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根据甘肃省发展和改革委员会《省级工程实验室管理暂行办法(试行)》以及国内外测绘地理信息技术的发展动态,结合兰州交通大学、甘肃省测绘地理信息局在地理国情监测领域的前期基础和良好研究条件,建成一个以地理国情监测相关技术、成果产业化、工程化发展为导向,特色鲜明、技术先进的省级工程实验室。

甘肃省地理国情监测工程实验室主要发展方向为:

1、地理国情监测关键技术与应用研究

综合利用航空航天遥感、地理信息系统、全球导航卫星系统、传感器网络等现代测绘技术和人文社会科学调查技术,从地理空间的角度客观、综合展示我省基本国情国力,为揭示经济社会发展与自然资源环境的内在关系和演变规律,保护生态环境安全、促进自然资源合理开发利用、应对突发事件、优化重大工程实施等提供基础理论和技术支撑,为进一步产业化、工程化奠定基础。具体包括以下方面:

1)地理国情信息处理与集成技术研究

地理国情监测涉及多源、多尺度的影像数据、历史成果数据等,基于这些数据进行数据融合、变化检测和专题集成应用是国情信息生产的关键问题之一。主要包括以下内容:

1)多尺度、多时相、多源数据的地理国情变化检测技术;

2)地理国情监测的时空动态建模理论与方法;

3)地理国情数据高效管理技术;

4)多传感器地理国情数据的综合处理与融合技术;

5)地理国情时空数据动态更新与一致性维护技术。

2)空间数据安全技术研究

重点研究面向矢量地图数据分发的数字指纹机制,该机制能够保证矢量地图数据在所有者、发行商、使用者之间公平、安全、高效地传播,能够抵御多种常见攻击及合谋攻击,可以发现盗版者和审判叛逆者,以确保地理国情数据的安全和版权。主要研究内容为:

1)地图数据数字指纹编码和解码方案;

2)地图数据数字指纹嵌入算法;

3)地图数据数字指纹提取与匹配算法;

4)面向地图数据分发的数字指纹协议;

5)带指纹数据的精度评价模型;

6)研发面向大、中比例尺地形图的数字指纹系统。

3)遥感信息的自动识别与提取技术研究

地理国情监测中涉及大量的地理要素信息的采集和处理,且重复劳动比例非常高。因此,研究、完善地理要素信息的遥感自动识别与提取技术,并在此基础上完善现有生产软件系统将有利于提高地理国情监测的效率、节省人力和物力。主要的研究内容为:

 1)地理要素信息的遥感识别与提取技术

地貌水系的识别与提取技术,如水体(河流、湖泊、水库等)、冲洪积扇、湿地等;城市建筑的识别与提取技术;土地利用信息的识别与提取,如耕地、林地、草地、城市绿化用地等;

 2)关键图像处理算法的研究

阈值自动选取算法的研究;数学形态学滤波算法的研究;边缘检测算法的研究;影像去云、去阴影算法的研究等。

3)地理要素遥感自动提取系统

基于上述模型、图像处理算法进一步完善、研发地理要素遥感自动提取软件系统,该系统集遥感数据处理、目标信息自动提取于一体,可极大地提高要素变化检测的效率。

4)分布式卫星图像检索技术研究

地理国情监测的实施源于海量的卫星遥感数据,如何从大型遥感数据库中快速、准确地检索需要的影像是一个关键问题。分布式卫星图像检索技术和软件系统的研究应用将有望解决该问题。主要研究内容为:

1)卫星图像特征向量的提取研究;

2)图像相似度算法的研究;

3)相关反馈算法的研究;

4)长期学习算法的研究;

5)卫星图像快速检索系统。

5)高分辨率影像精处理与空间信息智能转化

地理国情监测项目中大量使用高分辨率遥感影像,如IKONOSQuickbirdWorldview-2及航片等。高分辨率影像中,由于地物的光谱、纹理、形状等差异增大,空间破碎性强等特征给地物信息的提取带来一些新的难题,需要利用多种影像处理技术和提取知识进行判断提取。在此基础上,将研究成果研发成一体化的数据处理与智能转化系统,将极大地提高生产效率,节约人力和物力,减少重复投入。

主要研究内容为:

1)地理国情监测高分辨率影像的信息度量与质量改善技术;

2)地理国情监测高分辨率影像的高精度几何标定与目标定位技术;

3)地理国情监测高分辨率影像的目标特征描述与数学建模技术;

4)地理国情监测高分辨率影像自然地表与人工地物三维重建技术;

5)地理国情监测高分辨率遥感影像的语义信息提取技术;

6)影像处理与智能化系统。

6)数据综合分析与决策建模

地理国情监测中往往是多源数据的交叉使用,部分专题成果的生成也建立在多源数据的综合分析、决策建模的基础上,因此研究数据综合分析与决策支持技术和系统尤为重要。主要研究内容为:

1)地理国情多领域监测结果的相互校核分析方法;

2)地理国情监测的空间统计与空间格局分析技术;

3)地理国情监测时空数据挖掘与知识发现技术;

4)地理国情信息分析的可视化技术;

5)地理国情动态监测的空间决策建模技术;

6)地理国情动态数据综合分析与决策系统。

2、地质灾害遥感监测技术与应用研究

甘肃属于地质灾害易发、多发区域之一,多次造成严重生态环境破坏和人身财产损失。地质灾害遥感监测以遥感影像为主要手段,采用图像识别与提取技术,识别与提取滑坡、泥石流、崩塌及塌陷等灾害信息,结合地面调研,研究地质灾害发育特征、分布规律、形成条件,进而进行危险性评价研究,为减灾防灾提供科学依据。

1)灾害要素遥感自动提取技术研究

针对地质灾害信息目前仍以人机交互解译为主的问题,研究目标信息半自动/自动化识别、解译的方法和技术。主要包括:

1)灾害要素遥感识别、提取单一指数因子的建模研究,如植被指数、土壤亮度指数、地形指数、湿度指数、纹理信息等;

2)灾害要素信息识别、提取模型与算法的设计,如滑坡、泥石流、崩塌、岩溶、断裂构造及岩性等;

3)灾害识别辅助要素信息识别、提取模型与算法的设计,如水体、植被、湿地、荒漠化、盐渍化等。

2)灾害信息危险性评价模型的研究

      构建滑坡、泥石流、崩塌等危险性评价模型的构建需要考虑地形(坡度)、植被、岩性等因素。因此,构建多因子的评价模型是研究的重点和难点,涉及的主要研究内容有:

1)关键评价因子的选择与计算模型;

2)多因子评价模型的构建与实现;

3)参数的选择与优化。

3)地质环境变化规律综合分析与评价技术研究

建立为提高西北地区生态地质环境变化规律综合研究水平和研究程度的分析与评价技术。主要研究内容包括:

1)生态地质环境专题因子时空变化规律与发展趋势的综合分析方法、数学模型与相关技术参数研究,如冰川、荒漠化、湿地、地质灾害和冻土等;

2)专题因子生态环境变化与全球气候变化的耦合性综合分析方法与相关技术参数研究;

3)生态环境质量评价方法与相关技术参数研究。

4)灾害信息遥感自动提取与综合评价系统

在现有系统的基础上,拓展、完善灾害信息遥感自动提取、危险性评价与地质环境变化趋势分析等功能。

3、地图自动综合软件系统关键技术研究

地理国情监测的各个环节中都与各种地图相关联,尤其作为动态检测、监测,地图的自动综合是影响其成图质量、成图速度的关键问题,而地图自动综合技术的突破依赖于空间关系理论的研究与突破。

1)群组目标的描述方法

首先用数学语言给出地图上群组目标的定义和性质;然后研究点群、线网、线簇、连续面群、离散面群等的分组原则和方法,确定在不同尺度变换中群组划分的量化标准;接着借助于群组目标的性质,分门别类地总结群组目标的模式特征,给出其形式化的描述方法。

2)地图综合中群组目标模式的识别方法

运用Gestalt心理学的原理,借助于空间关系理论研究群组模式的探测和识别方法。对于识别出的模式(如点群、线网等),以合适的数据结构记录下来。

3)群组目标的自动综合算法

选择几类典型的群组目标,以群组目标模式的描述和记忆方法为基础,设计相应的自动综合算法。

4)基于模式保持的地图综合算法及综合结果的评价方法

要分析算法的时间和空间效率;更重要的,评价算法执行结果的质量。

5)地图自动综合系统的完善

在已研发的软件系统的基础上,进一步拓展功能,提高系统效率和精度,并积极进行产业化推广和应用。

4、地理国情交通网络及安全监测关键技术与应用研究

地理国情交通网络要素普查和安全监测是地理国情监测的重要组成部分。按大交通体系分类,铁路、城际公路、城市道路、乡村道路、道路附属设施、水运设施和空运设施7个部分都属于监测范围。监测数据的要求为1:10000基础地理信息数据,1:50000动态更新数据和优于1米的卫星影像数据等。因此,研究路网信息采集、路网安全监测等相关理论和技术研究有利于交通地理国情监测的顺利实施。设以下主要研究方向:

1)交通网络要素的遥感自动识别与提取技术

交通网络要素是非常庞大和复杂的地理要素信息,基于高分影像研究各种道路信息自动识别与提取技术是目前应用研究的热点问题,该问题的解决将极大地提高交通网络要素采集的效率,极大地节省人力和物力。

2)交通工程精密测量与变形监测

主要研究高原寒旱地区精密工程控制网优化设计、精密工程测量数据处理、精密设备安装和检校测量、GPS精密定位测量及变形监测技术与数据处理。

3)交通导航地图综合理论与技术

主要研究空间数据简化与压缩技术、高原寒旱地区面向导航系统的空间数据组织与索引策略、大区域车载导航地图数据的无缝连接技术以及多尺度导航地图数据的显示与管理。

4)线路勘察设计测绘新技术应用

主要研究高寒地区大范围地形信息获取及高精度数字高程模型建立、多尺度工程地质遥感判译、线路优选的GIS模型及三维可视化系统的研制。

5、无人飞机信息采集与处理关键技术及应用研究

无人飞机航摄系统是现代化测绘装备体系的重要组成部分,是国家测绘地理信息局在地理国情监测中重点推广使用的技术系统,以最大限度地提升我国地理国情监测及应急保障综合能力。

作为地理国情监测工程实验室,将极力研究无人飞机的信息采集和处理技术。早在2012年,学院已经派人去兰州军区创新工作站学习无人飞机的操作、信息采集和处理的相关技术。

目前,主要的研究方向有:

1DOM快速制作技术

主要研究无地面控制点的GPS 辅助空三加密技术,DEM 精确匹配技术、DOM生产和自动接边等技术。

2)影像自动校正技术

主要研究无人飞机飞行过程中因外界和自身系统稳定性等原因造成的影像数据存在较大畸变的自动校正技术。

3)目标变化信息自动检测技术

主要研究基于多期航片的地物变化检测方法和技术。


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