城镇空间资源规划、城镇安全运营、城镇灾害预警及城镇国土空间适宜性评价等是新型城镇化智能化管理与精细治理的核心内容，亟需多源、动态地理空间信息理论与技术支持。在此背景下，依托国家自然科学基金项目“基于多主体系统的区域功能区位选择与演化模拟研究” （41071246）针对目前新型城镇化智能管理中空间信息实时变化感知能力弱、多源数据融合难度大、空间数据知识转化率低、缺少空间信息辅助决策分析环节等难题，展开了空间信息动态感知与数据高效获取、空间信息融合与级联更新、时空数据智能处理与知识发现、空间信息可视化与辅助决策等核心技术研发，技术原理及性能指标如下：

    1、提出了融合高分辨率航空影像和LDAR数据的城市目标动态感知方法 通过对高分辨率航空影像和LDAR点云等多模态数据进行融合,采用多滤波器的卷积神经网络方法对城市目标进行特征提取和语义标记，再通过高分航空影像的多分辨率分割来准确勾绘目标边界,消除椒盐目标的影响。通过与SVM、RF、G_FRNet、SegNet、MS-CNN多种分类器在国际摄影测量与遥感协会官方数据集的比校,实骑表明,该项目提出的综合多滤波器和多分并率分割后处理技术的城市目标语义标记和提取的卷积神经网络方法能在建筑物、植被、水体、地面等目标上取得了90.65%的全面最优分类精度以及单类目标最高分类精度,如建筑物96.98%、地面90.94%、低矮植被76.32%、树木73.37%;同时由于该方法无需多尺度数据输入,相比同类方法极大地降低了影像分类计算复杂度。

    2、提出了基于图划分和随机森林理论的建筑物群组空间分布模式识别方法 提出一种可用于制图综合的、可识别不同类型建筑群分布模式的方法。该方法首先基于路网结构将建筑物地形图划分成建筑物数据块。每个建筑物数据块基于约束 Delaunay三角网,处理成一个未连通图。未连通图中的连通子图即为潜在建筑群模式,然后利用随机森林二分类器识别出连通子图的建筑群模式。对识别不出的连通子图基于图划分方法,进一步划分,生成未连通图,然后重复上述步骤。该方法能够很好地识别規则和不规则建筑群模式,识别准确度达90%,高于同类方法至少10%。识别完整度在91%以上,也至少高于同类方法10%。

    3、提出了多尺度特征融合的地理事件时空预测方法。 顾及地理事件在不同数据尺度上的特征交互性,通过聚类的尺度上推策略,分离出较大尺度上呈现的整体趋势性特征与较小尺度上表现的局部变异性特征,对不同特征进行预测结果的统计融合,构建了基于分治策略的时空预测模型,与经典的时空克里金、时空神经网络等预测模型相比,多尺度预测模型对中国年降水时空预测精度提升超过10%,对京津冀地区PM25浓度6小时内预测精度达80%以上。

    4、提出了新型城市背景下三维城市模型的空间定量分析方法。 在开展大范围三维城市复杂场景并行绘制架构研究及算法实现的基础上,基于3DCM进行三維城市模型环境下噪声、污染、电磁波等的空间分布征与传播规律等定量化分析,提出并实现了一种适用于3DCM(三维城市模型)场景的多仼务并行图形绘制算法:提出了光线投射改进算法,解决了大规模三维标量场计算量大且数据绘制速度慢的问题。利用集群多节点的并行优势,改进了体绘制的光线投射算法,将该算法运行于PC集群环境中,提高了三维城市复杂场景绘制效率,发明了《一种用于集群的节点计算机视频显示的硬件切换开关》系列并行绘制装置；提出了保持视觉特征的LOD(目标细节层次)模型简化算法,解决了复杂地形场景模型引起的绘制视觉失真问题；提出了基于拓扑关系模型的大比例尺图幅划分方法，并对划分后的三维模型数据进行了统一命名编码，构建了 MongoDB分片集群服务器，对三维城市模型数据进行了单元划分，采用City Engine进行三维建模和 MongoDB进行数据存储，解决了三维城市模型数据存取效率低的问题。

     项目开发了城市空间地理时空数据处理与应用系统平台,构建了面向新型城镇化建设与管理的地理空间信息技术框架与知识体系，为新型城镇化建设与精细管理提供原创性技术支撑，可推进国土空间优化和城镇统一监管，促进行业科技进步。第三方成果评价机构湖南省科技信息研究所组织专家对项目进行评定，专家评定委员会一致认为：项目成果总体达到国际先进水平，其中基于不同尺度表现特征差异以及特征交互性的时空预测分析技术达到国际领先水平。 项目成果已成功应用于广东省国土测绘院、湖南省国土资源规划院、湖南省地质调查等多家企事业单位有关国土资源调查、城乡统筹规划与辅助决策、数字城市-智慧城市建设项目中，实现了城镇空间规划中测绘数据生产与管理的一体化与自动化，提高了地理时空建模及其辅助决策的应用水平。未来计划与大数据、人工智能等新技术的进一步深度融合 地理信息服务和辅助决策功能拓展到公安、交通、消防、水电、经济调控等领域。项目相关成果《城市规划业务全生命周期智能化管理平台建设与应用》曾获2015年度教育部科学技术进步二等奖；《面向城乡统筹规划的辅助决策服务平台》曾获2016年度华夏建设科学技术二等奖。