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数字孪生人文地理环境 AI导读
摘要：人文地理环境是人类活动与地理环境交互作用形成的综合环境，环境复杂且脆弱性高。引入数字孪生方法，构建依实驱虚、依虚控实、虚实协同演进的人文地理学问题研究新模式，对避免扰乱现实环境、深度探索复杂问题、优化现实地理问题调控方案等，具有重大的学科意义和应用价值。在综述国内外研究现状的基础上，提出数字孪生人文地理环境基本概念，详细阐述概念内涵，同时构建了数字孪生人文地理环境系统技术框架。指出数字孪生人文地理环境是由现实人文地理环境、虚拟人文地理环境以及二者之间的交互作用组成，通过对地理环境、人类活动、人地交互作用等的孪生构建与虚实交互，实现现实环境与虚拟环境之间的虚实协同、优势互补、共同演进。以数字孪生白鹿洞书院为典型案例，示范数字孪生人文地理环境构建方法、主要功能和结果形式。本文旨在抛砖引玉，借此引起对数字孪生与人文地理环境耦合研究的思考，共同推动人文地理学发展。关键词：遥感;数字孪生;人文地理环境;虚拟地理环境;虚实协同;白鹿洞书院2071|10097|4<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30虚拟地理环境视角下地理元宇宙初探 AI导读
摘要：详细梳理了元宇宙、数字孪生和虚拟地理环境3个概念的内涵、源初性特征和关联集成发展趋势。提出地理元宇宙概念，依据虚实内容关系与虚实空间平行叠合特点，定义与区分了地理元宇宙的3类数字地理环境，即数字原生的虚拟地理环境、数字孪生的虚拟地理环境以及数实叠合的增强地理环境，并从时间—空间、化身人、空间参考系、在场—不在场等角度探讨了地理元宇宙的基本特性。基于人地关系以及地理元宇宙构建技术需求，建立了“人—物—场—事”映射建模、空间信息基础设施、虚拟地理实验与管理优化的地理元宇宙平台概念架构。面对逐渐展现的虚拟地理空间、化身人社会和虚实复合人地关系系统，提出建立虚拟地理环境工程学，推动地理元宇宙平台的构建和相关理论应用研究。关键词：遥感;地理元宇宙;数字孪生;虚拟地理环境;增强地理环境;可计算人地关系;虚拟科学1131|2576|1<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30文旅元宇宙：概念、关键技术及应用场景 AI导读
摘要：元宇宙快速发展正在影响着文旅行业的变革。文旅行业强调创意与场景体验，文旅产品具有重内容、重体验、重参与及重个性化的特点，这与元宇宙的发展高度契合。现阶段，文旅元宇宙的研究还处于襁褓阶段，对文旅元宇宙的概念、核心技术和应用场景还处于探索中。首先，本文回顾了元宇宙的演化进程，并基于文旅行业特征，提出了文旅元宇宙的基本定义、概念模型及主要特征，认为文旅元宇宙是元宇宙的一个子系统，是现有信息技术在文旅行业深度融合形成的文旅互联网形态，是文旅活动在三维数字世界的一种重构和虚拟共生。其基于扩展现实技术提供文旅场景的沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界文旅场景的镜像，并依托元宇宙统一架构下的政治、经济、文化等体系，实现文旅行业虚拟世界和现实世界的全方位融合；然后，对文旅元宇宙相关关键技术在文旅行业应用的研究进展和应用进行了详细的描述；最后，展望了文旅元宇宙在文化遗产数字化与保护、景区（酒店）开发与管理、导游导览服务、文旅营销、行业监管与市场治理等方面可能的应用场景，提出了文旅元宇宙未来重点的研究方向。虽然文旅元宇宙的发展还面临着诸多的挑战，技术的发展还要不断地经历螺旋式的上升，但是元宇宙终会重塑未来的社会形态和人类的生活方式。关键词：遥感;元宇宙;文化旅游;虚拟地理环境;虚实融合;虚拟世界;扩展现实1702|4288|3<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30机器地图的认知逻辑与建图模型 AI导读
摘要：机器地图是为提升无人平台复杂环境认知与理解能力而提出的一类新型地图。本文以机器地图的概念模型为基础，从认知科学视角提出一种以记忆结构与过程为参考、符合认知逻辑的机器地图建图理论模型。通过分析记忆的结构与过程、心象地图的内容与组织，认知架构和机器人系统中的环境认知等问题，梳理出机器地图的认知逻辑及其对机器地图建图模型的支撑。在此基础上，分析了机器地图的任务目标和内容分类，从信息组织、逻辑结构与生成过程3方面提出机器地图建图模型的设计原则。基于该原则，设计了机器地图建图的逻辑结构和过程模型。在逻辑结构方面，从空间、视觉、情境、图式、规则等方面细化了感知地图、工作地图和长时地图中的内容与结构关系；在过程模型方面，按照认知活动抽象出包括理解、注意、推理、学习、行动的机器地图建图基本活动，并提出内隐和外显两类建图过程。机器地图的认知逻辑与建图模型，本质上是对机器地图认知计算机制的阐释，从抽象层次上为研究人员提供协同研究的基础框架，也为相关技术与数据的集成、评估、运用提供参考。本文的研究还为数字孪生或虚拟地理环境的构建提出新的目标与要求。关键词：遥感;机器地图;认知逻辑;建图模型;无人平台664|4683|2<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30工业地理信息系统的设计和关键技术研究 AI导读
摘要：自20世纪60年代地理信息系统理论、技术和软硬件系统产生以来，已经在传统地学以及数字城市、智能交通、高科技战争等领域得到广泛应用。在全世界范围内，智能化矿山、智能化工厂的建设是大势所趋，与此相关的厂房、设备、零部件、工作环境也属于地理空间对象，而且这些实体之间也存在空间关系。为此，基于智能化矿山、智能化工厂日常生产对象的时空特性和管控需求，结合数字孪生、工业控制、大数据分析等技术，本文提出了工业地理信息系统IGIS（Industry Geographic Information System）的概念及数据模型，并在工业智能化的背景下，构建了包括设备层、数据采集传输层、IGIS平台层、业务服务层和应用决策层的框架体系。针对数据标准规范、时空数据协同处理、工业环境数字孪生、工业设备数字孪生、时空数据智能分析和组态控制等关键技术问题提出了解决方案，为实现智能化矿山、智能化工厂宏观微观空间对象的一体化拓扑表达、存储、分析和协同控制提供了统一的时态地理信息系统（TGIS）远程管控平台。该平台已经在中国多对煤矿的矿井和选煤厂得到了初步应用，验证了系统的实用性和可行性。关键词：遥感;工业地理信息系统;智能化矿山;智能化工厂;数字孪生;可视化管控657|2798|0<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
学者观点
摘要：实时构建地表环境高逼真数字模型一直是遥感航测领域的研究热点，也是实现地理环境的虚拟映射并进而形成数字孪生地理环境的关键基础。针对当前地表环境三维数字模型构建中存在的速度慢、时效性低和大场景应用受限等问题，本文在综述现有国内外研究的基础上，结合团队研究基础，提出一个基于无人机平台的地表环境实时稠密点云生成与数字模型构建方法。研究通用实时定位与地图构建框架，打通了从数据获取到三维点云生成、数字模型重建、结果分析等技术链条，设计动态内存管理模块和联合GNSS优化的PI-SLAM，突破了在线获取数据与位姿解算、实时稠密点云生成、实时数字表面模型（DSM）和数字正射影像图（DOM）构建等关键技术。经实验验证，方法在稠密点云生成和数字模型构建精度与现有离线建模算法相当的同时，速度提升了30—50倍，达到在线采集数据并实时建模的程度。应用案例表明，本方法可应用于灾害预警救援、应急管理、作战模拟等高时效地形三维重建中，同时能够为数字孪生地理环境数字底座构建提供技术支撑。关键词：遥感;实时重建;稠密点云;数字孪生;地表环境;数字模型2025|1917|1<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：树木是城市地物的重要组成部分，树木三维模型是实景三维建设、虚拟地理环境构建以及数字孪生城市建设不可或缺的内容。目前树木实景三维模型主要基于影像或者模型库的方式进行重建，前者表现为杂乱的三角网团簇，后者在几何表达和真实感方面与真实情况差距较大，这使得重建后的树木模型难以直接用于智慧城市的实际应用。因此，本文面向虚拟地理环境高逼真场景构建需求，提出一种基于高精度激光扫描点云数据的树木三维模型高保真仿生重建方法，以期实现形态特征保持的树木三维模型自动化重建。首先，提出基于骨架的树木模型参数化重构方法，通过广义圆柱体拟合实现树枝几何形状的抽取，并根据树木生长参数对树干、主要枝条、细小枝条模型以及树冠等要素进行分级提取；其次，考虑树木不同部位精细化建模要求，提出泊松构网与参数拟合融合的树木几何模型精细化重建方法，进而基于边界约束条件实现树干与树枝模型的精准拼接与融合；最后，采用顾及树木结构的纹理展开方法，对多层级树木枝干进行纹理自动映射贴图，实现高保真的树木模型三维重建。经实际验证表明：基于背包式或站点式获取的激光点云，本方法可生成形态特征高保真的精细化三维树木模型，模型整体几何误差优于10 cm，树干模型误差优于3 cm；在相同数据条件下，与其他几种主流树木建模方法对比，本方法对树木三维形态和真实纹理的还原度程度最高。基于该研究成果，可进一步实现树木结构信息提取、三维绿量计算。关键词：遥感;实景三维;树木重建;虚拟地理环境;参数化建模;激光点云1652|5648|1<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：三维虚拟地形生成目前广泛应用于野外虚拟地理环境、数字孪生城市建设等，是实现地理元宇宙发展的重要组成部分。传统生成三维虚拟地形的方法存在生成地形真实度不够、重复地形块与网格伪影等问题。基于此，提出一种改进生成对抗网络的手绘特征草图虚拟地形生成方法。以条件生成对抗网络和pix2pix架构为参考，提出虚拟地形生成网络模型，通过改进生成器U-Net网络，增加随机噪声，替换损失函数，提高模型训练的效率及生成地形的真实性。同时，利用精度较高的黄土高原部分地区数字高程模型数据为样本，构建用于虚拟地形生成模型的地形特征数据集，提取真实地形特征开展虚拟地形生成网络训练。最后，完整构建从手绘特征草图到虚拟地形的模型推理流程。实验结果表明，利用黄土高原地形数据和改进后的虚拟地形生成模型，能够满足用户在输入手绘地形特征草图后获得符合地形特征描述、高真实感的虚拟地形，在三维地形建模与编辑方面具有良好的发展前景。关键词：遥感;三维虚拟地形;生成对抗网络;手绘特征草图;数字高程模型681|3232|0<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：地理实景三维场景是重要的国家数字基础设施，其将地理信息从传统二维平面扩展到信息更丰富更全面的三维空间，数据以显式三维模型的形式存储表达。然而，经典的显式三维模型具有数据量大、可视化效果粗糙等问题，在一定程度上限制了实景三维模型的实际应用。神经辐射场NeRF（Neural Radiance Field）是一种基于神经隐式立体表达（Neural Implicit Volume Representing）进行可微渲染（Differentiable Rendering）以实现高质量视图合成的新方法，由Mildenhall等（2020）首次提出，以其逼真的视图合成效果与新颖的实现方式成为计算机视觉领域的热点研究方向。自NeRF提出以来，国内外爆发式涌现出大量有关神经辐射场的研究文献，主要聚集于可视化效果的生成方法研究，兼有少量将其用于大规模实景三维场景可视化研究探索。本文回顾了神经辐射场提出的背景，概述了神经辐射场及其在大规模实景三维可视化方面的研究进展，分析了目前利用神经辐射场进行大规模实景三维场景可视化研究中被关注的无边界场景、锯齿效果、瞬态遮挡、光度一致性、场景重照明与可见性场等问题，指出了目前研究在多源数据融合、视觉效果优化、虚拟环境感知等方面面临的挑战，对未来值得进一步深入探索的方向进行了展望。关键词：遥感;神经辐射场;视图合成;隐式立体表达;计算机视觉;虚拟地理环境2483|10003|1<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：地理分析模型作为求解地理问题、模拟地理环境、支撑决策分析的重要资源，在虚拟地理环境（或数字孪生地理环境）的构建中发挥着重要作用。集成多领域具备不同模拟能力的地理分析模型，能够更加全面的表达现实地理环境，支撑构建可视、可用、可分析、可交互的虚拟地理环境。针对地理分析模型的集成应用方法，本文系统性梳理了当前的研究进展，从地理分析模型的演进特征、支撑虚拟地理环境构建的途径、多模型的集成方法和地理信息服务的相关支撑技术等方面进行了综述。总结发现，通过多模型集成来解决复杂地理问题已经成为广泛认可的研究途径，自然—人文相结合、融合大数据与深度学习的集成建模也越来越受到关注。然而，现有模型集成方法仍然面临个案化的局限，在处理异构模型的兼容性方面难以形成持续可复用的集成成果，导致模型集成容易陷入到重复的技术改造工作中。借鉴信息服务领域的容器化理念，本文提出了“地理分析模型容器”的思路并进行了方法实现。通过设计柔性装配结构的信息交互通道和事件响应机制的功能计算通道，构建了能够持续积累和提升模型集成复用能力的容器，并基于此种模型容器来进行配置式的模型集成应用。关键词：遥感;地理分析模型;虚拟地理环境;数字孪生地理环境;模型集成;地理分析模型容器1526|8152|0<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：数字林业是林业现代化的基础。本研究以河北省塞罕坝机械林场为研究区，利用遥感科学与技术，基于机载数据（激光雷达、高分辨率CCD影像和高光谱影像），研究单木分割和单木分类方法，实现了机载飞行区域270 km2范围内所有单木的信息（位置、树高、冠幅、树种等）提取。结合地面样方调查数据，单木分割匹配精度可以达到0.6以上，研究区内4种典型树种单木分类精度均能达到97%以上。基于地基激光雷达扫描数据，研究以单木为单位，通过枝干重建和叶片添加，实现单木三维模型重建和场景重建。该方法有利于从器官（枝干、叶片）—单木—区域多尺度分析森林结构特征。在此基础上，本研究探索了以单木为基础的林业数字化方法，并结合WebGIS技术开发了数字林业系统，初步实现了在研究区内单棵树为单位的数据存储、管理、查询、分析和可视化等功能，为后续的森林精准化经营管理和决策规划提供重要的基础数据和系统支持。关键词：遥感;数字林业;激光雷达;高光谱;单木分割;分类;三维重建775|2447|7<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
关键技术
微观人群数字孪生的概念、框架与研究方法 AI导读
摘要：传统地理学/GIS对人群时空行为的研究集中在中宏观尺度，对微观时空行为的研究相对不足。针对这一问题，提出了微观人群数字孪生的概念及其基础逻辑框架，从人群行为实验方法、基础行为/场景行为建模、典型应用及案例分析等方面总结了微观人群数字孪生的技术基础及其研究现状，并从地理学的视角，对基于系统论的人群实验思路和可信人群实验方法、以及利己—利他、个体—群体、确定—随机统一的人群行为建模方法、微观行为地理学和微观人地关系理论体系构建等未来研究进行探讨，希望推动地理学、GIS和虚拟地理环境对微观人群时空行为理论、方法和技术的研究。关键词：遥感;微观人群数字孪生;微观时空行为;人群行为模型;虚拟地理环境;地理学934|3481|1<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：“数字孪生”概念的提出为人群行为研究提供了新思路，本文提出了数字孪生人群行为实验理论框架，从基本理论、基本原则等方面进行总结，包括地理认知理论、相似性理论、尺度理论、复杂性问题理论和地理智能模拟原理，以及实验相似性、协同和异构、规范化和标准化原则，并进一步提出数字孪生人群疏散实验研究内容及分类。根据该理论框架开展基于VR的群组疏散孪生实验，并根据实验数据定性和定量分析群组空间结构特征和疏散行为特征。结果表明，群组成员在孪生疏散过程中呈现出V型和“side by side”结构，在扶梯这类特殊区域中群组的空间结构有较大的变动，疏散个体面向方向与其他群组成员间的夹角小于60°，并且群组成员间的较小间距和信息扩散交互可以大大提高疏散效率。此外，分析孪生场景中的疏散轨迹和眼动轨迹得出疏散人群在柱子、出口、换乘通道等位置与环境交互较多，表明疏散人群在这些位置期望得到环境信息的需求较大。本文的孪生实验结果能够发现地铁站内的疏散瓶颈区域和群组行为规律，为地铁站内的布局规划和应急预案提供优化建议。关键词：遥感;数字孪生;人群行为实验;地铁疏散;群组;交互行为335|2436|0<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：防洪是数字孪生流域的重要应用领域，数字孪生流域防洪应用不仅需要对流域中的自然要素进行科学表达，同时也需要对人类的活动特征进行描述。虚拟地理环境将自然要素与人文要素进行耦合研究，侧重于构建沉浸式的实验和认知环境，可以为数字孪生流域防洪中的人地关系建模以及洪水场景表达与风险认知提供新视角和新方法。本文首先介绍数字孪生流域的概念、发展现状以及虚拟地理环境的特征，然后基于虚拟地理环境提出数字孪生流域防洪应用技术框架，阐述了数字化流域场景构建、数字流域状态同步、洪水时空过程建模与实验、人地关系建模、洪水场景表达与风险认知等关键技术，最后对数字孪生流域中的沉浸式VR/AR应用、公众参与防洪等未来的发展进行了展望。关键词：遥感;虚拟地理环境;数字孪生流域;洪水灾害;增强现实;元宇宙976|4378|1<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30数字孪生驱动的桥梁智能建造方法 AI导读
摘要：智能化是桥梁建设的重要方向，数字孪生是实现桥梁智能建造的有效途径。数字孪生将现实环境中桥梁的结构、状态和行为等映射到虚拟环境，为透彻理解和精准控制桥梁建造过程提供新手段。本文首先分析了桥梁及其环境高精度数字孪生与桥梁智能建造背景及发展趋势，然后提出了桥梁建造全过程数字孪生构建方法，探讨了空天地一体化监测数据关联融合、数字孪生场景智能构建与增强可视化、过程动态仿真与智能预测等关键技术，最后以复杂艰险山区大型桥梁建造为例开展案例应用分析，本文方法可望为复杂环境大型桥梁工程智能建造提供有效的理论指导和关键技术支撑。关键词：遥感;虚拟地理环境;桥梁智能建造;数字孪生;仿真预测;智能建模2682|14056|9<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30湿地监测背景下的语义虚拟地理环境初探 AI导读
摘要：作为新一代的地理分析工具，丰富的地理空间大数据为虚拟地理环境的发展带来了前所未有的契机。然而，伴随数据获取的逐渐便捷，虚拟地理环境普遍存在“可视”而“不智”的问题，还远未达到对现实地理环境可计算、可管理、可决策的需求。提高虚拟地理环境中数据的语义互操作性是解决该问题的关键。本研究首先提出了具有知识驱动、语义协同和结构统一等特点语义虚拟地理环境。然后阐述了语义虚拟地理环境可以利用知识图谱作为现实地理环境的形式表达，通过集成实时的感知数据，以及虚实之间的交互数据信息，形成现实地理环境在虚拟空间的映射。最后本文以湿地监测为例，基于知识图谱构建语义虚拟地理环境，通过湿地监测本体实现多要素、多源异构、多时空尺度的湿地监测数据语义整合，以直观的方式刻画复杂的湿地生态系统。利用关联的监测数据之间构建的丰富语义关系，实现湿地虚拟地理环境的知识化搜索和语义推理，从而为湿地的综合信息化管理决策提供支持。关键词：遥感;虚拟地理环境;语义虚拟地理环境;知识图谱;本体;湿地监测556|2568|0<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
摘要：污染企业数字孪生体是指与污染企业物理实体完全等价的计算机信息模型，是实现在产污染企业场地管控智能化的基础。目前数字孪生体的构建方法在面对污染企业污染源种类多、源汇关系复杂及溯源难度大的情况时，难以实现对污染企业物理实体特征数据的完整表达。因此，本文提出一种构建污染企业数字孪生体的多粒度时空实体建模方法，通过对污染企业时空实体相关特征和关系的建模分析，以数据模型的形式实现对污染企业场地实体全面多维的信息描述与刻画。以广州市某橡胶厂为应用案例，进行数据模型的实例验证。结果表明，多粒度时空实体建模能高效组织和表达实体多维度的特征，实现污染企业数字孪生体模型的精准构建，为污染企业数字孪生应用服务提供有效方法和数据模型基础。关键词：遥感;污染企业;数字孪生体;实体特征数据;多粒度时空实体建模;数据模型455|1472|0<HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF> <Meta-XML>更新时间：2024-05-30
典型应用
