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    1. COVID-19疫情时空分析与建模研究进展
    裴韬, 王席, 宋辞, 刘亚溪, 黄强, 舒华, 陈晓, 郭思慧, 周成虎
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 188-210.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200434
    摘要753)   HTML40)    PDF (12855KB)(407)   

    COVID-19疫情是进入21世纪以来最为严重的全球公共卫生事件,并成为不同学科共同关注的热点。根据文献计量学分析结果,从疫情开始直至近期,关于COVID-19疫情的文章已经超过13 000篇,相关研究除从医学及生物学角度探讨病毒致病机理、特效药物和疫苗研制之外,更多的是探索疫情的非药物防控方法。本文针对后者,从传播关系识别、疫情时空模式分析、疫情预测模型、疫情传播模拟、疫情风险评估和疫情影响评价6个方面梳理近期研究进展。传播关系识别的研究主要包括:聚集性疫情和传播关系的识别,其中,个体轨迹大数据已成为此类研究的关键。针对疫情的时空模式分析发现,疫情分布具有显著的时空异质性,而时空传播则呈现出典型的网络特征。针对疫情的预测仍主要依赖于动力学模型,而从宏观到微观的预测模型,人群流动的影响不容忽视,并成为模型预测精度的关键要素之一。针对疫情的情景模拟主要侧重于通过模拟手段评估交通限制、社区防控和医疗资源调配等措施的效果。在非药物的干预中,交通阻断和社区防控措施被证明是目前最有效的手段;医疗资源的保障和优化调配则是防控的基础;而复工复产的情景模拟显示,在防控措施到位的情况下,复工进程必须有序有节。针对疫情风险评估的研究,目前主要关注生物因素、自然因素和社会因素。具体地,疫情感染风险与个体是否具有基础性疾病关系密切,而感染病毒后的死亡率存在性别差异;在自然因素中,如温度、降水、气候等会影响疫情的传播,但影响有限;而社会因素中,除了人群流动和人口密度的影响外,社会不公平性所导致的就医条件差异也会对感染率产生显著影响。针对疫情对未来的影响,本文主要关注公众心理、自然环境和经济发展3个方面,即疫情对公众心理和经济的影响主要以负面为主,而对自然环境的影响则起正向作用。通过对现有研究的系统梳理,可以看出,大数据尤其是个体轨迹和群体大数据在非药物干预的各个方面均发挥了重要的作用;重大疫情的防控已经不是单一学科和手段所能解决的问题,需要多学科的交叉以及不同领域人员的协作;疫情期间各种防控措施的效果、影响因素等均已被明确的揭示,但疫情的空间溯源、精准预测以及对未来的影响仍然是未解的难题。

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    2. 面向遥感大数据的地学知识图谱构想
    王志华, 杨晓梅, 周成虎
    地球信息科学学报    2021, 23 (1): 16-28.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200632
    摘要747)   HTML43)    PDF (1365KB)(267)   

    由于地球表面的时空异质性与复杂性,传统从遥感影像具有的信息特征出发,构建智能解译算法解决遥感地学认知的思路在应对面向全球的海量遥感大数据分析时,其精度和地学实用性已触及瓶颈。为此,本文从地学知识为核心的角度出发,结合当前知识图谱理论的发展,提出一种新的面向遥感大数据分析的地学思维构想——地学知识图谱。本构想将地学知识的概念进行重构,依次划分为数据性知识、概念性知识和规律性知识3个层次,并分别利用图模型的节点和边进行统一化表达和关联,打通不同层次地学知识间的反馈迭代与更新,在此基础上赋予地学知识图谱分析遥感大数据分析时知识的查询检索、知识推理、动态校正、拓展更新等功能。其中,如何构建具有多尺度、高维度特征的地理实体以及大体量、异质性的知识层级间的关联推理是地学知识图谱构想实现的关键难点。得益于知识的分层次和图模型结构的统一化表达,提出的地学知识图谱构想在促进遥感大数据时代背景下的地学知识精准化,提升遥感大数据解译精度和地学实用性,深化地学规律认知等方面应该具有广阔的前景。

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    3. 国家城镇生态环境综合监测技术体系构建
    王桥, 赵少华, 封红娥, 王玉, 白志杰, 孟斌, 陈辉
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 1922-1934.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190488
    摘要537)   HTML16)    PDF (12176KB)(307)   

    近年来,我国城镇突出的生态环境问题受到社会广泛关注,作为生态环境保护工作的重要组成部分,随着城镇化的快速发展,城镇生态环境监测任务也越来越重、要求越来越高,对结合空间信息的天地一体综合监测的需求非常迫切,急需建立其技术体系,以指导城镇生态环境综合监测工作的开展。本文面向城镇生态环境综合监测的需求,从城镇污染气体、水体水质、生态资源3个方面出发,通过梳理城镇生态环境综合监测中的关键科学技术问题,结合开展的关键技术攻关研究,经过分析论证,构建了城镇生态环境综合监测技术体系框架、指标体系框架以及标准体系框架。在此基础上,根据遥感数据特点及国家生态环境监测需求,提出城镇生态环境综合监测业务应用方案,为国家和省市地方下一步有效开展城镇生态环境监测、管理等工作提供重要指导和支撑。

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    4. GIS基础软件技术体系发展及展望
    宋关福, 陈勇, 罗强, 武梦瑶
    地球信息科学学报    2021, 23 (1): 2-15.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.210015
    摘要469)   HTML37)    PDF (6405KB)(239)   

    地理信息系统作为IT系统的重要组成部分,其技术的每一次进步都与最新IT技术的兴起息息相关。随着云计算、大数据、人工智能等技术的发展与应用,如今GIS基础软件已经形成五大技术体系:大数据GIS技术体系,增加了对空间大数据的存储管理、分析处理以及可视化的能力,丰富了空间数据的内涵;人工智能GIS技术体系,GIS通过结合人工智能相关算法,增强了GIS模型的分析预测能力,同时二者之间相互赋能,在增强GIS能力的同时,也让人工智能具备空间分析和可视化能力,拓展了其应用范围;新一代三维GIS技术体系,实现了二三维GIS一体化和多源异构数据的融合,推动了三维GIS从室外走向室内,从宏观走向微观;分布式GIS技术体系,突破了数据类型和容量的限制,数量级提升了GIS软件的性能,让高可用和高可信GIS应用成为可能;跨平台GIS技术体系,使得GIS软件可运行于不同类型的CPU架构和操作系统,满足日益丰富的多终端应用需求。五大技术相辅相成,进一步拓展了GIS基础软件的能力和应用场景。本文以SuperMap GIS为例,详细介绍了GIS五大技术体系的具体内容,阐述了每项技术的难点与创新点,并用光环曲线对五大技术体系的发展阶段进行了划分,探讨了未来GIS技术的发展趋势。

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    5. 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438)   HTML0)    PDF (4167KB)(86)   

    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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    6. 基于MODIS数据的太湖浮游植物物候变化及其对水表温度的响应
    洪恬林, 李云梅, 吕恒, 孟斌, 毕顺, 周玲
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 1935-1945.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200206
    摘要372)   HTML15)    PDF (26018KB)(256)   

    浮游植物物候能够反映浮游植物的生长变化与湖泊生态系统的变化,水温、营养盐浓度等因素对物候有重要影响。太湖富营养化程度较高,水温的影响作用日趋显著,物候与水温关系的研究对理解、控制和改善太湖生态系统具有重要意义。本研究利用2003—2018年MODIS遥感数据计算浮游植物物候指标和湖泊水表温度(Temperature of Water Surface,LSWT),通过分析太湖浮游植物物候时空变化特点探究了不同区域的物候特征,并结合LSWT揭示了浮游植物物候对LSWT变化的响应关系。结果表明:① 不同浮游植物物候指标具有不同空间分布特点,水华发生次数、峰值叶绿素a(Chla)浓度和水华总持续时间呈现由西部沿岸向湖心区递减的趋势;浮游植物生长开始时间和峰值Chla发生时间分布复杂但在沿岸区域相对较早;② 太湖可被划分为4种具有不同物候特征的区域,Ⅰ类区域主要位于贡湖湾、东部沿岸以及太湖中部开阔水域,该区Chla浓度范围为50~60 μg/L,且波动平缓,水华发生次数最少、开始最晚、持续时间最短;Ⅱ类区域主要分布于太湖西部沿岸,Chla浓度范围为50~90 μg/L且变化剧烈,该区水华发生次数最多、开始最早、持续时间最长;Ⅲ和Ⅳ类属于过渡区域,前者主要分布于梅梁湾、竺山湾及入湾口,后者主要位于南部沿岸以及太湖中部;③ 浮游植物物候对LSWT变化的响应受营养水平影响,当营养水平较高时,浮游植物的生长受LSWT的促进作用显著,LSWT年际变化的升高趋势对浮游植生长物候提前、生物量增加的影响明显,反之,则LSWT变化对浮游植物生长的影响减弱。

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    7. 新型冠状病毒肺炎疫情可视化进展与分析
    应申, 窦小影, 徐雅洁, 苏俊如, 李霖
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 211-221.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200301
    摘要367)   HTML4)    PDF (19128KB)(266)   

    新冠肺炎疫情期间,疫情数据成为民众关注的重点,涌现出了大量可视化图件,及时地向公众传达着疫情的数量信息和时空分布及变化,帮助大众快速了解疫情当前状况、推断发展趋势。本文从疫情数据可视化表达内容的维度出发,分析不同可视化的表达形式以及其对疫情数据的加工程度,结合示例把可视化分为“1阶”、“2阶”和“多阶”,并分析各自表达的数据类型、表达方式、设计特点和信息传递。同时,针对疫情可视化中的不足,探讨了数据统计中制图单元多级选择、数据分类中的极值处理问题,以及疫情可视化手段中不同颜色的内涵、质底法地图中区域面积和统计单元的影响、符号地图中符号压盖处理、热力图中比例尺的影响、统计图表和标注信息等在疫情可视化中的设计问题,指出疫情可视化设计中的视觉效果误用、设计过于复杂的误区,最后指出疫情信息可视化应具备讲故事的能力、问题针对性的特点,以图面简洁、高效信息传递为根本,为制图者合理设计图表和用户理性阅读疫情地图提供参考。

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    8. 基于用户情感变化的新冠疫情舆情演变分析
    张琛, 马祥元, 周扬, 郭仁忠
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 341-350.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200248
    摘要354)   HTML16)    PDF (13034KB)(195)   

    新冠肺炎疫情作为国际性突发公共卫生事件引发了社会媒体的高度关注。微博评论内容是用户对疫情中介性事件的认知、态度、倾向和行为的汇集,为基于用户情感分析的舆情演化研究提供了高现势性和高时序性的文本语料。本文以2020年1月23日至4月8日期间“人民日报”每日疫情通报的微博评论为信息基底,首先使用中文自然语言处理工具SnowNLP对语料进行情感倾向性抽取,完成正负向的情感分类,然后基于Single-Pass聚类算法实现文本语料的聚类分析,探索疫情热点话题,最后利用Louvain社团发现算法实现舆情被关注度的信息挖掘。① 时间维度上,每日情感趋势表明用户经历了焦虑害怕(1月24日—2月18日)、平稳自信(2月19日—3月15日)和紧张担忧(3月16日—4月8日)的情感更迭阶段;② 空间维度上,用户参与数量、所在地情绪状态和评论地情绪投射等关联分析显示不同行政区的疫情关注度和情感状态存在明显差异,疫情越严重地区的微博用户,其参与度越高且情绪状态与投射值越低。该研究通过引入自然语言处理技术和社团网络算法,构建出一种面向社交媒体评论文本数据的舆情分析方法框架,为重大公共事件的舆情研究提供了理论支持和创新思路。

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    9. 基于GIS新冠智能体仿真模型及应用——以广州市为例
    曹中浩, 张健钦, 杨木, 贾礼朋, 邓少存
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 297-306.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200449
    摘要333)   HTML7)    PDF (6096KB)(51)   

    2019年12月湖北省武汉市出现了新型冠状病毒肺炎疫情。新型冠状病毒传播力强,导致全国甚至全世界范围都出现新型冠状病毒疫情。为了刻画新型冠状病毒在城市内部的传播方式,本文基于个体在城市中的行为和社会关系,融合了复杂网络理论和GIS技术构建了新型冠状病毒智能体仿真模型。该模型以广州市为研究对象,通过马尔科夫链蒙特卡洛方法拟合参数,实现了对广州市疫情的准确回顾。结果表明,模型精度良好,其中MAPE为0.17。智能体模型具有良好的适用性。因此可以模拟境外输入病例对城市疫情发展的影响。智能体模型标记了个体的时空位置和社会关系,因此本文还提出一种通过智能体模型进行流行病学调查的方式,该方式相较于传统流行病调查更加便捷,效率更高。然后根据模拟分析结果,为城市防控疫情提供有价值的决策信息。最后建议市民,如果城市再次暴发疫情,不必恐慌,疫情会在14~20 d被控制,但是要提高自我防护意识,做好自我保护。

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    10. 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326)   HTML0)    PDF (3790KB)(0)   

    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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    11. 基于多源数据融合的北京市人口时空动态分析
    崔晓临, 张佳蓓, 吴锋, 张倩, 吴尧慧
    地球信息科学学报    2020, 22 (11): 2199-2211.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190769
    摘要321)   HTML19)    PDF (6523KB)(219)   

    高精度、动态、空间化的人口数据是科学核算城市资源环境压力、促进人口合理调控的重要参考依据。研究首先以2012和2017年北京市常住人口统计信息为基础,融合夜间灯光、土地利用、道路网络等数据,依据用地类型、VANUI指数对街道分割成的区域进行分类和分级,并在此基础上构建人口空间化模型,制备2期100 m格网尺度的人口空间化数据。验证表明,模型误差在10%以内;与已有成果对比分析发现,人口空间化数据整体与局部精度均有提升。最后,基于该数据分析北京市人口分布的时空动态变化特征,揭示其影响因素。结果表明:① 格网单元上的人口平均数量在-2542~190之间变化,以-500~500人为主。② 2期人口空间分布均呈“内密外疏”格局,且减少人口主要聚集于城六区,2012—2017年间减少近21万人;③ 首都功能核心区减少人口最为显著,减少量占城六区减少量的62%;④ 二三环间减少人口最多,共减少近11万人,减少量占城六区减少量的52%;⑤ 与城六区接壤的城郊街道,人口呈现增加趋势,可能形成新的人口聚集区。北京市人口时空变化特征与首都功能定位、产业升级转型、人口疏解政策实施等因素密切相关,该研究可为北京市未来人口空间合理布局与人口疏解政策完善提供定量化的科学依据。

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    12. 深度学习和遥感影像支持的矢量图斑地类解译真实性检查方法
    郭子慧, 刘伟
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 2051-2061.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200001
    摘要296)   HTML5)    PDF (19341KB)(32)   

    空间数据质量检查是数据准确可靠的重要保障,是数据的生命线。然而,目前的空间数据质量检查主要针对拓扑关系、属性一致性以及数据间的相关性进行检查,往往忽视矢量图斑地类解译真实性问题。因此,本文提出深度学习和高分遥感影像支持的矢量图斑地类解译真实性检查方法,选用深度学习经典模型Inception_v3进行迁移学习,对分割后的影像进行自动场景分类,以高分遥感影像块的场景分类结果作为参照依据,对场景分类结果与矢量图斑原始数据进行叠加分析,自动查找出类别信息不符的分割单元,从而提取出可疑图斑,实现矢量图斑地类解译真实性自动检查,并在徐州市贾汪区青山泉镇和大吴镇的矢量图斑地类解译真实性检查中进行验证。实验结果表明,本文方法在研究区图斑地类解译真实性检查中的精确率和召回率分别高达0.925和0.817,可为矢量图斑地类解译真实性检查提供可靠的技术支撑。

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    13. 基于改进U-Net网络的高分遥感影像水体提取
    何红术, 黄晓霞, 李红旮, 倪凌佳, 王新歌, 陈崇, 柳泽
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 2010-2022.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190622
    摘要287)   HTML2)    PDF (16631KB)(29)   

    传统基于光谱信息的水体提取未能考虑水体形状、纹理、大小、相邻关系等问题,且存在同物异谱、异物同谱现象,导致水体提取精度较低。而传统基于分类提取水体方法设计特征过程较为繁琐,且不能挖掘深度信息特征。因此,本文提出改进的U-Net网络语义分割方法,借鉴经典U-Net网络的解编码结构对网络进行改进:① 将VGG网络用于收缩路径以提取特征;② 在扩张路径中对低维特征信息进行加强,将收缩特征金字塔上一层的特征图与下一层对应扩张路径上的特征图进行融合,以提高提取结果分割精度;③ 在分类后处理中引入条件随机场,以将分割结果精细化。在保持相同训练集、验证集和测试集的情况下,分别用SegNet、经典U-Net网络和改进的U-Net网络做对照试验。试验结果表明,改进的U-Net网络结构在IoU、精准率和Kappa系数指标上均高于SegNet和经典U-Net网络,与SegNet相比,3项指标分别提升了10.5%、12.3%和0.14,与经典U-Net网络结果相比,各个指标分别提升了5.8%、4.4%和0.05。改进的网络水体提取结果较为完整,对小目标水体能够准确提取。改进的U-Net网络能够有效地实现水体提取任务。

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    14. 中国气候舒适度时空分布特征分析
    刘艳霞, 冯莉, 田慧慧, 阳少奇
    地球信息科学学报    2020, 22 (12): 2338-2347.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190513
    摘要267)   HTML4)    PDF (16447KB)(47)   

    气候舒适度对人类活动和地区适宜性评价等研究具有重要意义,而温湿指数是气候舒适度评价的一项重要指标。传统的温湿指数计算都是基于站点数据,无法获取大尺度区域舒适度的时空变化特征。本文利用2005—2018年MODIS地表温度、大气可降水量数据,结合地理加权回归方法对经典温湿指数模型进行改进,计算并分析中国年均和月均气候舒适度时空演变特征。结果如下:① 采用GWR方法进行地表温度和气温的拟合,拟合精度(Adjusted R2=0.9~0.98,RMSE=0.14~1.89 ℃)较为理想,说明采用LST、NDVI、DEM作为自变量的地理加权回归分析,能够较精确地拟合地面气温;② 2005—2018年年均温湿指数统计结果表示,云南省累计舒适月数最多,高达167个月,中部省份相对于东南沿海省市舒适时期较多,最高舒适月数差值可达到41个月。中国年均舒适度空间分布规律基本保持一致,除新疆、西藏和东北的部分区域以外,舒适度空间呈现从南到北,舒适度等级由舒适变寒冷。从舒适度等级面积变化情况看,2005—2018年全国舒适度等级呈现由寒冷变舒适的趋势;③ 2018年全年舒适面积最大的月份为5月,其次为10月,不舒适月份集中在1月和7月,全国呈现极冷或极热。春季和秋季空间分布特征较为相似,呈现由东南到西北逐渐递减的趋势;除青藏高原地区外,夏季和冬季呈现由南到北递减趋势。舒适区域主要集中在低纬、中海拔地区。

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    15. 基于中国大气环境监测站点的2015—2019年大气质量状况时空变化分析
    董佳丹, 陈晓玲, 蔡晓斌, 徐强强, 关宇廷, 李婷慧, 刘诗燕, 陈芳
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 1983-1995.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200212
    摘要255)   HTML4)    PDF (18446KB)(196)   

    2013年以来几次严重的雾霾污染事件引起了公众的广泛关注,此后中国实施了一系列有关大气污染防治的政策、法规和措施来改善大气质量。为了分析近年来中国大气质量的时空变化特征,本文选取2015—2019年生态环境部国控站点监测的大气污染关键参数,对比分析了空气质量指数和6种大气污染物的季均、年均浓度变化结果,并利用组合指标分析法和相关分析法探讨了不同大气污染物之间的相关性。结果表明:① PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2浓度和AQI均有明显下降,2019年均浓度较2015年均浓度分别下降4.5%、3.84%、7.86%、3.74%、0.95%,AQI下降了19.31%,同时,O3浓度则上升了0.79%;② 从空间分布来看,中国北方地区PM10、PM2.5、O3、NO2、SO2、CO年均质量浓度和AQI分别比南方地区高25.2%、18.73%、4.95%、17.6%,32.74%、16.17%、28.3%;③ 从季节性变化规律来看,除了O3呈现出夏季浓度高,冬季浓度低外,其他5种污染物和AQI都呈现相反的季节变化规律;④ 总体而言,目前中国大气污染以PM2.5和O3为主,PM2.5与NO2、SO2、CO之间有极显著的正相关关系(r>0.85,p<0.01),而O3与其前体物NO2和CO之间存在显著的负相关关系(r>0.8,p<0.01)。

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    16. 基于新闻数据的新冠疫情事件下“全球-中国”国际关系变化分析方法
    薛浩男, 张雪英, 吴明光, 曹天阳
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 351-363.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200294
    摘要254)   HTML6)    PDF (21370KB)(30)   

    在新冠疫情的冲击下,国际关系错综复杂、瞬息万变,不稳定性不确定性剧增。全面及时地分析“全球-中国”国际关系变化特征,对于中国的外交发展规划具有重要的参考价值。复杂的国际关系可以分解为一系列事件单元,新闻数据中蕴含了时间、地点、人物、事物等关键信息,是构建事件的最直接、最全面的信息来源。本文以GDELT(Global Database of Events, Language, and Tone)新闻事件数据库为数据源,基于“全球-中国”的视角,利用2020年1—5月全球疫情相关新闻数据,研究新冠疫情事件背景下的国际关系的变化。本文首先以事件数量、事件强度值和事件被提及数作为关键变量,提出了国际关系的分类表达和计算模型,解决了国际关系表达模糊和难以计算的问题。然后从时空可视化角度展示疫情下国际关系的变化特征,并结合疫情期间的国际重要事件,进一步分析引起国际关系变化的原因。研究表明,采用本文方法能精确掌握新冠疫情下“全球—中国”国际关系的发展程度,发现“全球-中国”国际关系的变化规律和变化原因,具有重要的应用价值。本文的研究可以为大数据时代的国际关系研究提供一个新的视角,同时也为新闻数据的分析提供参考。

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    17. 中国大陆地区TanDEM-X 90 m DEM误差空间分布特征
    李文梁, 汪驰升, 朱武
    地球信息科学学报    2020, 22 (12): 2277-2288.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190739
    摘要246)   HTML7)    PDF (14330KB)(49)   

    TanDEM-X 90 m 数字高程模型(DEM)在其原始雷达影像的采集与DEM产品生产过程中,坡度、坡向和地表覆盖物等 因素都会对误差产生一定的影响。为了便于该数据更好地为各领域的研究提供服务,本文以整个中国大陆为研究区域,运用ICESat/GLA14数据对该区域的TanDEM-X 90 m DEM对应位置的高程数据进行提取统计,对比分析了我国陆地区域 TanDEM-X DEM数据与GLA14高程点数据的整体误差精度,并提取坡度、坡向地形因子,研究TanDEM-X 90 m DEM误差在不同坡度、不同坡向以及不同地表覆盖物影响下的分布规律。结果表明:① TanDEM-X 90 m DEM在中国区域整体的绝对误差均值为3.89 m,中误差为9.03 m,标准差为8.85 m; ② 受地形因子的影响,在坡度<3°时,绝对误差均值仅为1.29 m,标准差为2.84 m; 在坡度>25°时,绝对误差均值20 m以上,标准差也达到30 m左右,即误差随着坡度的上升逐渐增大;③ 坡向对误差也有一定影响,在南北方向的绝对误差均值明显比东西方向小;④ 受地表覆盖物影响较大,在荒地误差最小,绝对误差均值仅为 1.85 m,但在冰川积雪区绝对误差均值达到12.68 m。通过与无人机获取的等高线及剖面图对比分析发现,TanDEM-X 90 m DEM能较好地反映真实地形情况。最后,根据不同影响因素的权值,绘制全国范围的TanDEM-X 90 m DEM误差绝对值分布图,且验证了可靠性。

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    18. 重大公共卫生事件中的舆情分析方法研究——以新冠肺炎疫情为例
    韩珂珂, 邢子瑶, 刘哲, 刘峻明, 张晓东
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 331-340.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200226
    摘要243)   HTML7)    PDF (5681KB)(46)   

    2019年12月以来,新冠肺炎疫情迅速席卷全球,截至北京时间2020年5月10日16时40分,全球累计确诊病例4 115 662例,已成为全球聚焦的主要话题。微博等社交媒体平台成为此次疫情相关信息传播的重要渠道和公众情绪的有效传感器之一。对微博信息进行深入挖掘分析不但能研判舆情特点,更有助于政府对公众的情绪进行针对性疏导,合理管控舆情。因此,本文采集了2020年1月18日到2020年1月28日期间关于新冠肺炎的33万余条新浪微博数据,基于Louvain和Kmeans的空间聚类、改进的BTM主题词提取等算法,将用户关注热点信息和情感特征作为地域标签,构建了反映情感特征、地域关联与热点关注在内的舆情评价方法,实现了基于位置的信息融合,能够分析不同区域的舆情特点与关注主题差异。研究表明:基于BERT词向量的BTM主题词提取方法可以有效弥补传统主题词提取的计算量大、数据冗余等缺点,在热点挖掘时具有更强的表达能力;不同区域关注热点具有一定的差异性,结合省级、市级及基于Louvain-Kmeans的空间聚类的多尺度舆情分析方法,可以全方位展现不同区域舆情特点。本文提出的舆情分析方法可以有效反映不同区域的舆情特征,为重大公共卫生事件的舆情分析提供参考。

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    19. “城乡生态环境综合监测”专栏导言
    王桥, 赵少华
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 1921-1921.  
    摘要242)   HTML4)    PDF (368KB)(20)   
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    20. 北京市潜在风道的数值模拟与综合识别
    杨土士, 王伟文, 常鸣, 王雪梅
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 1996-2009.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200242
    摘要235)   HTML6)    PDF (18284KB)(30)   

    过去从局地尺度和微尺度优化规划和建筑设计的角度,城市规划与建筑学科的研究者提出了构建城市区域通风廊道的思想。但对目前的特大城市和城市群而言,无论城市热岛还是污染物输送都可能涉及更大尺度范围的区域影响。结合自然地理资源条件,对城市外围待发展区域的风道识别和规划,可能更具有现实意义。本文基于空气动力学粗糙长度计算通风指数,从动力学角度初步识别出北京不同区域的通风潜力:① 利用数值模拟输出的1月和7月平均水平风场发现,在背景风较强的冬季,水平风速的分布与下垫面的粗糙度保持高度一致,在北京城区东北方向存在一条明显的风道,在通过城区时受城市下垫面的拖曳影响出现显著的风速下降,在城市下风方向风速又有所回升;② 与热力分析对比发现,夏季城市外的低温区域与盛行风向相悖,偏南方向上的补偿空间面积比冬季小且与作用空间的温差也小,流向城市的可利用风资源匮乏;③ 基于近地面温度和粗糙长度加权计算后得到通风指数,冬季为0~0.25,夏季为0~0.60,数值越小通风能力越强,受季节热力差异影响,冬季通风能力显著优于夏季。④ 进一步结合数值模拟的风速分布,将通风评价结果划分为4个等级,从北京市全域尺度分冬、夏两季识别了北京市的潜在风道,冬季贯穿南北的风道全长约200 km,从城市外围引入风资源,可有效提高城市自净能力,而在背景风较弱的夏季,风道贯通性较差,气流疏导能力弱,亟待区域联动优化城市群发展规划。

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    21. 一种湿地河流叶绿素a遥感反演方法
    刘卫华, 王思远, 马元旭, 申明, 游永发, 海凯, 吴林霖
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 2062-2077.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190547
    摘要219)   HTML2)    PDF (19014KB)(13)   

    叶绿素a作为一项重要的水质安全评价指标,其浓度的准确监测对水产行业发展、水生态系统平衡和人类饮水安全等有着重要意义。随着对地观测卫星传感器空间和光谱分辨率的提高,遥感技术在河流水质时空变化监测中发挥着越来越重要的作用。本文以新疆巴音布鲁克湿地河流水体为研究对象,同步采集了水体反射光谱和水样,并在实验室对叶绿素a、浊度等水质参数进行测定。首先,基于光谱波段对叶绿素a浓度的敏感性分析,构建了多种光谱指数模型;然后,提出以4.50 mg/m3作为水体叶绿素a浓度分级阈值,利用三波段半分析模型因子D3B与叶绿素a的线性关系建立水体叶绿素a浓度分级标准,进而对比评估了11种经验、半分析模型分别在全部样本数据集和两级叶绿素a浓度数据集中的精度表现;其次,根据各模型精度结果选用三波段半分析模型D3B和蓝绿波段比模型OC2V4,组成叶绿素a分级反演算法OC2-D3B,其精度(R2=0.96,RMSE=0.32 mg/m3,MAE=0.24 mg/m3,MRE=5.71%)相比以上2种单一算法提高了50%以上;最后,本文利用Sentinel-2影像,对湿地河流水体叶绿素a浓度的空间分布特征和季节时序模式进行了分析,得到该水域夏季叶绿素a含量最高,春秋季次之,冬季最低的结论。此外,本研究还发现气温相比其他环境因子对水体Chl-a浓度的控制作用更加明显。

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    22. 基于粒子滤波的行车轨迹路网匹配方法
    郑诗晨, 盛业华, 吕海洋
    地球信息科学学报    2020, 22 (11): 2109-2117.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190738
    摘要215)   HTML5)    PDF (6069KB)(23)   

    行车轨迹是一种时间序列的地理空间位置采样数据,而传统的轨迹—路网匹配方法主要以全局或局部寻优的方式建立轨迹—路网匹配关系,影响了时空场景中数据的匹配计算过程的相对独立性。针对这个问题,本文基于粒子滤波(Particle Filter,PF)原理建立行车轨迹与道路网络之间的匹配关系。首先,沿轨迹中车辆运动方向在道路网络中搜索邻近道路节点,在与道路节点拓扑邻接的道路弧段上初始化随机生成粒子,根据轨迹中车辆运动模型将粒子沿所在道路弧段移动;然后,基于PF原理计算各时刻粒子运动状态及与行车轨迹采样点之间的距离误差,根据高斯概率密度函数计算粒子权重并利用随机重采样方法进行粒子重采样,迭代更新粒子运动状态;最后,计算与搜索到的道路节点拓扑邻接的每条道路弧段中累计粒子权重,通过各道路弧段累计权重计算轨迹—路网匹配关系。以行车轨迹进行实验表明,利用本文方法可以通过粒子时空变化反映采样点的移动,行车轨迹—路网匹配结果的正确率大于85%,能够实现行车轨迹和路网的准确匹配。

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    23. 网络舆情态势及情感多维特征分析与可视化——以COVID-19疫情为例
    杜毅贤, 徐家鹏, 钟琳颖, 侯盈旭, 沈婕
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 318-330.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200268
    摘要215)   HTML4)    PDF (10736KB)(308)   

    2020年初,新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情席卷全国,疫情发展变化引发了社会各界的广泛关注。社交媒体平台作为网络舆情的重要载体,如何从中全面、准确挖掘分析网络舆情特征是疫情防控过程中的重要问题。本研究首先从舆情本体与客体时空关联的角度构建了疫情期间网络舆情多维分析模型,获取了2020年1月17日—3月17日多个媒体平台中新冠肺炎疫情相关的网络舆情数据;其次以疫情蔓延的视角,运用比较研究法、Spearman相关系数等方法探索了武汉市、湖北省及全国尺度下的网络舆情态势时空演变及语义特征;最后使用HowNet情感词典和情感词汇本体进行了舆情情感分析,并使用可交互信息图表对其进行可视化。结果表明:① 武汉市、湖北省、全国尺度下的每日舆情数据数量与每日新增病例数之间存在正相关关系;② 舆情数据数量的空间分布与疫情分布存在正相关关系,舆情数据数量多的地区多为疫情较为严重的地区; ③ 研究时段内不同媒体平台的舆情中立情感最多,新闻平台与论坛、微信、微博相比,整体情绪更为正面;④ 在疫情发展的不同阶段,微博热搜数据情感特征有较大差异,总体上呈现正面情绪多于负面。研究表明,基于本文提出的多维分析模型可以直观展现疫情期间多尺度下的舆情态势、舆情焦点和情绪变化,从而为政府及相关部门有效引导与控制网络舆情提供理论基础支撑和参考借鉴。

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    24. 结合HASM和GWR方法的省级尺度近地表气温估算
    周佳, 赵亚鹏, 岳天祥, 卢涛
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 2098-2107.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190423
    摘要212)   HTML4)    PDF (7214KB)(17)   

    卫星遥感反演得到的地表温度可用于近地表气温的估算,但现有方法的估算精度仍有进一步提升的空间。为了获取空间上连续且精度较高的近地表气温,本研究以四川省为例,首次将高精度曲面建模(HASM)用于遥感和气温实测数据的融合,并将综合了气温、地表温度、海拔、坡度、坡向的地理加权回归(GWR)拟合结果作为HASM模型的初始温度场,进而采用此种结合HASM和GWR的求解算法(HASM-GWR),融合MOD11C3地表温度产品与190个气象台站的气温实测数据,开展省级尺度近地表气温估算,并通过比较HASM-GWR、GWR以及普通线性回归(OLS)3种方法的估算精度,评估各模型对近地表气温的估算效果。结果表明,相比于传统估算模型,采用HASM-GWR数据融合方法能有效提高近地表气温的估算精度。采用该方法的近地表气温估算残差,72%介于-1~1 ℃,90%介于-2~2 ℃;且与GWR和OLS模型相比,估算结果的均方根误差(RMSE)分别降低了25.42%和39.83%。

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    25. GF-2在城市绿地分类及景观格局度量中的应用
    汪雪淼, 孟庆岩, 赵少华, 李娟, 张琳琳, 陈旭
    地球信息科学学报    2020, 22 (10): 1971-1982.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200122
    摘要211)   HTML8)    PDF (16466KB)(29)   

    城市植被是维护城市生态系统平衡的重要组成元素,不同类型的植被具有不同的生态服务效益,然而基于植被精细分类的城市绿地景观格局度量研究较少。因此本文以北京城市副中心为研究区,使用夏、冬两季GF-2卫星遥感影像,基于随机森林特征优选和面向对象分类,划分了植被类型,并在此基础上使用景观指数法和移动窗口法分别度量了功能区尺度和栅格尺度绿地景观特征。研究结果表明:针对GF-2数据,使用多尺度分割后影像对象的光谱、纹理特征可以有效地提取植被信息;不同时相的影像能反映各类型植被的物候特征,相比于单时相数据,其分类精度更高,达到了87.7%;各功能区绿地景观格局特征差异较大,城市绿心拥有最丰富的植被且分布集中,商业区植被覆盖度和多样性均较低,绿地景观破碎;北京城市副中心景观多样性及各类型植被分布特征的空间差异显著,当前副中心绿地景观格局已形成规划的基本轮廓,但城市绿心和老城区公共绿地的建设仍有不足。研究探明了北京城市副中心绿地建设现状,证明了国产GF-2卫星在城市生态环境监测中具有较高的应用价值,有助于推动GF-2在城市生态环境领域的应用,并为副中心建设中的绿地系统监测和优化提供参考。

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    26. 夜光遥感支持下的城市人口核密度空间化及自相关分析
    孙小芳
    地球信息科学学报    2020, 22 (11): 2256-2266.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200289
    摘要205)   HTML6)    PDF (4345KB)(66)   

    基于福建省福州市鼓楼区街道社区人口统计数据、夜光遥感影像、Landsat8影像,融合核密度与回归方程,绘制30 m栅格空间分辨率的人口密度图并进行空间自相关分析。方法:① 采用核密度方法对69个社区人口计算生成人口密度分布图。建立786个居民小区点的人口密度与夜光遥感的常规QQ分位图,检测出人口密度存在较大的误差区域:五凤街道和洪山镇。② 建立人口密度与夜光遥感、Landsat8线性分解的不可渗透表面影像之间的二元二次回归方程,修正两个区域的人口密度误差。③ 采用高/低聚类分析、热点分析、聚类和异常值分析,得到鼓楼区人口高聚类属性,显示了鼓楼区最大商业圈区域与人口密度最大居民点区域,展示了人口聚类的空间局部差异性格局。结果:① 研究中所采用的人口空间化技术融合了2种空间化方法:核密度与回归方程。生成30 m栅格空间分辨率的人口密度图。② 鼓楼区人口密度均值分为3种类型:11 000、25 000和50 000人/ km2,人口密度分布近似正态分布。③ 当鼓楼区人口密度均值大于33 000人/ km2,不可渗透表面灰度值与人口密度相关性更强。反之,夜光亮度值与人口密度相关性更强。

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    27. 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203)   HTML0)    PDF (3645KB)(0)   

    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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    28. 时空统计学在贫困研究中的应用及展望
    葛咏, 刘梦晓, 胡姗, 任周鹏
    地球信息科学学报    2021, 23 (1): 58-74.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200628
    摘要201)   HTML10)    PDF (3791KB)(65)   

    消除贫困是人类社会的共同目标。贫困分布具有明显的空间特征,同时呈现出空间异质性和空间相关性。时空统计学以时空分析为优势,在贫困的时空分布及形成机制研究中发挥了重要作用。本文综述了不同时期我国贫困分布的空间特征、贫困数据的空间类型和特征以及贫困时空分布的影响因素,并总结了时空统计学方法在贫困空间研究中的4类应用,包括:探索性空间数据分析,主要为了识别和量化分析贫困的时空分布格局;空间贫困归因分析,通过构建贫困和各地理要素之间的关系模型来分析贫困的影响因素;贫困制图,通过采样区数据得到整个区域的贫困分布;以及贫困的时空变化分析,揭示贫困要素的时空变化过程和其背后的驱动因素。在阐述这些方法的原理基础上,选取了具体案例阐释了时空统计学方法如何应用于空间贫困研究,进一步总结了时空统计学方法在贫困研究中的主要应用和价值;在此基础上,分析了目前空间贫困研究的不足,提出重点应从4个方面拓展时空统计学方法在目前空间贫困领域的研究。

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    29. 重庆市新型冠状病毒肺炎流行时空特征及其与人群活动性的关系
    刘亚溪, 宋辞, 刘起勇, 张知新, 王席, 马佳, 陈晓, 裴韬
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 222-235.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200296
    摘要200)   HTML1)    PDF (32066KB)(197)   

    本文收集了重庆市2020年1月21日—2月24日确诊的545例新型冠状病毒肺炎(COVID-19)病例个案信息,结合1500万手机用户在疫情期间的信令轨迹大数据,分析了其疫情的时空演化特征以及人群活动的变化规律,并从复杂网络的角度揭示了疫情分布的异质性,从疫情传播与人群活动之间的关系揭示了异质性的原因。研究发现:① 重庆市疫情在时间上,经历了以输入病例为主、输入和本地病例共存、以本地病例为主3个阶段,病例实时再生数(Rt)初期较高,随着防控措施的实施,逐步减小;空间上,病例分布呈现显著聚集性,病例高聚集区主要分布在以万州区为核心的渝东北地区和以主城区为核心的渝西南地区;② 疫情发生后,重庆市人群移动总量减少为疫情前的53.20%,减少主要集中在主城区以及其他各区县的中心城区,而郊区、农村的人群移动变化不大,甚至有所增加;③ 人群活动与病例发生之间存在不同程度的相关性,具体为:每日人群移动总量与病例实时再生数、一个平均潜伏期(7 d)后的每日新增病例数的相关系数为0.97、0.89,揭示了人群活动与病例增长的时间相关性;各街道(乡镇)人群移动总量与其累计确诊病例数、本地感染病例数之间的相关系数为0.40、0.35,揭示了人群活动与病例空间分布的相关性;病例高聚集区与人群移动网络社区对应,且与网络社区内人群活动较强的区域吻合,揭示了重庆市疫情传播的本地聚集特征。大数据与疫情信息的聚合分析证实,切断人群移动网络社区之间的连接,并遏制疫情高风险社区内部的传播是在城市内部疫情防控的有效措施。

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    30. 基于谱系聚类的全球各国新冠疫情时间序列特征分析
    谢聪慧, 吴世新, 张晨, 孙文涛, 何海芳, 裴韬, 罗格平
    地球信息科学学报    2021, 23 (2): 236-245.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2021.200470
    摘要200)   HTML8)    PDF (5415KB)(47)   

    COVID-19暴发以来,世界各国疫情呈现出不同的时序特点,研究不同国家疫情发展模式的特点,揭示其背后的主导因素,可为未来防控策略提供参考。为了揭示不同国家疫情时间序列之间的异同,本文提取了主要疫情国家每日新增病例时间序列的标准差、Hurst指数、治愈率、增长时长、平均增长率、防控效率进行谱系聚类,并从经济、医疗、人文冲突方面对聚类结果进行了成因分析。结果表明,全球疫情发展模式可分为3大类:C型、S型和I型。C型国家时间序列的特点是持续波动上涨,治愈率较低,原因是其人文冲突不利于疫情防控,经济医疗资源经过长时间大量消耗已趋于匮乏,建议在防控中加强宣传疏导,改变观念,统筹分配经济、医疗资源;S型国家时间序列的特点是快速上升后立即下降,并最终保持稳定趋势,总体治愈率较高,其原因是这类国家国内稳定,经济医疗水平较高,以及防控措施及时,建议加强国际合作和科学研究,并为可能到来的二次疫情做好准备;I型国家时间序列特点是缓慢上涨,整体发展趋势不稳定,治愈率较低,原因是其暴发比较晚,程度较小,大部分经济医疗水平以及人文冲突不利于疫情防控,建议汲取较好的防控经验,实施严格的隔离措施,尽量满足疫情期间物资需求,优化治疗方法。

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