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专利号: 2025115667302
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于空间连续性约束的地理分层方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、获取目标区域内的所有地理像元的特征变量和目标变量;

S2、初始化粒子群结构,粒子群中的每个粒子表示一组超平面参数;

S3、构造若干个超平面,逐个判断所有地理像元的特征变量相对每个超平面的位置,每个地理像元的特征变量相对所有超平面的位置构成该地理像元的类别标签,得到目标区域内所有地理像元的类别划分结果;

S4、利用地理像元的目标变量计算目标区域内所有地理像元的类别划分结果对应的地理探测器q值,结合地理平面连通性约束构建综合目标函数;

所述地理平面连通性约束包括:

对每一类别的地理像元,在对应的地理空间掩码上执行8邻域连通性分析,构建整体碎片度指标,公式如下:,

式中:为整体碎片度指标, 为连通子块数量, 为超平面数量;

所述地理探测器q值公式如下:

式中: 为地理探测器q值, 为第c类地理像元类别, 为所有地理像元集合, 为第个地理像元的目标变量, 为 的目标变量平均值, 为所有地理像元的总体目标变量平均值;

所述综合目标函数公式如下:

式中: 为综合目标函数,为整体碎片度指标权重因子;

S5、基于粒子群优化算法对当前粒子的超平面参数进行更新,进而得到更新后的目标区域内所有地理像元的类别划分结果,利用综合目标函数对更新后的目标区域内所有地理像元的类别划分结果进行评价,更新粒子的个体最优值和粒子群的全局最优值;

S6、判断迭代次数是否达到最大迭代数,若达到则停止,若没有达到则返回步骤S2。

2.根据权利要求1所述的基于空间连续性约束的地理分层方法,其特征在于,所述步骤S2包括:随机生成若干个粒子,每个粒子表示一组超参数平面解,用于划分多维特征空间,粒子表示为:,

式中: 表示超平面参数矩阵, 为超平面数量,为特征变量数量, 为超平面法向量,为超平面的偏置项;

每个超平面参数对应一个速度,每个粒子对应的速度矩阵为:,

式中: 表示速度矩阵。

3.根据权利要求1所述的基于空间连续性约束的地理分层方法,其特征在于,所述步骤S3包括:S31、将每个地理像元的特征变量表示为列向量,公式如下:,

式中: 为第 个地理像元的特征向量,为地理像元的总数, 为特征向量的维数;

S32、构造若干个超平面,公式如下:,

式中: 为第 个超平面, 为第 个超平面的一组法向量, 为偏置项, 为超平面数量;

S33、对于每个超平面,逐个判断所有地理像元的特征变量相对该超平面的位置,并定义一个布尔变量进行指示,公式如下:,

式中: 为第 个地理像元相对第 个超平面的位置布尔变量, 代表超平面正侧, 代表超平面负侧;

S34、对所有超平面进行位置判别后,构建地理像元的类别标签,得到目标区域内所有地理像元的类别划分结果,类别标签的公式如下:,

式中: 代表第 个地理像元的二进制类别标签。

4.根据权利要求3所述的基于空间连续性约束的地理分层方法,其特征在于,所述步骤S3还包括:S35、将二进制类别标签转换为整型形式,公式如下:,

式中: 代表第 个地理像元的十进制类别标签。

5.根据权利要求1所述的基于空间连续性约束的地理分层方法,其特征在于,步骤S5中,所述基于粒子群优化算法对当前粒子的超平面参数进行更新包括:利用粒子群算法更新每个粒子的速度和位置,公式如下:,

式中: 为粒子当前位置, 为粒子速度, 为第 个粒子的历史最优解,为粒子群的历史最优解, 为惯性因子,控制全局搜索能力; 、 为学习因子; 、 为在区间上均匀采样的随机数;为迭代次数。

6.根据权利要求1所述的基于空间连续性约束的地理分层方法,其特征在于,步骤S5中,所述更新粒子的个体最优值和粒子群的全局最优值包括:计算更新后的每个粒子对应的综合目标函数值,若更新的综合目标函数值中的最大值大于历史全局最优解,则更新全局最优解;分别比较每个粒子更新的综合目标函数值和该粒子的历史个体最优解,如果更新的综合目标函数值大于历史个体最优解,则更新该粒子的个体最优解。

7.一种基于空间连续性约束的地理分层系统,其特征在于,包括:数据采集模块:用于获取目标区域内的所有地理像元的特征变量和目标变量;

数据初始化模块:用于初始化粒子群结构,粒子群中的每个粒子表示一组超平面参数;

类别划分模块:用于构造若干个超平面,逐个判断所有地理像元的特征变量相对每个超平面的位置,每个地理像元的特征变量相对所有超平面的位置构成该地理像元的类别标签,得到目标区域内所有地理像元的类别划分结果;

目标函数构造模块:用于利用地理像元的目标变量计算目标区域内所有地理像元的类别划分结果对应的地理探测器q值,结合地理平面连通性约束构建综合目标函数;

所述地理平面连通性约束包括:

对每一类别的地理像元,在对应的地理空间掩码上执行8邻域连通性分析,构建整体碎片度指标,公式如下:,

式中:为整体碎片度指标, 为连通子块数量, 为超平面数量;

所述地理探测器q值公式如下:

式中: 为地理探测器q值, 为第c类地理像元类别, 为所有地理像元集合, 为第个地理像元的目标变量, 为 的目标变量平均值, 为所有地理像元的总体目标变量平均值;

所述综合目标函数公式如下:

式中: 为综合目标函数,为整体碎片度指标权重因子;

粒子群优化模块:用于基于粒子群优化算法对当前粒子的超平面参数进行更新,进而得到更新后的目标区域内所有地理像元的类别划分结果,利用综合目标函数对更新后的目标区域内所有地理像元的类别划分结果进行评价,更新个体和全局最优值;

迭代终止模块:用于判断迭代次数是否达到最大迭代数,若达到则停止,若没有达到则返回数据初始化模块顺序执行。