时分类准确率达到最大值为77.01%。本文提出的基于朴素贝叶斯的方法在准确率方面优于已有研究方法。此外，由于特征数量的减少，大幅提高了算法的执行效率。本文提出的地图阅读行为眼动识别方法，为未来眼控交互式地图研究奠定基础。

地图空间形状认知的自编码器深度学习方法

晏雄锋, 艾廷华, 杨敏, 郑建滨

2021, 50(6): 757-765. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210046

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形状是地理空间要素的重要特征，是人们建立空间概念、形成空间认知的重要依据。本文利用深度学习的特征挖掘能力引入自编码学习方法，对二维地图空间中形状边界上多组邻域尺寸下的多个特征进行集成和整合，为空间形状认知的机理和形式化提供支撑。本文以建筑物数据为例，将建筑物形状边界转换为序列数据，并提取其描述特征；随后结合sequence-to-sequence自编码学习模型，对无标签的建筑面要素数据进行学习训练，形成形状认知编码。试验表明，本文方法能够产生符合形状认知、具有相似度计算意义的形状编码，具备对不同建筑物形状的区分能力；同时，在形状检索和匹配等应用场景中，该形状编码能有效地表示建筑物的全局和局部特征，与视觉认知结果一致。

地理空间认知理论与地图工具的发展

郑束蕾

2021, 50(6): 766-776. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210044

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本文首先分析了地理空间认知的心理学起源与发展现状，介绍了地理空间认知经典理论及影响，指出了地理空间认知和认知地理空间的根本区别：尽管两者都需要人工智能的支持，前者旨在了解人脑在空间任务中的工作机理，后者则注重利用传感技术和计算机视觉建立、维护地理空间的动态数字孪生体；然后，讨论了地图作为空间认知的双向工具的作用和研究方法，重点是眼动跟踪试验以及它们在交互方面的优势；最后，指出了人工智能新时期地理空间认知的3个发展方向——语义计算认知、脑科学认知机制和具身认知，并概述了核心地图空间认知的平行发展和特点。

地图学与地理信息

流空间邻近关系约束下的流行病分布空间异常探测方法

石岩, 王达, 陈袁芳, 陈炳蓉, 赵冰冰, 邓敏

2021, 50(6): 777-788. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200350

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针对现有流行病空间异常探测方法在全面探测多因素导致的潜在空间异常方面的局限性，本文提出一种流空间邻近约束关系下的流行病分布空间异常探测方法。首先，基于地理探测器识别与传播中心人群流出强度因素具有显著关联关系的疫情专题属性；然后，基于流空间邻近关系度量自适应构建流空间权重矩阵；最后，构造疫情属性空间局部变化梯度变量刻画空间单元疫情态势特征，提出改进的全局和局部莫兰指数（Moran’s I）实现流空间疫情分布模式的统计判别与局部空间异常区域探测。新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情的实例，验证了本文方法相比现有欧氏空间异常探测方法，能够有效识别疫情发展过程中除人群跨区域流动之外的多类潜在因素导致的疫情分布空间异常区域，有助于支持对疫情分阶段的分区分级精准防控。

面向位置聚合的泛在地图信息分类模型

王思, 王光霞, 田江鹏

2021, 50(6): 789-799. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200191

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地理信息分类是地图学的核心内容。随着泛在信息社会的来临，地理信息逐渐呈现时空泛在的新质特征，传统地理信息分类模型面临新的挑战。本文以泛在地图信息为研究对象，面向位置聚合应用需求，提出由“实例层→特征层↔维度层↔主题层”4个层次构成的信息分类模型。本文设计了一种泛在地图信息分类建模的验证方法，通过基于特征系统和信息维度的泛在地图主题特征标注，实现泛在地图信息在向量空间统一表达，并结合层次聚类算法生成泛在地图信息分类分级体系。通过气象主题分类试验对分类模型的可行性进行了验证。该分类模型本质上是一种认知规律约束下数据驱动的分类分级体系自动建模，特征层的扩展改变了传统地理信息分类模型的“实例→维度↔主题”结构，使得泛在地图信息分类在保持层级化认知结构的同时，具备细粒度语义描述能力。

建筑群组合直线模式识别的模板匹配方法

行瑞星, 武芳, 巩现勇, 杜佳威, 刘呈熠

2021, 50(6): 800-811. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200298

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建筑群空间分布模式识别对制图综合、多尺度表达及空间数据挖掘具有重要意义。针对局部异质性明显的建筑群直线模式识别提取问题，本文提出基于模板匹配的建筑群组合直线模式识别方法。首先分析研究组合直线模式的认知特征和定义；然后，利用建筑物的空间邻近性、尺寸和方向约束进行聚类，获得建筑物间的空间邻近关系和扩展对齐关系；以放大的建筑物最小面积外接矩形作为初始匹配模板；最后，在确定模板分布间隔及方向的基础上，考虑组合直线模式的直线性、相似性和局部异质性约束条件，通过连续构建模板进行搜索匹配，识别出组合直线模式。试验表明本文方法能有效识别出组合直线模式，其识别结果符合人类认知特点。

移位安全区约束下的建筑物群移位免疫遗传算法

刘远刚, 李少华, 蔡永香, 何贞铭, 马潇雅, 李鹏程, 郭庆胜, 何宗宜

2021, 50(6): 812-822. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200395

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对于采用启发式或群智能搜索的组合最优化移位算法，地图要素空间关系与空间分布特征的保持是一个难题。本文基于免疫遗传算法提出一种移位安全区约束下的建筑物群最优化移位方法。该方法将建筑物群的移位问题定义为一个多目标最优化问题，然后采用免疫遗传算法搜索最优解。为了尽量保持建筑物群的空间关系和总体分布特征，避免出现拓扑错误，采用Voronoi图和缓冲区构建每个建筑物的移位安全区，以限定建筑物的移位范围；同时，采用建筑物群组整体移位策略，保持局部空间分布模式。最后，以北京市某部分街区建筑物群的移位为例验证改进算法的有效性，结果表明所实现算法能够在解决邻近冲突的同时，较好地保持地图目标间的空间关系和空间分布特征。

矢量地理信息溯源记录组织验证的区块链技术

李皓, 乐鹏, 姜良存, 张明达, 梁哲恒

2021, 50(6): 823-832. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200168

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溯源问题是“新地理学”研究的一个重要议题，对于判断地理数据是否可靠、可用十分重要。在分布式协作环境下，地理溯源记录本身也面临着可靠性保证的问题。近年来快速发展的区块链技术因具有可信透明、不可篡改等特性，为溯源记录的可靠性管理提供了新的解决思路。然而，如何利用区块链对大量且具有不同粒度层级的地理溯源记录进行存储组织，成为一个难点。因此，本文以矢量数据为研究对象，探讨矢量溯源信息链上存储结构的设计要求，提出一种通过梅克尔帕特里夏树（Merkle Patricia tree，MPT）对不同层级的溯源信息进行链上组织的方法，并设计了相应的溯源验证算法。同时，本文开发了矢量溯源链原型系统，对链上的溯源信息进行了溯源验证试验。试验结果表明，相比通用的二叉梅克尔树，本文提出的链上存储组织方法与验证算法具有更高的验证性能。

摄影测量学与遥感

线特征约束的建筑物密集匹配边缘全局优化方法

巩丹超, 韩轶龙, 黄旭

2021, 50(6): 833-846. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200305

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立体影像密集匹配技术常用固定窗口来寻找同名点，并根据同名光线对对相交的原理，计算出目标的三维信息，具有成本低、分辨率高、重建范围大等优势。但是，在建筑物边缘区域，由于遮挡等因素影响，固定匹配窗口的匹配精度往往较低，且会对建筑物边缘进行一定程度上的外扩。为了获取高精度的建筑物边缘重建结果，本文提出了一种基于线特征的建筑物边缘全局优化方法。该方法首先将密集匹配结果中的视差/高程阶跃区域的线特征定义为建筑物的边缘，然后假设局部灰度相近的像素，其视差/高程往往也是相近的约束，来全局优化每一条建筑物边缘。该算法的主要贡献在于，将建筑物边缘优化问题，转化为一个新的全局能量函数的最优解计算问题，能够在优化建筑物边缘的同时，保留建筑物附近的地形地貌，不仅解决了局部边缘锐化算子无法解决较大边缘误匹配的问题，而且解决了最新的缓冲区全局优化算法强行抹平地面的问题。本文采用航空数据集和卫星数据集进行试验。试验结果表明：本文算法明显优于目前局部边缘锐化算子和基于平面拟合的边缘优化算法，能够有效减少建筑物边缘的误匹配像素。因此，本文所提出的基于直线约束的建筑物边缘全局优化方法可以用于一些三维重建场景，如：虚拟现实、智慧城市、建筑物提取等。

博士论文摘要

六盘山构造带应变积累特征及其变形机制研究

苏小宁

2021, 50(6): 847-847. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200235

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基于GNSS单天线技术的农田土壤湿度反演方法研究

孙波

2021, 50(6): 848-848. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200276

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