基于过程的土地利用时空数据增量更新机制研究

时空数据库更新的难点在于如何保持更新前后时空数据的时空拓扑一致性和完整性。本研究通过分析土地利用时空对象变更过程中各类要素的变更行为，提出以过程为核心的土地利用时空数据库增量更新模型。研究了时空数据更新过程中的联动变化推断规则，并以土地利用数据库为例设计了基于联动规则的更新流程，并结合目标匹配方法讨论了土地利用点、线、面单层增量信息提取的过程，提出了基于联动规则的土地利用数据库增量信息的完整提取流程，通过细化面、线的变更行为分析了不同类型的属性逻辑一致性维护方法，实现了土地利用增量信息的属性逻辑一致性维护，最后在县级土地利用现状管理系统的更新功能中得以实现和验证。

空间数据库更新方法与关键技术研究是近年来国内外GIS的前沿研究课题。增量更新能保存对象变化信息，有利于建立快速历史查询机制，是未来数据更新的主要趋势。当前增量更新大多基于事件序列或时空变化序列的时空数据建模方法。本研究针对GIS数据库现势性及拓扑一致性、完整性维护困难的问题，提出一种基于时空过程的增量更新方法。以土地利用的时空变化为研究对象，分析其时空因果关系、时空约束关系和时空演变关系，设计基于时空过程的时空数据库模型。针对不同目标类型，分析归纳出相应的变更事件及其细分类型，建立变更操作算子及变更事件队列；分析实体间拓扑一致性及业务完整性约束条件，建立目标间的拓扑更新关联规则集和完整性约束规则集；最后基于基本变更单元概念设计数据的增量更新规范，维护上下级时空数据库的时空一致性。

本项目开展了GPS外业数据采集与处理方法研究，提出了适合长三角水网密布地区GPS应用模式，开展了不同数据源的选型和数字正射遥感影像图制作，遥感地类/变化解译方法研究，初步构建了适用于土地利用数据库更新的卫星遥感技术体系，基本建立了定期监测、日常调查以及重点补测等互为补充的土地变更调查新模式。采用3S技术更新土地利用数据库方法，做到土地变更调查后的图、实地、数据库相一致，实现“以图管地”的目标，并进一步扩大土地利用数据库应用范围，在全国起到示范作用

基于过程的建模技术是当前城市建模研究的新途径之一，但是建筑语义规则大多由人工创建或由单幅图像交互生成，建筑组件简单，建模效果逼真度较差。因此，本项目将研究基于多尺度照片集的城市过程建模技术，利用照片集多尺度、多视点、多光照的特点，研究建筑规则自动生成，建筑组件逼真建模，结合GIS和卫星图像数据的城市道路及场景建模等理论、方法和关键技术，主要包括：建筑语义规则的表示方法，基于数据驱动的建筑语义规则生成方法；研究基于多尺度室外场景图像重构建筑组件几何和反射属性的建模方法；研究基于GIS数据和卫星图像的城市场景快速构建方法。研究成果在智慧城市构建、文化遗产数字化，数字娱乐与游戏等领域具有重要应用价值。

本课题围绕基于过程的城市建筑三维建模技术开展理论方法和关键技术研究工作，重点开展了基于单张图像的建筑物组件重复性检测与几何过程建模技术，基于图像集的建筑建模、组件几何和反射属性建模技术，基于GIS数据的城市虚拟场景快速建模技术与工具等研究工作。 在基于单张图像的建筑物过程建模技术方面，研究了针对单张图像建筑物重复性组件的检测算法、建筑规则和组件生成算法。从分割的单张图像中自动生成三维建筑组件、建筑规则及三维建筑模型。通过简单的人工交互可以生成风格相同、形状可变的三维建筑模型。在基于图像集的建筑建模技术方面，以未标定数码相机拍摄的建筑物多幅照片为输入，提出了一系列算法，研究了建筑物三维点云数据的恢复与分割、建筑物组件重复性检测、建筑物前后层结构自动提取等技术，能够全自动的重构出逼真度较高的建筑物三维模型。在基于图像集的建筑物组件几何和反射属性建模技术方面，研究了基于本征图像分解的建筑物组件材质反射属性建模技术、基于径向基函数的逐像素组件深度插值算法，从而构建出可重光照的建筑物组件模型。在基于GIS数据和过程建模技术的城市场景快速建模方面，通过解析地理信息数据，提取地图数据中的建筑位置和朝向信息，结合本课题已研究的单个建筑建模方法生成的建筑模型, 快速生成城市局部区域的三维场景，研制了场景建模工具原型系统。 在本项目资助下，发表论文10篇（SCI检索2篇、EI检索4篇）、专利申请2项、专利授权2项，其中8篇文章发表在《Computers & Graphics》、《The Visual Computer》、《Computer Graphics Forum》、Graphics Interface (GI2013)、Pacific Graphics (PG2013)、Eurographics Symposium on Geometry Processing (SGP2014)，Asian Conference on Computer Vision (ACCV2014)， IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2015)等CCF推荐国际B类、C类期刊与会议上。项目负责人获2013年教育部技术发明一等奖1项，排名第7（总发明人数为9），并晋升副教授。3名硕士在本项目资助下完成毕业论文，2名博士基本完成论文。 2100433B