1、虚拟地理环境教育部重点实验室 2010 年度工作总结 2010 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 2010 年的建设成绩，主要有如下几个方面： 一、 条件建设 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，建设了 GPS CORS 数据接收站，并与江苏省 CORS 系统组网运行，招标采购了激光雷达、室内液体反射率测量仪、红外显微镜、离子色谱仪、 360全景照相机、地下管线探测器等数据采集、分析设备，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，已完成
2、长江三角洲地区自民国以来历史航空像片的收集、整理工作，建设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、 队伍建设和人才培养 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。实验室遵循“送出去、请进来”的队伍建设战
3、略，选派 5 位教师分别赴美国北卡罗来纳州立大学、美国南佛罗里达大学、德国慕尼黑工业大学、奥地利萨尔茨堡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，地理信息系统原理、数字地形分析 2 门课程被评为江苏省优秀研究生 课程 。对实验室所有研究生组织统一选题、统一答辩。实验室 2010年招收硕 士研究生 76 人、博士研究生 14 人、博士后进站 2 人，博士后出站 1 人、毕业硕士研究生 87 人、博士研究生 15 人。研究生学位论文获江苏省优秀硕士学位论文 1 篇。 3 名博士研究生获教育部资
4、助赴美国 NASA， North golf 研究所、密西西比州立大学进行合作培养 ,资助 2 名博士生新加波参加国际学术研讨会；研究生参加全国建模大赛获二等奖 2 项。 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， 2010年向国家科技部申报了“东亚季风演化与区域环境响应” 国家重点实验室建设，提出了相应的申 请报告，并参与了评审答辩，虽然未能成功申报，但取得了很好的反响，为后续省部共建国家重点实验室或国家重点实验室的申报取得了经验。 四、 科学研究及进展 2010 年，实验室承担国家“ 863”、“ 973”、“支撑计划”以及国家自然科学基
5、金（重点、面上及青年基金）等 各类 科研项目 32 项， 其中 国家自然科学基金 17 项 （ 含重点 3 项） 、国家 863、 支撑计划 课题 15 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 33项。当年实际到帐经费达 1943 万元。 当年 申请 并获批国家自然科学基金 面上项目 6 项、青年基金 2 项。研究成果 获国家环境科 学技术一等奖 1 项、 国土资源科技二等奖 2 项、国家测绘科技三等奖 1 项 。 申报国家 发明 专利 19 项 、专利公开 11 项 ；获得国家发明 专利授权 7项 ； 申请软件著作权 13 项 ； 出版研究专著译著 3 部 ； 发表 核心
6、期刊以上 研究论文 136 篇 （ 其中 SCI、 EI、 ISTP 三大检索论文 46 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 针对车载移动三维数据采集系统，提出了车载多传感器集成系统的定位模式，解决了数字立体摄影系统标定、近景影像自动匹配与立体量测、影像与激光 点云的配准及重要地物目标自动识别等关键技术，并开发了相应的数据采集软件；针对机载、车载及地面 Lidar 数据的处理，解决了多站扫描点云高精度自动拼接及拼接区域冗余点云的消除问题，提出了对密集采样点云按 Delaunay 规则进行扫描对象的三
7、维表面建模、基于边收缩的三维表面模型简化、以及保持拓扑特性的视相关 LOD 模型实时构建及其更新方法；发展了基于视频影像的空间信息获取方法，制定了融合视频、音频、定位信息一体化的可定位流媒体数据规范，研制了集可定位视频采集、传输、存储、分割、检索等功能于一体的可定位影视直播系统；提 出了基于交比、角锥体原理的单幅 /帧图像几何量测方法；发展了集成多源异构数据进行地理场景重构的方法，实现了虚拟地理场景的快速构建；发明了基于双目视觉的真三维立体显示技术，可实现平台无关的、支持多立体观察方式的三维地理场景实时真立体展示和交互。 从空间认知出发，分析了地理空间现象尺度、模型尺度、采样尺度和表达尺度的含
8、义和内在联系，总结了三维空间认知的特点，提出了一种新型的 GIS 数据模型，即几何代数空间数据模型，以及综合“对象”模型和“场”模型的三维空间数据结构，实现了地上建筑、地表和地下实体的统一表达，并详细研 究了面和体的单纯型剖分、矢量数据视点相关的化简算法；针对动态、视点相关以及 LOD 条件下拓扑关系的表达和一致性问题，提出了基于庞加莱对偶的三维自由拓扑模型；针对三维空间数据的调度问题，提出了一中基于 Hilbert 排序码的 R 树索引，解决了内外存一体化的快速空间索引。初步形成了一种全新的 GIS 数据模型、数据结构，以及新型的数据压缩、数据传输方法，极大地提高数据存储、数据传输、数据分析
9、的效率。 在广泛收集、整理各类地理模型的基础上，对地理模型建模领域的语义进行了分析，并构建了地理模型分类及语义库，对已经收集到的有源 码的地理模型进行结构解析和分割方法研究，按可重用性粒度对相关地理模型进行了分割和元数据配置，建立了模型库、算法库、知识规则库和建模方法库。对地理概念模型构造方法进行研究，形成了图标引导式地理概念建模环境。开展分布式地理建模环境的 SOA 架构研究，提出了可视化、引导式的面向地理问题表达的概念建模方法，开发了基于语义引导的图标式地理概念建模环环境。设计了地理模型服务容器；基于数据交换和模型过程连接的 OpenMI 模型集成框架，提出了通用输入文件定制的模型集成方案
10、。 在多源地理信息挖掘、融合方面，开展了基于规则的 GIS 空间操作挖掘技术方法研究，提出了基于自然语言的 GIS 构建与应用模型、地理命名实体识别方法与空间关系抽取方法；发展了面向移动 GIS 的汉语语音输入 /输出增强技术，构建了相应的知识规则库和信息转换方法，实现了移动无线网络环境下，面向移动 GIS 的分布式汉语语音集成控制技术，建立了自主控制与自适应控制相结合的语音应用模式；研究与实现了城市级地理信息共享与交换平台，提出了城市级地理信息共享与交换的机制与方法，制定了面向基础地理框架数据共享的分类规范，开发完成了 GML-GIS 原型软件系统，形成了“集成模式”的城市地理信 息共享交换
11、平台软件。 （ 2） 地理环境重建研究方向 利用 典型季风气候岩溶区洞穴石笋 ， 通过高精度 ICP-MS 铀钍年代测定和高分辨率氧、碳同位素分析结果，重建完整、连续的亚洲夏季风强度变化序列，突破深海沉积、黄土地层和冰芯等长期气候记录无法直接定年的瓶颈，建立高精度 U/Th 年龄控制的 22.4 万年来迄今为止最高分辨率洞穴石笋同位素气候地层序列。 证实亚洲夏季风直接响应于夏季太阳辐射变化，解决了目前国际上争议较大的亚洲季风的相位及驱动机制问题。在最近两个冰期 /间冰期旋回研究千年尺度气候变率与突变过程，揭示了 DO 旋回海 /气耦 合机制及与太阳辐射的内在联系。建立了最近 9000 年亚洲季
12、风高分辨率时间序列，提供了太阳活动驱动地球气候变化的可靠依据；从年 -十年际高分辨率石笋记录与全球气候对比研究中，进一步揭示了太阳辐照能变化对中低纬地区气候变化的驱动作用；应用高精度热电离质谱测年数据和气候地层学对比方法，首次确定南京直立人化石年龄为 50 万年前的冰期时代，为研究东亚古人类起源提供了年代和环境演变证据。 为了寻找 东亚季风区全球气候变化和区域性构造事件的耦合关系，并揭示长江中下游地区环境对季风气候和全球变化的响应过程对采自 大九湖 盆地不同部位的 浅钻孔（近 20 个）进行沉积相和标志层的对比，以可靠 AMS14C 定年为基础，建立 了 大九湖盆地沉积模式，对 亚高山湖盆沉积
13、过程对古气候变化特别是季风降水的响应机制 有了初步 认识；利用泥炭藓样品的 TOC、 TN、 C/N 和 -纤维素 13C 数据， 首次 定量恢复了研究区晚全新世 4000 年以来 湿度 和温度 的变化过程 ；在苏北兴化地区以湖泊沉积的粒度和地化等多种指标，取得了高分辨率的末次冰消期以来长江下游平原区环境变化记录；围绕里下河地区古湖泊和沿海古泻湖沉积，通过沉积相及大量地化和古盐度等指标，初步恢复了全新世以来沿海季风气候和海平面变化的历史。 开展我国开展长江河道演变过程与机制研究，揭示了 末次盛冰期以来，由于海面发生大幅度的变化，长江河口段经历了深切古河谷形成 古河谷充填 三角洲发育的河床演变过
14、程。 探讨了长江江苏河段深槽冲淤演变规律，分析了 44 年来河道冲淤变化的时代特征。研究发现 江苏中部淤泥质潮滩潮汐纹层 中 毫米级薄砂泥互层层理为半日潮的产物，厘米级厚的厚砂泥互层层理为半月天文潮的产物。 （ 3） 地理建模研究方向 建立了三维海洋动力模拟模型，模拟了东中国海区潮波系统的成因机制，再现了末次冰期最盛时期以来潮波系统的演变过程。对边缘海潮波运动 及河口、海岸水流盐度及泥沙运动理论进行了理论研究和数值模拟，构建了基于 GIS 的海岸演变模拟系统、珠江三角洲航道网水沙模型、长江口深水航道水动力场及盐水入侵的三维数值模拟模型以及近海地下淡水与海水交换与混合模型、陆地 -海洋交界带环境
15、过程与物质通量交换过程模型等一系列河口、海岸以及潮波模拟模型；研究和开发了 自适应 的长江三角洲地区 三维海面 地面系统模型，演绎该 区域 的海面波动过程、地面升降过程、沉积过程和相应的三角洲发育过程和岸线变迁过程， 并 探讨 长江三角洲区域环境 演化 的 机制。重点揭示百年分米量级的海面波动过程及规 律，以及近十多年来南黄海和东海北部内陆架 区域的 月际尺度海面地形的时空演变规律，并给出未来 50 年相对海面上升预测的修订方案。 应用考古和历史文献等资料 ， 重建和模拟区域人地关系演化的历史过程。重点研究人地相互作用过程中，自然要素主导向人文要素主导的演替过程，恢复和重建三角洲人地关系演化的
16、历史场景。建立区域空间结构演变与长江三角洲人地系统变化的关系，重点开展城市化过程及其效应研究。 开展区域人地关系的演变趋势的综合建模与模拟。建成 了 长江三角洲 地区 海面上升影响模拟和综合评价系统，研制 了针对不同 海面上升影响类型的动态 模型以及经济损失和影响程度评价模型，对未来指定年份内特定条件下形成的各种与海面和江湖水位变化有关的灾害形势及其影响进行模拟和预估，并且具有一定的决策能力。 针对现有 DEM 数据对地形特征描述的缺陷，研究了高保真数字高程模型的构建技术，设计并实现了高保真数字高程模型的原形系统；针对平原河网地区人工地形特点及其在应用中的不足，发展了平原河网区 DEM 建模理
17、论及方法；明确了 DEM 地形分析的尺度效应及机理，实现了相关地形参数的尺度转换；提出了坡谱、坡面景观结构、流域边界剖面谱、地形特征点簇等原创性的地形定量分析的理论及 方法，并在此基础上实现了基于 DEM 的地表形态定量模拟、地貌分类与自动识别、地貌形态空间格局等方面的应用。 （ 4） 地理环境遥感动态监测研究方向 针对我国发射的环境小卫星图像的水体污染识别，分析了太湖水体光学特性及其影响因素和空间差异性，探讨了太湖水体固有光学特性及其参数化方法，研究太湖水体水下光场变化及其辐射传输影响因子，提出太湖水体真光层深度、漫衰减系数变化特征及其与水下光场及水生态环境的关系模式，建立叶绿素浓度、悬浮物
18、浓度、 CDOM 反演模型。在分析太湖水体吸收、散射特性的基础上，建立了太湖水体固有光学特性参数化模型，构建了太湖水体叶绿素浓度遥感反演的分季节、分营养状态模型，进行了基于神经网络模型的悬浮物浓度、CDOM 浓度遥感反演。 东南诸省是我 国主要的水稻产地，水田流失的氮、磷占很大的比重，现有流域非点源污染模型如： SWAT， APEX 等，通常将水稻田简单地作为“洼地”处理，由用户定义恒定的池塘蓄水能力和流入流出水量，不能反应水稻种植区域实际的动态水文过程。针对这个问题，设计了一种动态的、灵活的时空模拟机制，空间上需采用区域划分、集总计算的方法，时间上则和水稻种植生长过程结合起来，将时序特征描述
19、和定制引入到模型构建中，使用者可以根据当地水稻田的水文结构、水稻种植起始、收割时间、水稻田轮作方式和本地农户的田间管理（施肥、灌溉、搁田、晒田等）特点进行 灵活的区域参数定制，模型按照用户定义的时间和方式进行动态计算，从而较为精确的描述水稻种植过程中水文状态的时空变化特征。 探讨了气象因子对遥感监测城市大气污染的影响机理，已获得阶段性成果。研究发现在气温高、气压低、相对湿度大的情况下，可以获得好的监测效果；反之，气温低、气压高、相对湿度小，则监测效果差。这一成果为利用遥感更科学、有效地监测城市大气污染提供了科学依据，具有广阔的应用前景。 研究了融合多源遥感影像尺度、光谱、空间、时相等特征和地学
20、知识为一体的空间认知模型，提出了基于多元特征提取与描述的地表分类与地 物识别新方法；发展了基于特征基元的遥感影像特征级变化检测、影像检索方法；研究了高光谱影像的波段选择、特征抽取、多特征分类以及组合分类器技术，为高光谱图像的应用打下了基础。研发了面向高分影像的图像分割方法库，视觉效果达到国际商用软件 eCognition 的多精度分割算法水准；提出了基于模板分解与递归式滤波的遥感图像快速 Gabor 纹理特征提取方法；提出了将局部特征进行全局扩展的“扫描蛇”道路提取新方法；开展了基于特征基元的遥感影像特征级变化检测、影像检索方法研究。构建了线基元变化检测、以图像分割为基础的面基元变化 检测、融
21、合空间语义和图像视觉特征的语义遥感图像检索方法；开发了海岸带专题信息提取系统CRIES1.0 和遥感图像挖掘软件原型 RsFinder 1.0。 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 112 人次，接受国内外访问学者与学术交流 38 人次；组织实验室教师参加国内测绘、 GIS、制图、遥感、虚拟现实等方面的学术会议 194 人次。本年度成功地主办虚拟地理环境教育部重点实验室学术委员会会议、第二届空间综合人文学与社会科学论坛、第四届虚拟现实与地理学学术研讨会、第四届全国 GIS 博士生论坛、 第二届中华大族谱国际会议以及中国科协第 220 届青年科学家论坛
22、（论坛主题：波浪研究前沿问题及其对沿海开发和防灾减灾的影响）。先后与奥地利萨尔兹堡大学、美国明尼苏达大学、美国 University of Florida、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。来自美国耶鲁大学、英国剑桥大学、爱尔兰 University College Cork、武汉大学 、 华东师范大学、中科院湖泊所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 2011 年 1 月 6 日 虚拟地理环境教育部重点实验室 2011 年度工作计划 一科学研究 1研究方向及预期目标
23、 2011 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）
24、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
25、、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
26、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
27、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。 2011 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 2-3 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， 20
28、11 年度，实验室计划招收 硕士研究生 80 人 左右 ，博士研究生 20 人左右，进站博士后 2 3 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 ；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 1-2篇，积极营造条件，培养全国百篇优秀博士论文人选。 三条件建设计划 2011 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（万元） 备注 实验室运行费 40.0 学术委员会会议、学术交流
29、、日常运行管理，含开放课题费 10 万元 仪器设备费 55.0 人才队伍建设费 85.0 学科带头人、学术骨干引进科研启动、学术交流 大型设备运行和维护费 120.0 太湖遥感试验场、仙林校区遥感试验场、超净实验室建设 合计 300.0 四联合、开放设想 2011 年度，实验室的联合开放措施如下： （ 1） 加强本实验室与省内外有关实验室、政府部门、职能部门和公司的联系 和学术交流 。在与中科院地理所资源与环境信息系统国家重点实验室联合成立地理信息科学联合实验室、与武汉大学遥感摄影测量信息工程国家重点实验室、中科院黄土与第四纪地质国家重点实验室 、 兰州大学干旱农业生态国家重点实验室 合作进行
30、科学研究的基础上，进一步加强与上述国家重点实验室的合作，实现优势互补。在实验室有关人员进入中科院与香港中文大学地理信息科学联合实验室的基础上，进一步加强与该实验室的联合。 （ 2）接受依托单位本身及以外的研究人员自带课题任务（含研究生到实验室从事毕业论文工作），利用本实验室全部实验研究条件进行科研工作。 （ 3）设置开放研究基金项目 3-5 项，积极吸纳国 内相关研究领域的青年学者来实验室工作。 （ 4）定期向国内外开展与虚拟地理环境、地理科学、地理信息科学相关的理论和方法为主的短期技术培训。 （ 5）实行大型仪器设备、软件的共享和服务，按制订的仪器设备使用章程，有偿提供设备使用服务或仪器分析
31、技术服务。 （ 6）通过建设科技部数据共享网络长江中下游区域数据中心，实现区域地学数据的分发和共享。 五学术会议及交流 2010 年实验室将主办全国性遥感学术研讨会，并准备组团参加在法国巴黎召开的第 22 届国际制图大会（ ICA）；聘请国际地理信息领域专业来实验室进行学术交流和合 作研究 10 人次以上。 六年度目标及考核指标 本年度， 围绕 以上 4 个方向的研究阶段目标 开展研究和攻关 ，研究成果在国内外权威刊物上发表 100 篇以上，其中 SCI、 EI、 ISTP 三大检索论文 40 篇以上；出版研究专著 2-3 部；对研究中的重要方法和软件产品，积极申报国家发明专利（ 3-5 项）和软件著作权（ 4-5 项）；申请国家自然科学项目、国家“ 863”课题、国家科技攻关项目 14 项以上，获得资助项目 5-8 项，尤其是在主持国家“ 863”重大项目上取得突破；拓展与地方政府、企事业单位的合作，积极承担面向国民经济建设主战场的行 业信息系统开发，年度实际到帐科研经费超过 1300 万元；组织申报国家级科技成果奖。
