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    1. 地球信息科学技术在国土空间规划中的应用研究进展
    谢花林, 温家明, 陈倩茹, 何亚芬
    地球信息科学学报    2022, 24 (2): 202-219.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210317
    摘要705)   HTML20)    PDF (1876KB)(200)   

    国土空间规划是高质量发展的空间蓝图,地球信息科学技术改变了国土空间规划的方式,其强大的数据获取、分析、预测和管理能力为国土空间规划提供了数据、方法和平台支撑,提高了国土空间规划的科学性和可操作性。本文综合运用文献调研、归纳和对比分析等方法,试图在分析国土空间规划编制、实施和监管的全流程以及国土空间规划公众参与和智慧化转型需求的基础上,系统阐述地球信息科学技术在国土空间规划中的应用研究进展,主要集中在3个方面:① 地理空间数据、遥感数据和社会经济大数据为国土空间规划提供了数据基础;② GIS分析方法、地理模拟方法和人工智能方法为国土空间规划提供技术支撑;③ GIS平台、云计算和城市智能平台等技术方法推动了国土空间规划的智慧化转型。随着2021年我国国土空间规划体系的基本建立,未来应关注智慧化规划技术和方法在农业空间和生态空间的应用、构建智慧国土空间规划的技术体系,并进一步提升国土空间规划的智慧化水平。

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    2. 大数据城市通勤交通模型的构建与模拟应用
    刘云舒, 赵鹏军, 吕迪
    地球信息科学学报    2021, 23 (7): 1185-1195.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200334
    摘要660)   HTML36)    PDF (4167KB)(321)   

    近年来大数据在交通分析中被广泛关注,但目前多以可视化展示和现象空间分析描述为主,缺乏基于大数据的交通数量模型和模拟预测研究,成为大数据技术在交通规划中应用的主要技术障碍。本文基于交通与土地利用之间的交互作用关系,构建区位空间依赖因子((Location-space Dependence Indicator, LSDI),对传统重力模型进行改进,提出大数据城市通勤分布模型。以北京市为例,采用某运营商2017年9月的手机信令大数据,进行模型的应用和校验。模拟结果显示,在出行产生预测中,通勤人口与常住人口表现出良好的线性关系;在出行分布预测中,基于区位空间依赖因子的修正重力模型综合表现最优,在通勤OD分布中实现了低估现象的优化,在OD数量发生率中拟合优度达到0.85。本研究为大数据城市交通预测模型研发提供了新的技术方法,对于推动大数据在交通规划中的应用具有一定价值。

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    3. 青藏高原冰雪消融区岩漠动态变化遥感监测研究现状与展望
    贾伟, 王静爱, 史培军, 马伟东
    地球信息科学学报    2021, 23 (10): 1715-1727.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210149
    摘要644)   HTML9)    PDF (9566KB)(44)   

    青藏高原作为地球第三极增温明显,相关研究多集中于青藏高原冰雪动态,很少关注冰雪消融后岩漠的变化。岩漠通过地气相互作用影响着全球气候变化的区域差异。本文通过梳理青藏高原冰雪、冰雪消融区、岩漠动态变化遥感监测方法体系,着重分析了各遥感数据来源及提取方法的优缺点和适用性,并对基于遥感技术条件下青藏高原冰雪动态监测、冰雪消融区岩漠动态变化监测的数据来源、研究方法与技术进行了总结。目前,青藏高原冰雪动态变化遥感监测数据来源多样、研究方法成熟,而冰雪消融区岩漠动态变化遥感监测尚未形成系统研究。在人为干扰不明显背景下,青藏高原冰雪消融区岩漠的动态变化,在一定程度上也可作为对冰雪变化遥感监测的补充。

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    4. 基于网络地图的多交通模式医疗设施可达性分析
    郭琛琛, 梁娟珠
    地球信息科学学报    2022, 24 (3): 483-494.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210260
    摘要630)   HTML11)    PDF (6509KB)(185)   

    由于城镇化发展迅速、居民对医疗服务需求的提高,使得城市人口密集区域医疗服务压力增大,因此进行医疗服务设施可达性分析具有重要意义。本文以福州市主城区为例,医疗数据来自于福州市卫健委,利用爬虫技术获得小区户数进行人口估算,基于早、中、晚各时段的实时路况信息,计算居民点到医疗服务设施的最优路径旅行时间,并绘制医疗服务等时区,利用高斯距离衰减函数改进的两步移动搜法(Gaussian-Two Step Floating Catchment Area Method, Ga-2SFCA),考虑出行模式,对福州市主城区二级以上医院进行可达性分析。结果表明:① 驾车出行模式下,医疗服务覆盖率和居民就医可达性要明显好于公共交通出行模式;② 驾车出行模式下,医疗服务可达性受出行时段影响较大;而公共交通出行方式下,各时段差异较小;③ 随着时间阈值的增大,居民点的医疗服务可达性等级提升,且高等级可达性范围逐渐扩大;④ 驾车模式下的医疗可达性空间分布和道路保持一致,呈现出“环线层次”的现象;而公共交通模式下的可达性空间分布由于受到城市公交微循环系统的影响,呈现出“轴向扩张”的现象。

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    5. 地球信息科学技术在中国减贫中的应用进展
    胡姗, 葛咏, 刘梦晓
    地球信息科学学报    2021, 23 (8): 1339-1350.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200631
    摘要532)   HTML31)    PDF (3790KB)(122)   

    从救济式扶贫到精准扶贫,中国通过不断地探索和实践,走出了一条中国特色社会主义减贫道路,实现了农村贫困人口大幅减少,贫困地区面貌明显改善,脱贫攻坚取得历史性重大成就。很长时间,贫困地区的社会经济和资源环境监测都是建立在各类统计资料,统计报表,纸质档案等的基础之上,以行政单元为基础,缺乏有效、准确的空间位置信息。随着遥感和地理信息系统等地球信息科学技术的不断发展,其对空间信息高效地捕捉和计算能力,极大地提升了新时期扶贫开发工作的效率和决策支持水平。本文系统地阐述了地球信息科学在中国减贫中所发挥的作用,具体来说,主要集中在4个方面:① 多源地理空间数据在贫困地区自然资源和生态环境监测评估中的应用;② 贫困地区灾害监测,预警和管理;③ 基于地理空间数据的致贫因素分析和贫困预测;④ 依据精准扶贫工作机制建立精准扶贫决策支持系统。随着2020年中国消除绝对贫困目标的实现,地球信息科学服务于中国减贫的工作将主要集中在建立返贫监测和帮扶机制,以及向缓解发展不平衡、不充分的相对贫困转变。同时,乡村振兴作为下一步中国农村长期的工作重点,使用地球信息科学技术促进乡村基础信息化建设,促进地球信息科学服务和农业农村发展深度融合也将成为趋势。

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    6. 地理学视角下地理信息的分类与描述
    俞肇元, 袁林旺, 吴明光, 周良辰, 罗文, 张雪英, 闾国年
    地球信息科学学报    2022, 24 (1): 17-24.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210817
    摘要503)   HTML7)    PDF (1932KB)(198)   

    地理学是一门研究各种地理要素的时空分布、演化过程,以及相互作用机制的综合性学科。随着现实世界从二元空间向三元世界的演进,对地理信息内涵的理解、表达和挖掘亟待进一步加深与扩展。现有以“位置+几何+属性”的地理信息表达模式难以支撑各种地理要素及其规律的表达。本文从地理学视角出发,立足三元世界理念,梳理了信息要素及其转变成地理信息的过程,形成了以时间、地点、人物、事物、事件、现象和场景“七要素”的信息表达体系,并从地理语义、空间位置、几何形态、属性特性、要素关系、演化过程、作用机制7个地理维度上对其进行解读。实现了地理学视角下对地理信息内涵的全方位分类和描述,为面向地理学综合集成研究的地理信息多维描述与计算分析提供理论支撑。

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    7. 国土调查遥感40年进展与挑战
    舒弥, 杜世宏
    地球信息科学学报    2022, 24 (4): 597-616.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210512
    摘要462)   HTML5)    PDF (4871KB)(14)   

    运用遥感技术进行土地资源调查,摸清其数量及分布状况,长期以来都是遥感领域研究的重要内容。本文首先回顾了过去40年来遥感技术在我国国土调查中的应用情况,然后围绕高分辨率影像的特征提取、大范围影像的样本获取、多时相/多传感器影像的迁移学习以及多源异构数据融合4个方面介绍了相关进展情况;接着归纳总结了现有遥感信息提取技术在国土调查中面临的4个挑战:① 高分辨率影像分类存在如何定义、选择、挖掘高级特征的问题;② 国土调查中的遥感数据集规模庞大,存在着类间不平衡和类内多样性,为这种复杂数据集获取足够、均衡、多样化的样本集是一个巨大挑战;③ 对于多传感器/多时相影像,如何低成本、及时地实现土地利用分类是值得考虑的问题;④ 从土地覆盖到土地利用存在语义鸿沟,如何合适地引入语义信息以弥合语义鸿沟需要被考虑。最后,本文对国土调查遥感技术的未来发展方向和应用点进行了展望。

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    8. 基于百度街景的SVF计算及其在城市热岛研究中的应用
    冯叶涵, 陈亮, 贺晓冬
    地球信息科学学报    2021, 23 (11): 1998-2012.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200747
    摘要454)   HTML10)    PDF (9719KB)(144)   

    SVF(Sky View Factor)是描述城市辐射和城市热环境的有效指标之一,是研究城市热岛的重要几何参数,如何快速准确地计算大规模的SVF对城市形态和城市气候研究具有重要意义。已有研究发现,SVF与热岛强度具有强烈关系,但以往研究存在争论和局限性。本研究采用百度全景静态图,基于深度学习,使用Deeplabv3+模型对天空范围进行探测,提出一种SVF自动计算方法,并用该方法计算上海市中心城区的SVF分布。本研究引入局地气候分区(Local Climate Zones, LCZ),将大规模、精确的SVF结合每个地块具体的土地利用和建筑情况进一步用于SVF与热岛强度的关系研究。实验结果表明,在不同场景下,Deeplabv3+模型都能对天空范围进行有效探测(MIOU=91.64%);本文方法计算的SVF与鱼眼照片计算的SVF具有令人满意的一致性(R2=0.8869);在不同区域,SVF与热岛强度的关系不同,对于LCZ5开敞中层建筑,最高相关系数为0.68,对于LCZ1紧凑高层建筑,最高相关系数为-0.79。本文SVF计算方法在上海市中心城区的成功应用,验证了在中国高密度和复杂的城市环境中使用街景图像计算大规模SVF的可行性,此外本文基于区域化研究思想进一步研究了SVF与城市热岛的关系,弥补了以往此类研究的不足。

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    9. 人群动态的观测理论及其未来发展思考
    方志祥
    地球信息科学学报    2021, 23 (9): 1527-1536.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200787
    摘要448)   HTML23)    PDF (2675KB)(100)   

    在“新冠”肺炎疫情发展过程中,人群动态的观测理论研究与应用受到了国内外许多研究人员和民众的重点关注,特别是公共卫生学、临床医学、地理学、公共管理学等多学科交叉,探索科学的疫情动态监测、精准防控、准确预测与有效应对等方面的理论与方法。本文首先系统介绍人群动态的观测理论研究背景和意义,概括地描述其核心的3个问题(观测其如何变、分析其为何变、控制其如何变),从信息地理学、测绘学等领域角度阐述人群动态的观测理论研究意义及其学科价值。接着,围绕人群动态的观测与时空应用,本文阐述地理时空大数据背景下人群动态的关键观测理论框架(如基础时空理论、时空定量与综合观测理论、时空过程优化理论等),及其所存在的瓶颈问题和发展需求。然后,结合未来理论研究与关注变化,阐述了4个典型的人群动态观测理论趋势变化,包括:数字化社会治理与公共安全/卫生应急等需求驱动下的精细化观测、公共利益至上与个人保护最大化兼顾下的差异化观测、对人观测与对地观测的集成化观测理论发展、高阶需求层次管控与服务的人群动态观测理论突破。最后,本文强调在多学科交叉背景下,指出重点发展人群大数据感知、多空间精细化观测、人地系统化建模等方面的基础理论与方法,实现差异化、集成化、层次化的对人观测,系统支撑面向地学的研究与时空应用,科学支撑不可逆的管理、控制、服务等社会治理现实应用决策。该方面理论研究,将对“新城镇化”、“美丽中国”、“人工智能”、“新基建”等国家战略中城市和区域的绿色、高效、智慧与可持续发展等都有重要支撑作用。

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    10. 耦合人群移动的COVID-19传染病模型研究进展
    尹凌, 刘康, 张浩, 奚桂锴, 李璇, 李子垠, 薛建章
    地球信息科学学报    2021, 23 (11): 1894-1909.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210091
    摘要416)   HTML11)    PDF (2651KB)(143)   

    构建传染病模型可为疫情防控与公共卫生研究提供至关重要的规划与解析工具。由于宿主行为是传染病传播动态的决定性因素之一,有效耦合人群时空行为对以人为宿主的传染病建模具有重要意义。得益于人群移动大数据研究与应用的快速发展,新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的疫情建模研究中呈现出了耦合人群移动建模的显著特征。为系统深入理解该项传染病模型研究中的重要进展,本文对相关文献进行分析与总结。首先,本文分析了COVID-19疫情与人群移动的交互影响,说明了耦合人群移动构建COVID-19模型的必要性。然后,根据建模的目的和原理,从疫情短期预测与过程模拟2个角度,对耦合人群移动的COVID-19传染病模型进行分类梳理。其中,根据耦合人群移动的方式,本文将面向疫情短期预测的模型分为人群移动一阶量与人群移动二阶量的耦合模型,将基于过程模拟的模型分为群体级别和个体级别的耦合模型。最后,本文评述了耦合人群移动的传染病模型研究进展和未来发展方向,认为该领域研究亟需更加深入建模与疾病传播相关的复杂人群时空行为、提升模型的空间解析能力、突破精细化时空传播模拟的计算瓶颈、拓展与前沿人工智能方法的融合,并构建普适而开放的建模数据与工具以促进应用发展。

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    11. 基于百度迁徙数据的中国城市网络结构特征研究
    张小东, 韩昊英, 唐拥军, 罗国娜
    地球信息科学学报    2021, 23 (10): 1798-1808.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210223
    摘要404)   HTML10)    PDF (11538KB)(141)   

    迁徙流作为互联网时代的新产物,信息流、资本流、交通流等流空间的基本载体,能客观地反映城市间地理行为关系,对于刻画城市网络结构具有重要意义。基于地级以上城市的百度迁徙大数据,本文尝试从全域和净迁徙的视角探索研究中国城市网络结构特征,对其网络的层级、关联关系和影响因素等进行挖掘提取。研究发现:① 全国城市网络呈现出稳定的、层级明确的三棱锥四顶点“钻石型”结构,与主要城市群的经济规模空间分布相吻合;② 区域网络表现出向高级别行政中心集聚的“核心—外围”放射状结构;③ 以省会城市为核心的典型小世界特征比较凸出,小世界网络的可达性和连通性较高;周口、阜阳、赣州、上饶、重庆等作为主要劳动力输出型城市,深圳、东莞、广州、北京、上海等城市成为了主要的外来人口聚集地,并形成了对应的人口就近输送网络关系;④ 城市的行政地位、经济规模、交通枢纽建设、劳动力资源等因素都对其网络控制力和影响力起到了决定性作用。最后,研究结合中国城市网络结构特征及其主要影响因素,提出相关政策建议,以期为中国城市网络结构均衡发展与建设提供借鉴依据。

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    12. 基于残差神经网络改进的密集人群计数方法
    史劲霖, 周良辰, 闾国年, 林冰仙
    地球信息科学学报    2021, 23 (9): 1537-1547.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200604
    摘要385)   HTML11)    PDF (7153KB)(124)   

    为避免密集人群踩踏事件发生,从监控图像中准确获取密集人群人数信息非常重要。针对密集人群计数难度大、人群目标小、场景尺度变化大等特点,本文提出一种新型神经网络结构VGG-ResNeXt。本网络使用VGG-16的前10层作粗粒度特征提取器,使用改进的残差神经网络作为细粒度特征提取器。利用改进的残差神经网络“多通道,共激活”的特点,使得单列式人群计数神经网络获得了多列式人群计数网络的优点(即从小目标、多尺度的密集人群图像中提取更多人群特征),同时避免了多列式人群计数网络训练难度大、结构冗余等缺点。实验结果表明本模型在UCF-CC-50数据集、ShangHaiTech B数据集和UCF-QNRF数据集中取得了最高精度,MAE指标分别优于其他同期模型7.5%、18.8%和2.4%,证明了本模型的在计数精度方面的有效性。本研究成果可以有效帮助城市管理,有效缓解公安疏导压力,保障人民生命财产安全。

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    13. 基于多源数据的夜间经济时空分布格局研究方法
    曾磊鑫, 刘涛, 杜萍
    地球信息科学学报    2022, 24 (1): 38-49.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210212
    摘要383)   HTML41)    PDF (7350KB)(334)   

    夜间经济是一个城市经济发展和消费水平的重要表征。目前国内外研究者对夜间经济的研究多停留在理论层面,或基于市场调研和问卷调查的小范围精细化研究。本文融合多源数据为夜间经济提供了新的视角,相较于传统的调查数据,具有更加快速、高效、广泛的特点,适合于夜间经济大范围研究。本文基于夜间灯光、POI、OD流等多源数据,采用DBSCAN、K-Means++等空间聚类算法和研究供需关系的盈亏法,分别从消费者角度和商户角度识别厦门市夜间活动热点区域和夜间服务设施分布区域,分析厦门市夜间经济时空分布格局及相关性。研究表明:① 厦门市夜间活动在空间上呈多环状分布并向四周递减,夜间活动热点区域分布受假期的影响因地而异;② 厦门市部分区域已有服务设施未能很好地服务于夜间经济,现有的照明、夜景等夜间灯光基础设施存在供给不足之处;③ 居住人口密度与夜间活动密度呈中度正相关,研究结果具有有效性,夜间服务设施盈亏值及数量、夜间灯光与夜间活动密度呈中、弱度相关,并且餐饮设施更加依赖于夜间灯光。最后,为厦门市未来夜间经济建设提出了根据不同的消费人群和心理提供不同的夜间服务、加强夜间灯光基础设施建设以及市场扶持的举措。研究结论对促进社会就业、增强基础设施使用率有积极意义,同时也能够为城市夜间经济发展和政策制定提供参考。

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    14. 城市功能区视角下基于POI数据的公共厕所空间布局合理性研究
    马强, 王亮绪, 龚鑫, 李科
    地球信息科学学报    2022, 24 (1): 50-62.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210331
    摘要359)   HTML27)    PDF (6947KB)(209)   

    公共厕所作为最典型的公共设施,反映出城市的文明程度和管理服务水平,是打造城市文明形象的重要窗口。当前的研究主要集中在公共厕所的可达性和覆盖范围,把公共厕所当做空间上的点无差别对待,忽略了不同功能区公共厕所空间分布所异质性的问题。如何建立全面精准的公共厕所空间评价体系,分析不同区域公共厕所的综合服务能力在当前研究中明显不足,不利于公共厕所的配置规划和基本公共服务均等化的推进。多源数据的涌现为城市公共设施的研究提供了新视角,为此本文提出一个城市功能区视角下基于POI大数据的公共厕所空间布局合理性评价方法。利用词频-逆文本频率(Term Frequency-inverse Document Frequency,TF-IDF)信息加权技术,结合兴趣点(Point of Interest, POI)频率密度识别城市功能区,融合OpenStreetMap(OSM)路网密度数据和WorldPop人口数据设立人口出行活力指数,对城市功能区内的公共厕所服务进行评价;最后计算人口和空间覆盖率以及空间不平衡指数,判别街镇间的差别与街镇内公共厕所布局的合理性。该方法以多源数据为基础,定量分析不同功能区内公共厕所配置的合理性,并探讨公共厕所空间配置的差异化因素。以国内城市化程度最高之一的上海市为例进行计算,研究发现:① 不同的城市功能区内厕所的配置数量不同,商服功能区的规划数量最多,商服功能区中公共厕所配置的合格度也最高,此外,“工业-商服”、“绿地-商服”等商服相关的联合功能区的合格度也处于较高水平,这是由于大量商业服务机构均对外提供公共厕所服务,提升了该地区的公共厕所的服务能力;② 公共功能区内的合格度最低,仅有10.27%,与该类型附属公共厕所设施的开放程度相关;③ 上海市各街镇公共厕所的合格度整体较好,平均空间覆盖率达到67.31%,平均人口覆盖率达到70.72%;街镇内公共厕所服务和出行活力分布之间的不平衡指数从0~0.76不等,其中不平衡指数小于0.4的共有147个,占比69.34%,表明这些街镇内公共厕所空间配置比较合理。公共厕所配置合理性从上海市区向西南、东南、崇明岛有明显的递减,而向西北地区则没有明显的衰减,呈现出连片的较好的服务能力。结果表明,这种方法充分考虑了公共厕所所属功能区和人口出行活力异质性的问题,空间分析上更加精准,可以为城市公共设施规划提供参考建议。

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    15. 基于交通大数据的南昌市中心城区等时圈划分及特征分析
    刘琳琳, 郑伯红, 骆晨
    地球信息科学学报    2022, 24 (2): 220-234.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210372
    摘要358)   HTML16)    PDF (16424KB)(213)   

    在当前国土空间规划的背景下,自然资源部提出了基于等时圈的中心城区可达性评价方法。本文以南昌市为研究对象,利用静态交通数据和从开放地图平台获取的工作日15:00(平峰)、18:00(晚高峰)和周末的15:00、18:00的动态交通数据分别生成中心城区等时圈,随后使用混淆矩阵及Kappa系数对两种数据的结果进行一致性检验。研究发现:南昌市中心城区大部分区域都位于以八一广场或绿地中央广场为起点的60 min等时圈内,南昌市域大部分区域则位于120 min等时圈内;静态数据生成的等时圈与对应的工作日晚高峰的动态数据生成的等时圈相比仅具有一般一致性,但前者在中心城区尺度与工作日平峰的动态数据生成的等时圈达到了高度的一致性,更适合在中心城区层面评价工作日平峰的可达性;4个时段的动态数据的等时圈结果表明工作日15:00的中心城区可达性明显优于其他3个时段,但各个时段的等时圈覆盖面积占市域面积的比例随车程的增加都呈现出Logistic曲线特征,各曲线增长的关键时间节点能够为等时圈划分提供更有针对性的分级阈值。

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    16. 中国居民预期寿命及其影响因素的空间差异分析
    张子威, 黄秋昊, 陆羽, 李满春, 陈振杰, 李飞雪
    地球信息科学学报    2021, 23 (9): 1575-1585.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200607
    摘要352)   HTML14)    PDF (4269KB)(59)   

    良好的健康和人类福祉是联合国提出的可持续发展目标之一,提高人口预期寿命是迈向此目标的重要一步。由于中国城市在自然环境和社会发展方面有所差异,因此理解不同城市居民的预期寿命主要受何种因素的影响是制定城市公共卫生策略的关键。本研究基于2015年中国286个城市的有效数据,利用探索性回归、普通最小二乘回归、地理加权回归筛选与预期寿命最相关的影响因素并探索其空间差异,再通过二阶聚类将城市分类,以针对性地提出每类城市政策建议。结果显示:① 经济发展,教育条件和医疗设施条件对预期寿命有显著的积极影响,平均海拔和环境污染则具有负面影响;② 东南地区的经济发展对当地居民的预期寿命影响程度更大;东北和西南地区的医疗设施条件对其居民预期寿命促进程度更高;北部地区的教育条件对当地居民预期寿命影响比其他地区更高;平均海拔对西部地区居民预期寿命的影响最大;西北地区居民的预期寿命则更易受到环境污染带来的负面影响;③ 根据空间差异将城市分为3类,其居民预期寿命关键影响因素依次是经济发展和环境污染、教育条件、医疗设施,每类城市的城市管理者应重点关注不同因素来提升居民的预期寿命。

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    17. 自然资源大数据应用技术框架与学科前沿进展
    沈镭, 郑新奇, 陶建格
    地球信息科学学报    2021, 23 (8): 1351-1361.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200671
    摘要344)   HTML9)    PDF (3645KB)(53)   

    自然资源大数据及其处理技术应用能够为自然资源研究与管理,特别是揭示自然资源系统要素、结构与关联研究提供基础支撑,为资源科学发展提供新思路、新方法和新技术。本文试图厘清自然资源大数据的概念、主要特征和发展趋势,分析自然资源大数据对于国民经济与社会发展的重要现实意义。自然资源大数据建设既是自然资源信息化的重要组成部分,也是提高自然资源产业及整个社会经济效率、完善自然资源治理结构和提升自然资源治理能力现代化的新手段。本文在地球系统科学体系下,构建了自然资源大数据应用研究的知识框架,基于“一图一网一平台”结构,提出建立空天地一体化自然资源大数据库和“生产-生活-生态”应用框架,探讨建立基于自然资源数据收集、处理与应用的结构体系,并以此技术框架分析了自然资源大数据应用研究的学科前沿进展和发展趋势。

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    18. 一种耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型
    李照, 高惠瑛, 代晓奕, 孙海
    地球信息科学学报    2021, 23 (11): 1924-1925.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210576
    摘要338)   HTML13)    PDF (4468KB)(77)   

    模拟传染病时空传播、定量评估疫情风险对科学防控、精准施策具有重要的现实意义。本文融合多源时空数据,构建了耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型。该模型首先基于GIS和LSTM算法构建疫情空间演变模拟模型,通过学习历史疫情数据中的规律,以1 km×1 km为空间尺度、天为时间尺度模拟传染病时空传播过程。其次,基于模拟传染病例数据和疫情传播时空影响因素构建风险评价指标,应用云模型和自适应策略构建疫情风险评估模型,实现多空间尺度的疫情风险评价。在实证研究阶段,应用该模型对北京2020年6月份突发COVID-19疫情空间演变过程进行模拟和风险评估,并引入常规机器学习模型作比较验证。结果表明:应用于疫情时空传播模拟,相较其它常规的机器学习模型,考虑时序关系的LSTM模型的模拟精度更高(MAE为0.00261),拟合度更好(R-square为0.9455);耦合模型不仅能充分考虑传染源因素、天气因素、疫情扩散因素及疫情防御因素对疫情风险传播的影响,反映风险演变趋势,还能快速量化区域风险等级,实现不同空间分辨率下的疫情风险评估。因此,基于LSTM算法和云模型的耦合模型可有效预测疫情的传播风险,同时,也为传染病时空传播建模与风险评估提供了方法参考。

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    19. SARS与COVID-19时空传播差异性及影响因素分析
    崔明洁, 姚霞, 方昊然, 张杨成思, 杨德刚, 裴韬
    地球信息科学学报    2021, 23 (11): 1910-1923.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210133
    摘要337)   HTML9)    PDF (4657KB)(52)   

    SARS和COVID-19的暴发对我国公众健康、社会经济等造成了严重影响,为揭示呼吸道烈性传染病的时空传播的共性规律和差异特征及背后原因,运用时空统计方法,系统分析并对比了SARS与COVID-19的时空传播差异性特征,并结合病毒本身传播特性及交通、温度等因子进行原因分析。研究表明:① 时间序列上,SARS从发病初始到结束经历了2个阶段,即上升期-平缓期,COVID-19经历了3个阶段,即上升期-急剧上升期-缓升期。② 空间传播模式上,COVID-19传播强度及传播范围大于SARS,且COVID-19的整体连通性较大,各省份与病毒暴发地的联系更为紧密;SARS和COVID-19的传播都存在明显的空间聚集性特征;二者均以邻近传播、远距离飞跃式为主,且SARS存在中次级传播中心,COVID-19扩散中心未发生转移。③ 空间传播方向上,SARS以北京市、香港特别行政区、广东省为中心,空间传播方向性更强,COVID-19仅以湖北省为中心向外扩散。④ 空间传播速度上,SARS各省份首例病例传播时间跨度较大,COVID-19各个省份首例病例传播时间大致以胡焕庸线为分界线,呈现出“东快西慢”的现象,传播时间跨度较短。⑤ R0是造成SARS和COVID-19空间传播范围与空间传播速度差异的主要原因;SARS和COVID-19病毒温度适宜性有所差异,但在温度接近的区域均发生了空间聚集性传播和邻近区域传播;除病毒本身传播能力、温度影响外,交通是影响SARS和COVID-19空间远距离飞跃式传播的主要原因,二者空间传播速度均与路网密度呈负相关关系。

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    20. 一种与地图服务结合的栅格瓦片计算模型
    胡毅荣, 王超, 杜震洪, 张丰, 刘仁义
    地球信息科学学报    2021, 23 (10): 1756-1766.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210029
    摘要334)   HTML10)    PDF (9420KB)(38)   

    随着遥感影像数据的快速增长,对于栅格数据高效的信息处理和价值挖掘方式提出了更大的挑战,传统地图服务聚焦于内容的共享与可视化,缺乏对影像实时分析处理功能。本研究以地图服务的形式实现了对栅格瓦片数据实时分析处理能力,将云优化的GeoTIFF(Cloud Optimized GeoTIFF,COG)作为数据组织方式,设计了分布式协同预取策略,实现了栅格瓦片数据的冷热加载,优化了从云端读取影像数据的效率。在栅格瓦片数据高效加载的基础下,提出了一种基于表达式的栅格瓦片处理模型,通过对表达式转换建模为计算工作流,在地图服务的请求中实现对栅格瓦片的实时处理,对存储在云端的海量遥感数据进行快速分析,实现原始数据到数据产品的直接可视化转换。针对全量数据参与的场景,使用合适的重采样数据进行简化计算,以满足地图服务的实时性。使用了NDVI、地物分类、植被覆盖度三类不同复杂度模型,在地图服务中对Landsat 8影像进行了实时计算分析。实验结果表明,该处理模型能对栅格瓦片进行有效分析,且能进行分布式扩展,在高并发场景下能够提供稳定的地图服务能力,适应各层级尺度的计算,对未来地图服务的发展提供了一种新思路。

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    21. 基于深度学习的高分辨率遥感影像土地覆盖自动分类方法
    李国清, 柏永青, 杨轩, 陈正超, 余海坤
    地球信息科学学报    2021, 23 (9): 1690-1704.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200795
    摘要327)   HTML23)    PDF (10580KB)(147)   

    土地覆盖变化是全球变化研究的核心,而精准分类是开展土地覆盖变化研究的基础。高分辨率遥感卫星技术的快速发展对地表分类的速度和精度提出了双重挑战,近年来人工智能等新技术的发展为图像自动分割提供了实现途径,而以卷积神经网络为代表的深度学习方法在遥感图像分类领域也具有独特的优势。为对比深度学习模型设计对高分辨率图像分类结果的影响,本文以郑州市2019年高分1号影像作为输入,对比研究了基于UNet模型改进的4种不同深度学习网络模型在高分辨率影像土地覆盖自动分类应用中的差异,探讨了残差网络、模型损失函数、跳层连接和注意力机制模块等编码和解码设定对于分类精度的影响机制。研究发现:同时加入多尺度损失函数、跳层连接和注意力机制模块的MS-EfficientUNet模型对郑州市土地覆盖分类结果最优,基于像元评价的整体分类精度可达0.7981。通过在解码器中引入多尺度损失函数可有效提高林地、水体和其他类别的分类精度;而对编码器进行改进,加入跳层连接和注意力机制可进一步提高草地、水体和其他类别地物的分类精度。研究结果表明,深度学习技术在高分辨率遥感影像自动分类中具有潜在应用价值,但分类结果精度的进一步提高和多级别大范围的精细分类方法仍是下一步研究的重点。

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    22. 耦合FLUS和Markov的快速发展城市土地利用空间格局模拟方法
    王旭东, 姚尧, 任书良, 史绪国
    地球信息科学学报    2022, 24 (1): 100-113.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210359
    摘要327)   HTML24)    PDF (9175KB)(206)   

    模拟城市土地利用空间变化格局的研究,对未来区域规划以及实现可持续发展具有十分积极的作用。以往基于FLUS的研究栅格尺度较大,如何模拟快速发展中城市的复杂土地利用变化过程,挖掘土地利用变化驱动机制值得进一步探讨。本文构建了耦合FLUS和Markov的城市土地利用格局拟合框架,创新性地引入房价指标表征社会经济属性,以深圳为研究区,基于30 m空间分辨率小栅格尺度的土地利用分类数据和基础地理、路网河网、感兴趣点等多源空间变量,模拟不同发展情景下的未来城市土地利用空间格局,并通过随机森林进行土地利用变化驱动因素分析。研究结果表明:本文提出的耦合FLUS和Markov方法相较于传统CA模型(RFA-CA和Logistic-CA)精度更高(FoM=0.22),能更准确地模拟快速发展中城市的土地利用变化过程;多情景土地利用格局制图结果验证了城市发展过程中生态控制线的重要性,进一步说明本文拟合框架在未来城市规划布局中的参考价值;医院、娱乐场所等的基础设施和公交、路网密度等的基础交通比自然因素(高程、坡度)对城市发展的影响更大,到海岸线距离会在一定程度上限制深圳内部土地利用变化过程。本研究所构建模型及精细制图结果,可为城市区域规划和空间格局模拟等相关研究提供参考依据和理论基础。

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    23. 基于GEE云平台的福建省10 m分辨率茶园专题空间分布制图
    熊皓丽, 周小成, 汪小钦, 崔雅君
    地球信息科学学报    2021, 23 (7): 1325-1337.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200583
    摘要319)   HTML14)    PDF (5450KB)(72)   

    福建省作为中国的产茶大省,快速准确获取茶园的空间分布对福建省农业经济发展和生态环境保护具有重要的决策意义,然而,传统的方法难以保证大范围准确地获取茶园空间分布。本文基于GEE云平台,快速获取覆盖福建省的Sentinel-1雷达影像、Sentinel-2光学影像及地形数据,从中提取光谱特征、纹理特征、地形特征等98个特征,利用递归消除支持向量机算法(SVM_RFE)对特征变量进行筛选,通过支持向量机分类器(SVM)进行茶园提取,首次得到福建省2019年10 m分辨率茶园种植区空间分布图。结果表明:① 光谱特征在茶园信息提取中占据重要地位,纹理特征和地形特征次之;② 利用SVM_RFE可以有效筛选出最有利于茶园提取的特征子集,有效提高提取精度,总体精度为94.65%,Kappa系数为0.93,茶园的生产者精度为91.64%,用户精度为92.91%;③ 基于Sentinel-1及Sentinel-2影像获取的福建省2019年茶园种植面积为1913 km2,主要分布在安溪县、福鼎市、福安市、武夷山市和寿宁县,其茶园总面积达910 km2,约占据全省茶园面积的48%。利用云计算技术可以克服大尺度茶园监测运算能力不足的问题,结合Sentinel-1和Sentinel-2影像能够较准确地提取福建省茶园分布,对南方丘陵山区茶园及其他作物提取具有参考价值,并为政府及有关部门进行茶园管理提供支持。

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    24. 中国大陆地区ERA5下行短波辐射数据适用性评估与对比
    张俊兵, 沈润平, 师春香, 白磊, 刘军建, 孙帅
    地球信息科学学报    2021, 23 (12): 2261-2274.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.180357
    摘要318)   HTML4)    PDF (20821KB)(28)   

    ERA5地表下行太阳短波辐射数据是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)最新的,具有高时空分辨率的再分析产品,该短波辐射产品可作为陆面模式大气强迫数据之一,并在区域气候评估、农业以及太阳能资源等方面具有重要应用。本文利用中国区域2011—2018年经过质控的91个国家级地面辐射站点观测数据,对其在中国大陆地区的适用性进行多时空尺度的评估,并与ERA-Interim、CFSR、MERRA2共3套全球大气再分析产品和1套CERES卫星反演SYN1deg的产品进行了比较。结果表明:① 在月均值尺度上,与其他再分析产品比较,ERA5产品与站点数据的Corr最高(0.939),RMSE最小(28.309 W/m2),Bias(15.4 W/m2)略大于ERA-Interim产品(13.2 W/m2);CERES卫星反演产品与站点数据的Corr为0.955,RMSE为20.042 W/m2,Bias为5.3 W/m2;② 5套产品的辐射值均高于地面观测数据,存在高估现象,总体上,ERA5产品在中国大陆地区的整体精度高于其他再分析产品,但与CERES卫星反演产品还存在一定差距,日均值比较结论亦具有相似规律。③ 分区评估结果表明在再分析产品中,ERA5产品在4个区域与观测数据都有更好的一致性,但5套产品均在南部区域表现不佳。并且与东北和北部区域相比,ERA5产品和CERES卫星反演产品在西部区域和观测数据相比的RMSE和Bias也相对偏大。

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    25. 全球位置信息叠加协议与位置服务网技术研究进展与展望
    龚健雅, 黄文哲, 陈泽强, 刘玉亭, 李霖, 唐卫明, 张千里, 陈静, 陈波, 乐鹏, 刘军, 肖计划
    地球信息科学学报    2022, 24 (1): 2-16.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210762
    摘要313)   HTML14)    PDF (7264KB)(51)   

    随着信息技术的快速发展,当今世界步入信息爆发性增长的时代,互联网、物联网和传感网中的海量人类社会相关信息为解决城市治理和社会管理问题提供了新视角,如何将信息进行快速有效地整合和共享,是进一步提高城市智慧化管理能力面临的巨大挑战。近年来,在社会信息的位置泛在属性基础上提出的全球位置信息叠加协议与位置服务网技术,将位置作为信息横向关联的结点,为打通各领域系统间的壁垒,实现跨网、跨平台、跨系统、跨位置语言的海量异构信息自动汇集、融合计算与智能服务,提升社会化信息共享水平和效率,推动智慧地球和智能社会建设提供了支持。本文着重介绍了目前国内外关于全球位置信息叠加协议与位置服务网技术在立体剖分与位置编码、位置编码映射、地理实体编码、泛在位置信息叠加协议、高精度位置时空框架与位置感知的信息融合技术等各项关键技术的前沿进展。并进一步总结了全球位置服务网在行业中的示范应用,最后对全球位置服务网在技术和应用上的未来研究方向进行了讨论,以期望为未来全球位置服务网的发展提供参考。

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    26. 国土空间开发适宜性评价的理论、方法与技术应用
    刘小波, 王玉宽, 李明
    地球信息科学学报    2021, 23 (12): 2097-2110.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210037
    摘要308)   HTML12)    PDF (3245KB)(111)   

    国土空间开发适宜性评价既是长期人地关系优化调控研究领域的重要研究内容,也是当前各层级国土空间规划编制的重要基础工作。该文运用文献调研、总结、对比分析等方法,围绕国土空间开发适宜性评价的概念内涵、演进历程、评价方法以及技术手段等方面进行综述,指出现有研究存在的不足与仍需深入研究的领域和方向。主要结论如下:① 当前国土空间开发适宜性评价已具有较为丰富的研究案例,但对国土空间开发的多目标协同评价关注不够,评价指标体系的精细化程度不足,多尺度综合研究存在短板;基础信息数据尚难满足全域、全要素、全时相的评价要求;地球信息技术支撑“智慧评价”的能力不足;② 未来应进一步加强国土空间开发适宜性评价基础理论研究,深化对评价内涵的理论认知,构建指标独立、系统高效的评价体系;丰富多尺度适宜性评价案例,重视区域发展定位,关注区域发展的特殊需求和产业优势,提升评价指标体系的精细化水平;紧跟“智慧社会”建设步伐,加强地球信息技术与物联网、大数据、云计算等新兴技术的融合应用,促进国土空间多源大数据的制定与适宜性评价体系的有效衔接,为实现“智慧评价”提供有力的技术支撑。

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    27. 基于深度学习的滑坡灾害易发性分析
    王毅, 方志策, 牛瑞卿, 彭令
    地球信息科学学报    2021, 23 (12): 2244-2260.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210057
    摘要299)   HTML15)    PDF (43266KB)(226)   

    滑坡灾害成因机理复杂、影响因素众多,深度学习作为当前人工智能领域的热点,能够更好地模拟滑坡灾害的形成并准确预测潜在的斜坡。为了挖掘深度学习在滑坡易发性的应用潜能,本文构建了一维、二维和三维的滑坡数据表达形式,并提出3种基于卷积神经网络模型(Convolutional Neural Networks, CNN)的滑坡易发性分析处理框架:基于CNN分类器、基于CNN与逻辑回归的融合和基于CNN集成,最后以江西省铅山县为研究对象进行验证,结果表明:所有基于CNN的易发性模型都能够获得准确且可靠的滑坡易发性分析结果。其中,基于二维数据的CNN模型在所有单分类器中预测精度最高,为78.95%。此外,二维CNN特征提取能够显著提升逻辑回归的预测精度,其准确率提升7.9%。最后,异质集成策略能够大幅度提升基于CNN分类器的滑坡预测精度,其准确率提升4.35%~8.78%。

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    28. 基于时序遥感数据的农作物种植制度研究进展与展望
    邱炳文, 闫超, 黄稳清
    地球信息科学学报    2022, 24 (1): 176-188.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210604
    摘要289)   HTML10)    PDF (2127KB)(57)   

    及时准确掌握农作物种植制度时空分布信息,对于确保国家粮食安全与农业结构合理具有重要意义。随着时序遥感影像质量的不断提高,基于时序遥感数据的农作物种植制度研究备受关注。本文从研究框架、遥感特征参数以及数据产品等角度,分析了基于时序遥感数据的农作物种植制度最新研究进展。研究发现:① 前农作物种植制度研究框架,主要包括耕地复种指数和农作物制图等相关内容,其问题在于需要高质量耕地分布数据支撑以及易将热带亚热带湿润区撂荒地误判为农作物等;② 于红边和短波红外的新型多维度光谱指数,有助于更好地揭示农作物生长发育过程,大尺度农作物时序遥感制图取得了系列研究成果,但需要应对不同作物光谱差异细微、同种作物在不同区域和年份存在明显类内异质性的挑战;③ 尺度中高分辨率耕地复种指数产品不断丰富,但其时效性和时空连续性有待加强;④ 欧美少数国家外,目前农作物分布数据产品覆盖的作物类型有限,我国大尺度农作物种植制度数据产品欠缺,特别是复杂多熟制农业区。随着多源遥感数据时空谱分辨率的不断提高以及云计算平台性能的不断发展,我们对以下方面进行了研究展望:① 新研究框架,建立直接提取耕作区、农作物种植模式的农作物种植制度一体化遥感监测技术框架;② 一步加强新型多维度遥感指数及其物候特征指标设计,拓展农作物种植制度监测的遥感特征参数;③ 立作物种植制度变化遥感监测技术,实现多年信息连续自动提取。

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    29. 基于手机信令数据的城市小活动空间人群空间分布特征
    张雪霞, 吴升, 赵志远, 王鹏洲, 陈佐旗, 方志祥
    地球信息科学学报    2021, 23 (8): 1433-1445.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200686
    摘要289)   HTML13)    PDF (11992KB)(239)   

    小活动空间人群是指日常活动范围较小的居民群体,他们对城市公共资源的需求主要集中在家庭位置附近的区域,分析其活动的时空规律特征,有助于更好地实现城市公共资源的均等化和精准化配置。然而目前研究中对此类人群关注较少,为此,本文提出一种基于手机信令数据的小活动空间人群识别及其空间分布的研究方法。首先识别用户家庭位置和停留点位置,构建基家最大距离指标,度量用户以家庭位置为中心的活动空间范围,并据此筛选小活动空间人群;其次根据用户与家庭位置间的距离信息构建“时间-距离”框架下的用户轨迹,在此基础上构建基于面积的轨迹相似性方法;然后利用逐级合并的层次聚类算法,根据用户轨迹的相似性对其进行聚类,挖掘小活动空间人群中典型活动模式;最后根据用户的家庭位置,进一步分析不同活动模式人群的时空分布特征。本文以上海市手机信令数据为例对该方法进行了测试,结果表明:① “时间-距离”框架下构建的基于面积的轨迹相似性方法,可反映用户基于家庭位置进行活动的时空特征,而逐级合并的层次聚类算法对典型活动模式挖掘的效率有明显提高,有助于研究城市居民的移动模式;② 上海市小活动空间人群分布呈现出圈层结构,主要分布在中心城区,郊区的工厂和大学城以及各区的商业中心附近,在郊区过渡区相对较少。本文提出的方法能够用于分析城市小活动空间人群的时空分布特征,可以为目前各大城市提出建设社区生活圈的决策提供方法支撑。

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    30. 泛北极地区植被数据集与制图:回顾与展望
    薛守业, 徐海燕, 甘子鹏, 梁冰妍, 种碧莹, 王莉, 张博, 李小明, 李莉莎, 毛楠, 刘桂民, 吴晓东
    地球信息科学学报    2022, 24 (3): 421-436.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2022.210311
    摘要266)   HTML4)    PDF (2812KB)(13)   

    泛北极地区位于北半球高纬度地区,主要属于低温限制型生态系统,因而泛北极地区植被对全球变暖敏感。要明确泛北极地区陆地生态系统对全球变暖响应过程和机理,就需要高精度的植被类型分类数据作为基础资料。但是,目前泛北极地区植被数据的结果还不完善。为更好地认识泛北极地区植被类型分类的现状、发展历史和未来研究方向,本文综述了泛北极地区植被类型制图的数据来源、植被类型划分方法和植被类型制图研究方法。总体而言,泛北极地区的植被调查从20世纪20年代就陆续开展,目前部分区域尺度上的地表覆盖类型的结果,但具体的植被类型制图工作还存在一系列难题。主要原因包括植被野外调查实测数据较少和分布不均、植被类型分类标准不一、苔原植被群落的异质性大、制图技术和分类算法优化困难等。因此,在下一步泛北极植被类型制图工作中,需要制定标准化分类策略,规范数据获取及数据库的整理工作,并发展新的制图方法,从而促进植被类型制图研究工作。

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