南京师范大学××重点实验室

虚拟地理环境教育部重点实验室2011年度工作总结2011年，虚拟地理环境教育部重点实验室处于正常的运行状态，一切按照所制定的各种规章和管理制度进行运转。回顾2011年的建设成绩，主要有如下几个方面：一．条件建设本年度，实验室空间得到了较大改善，新增实验室面积500m2实验室在拥有多种先进、高性能的空间信息采集、处理和输出以及遥感数据采集设备的基础上，招标采购了空间测站仪、太阳光模拟器、3D激光扫描仪、虚拟交互系统（包括头盔等硬件设备及相应软件）、skyline软件、三维植物建模软件，使本实验室在地学空间数据采集、分析的设备方面达到了国内先进水平；在数据资料方面，建设了长江三角洲地区水文数据，进一步充实了庐山虚拟实验基地的空间数据库（包括DEM、DLG、现势卫星影像、重点区域360°全景影像等）；图书及数字文献资源进一步丰富。二．科学研究及研究进展2011年，实验室承担国家“863”、“973”、“支撑计划”以及国家自然科学基金（重点、面上及青年基金）等国家级科研项目（或课题）27项，其中国家自然科学基金23项（含重点项目3项）、国家863项目3项，国家科技支撑计划课题1项；本年度新增国家863项目课题1项、国家重大科技专项课题1项，国家社科基金重大项目1项、国家自然科学基金重点项目1项、面上项目9项、青年基金2项；承担面向江苏省地方建设和管理的开发与社会服务项目37项。当年实际到帐经费达2257万元。获国家科技进步二等奖1项、国家地理信息科技一等奖1项、二等奖1项。申报国家发明专利21项（公开专利12项），获得国家发明专利授权20项；发表核心刊物以上研究论文149篇，其中SCI、EI、ISTP三大检索论文共61篇，核心刊物以上119篇。针对研究方向，开展科学和技术的攻关，在理论和方法上取得了很大的进展，具体情况如下：（1）虚拟地理环境系统研究方向针对目前虚拟地理环境侧重表达、忽略地理分析的现状,从现代地理学研究与发展前沿需求出发,探讨了可支撑地理分析与模拟的虚拟地理环境的框架、结构与功能。围绕虚拟地理环境的构建理论和实现技术，分析了面向地理分析的虚拟地理环境的建设目标，构建了虚拟地理环境整体框架；将虚拟地理环境分为数据环境、建模环境、表达环境与协同环境四个子环境，深入解析了各子环境的功能、关键技术与研究思路，为虚拟地理环境进一步发展及虚拟地理环境平台研制与开发提供参考。提出了一种基于交比的单幅图像几何量测方法，总结提炼了单幅图像几何量测的基本原理，论述了各类量测方法的数学背景，并对各类算法的原理、约束条件、求解方法进行了详细讨论，阐明了算法的优缺点。根据边缘NSCT系数特点，提出一种有效的DSM影像建筑物边缘检测算法。提出一种适用于三维空间对象间的快速相交检测算法（SpaceSweep）。提出了面向不同软件、硬件的三维渲染方法，包括面向ESRI三维GIS模块的植入式真三维立体渲染方法、面向PCI三维分析模块的植入式真三维立体渲染方法、面向ENVI/IDL有植入式真三维立体渲染方法、计算机显卡的植入式真三维立体驱动方法、面向VirtualEarth的真三维立体显示方法、面向GoogleEarth与SketchUP的真三维立体显示方法、面向GeoGlobe的真三维立体显示方法、面向CTech软件的植入式真三维立体显示方法、面向Microstatic的植入式真三维立体显示方法、面向ERDASVirtualGIS的植入式真三维立体渲染方法、面向Creatoi软件的植入式真三维立体显示方法。实现了影视GIS系统软件、可定制路径实景导游系统软件。在地理数据模型、传输、处理方面，提出了一种在分布式网络下地理模型共享方法。提出基于网络爬虫的地名数据库维护方法。总结和分析了与矢量数据渐进传输密切相关的二维矢量数据、三维表面模型两种数据的多分辨率表达和渐进传输的研究现状，指出了相关研究的发展方向，为海量空间数据适用于分布式网络传输提供参考依据。提出针对遥感数据分享过程的版权问题，提出了基于映射机制的抵抗几何攻击的强抗差性盲水印算法、抗几何攻击的高分辨率遥感影像半盲水印算法。开发了地理空间数据元数据管理系统、基于CLIFFORD代数的栅格时空数据分析系统软件、基于CLIFFORD代数的多维矢量GIS系统软件。在地图相关研究方面，提出基于约束D-TIN的等高线簇与河网协同综合方法；利用约束D_TIN进行建筑物多边形凹部结构识别与渐进式化简方法;从制图综合基本问题出发，阐述了移动环境地图自动综合的概念，考虑用户的移动性，从制图综合发生机制、地图认知、地图信息传输等方面分析了移动环境地图自动综合的特征，设计了移动环境制图自动综合的系统架构。分析了警务GIS对地图表达的特殊要求，从地图色彩设计、符号设计、注记设置和分级显示等方面进行了面向警务GIS系统的地图表达方法的优化设计。实现一种儿童手机地图原型系统。在地图符号共享方面，提出了一种基于路径的点状符号数据结构，给出了TrueType符号、图元符号、信息块符号到基于路径的点状符号同化方法；分析了GIS的3种典型符号模型不利于构建地图符号与符号间难以共享的原因，引入了PB符号模型，提出了符号数据共享与符号渲染功能共享相结合的符号共享机制，设计了3类GIS点状符号与PB符号间的映射方法，实现GIS点状符号共享，提出基于PostScrif成像模型的线状地图符号数据结构。在地理信息应用方面，针对城市交通拥挤题，提出了一个简单的出发时间转移模型，并将其和交通分析与仿真系统(TRANSIMS)的建模过程进行集成，进而提出了一种顺序出发时间与路径选择模型。针对噪声污染问题，研究在点源噪声影响下住宅小区部分建筑的噪声空间分布状况，基于三维空间模拟的方式，揭示了点源噪声扩散的空间分布特征。在物流方面，将工作流技术和GIS技术引入到物流运输过程当中。提出基于多层DEM与QTPV的地层建模方法，并结合考古地层数据源类型，阐述了具体的地层建模过程。开发了三维地理信息系统平台软件、南京城乡建设用地适宜性评定系统软件。地理环境重建研究方向基于黔西南雾露洞石笋(Wu32)12个23TH年龄和371个氧同位素分析，获得了末次冰期29—20.8kaBP分辨率约20年的亚洲夏季风演变序列。通过对位于苏北盆地中部的兴化XH-1孔35008m连续岩芯的古地磁测年，确定了年代地层序列。在此基础上，对钻孔沉积物进行了以粒度特征为重点,包括矿物组成、结构、沉积构造和沉积组合在内的综合岩相古地理分析，划分出8个沉积相和19个沉积亚相。并根据沉积相的组合特征，将苏北盆地320Ma以来的沉积环境演化划分为沉降盆地-收缩湖盆-开阔平原湖泊-滩地湖沼4个大的阶段和8个沉积体系，恢复了盆地沉积环境演化从活动到稳定、从沉降到充填、从起伏到平坦的发展过程，分析了构造、沉积、气候及海平面变化对苏北平原形成的影响。通过对比，揭示了中国东部沉降盆地的地形、气候变化和水系重大调整与青藏高原隆升之间的藕合关系，其中发生在距今225~210Ma和190~172Ma左右的2次运动使盆地地形和水系发生重大调整，而发生在距今099Ma左右的昆黄运动导致东亚季风气候发生了重大的转型冬、夏季风强度都显著增加，盆地沉积呈现出明显的周期性特征。针对江苏盱眙地区震旦纪地层，通过区域6条实测剖面和67条路线剖面的综合岩石学、沉积学研究，建立了地层序列；根据详细的岩石结构、构造及组合等研究，划分出8种沉积相类型；在区域内沉积相的纵向、横向变化基础上，确定了不同时期的沉积体系序列，进而建立盱眙地区震旦纪的沉积格架，恢复了沉积环境的时空演化过程。为更加深入地揭示核素示踪土壤侵蚀的内在机理，运用地统计学方法研究了宁镇地区137Cs与210Pbex的空间异质性及其坡面分布特征。选择江苏镇江地区作为研究区，采集仑山水库附近的12个土壤剖面共116个土壤样品，运用137Cs示踪方法，探讨了撂荒地、油菜地、茶园、林草地、林地、水稻田6种地类的137Cs含量及其侵蚀模数。（3）地理建模研究方向深入解析了不同等级中心地产生与演化的过程机理，构建了中心地等级体系的演化模型，推导分析和模拟结果显示中心地等级体系的产生与演化可分为萌芽期、成形期、完善期、成熟期和提升期5个阶段。受空间区位和中心性影响，中心地规模结构和功能结构存在显著不同，不仅同一级中心地规模可以存在很大的差异，甚至低等级中心地规模可以超过高一级中心地，而位于中央位置的中心地最终可形成中心地集聚区。研究表明基于均质平原假设条件，不仅可以形成均衡性的中心地功能结构，同时还可衍生出不均衡的中心地规模结构，从而完成了从纯理论的空间均衡模式的推导向不均衡的现实模式的解释和论证的转变。基于西北太平洋海域22个站位的验潮数据，应用RegEM及MTM方法探讨其多尺度波动过程的时空差异，基于空间邻近性及有序聚类方法，将区域海面变化划分为5个区段（渤海—黄海北部沿岸、黄—东海中国沿岸、东海海域日本沿岸、东海南部沿岸以及南海西北部沿岸），进而利用MGF方法对各站位进行中长期的统计预测，并结合主成分方法进行区域综合。引入3阶主张量分析方法对1993~2008年赤道太平洋地区卫星测高数据进行解析，前两个主张量可有效表征海面变化的经、纬向耦合特征，重构与对比了该时段内6次ENSO事件海面变化的经、纬向演化的空间构型与耦合作用过程。结果表明：不同类型的ENSO在经纬向耦合演化轨迹的周期性、规则性和方向性特征可在一定程度上作为ENSO类型区分依据。从污染物排放量、污染物处理能力和单位土地面积的污染物排放量等方面选取中国28个省市区的18项环境指标数据，运用主成分分析、标准差,Mann-Kendall和聚类分析法，研究1986—2008年间中国区域环境质量差异及格局变化。提出一种基于欧氏区域分配的面状河流图斑中轴线的提取方法，该方法所提取的中轴线连续、光滑，且与相邻的线状支流保持有拓扑关系，对于数据量大、形状复杂的面状河流达到了自动、快速有效提取中轴线的目的。提出一种基于DEM汇流模拟的鞍部点快速提取改进算法，提高了鞍部特征点的提取精度。提出了基于规则格网DEM，通过引入边缘检测算子提取并连接沟沿线候选点，并借助形态学方法滤除细碎线段，最终生成沟沿线的方法。综合考虑山脊线与沟谷线的耦合关系，提出了一种山脊线等级划分的方法。研究伪沟谷的成因与消除方法，提出了黄土塬区DEM水文分析中消除地面伪沟谷的方法。提出一种基于语义规则判别和剖面特征匹配的粗糙度模型评价算法，并探讨了对面积比率模型、矢量粗糙度模型、表面粗糙度因子、基于标准差计算的统计模型等四类八种常用地形粗糙度模型的实用性。提出采用约束特征线控制地形的方法速构建水平梯田、坡式、反坡dem。采用ROAM算法实现大型DEM的实时多分辨率三角网，提高了误差数据获取速度以及三角网对DEM表达的精度。提出一种新区域尺度土壤侵蚀因子G，并基于此对土壤侵蚀强度进行制图。探讨了基于DEM的汇水面积的尺度作用，通过引入尺度因素和位置因素，提出了比汇水面积的比例缩小的模型。实现了数安地形分析系统、真三维地学空间分析组件平台。（4）地理环境遥感动态监测研究方向在针对环境一号卫星CCD数据解析方面，根据实测的太湖、巢湖、滇池和三峡水库的水面光谱信息以及水质参数，构建基于环境一号卫星多光谱数据的富营养化评价模型，提出了利用环境一号卫星CCD数据可以较为准确地评价太湖、巢湖、滇池和三峡水库水体富营养化状态。利用环境一号卫星CCD数据，分析研究了三峡水库漫衰减系数的光学特性及影响因子，构建了490nm处漫衰减系数的Kd（49反演模型。针对内陆水体解析方面，建立了浑浊湖泊水体总悬浮物浓度的单波段估算模型；建立了太湖、巢湖和滇池水体的后向散射系数曲线的幂函数光谱模型。针对巢湖水体数据，构建了后向散射概率估算模型；建立了Kd的遥感反演模型；探讨了水体漫衰减系数与各衰减因子浓度的关系、水体的水下光场结构；建立了悬浮物浓度反演的偏最小二乘法（PLS模）型。针对滇池水体数据；分析了水体中光学活性物质的吸收特性及其空间分布、与水体组分浓度的关系、各光学活性物质吸收对总吸收的贡献率、滇池水体吸收特性与其他二类水体的异同性等；建立了620nm波长处的藻蓝蛋白比吸收系数和620nm波段的藻蓝蛋白色素吸收系数之间的经验关系；建立了适用于滇池的藻蓝蛋白色素浓度反演的半分析模型。针对太湖水体数据，探讨水体颗粒物散射和后向散射光谱特征及其形成机理。结合断面水质数据提出了基于最小二乘法的多元回归方法，建立了京杭大运河无锡段枯水期和丰水期水质参数与土地利用的响应模型。实现基于Silverlig的多层架构遥感影像查询系统，开发了插件式太湖水污染扩散模拟系统。在大气反演方面，利用2005年OMI/Aura反演的大气边界层二氧化硫垂直柱密度数据，分析了渤海大气二氧化硫浓度分布时空变化特征,并利用FNL气象资料，运用HYSPLIT模型对渤海大气环流后向轨迹进行分析。针对海洋遥感数据解析，引入3阶主张量分析方法对1993-2008年赤道太平洋地区卫星测高数据进行解析，重构与对比了该时段内6次ENSO事件海面变化的经、纬向演化的空间构型与耦合作用过程。提出了一种基于正交投影散度的波段选择方法，该算法在高光谱数据波段选择方面具有较好的适用性和鲁棒性。三．国家重点实验室申报在对实验室科学研究方向进行整合和凝练的基础上，在江苏省科技厅的支持下，在申报“东亚季风演化与区域环境响应”国家重点实验室相关经验的指导下,2011年度申报了“江苏省地理信息资源挖掘与利用重点实验室”省部共建实验室，提出了相应的申请报告。四．队伍建设及人才培养在加强实验室原有教师队伍和引进教师之间的融合、合作的基础上，根据实验室的规划研究方向，形成了4支有创新能力、团结合作的研究队伍，且各研究队伍之间相互协作，共同解决一些重要的理论和技术问题。这种既团结合作、又有所专的梯队配置使我们形成了良好的学术氛围。在申请国家支撑项目、国家自然科学基金等主要科研项目中，这一机制为成功项目提供了良好的基础。同时，实验室在群体讨论和充分考察的基础上，引进了国家杰出青年基金获得者1名（蔡祖聪教授）、学术骨干1名（张金波副教授）和2名博士，并从地理科学学院吸收了1名教师，充实了相应的研究方向。另外，实验室遵循“送出去、请进来”的队伍建设战略，选派3位教师分别赴美国新罕布什尔大学、美国明尼苏达大学、美国普渡大学等进行学术访问及合作研究。进一步加强对博士研究生和硕士研究生的培养和管理，强化研究生科研能力和学术素养的培养，进一步改善人才培养的软硬件环境。对实验室所有研究生组织统一选题、统一答辩。实验室2011年招收硕士研究生70人、博士研究生17人；毕业硕士研究生74人、博士研究生15人。名博士研究生获国家留学基金委资助赴美国IUPUI（IndianaUniversity-PurdueUniversityIndianapO进iS）合作培养，资助2名博士生台湾参加国际学术研讨会。五．学术交流本年度，实验室人员参加国际GIS、制图、遥感等方面的学术会议121人次，接受国内外访问学者与学术交流38人次。本年度成功地主办了第六届遥感与地理信息系统学会代表大会以及青年教师发展论坛等会议。先后与美国新罕布什尔大学、明尼苏达大学、渡大学、美国UniversityofFlo、i奥地利萨尔兹堡大学、西班牙马德里大学和萨拉戈萨大学、新西兰奥克兰大学、法国自然历史研究所等建立了友好合作关系，双方互访，开展了密切而友好的合作。来自慕尼黑工业大学建筑测量学院地图制图系、香港浸会大学、国立台湾大学、台湾东南科技大学、中科院地理所、武汉大学、浙江大学、中山大学、中科院湖泊所、东南大学、国防科技大学、国际湖泊委员会及众多高校的专家学者进行了学术访问和讲座。虚拟地理环境教育部重点实验室2012年度工作计划一．主要研究内容1．研究方向及预期目标2012年度，实验室继续围绕已确定的4个研究方向进行深入研究和攻关：（1）虚拟地理环境系统研究（2）地理环境重建研究（3）地理建模研究（4）地理环境遥感动态监测研究在各方向上的具体目标是：（1）虚拟地理环境系统研究方向加强虚拟地理环境分布式地学建模和模拟系统、地理协同分析环境、空间数据新型采集方法、物联网与GIS以及时空多维GIS分析方法等方面的研究，实现分布式地理协同建模和分布式计算，进行视频GIS平台的设计、时空一体化分析与计算方法的研究；构建异构平台共享的地图符号系统、地理数据共享交换平台、实现家谱GIS的社会化服务。（2） 地理环境重建研究方向完成苏北盆地陆上部分钻孔岩芯记录的500万年来火山灰同位素年代测定，反演钻孔岩芯记录的主要环境事件。建立500万年来江淮下游气候变化序列，揭示区域性季风环境变化的基本特征及机制。获取并测定长江流域不同地区的石笋U/Th年龄，建立10年分辨率的20万年来季风气候序列，揭示全新世季风气候事件的突变特征及其与高纬冷事件的相位关系、末次冰期冷、暖两个相态的快速变化过程及持续时间、以及20万年来季风气候与低纬太阳辐射之间的耦合关系。（3） 地理建模研究方向研究2万年以来和2000年以来长江三角洲地区环境变化自然过程的不同时段温度、降水、水文、水质变化的内在规律和周期结构。建立预测未来在10年和50年旱涝趋势、水量趋势和水质趋势的动力学模式；研究我国东部地区和长江流域空间结构演化过程，构建相应的空间结构演化模型，解决区域空间结构模型与中心地学说之间的逻辑联系，建立相关演化模型，模拟从中心地学说向区域空间结构模型的转化过程，在区域地理学理论上有所创新和突破；研究长江中下游平原区高精度DEM构建及dem地形参数提取算法，完成高保真数字地形模型分析平台的开发。（4）地理环境遥感动态监测研究方向在太湖、巢湖、滇池进行内陆水环境监测和遥感同步实验，研究内陆水体不同污染物组分的光学机理特征，以国家环境卫星为数据源，构建水体不同污染组分的遥感反演模型；结合气象、环境大气监测资料及地面激光雷达监测数据，分析大气污染物条件下的大气透射率变化，针对典型遥感影像，建立大气气溶胶、P10等的遥感反演模型；研究高分辨率和高光谱遥感图像的信息提取、图像匹配方法，解决利用高分辨率遥感影像进行地理空间要素更新的难题。2．研究方向间联系与协作上述4个研究方向之间存在着内在的逻辑联系，其中地理环境重建是基础，虚拟地理环境系统和遥感是技术平台，地理建模是手段，从而建立地理学研究由数据获取、建模、模拟和预测研究的理论和方法体系。体现了地理学由部门研究向综合研究发展的最新趋向，体现了理论研究与应用研究的并重，体现了定性研究与定量研究的高层次统一，以及体现了野外基础工作与信息技术的有机结合的基本思路。进一步加强以上4个研究方向之间的交流和协调，使不同方向协调发展且形成一个整体。二．队伍建设及人才培养计划围绕实验室的主导研究方向，进一步完善实验室人员的专业结构、学历结构和年龄结构，建设一支稳定、富有创新活力和奉献精神的学术团队。2012年度，计划引进学科带头人1-2名，具有博士学位的骨干教师1-3人；积极推荐优秀学科带头人参加国家、省高级人才培养计划；选派学术骨干2-3名去国外进修、高访、技术培训和参加国际学术交流。在人才培养上，2012年度，实验室计划招收硕士研究生70人左右，博士研

究生15人左右，进站博士后1-2人；在研究生培养中，坚持理论与实践相结合，采用“产、学、研”一体化的培养模式，注重强化研究生创新思维和综合能力的培养；篇。本年度争取获江苏省优秀博士学位论文1篇、江苏省优秀硕士学位论文养；篇。条件建设计划2012年实验室条件建设的重点是加强已有大型设备的开放运行和管理，进一步提高设备的使用率。在经费上重点保障大型设备的维护和耗材。年度建设经费预算如下：项目费用（万兀）备注实验室运行费45.0学术委员会会议、学术父流、日常运行管理，含开放课题费15万兀仪器设备费145.0车载电磁场强度监测系统集成人才队伍建设费