针对单一阈值的Alpha Shapes算法在提取点云建筑物轮廓时存在的轮廓精度和完整性难以兼顾的问题,提出一种双阈值的Alpha Shapes算法,利用简单环的概念设计轮廓搜索算法,获得既有较好完整性又有较高几何精度的建筑物轮廓线;然后,利用一种最小二乘的轮廓线化简算法对提取出的初始轮廓进行化简,与经典的Douglas Peucker算法相比,在存在噪声的情况下,该方法化简后的轮廓线更接近实际的轮廓线。
为了减少云参数法受年际变化的影响,以内蒙古自治区作为研究对象,计算多年云参数干旱指数;结合地面实地观测数据,选取合适的特征值作为背景场计算方法,构建云参数法背景场并修正云参数法干旱指数。研究结果表明经云参数背景场修订后,2006年和2007年内蒙古中西部沙漠区以及东南部农田区的风险等级有所降低,高风险区范围明显减少;2008年西部偏北地区及东南地区高风险等级有所降低,范围有所减少;从2009—2011年2月份监测结果来看,本方法监测结果在空间分布上更具有连续性,风险等级更加符合实际情况。
由于遥感影像的复杂性,面状地物的提取存在着一定的难度。区域统计活动轮廓法有着较强的稳定性和适应性,且在一定的概率密度分布下存在着快速的算法。针对交互式操作的特点,提出了一种基于多边形区域统计活动轮廓的面状地物半自动提取方法,并使用最小描述长度法简化面状地物的轮廓。实验结果显示了该方法在面状地物提取问题上的有效性和实用性。
为分析丹江口库区消落带土地利用空间格局及土地资源特点,基于2013年丹江口水库调水前无人机采集的库区0.5 m数字正射影像,对库区蓄水前的土地利用现状进行遥感监测。结合行政区划图和1∶50 000数字高程模型提取的150,160,163.5,170 m水位淹没线、坡度图,采用空间分析与地理统计方法,研究了丹江口库区调水前的土地利用现状特点。结果表明150~160 m,160~170 m消落带面积分别为227.1 km2,194.3 km2;消落带主要分布在淅川、丹江口、郧县;耕地是消落带区域内最主要的用地形式,且主要分布在淅川。监测结果为丹江口库区消落带管理提供了数据基础。
为促进水土保持与水土资源利用提供基础数据和决策依据,在3S技术支持下开展水土流失与生态环境动态监测。选取三峡库区汝溪河小流域作为研究区域,根据区域土地利用类型、植被覆盖度信息,并综合所收集的当地水保资料和地形坡度数据等,进行空间叠加分析,确定土壤侵蚀类型、强度分级与分布情况。参照《土壤侵蚀分级标准》,对2014年、2015年2个时期的汝溪河进行水土流失动态分析,并采用转移矩阵法对2个时期土地利用转化方向与转化面积进行合理性分析。研究结果表明2014—2015年2 a之间,汝溪河小流域的土地利用方式有结构性调整,水土流失分布情况大体趋于稳定,微度水土流失面积略增加,轻度、强度水土流失面积基本持平,中度水土流失略降低,极强、剧烈水土流失情况有所缓解。
谱聚类的影像分割算法是一种基于点的聚类方法,其通过选用不同的特征构建相似性度量矩阵,来衡量像元间的相似性程度。在解算过程中需要计算每2个像元间的相似性度量,在处理大幅影像时,运算量大、耗时长。针对这一问题,提出了一种改进方法。首先通过均值漂移算法对极化SAR影像进行预处理,然后选取中心像元,构建相似性度量矩阵,采用归一化分割准则完成影像分割。实验结果表明,该算法分割结果优良,准确性高,有效地提高了原算法的分割效率,具有一定的实践意义。
LiDAR点云是由海量的激光离散脚点组成的三维点集,在平面以及垂直方向上均分布有数量不均的离散点。LiDAR点云离散点相互之间缺乏空间拓扑关系,所以建立适当的数据组织结构对LiDAR点云进行组织是对LiDAR点云进行处理的基础。根据LiDAR点云的数据结构特点,利用红黑树与K-D树建立一种“非空”规则立方体格网和K-D树相结合的双层次数据结构,用于LiDAR点云的组织管理,从而降低结构冗余和提高索引效率。
针对高分辨率遥感影像城市区域地类复杂的特点,提出了一种融合光谱和几何特征的多时相高分辨率遥感变化检测方法。在获取光谱和几何差异影像的基础上,采用模糊分类的方法,进行变化类和非变化类区分,建立各类的隶属度图像。采取基于模糊集理论的融合算法,对各种检测方法获取的隶属度图像进行有效融合,以减小部分区域的模糊度,提高变化类和非变化类的检测精度。采用城区多时相高分辨率影像为实验数据,进行各种变化检测方法的对比与分析,实验结果表明,融合光谱和几何特征的方法所获取的检测结果与光谱、几何差异影像法相比,具有检测精度高、漏检率低的特点。
考虑到地块本身空间特征对城镇规划和扩张的影响,有必要耦合空间格局因子来研究建设用地的扩张过程。以重庆市主城区为研究区域,在甄别土地利用扩展特征的基础上,综合采用平均增长率法和基于地块空间属性的优势度评价法,预测了2020年的建设用地需求量和新增建设用地的空间分布。研究结果显示①2010—2016年,重庆市主城区建设用地从749.14 km2增加至905.06 km2,年平均增长率为3.35%;②2010—2016年,研究区内新增建设用地主要来源于耕地(53.25%)或林地(37.89%)的转化,同时更倾向分布于坡度低于12°、海拔低于400 m的区域,尤其是0~3°坡度区间(24.44%)和200~300 m高程区间(47.60%);③至2020年,研究区内建设用地面积将增长115.31 km2,其中56.24%来源于耕地的转化,47.45%位于200~300 m海拔区间,58.39%位于0~12°坡度区间,主要分布于沙坪坝区、九龙坡区和渝北区。
分布式水文模型是目前流域模型方面的研究热点。为此,将分布式水文模型与网络GIS技术相集成,探讨了分布式水文模型在网络GIS框架下的数据存储、物理实现和消息通信方式,设计了完整的分布式水文模型与网络GIS框架集成方案,并根据集成方案实现了CREST模型的网络计算服务实例。实例结果表明,分布式水文模型与网络GIS技术集成具有良好的应用效果,能够拓展分布式水文模型的应用范围。
以水污染应急事件中的水污染模拟分析为研究对象,从数据的采集、传输、模拟分析、应用等多层次出发,采用WebGIS为核心技术,建立了二维网络地理环境下的水污染模拟仿真决策支持系统。该系统重点研究了互联网环境下的二维水污染扩散模型和水污染模拟计算结果的可视化表达和交互应用。通过长江干流某河段的应用,验证了该研究系统的有效性和科学性,结果表明系统能够有效、科学支撑突发性水污染事件的自动监测和应急决策处理。
大数据技术是正在发展中的新兴信息技术。基于大数据复杂性、不确定性等特点,对水利行业应用需求进行分析,提出了水利行业大数据资源化架构设计。通过对综合信息平台信息共享机制的研究、云计算及云存储应用,以及三维智能协同设计流程方案的探讨,对大数据在水利行业的深度应用前景进行了分析与展望。大数据技术将对未来水利行业的发展带来深远的影响。
快速有效地获取河网水系特征信息对于流域水文分析具有重要的意义。为此,选取辽宁省六股河流域作为研究对象,以30 m空间分辨率的数字高程模型(DEM)作为基础数据,采用美国ESRI公司开发的地理信息系统软件ArcGIS,对该流域的水流方向、累积汇流栅格、河网水系等基础信息进行了提取研究。将河网提取结果与国家基础信息中心提供的1∶4 000 000河流水系基础资料进行对比,提取结果的干流河网段与实际水系形态特征较为吻合,提取的流域面积与实际流域面积相差1.99%,表明空间信息技术应用于六股河流域水文基础信息提取是可行的,可为流域水文模拟、数字流域建设等研究提供基础数据支持。
针对鄂北地区水资源配置工程项目投资大、工期紧、输水线路长、工程建设环节复杂、参建单位多,人员素质参差不齐,容易产生规范化施工水平不足的问题,根据水利部颁发的水利工程建设管理相关技术规范及《鄂北地区水资源配置工程基建统计管理办法》等内部管理文件,采用Microsoft C#+Microsoft SQL Server 2012数据库方式,研发了鄂北地区水资源配置工程建管信息系统。该系统已经在丹襄建管部、枣随建管部、广悟建管部进行了3个月的试运行。结果表明,系统增加了多类型用户复杂权限管理能力,规范了信息填报审核工作流程,提高了基建统计工作效率,更形象地展示了工程建设过程场景,实现了水利工程建设过程管理的规范化、透明化、痕迹化、流程化,大大提升了鄂北地区水资源配置工程信息化水平。
针对传统虚拟地球系统对多分辨率影像预先切片构建瓦片金字塔,导致的数据通用性差、数据更新效率低等问题,提出了一种实时创建多尺度影像瓦片数据的改进技术。设计并构建多尺度影像金字塔模型,对影像进行逻辑上的裁剪和接边处理,并将多尺度影像金字塔工程发布为数据服务,基于多核处理器设计影像切片并行算法实现用户实时响应请求。采用World Wind虚拟地球系统选择广东及海南区域的多源影像进行试验,试验结果证明该技术能够方便地管理影像数据,满足虚拟地球系统的并发访问需求,并能极大地提高数据更新效率。
非接触式表面位移测量是一种无损测量技术,在诸多工程领域有着广泛的用途。针对混凝土应力应变测试和河道瞬时全流场测量的应用,详细地描述了数字散斑测量和粒子成像测速这2个典型的基于成像的表面位移分析系统的研发,指出了具有共性的一些关键技术和难点,并提供了对应的解决方法。试验结果证明了本方法的有效性。然而,该方法仍存在较多技术缺失,包括多视角CCD相机的三维测速、多目标全轨迹追踪、不同场景测量数据高精度融合等,需要进行进一步研究。
现场监测在科研和工程领域中都有着重要的作用,将新技术应用于现场监测,提高现场监测的信息化和实用化水平是目前研究热点。为此,将无人机全景技术应用于现场监测,构建监测环境的三维虚拟实景,在此基础上利用计算机网络,将其与传感器集成起来,形成三维全景现场监测平台。该平台能够实现现场的三维场景实时监测,增强现场监测系统的用户体验效果,证明了无人机全景技术在现场监测的应用潜力。
针对我国当前水土流失严重的实际情况,以我国资源三号、高分一号等新一代高分辨率卫星影像为主要数据源,并配合无人机倾斜摄影技术进行野外采样,在长江流域三峡库区开展了水土保持动态监测遥感解译实验性研究。实践发现水田、坡耕地、果园、茶园、林地等水土保持相关的各种土地利用类型在我国国产高分辨率遥感影像上都有比较明显的特征,资源三号、高分一号能够有效应用于水土保持遥感动态监测,而无人机技术作为辅助监测手段可以作为卫星影像的有效补充,在水土保持行业及其他相关领域有很大的应用潜力。
根据倾斜摄影测量的需求和多旋翼无人机的特点,从硬件选型、航摄流程优化和软件研发等角度,分析了传统多镜头相机的倾斜影像拍摄原理,提出了单镜头倾斜影像采集方案,并通过实验验证了其可行性;同时,提出了多旋翼无人机使用单镜头相机进行倾斜影像采集的关键外业流程,包括多种类地物的航线规划方法、航片质量控制;设计了一个面向倾斜影像采集需求的移动端地面站App。测试结果表明,基于一定的操作准则,多旋翼单镜头无人机可实现较好地完成地表三维建模工作。
为了减缓温室气体排放、应对气候变化影响,以水电清洁能源与生态环境相互协调发展为核心的绿色水电评估成为研究热点。基于国内外绿色水电研究现状,提出以国际绿色水电认证体系、我国现行技术标准为基础,从防洪、航运、能源、生态环境、移民生态补偿、库区文化景观补偿等角度出发,分析长江上游典型区域梯级水电工程建设、运行各阶段对环境、经济、社会的影响,提炼出具有完备性、独立性、代表性、可比性、可操作性的指标体系,探寻我国绿色水电评价指标及其阈值。通过选择具有代表性的典型案例进行试点评估,建立覆盖水电工程项目全生命周期的生态保护-经济效益-社会影响评估体系,以保证我国水电工程项目建设中每个环节的“绿色性”,促进我国水电清洁能源的可持续发展。
根据山洪灾害防治项目要求,重点开展了城镇区域的洪水影响及淹没分析研究,选择湖北省保康县作为典型山区城镇开展实例研究。通过对保康县的实地查勘,资料收集,设计洪水计算方案,建立水动力学模型、洪水演进分析模型、洪水淹没分析模型;并以100 a一遇设计洪水为例,对城区受淹地区及其淹没水深、淹没面积等进行了分析。结果表明,该方法具备良好的理论基础,有效实现一维、二维模型嵌套,计算速度快,能够取得精准、合理可靠的洪水影响分析成果和洪水淹没成果,可为防汛决策部门提供参考。
基于2000年1∶10 000地形图中水系数据,借助GIS平台,采用Strahler水系分级,选取水系形态、水系密度、水系复杂度及水系连通度等结构指标,探讨了所属高原山区的滇池流域水系空间维度上的特征及其与沿海平原河网的差异性,并分析与评价了流域内水利工程对区域的水系结构及功能的影响,提出了基于连通性内涵的评价指标F,同时在流域内进行了应用。结果表明滇池流域内水系结构基本满足Horton定律,水系形态在空间维度上的差异性不显著;相比沿海地区,滇池流域的水系密度较低,水系整体发育程度不高;蓄水工程增大了流域水面率,提高了流域调蓄能力,Hurst指数能较好地反映这种变化;连通性评价指标F能较好地反映工程对流域连通性的作用,对其他工程的规划决策及评价具有一定的参考意义。
云南省开展小康水利规划研究,力争在2020年实现小康社会下的小康水利。为确保这一目标的顺利实现,基于层次分析法提出了由防洪抗旱减灾、水资源合理配置、水资源高效利用、水源地保护与河湖健康保障、水管理、水利发展保障6大体系26项指标组成的云南省小康水利评价指标体系。通过层次分析法计算各项指标权重,并利用构建的小康水利指标体系对云南省2011年水利发展现状进行评价。云南省小康水利现状水平为71分,距离实现小康水利还有一定差距。水管理能力得分仅为40.8分,为主要制约因素,这与云南省水利发展现状基本相符,现状评估结果可为云南省小康水利建设规划提供依据。
为分析云南省昭通市多尺度极端降水时空特征,收集整理昭通市19个雨量站1969—2014年分时段逐年降水数据,并计算不同时间尺度(1,6,24 h)的年极端最大降水量,采用反距离加权法(IDW)插值展示其空间分布特性。在此基础上,对3个典型雨量站(鱼洞、新华、牛街)的极端最大降水进行深入分析,采用Mann-Kendall趋势检验及小波变换方法的趋势与周期分析,量化极端降水事件的时间分布特征。结果表明昭通地区极端降水事件的空间分布规律为从北向南逐渐减少,且南北极端降水量相差较大,空间分布差异明显;3个典型雨量站多尺度极端降水变化趋势不显著(p>0.05),其序列变化存在30,15,5~7 a 3个明显变化周期。
