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    1. 基于多源地理大数据与机器学习的地铁乘客出行目的识别方法
    赵鹏军, 曹毓书
    地球信息科学学报    2020, 22 (9): 1753-1765.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200134
    摘要672)   HTML42)    PDF (4652KB)(245)   

    探索地铁乘客出行目的识别方法,有助于突破智能卡数据(Smart Card Data,SCD)在具体应用场景中的局限性,提升SCD在交通出行研究、交通发展规划等领域的应用价值。本文融合多源地理大数据,基于城市交通与土地利用时空间互动理论,以北京市居民地铁出行为例,在交通出行调查数据中提取5565个地铁出行样本及其对应的出行目的和出行特征相关变量。基于兴趣点(Point of Interest,POI)数据得到各样本起止站点的土地利用特征相关变量,形成包含每次地铁出行的出行目的、出行特征、土地利用特征的地铁出行数据集。使用基于随机森林(Random Forest,RF)算法对地铁出行数据集进行训练完成的分类器对SCD记录的每一次地铁出行进行分类,获得该次出行的出行目的及其不同目的地铁出行时空间分布规律。研究结果表明,本识别方法可有效预测地铁乘客的出行目的,其中,“上班”、“回家”2类出行目的的预测准确率均超过90%;纳入土地利用特征相关变量可显著提升RF分类器预测准确率,印证了城市交通与土地利用的时空间互动理论。鉴于当前SCD的可获取性逐渐提高,该项技术在居民地铁出行监测与预测、地铁线网布局和地铁周边土地利用规划等实践方面,具有很强的推广性,有助于更全面地认知大城市居民的地铁出行行为。

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    2. 面向多源地理空间数据的知识图谱构建
    刘俊楠, 刘海砚, 陈晓慧, 郭漩, 郭文月, 朱新铭, 赵清波
    地球信息科学学报    2020, 22 (7): 1476-1486.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190565
    摘要624)   HTML15)    PDF (3286KB)(141)   

    知识图谱广泛应用于人工智能领域,基于此融合多源地理空间数据并表示地理事物的语义和时空信息,实现“数据—知识”的转换成为人们关注的热点。但现有通用知识图谱的空间知识覆盖度低且存在错误,同时基于维基百科构建的地理知识图谱存在空间关系、中文属性和坐标信息等属性缺失问题。因此本文以地理空间数据和百度百科数据的特征分析为基础,提出了以地理空间数据提取地理实体为主,百度百科补充属性信息为辅的知识图谱构建方式。① 基于GeoSparql设计模式层的地理实体、要素、几何形状和空间关系的逻辑关系;② 通过地理实体提取、实体链接和属性信息填充,在数据层实现空间知识融合;③ 结合关系型数据库和图数据库,设计空间知识存储方式;④ 在实体和关系2个方面定量分析知识图谱的构建规模。结果表明,本文构建的知识图谱中地理实体覆盖度和链接百科成功率相对较高,扩充了地理实体的概念描述信息,并将地理坐标的覆盖率提高到100%,对地理数据到地理知识的拓展具有重要意义。

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    3. 历史GIS的研究现状和发展趋势
    赵耀龙, 巢子豪
    地球信息科学学报    2020, 22 (5): 929-944.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190732
    摘要573)   HTML22)    PDF (882KB)(219)   

    历史地理信息系统(历史GIS)属于地理信息系统(GIS)与历史学相结合的交叉研究领域,它有机地集成了GIS的技术方法、地理学家的空间视角和历史学家的时间视角,量化历史时期的地理过程并构建相应的时空模型,为面向未来的科学预测提供研究基础。历史GIS兴起于20世纪90年代中期,给GIS学科、历史地理学和历史学都带来了新的研究机遇与活力,并表现出强劲的发展势头,但也存在一些尚待解决的问题。近年来,历史GIS向社会提供了日益丰富的历史地理信息服务,并逐渐跨越系统的技术层面,向着科学层面纵深发展。本文通过对国内外相关文献的梳理与分析,回顾了历史GIS产生的背景,从数字化、数据模型、数据库建设与系统开发、空间分析和可视化5个方面综述了国内外历史GIS的研究现状。最后,从历史资料的空间化与数字化、历史地理时空大数据、历史地理空间框架构建及历史地理信息服务、历史地理时空过程及模型构建、历史地理信息科学和技术学科体系的形成等角度展望了历史GIS的发展趋势,以期为历史GIS未来的发展提供新的研究思路。

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    4. 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487)   HTML15)    PDF (12176KB)(285)   

    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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    5. 基于POI数据的城市建筑功能分类方法研究
    曹元晖, 刘纪平, 王勇, 王良杰, 吴文周, 苏奋振
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1339-1348.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190608
    摘要445)   HTML12)    PDF (24170KB)(74)   

    对建筑物进行建模与分析是智慧城市建设的重要任务之一。将城市中数量庞大的建筑物按功能分类,辅助认知城市内部空间结构,对政府部门开展人口估计,土地管理,城市规划等工作具有重要意义。本文以蕴含丰富语义信息的兴趣点(POI, Point of Interest )作为主要信息源,针对POI分布稀疏导致大量建筑物无法识别出功能的问题,改进了传统的城市功能区定量识别方法。该方法为建筑物内部及周边一定区域范围内的POI赋予反距离权重,通过计算不同类型POI的加权频数密度比例来识别建筑物功能类型。文中以北京市西四环中路附近5000多栋建筑物为例进行实验验证,实现了将目标区域内的建筑物按功能类型划分为居住、商业、公服和3种混合类型,识别率达93.04%,与人工判别的结果对比得出总体分类精度达91.18%。该方法采用易于获取的互联网POI数据,可以实现大范围建筑物功能类型的快速自动化识别,丰富了城市建筑模型语义属性,扩展了POI数据的应用范围。

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    6. 交通大数据在人文与经济地理学的应用及学科影响
    黄洁, 王姣娥
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1180-1188.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190629
    摘要443)   HTML10)    PDF (3319KB)(94)   

    交通大数据能够反映人类社会经济活动产生的位移与时空轨迹,不仅能够满足学者们在微观尺度更深入、更精细的研究粒度要求,而且能够为宏观尺度的研究提供广范围、多视角的连续性观测,其研究与发展为人文与经济地理学带来了新思路和新技术。本文以交通大数据的研究前沿为基础,梳理了区位论、时空行为、复杂网络、流空间等理论研究的发展方向,勾勒了“大数据时代”背景下人文与经济地理学的研究框架体系,探讨了新旧技术方法融合的可能性,并讨论了对各个分支学科相关研究的影响。接着,本文总结了交通大数据在人文与经济地理学的主要应用方向与趋势,主要包括出行即服务的交通规划理论与方法,“人工智能+大数据”的城市管理科学,大尺度交通流迁移的模拟,以及“流空间”与“场所空间”的多维度研究等。最后,本文指出了交通大数据应用在获取难度和数据有偏性等方面值得注意的问题并进行了展望。

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    7. 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443)   HTML10)    PDF (1365KB)(65)   

    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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    8. 空间综合人文学与社会科学研究综述
    秦昆, 林珲, 胡迪, 许刚, 张晓祥, 卢宾宾, 叶信岳
    地球信息科学学报    2020, 22 (5): 912-928.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200232
    摘要413)   HTML8)    PDF (1537KB)(120)   

    地理信息科学与哲学、历史、文学、艺术、社会学、经济学、政治学、管理学等人文学与社会科学进行了全面的深度融合。一方面,地理信息科学领域的学者积极拓展研究领域,为人文学与社会科学领域的学者提供空间化、可视化的技术手段;另一方面,人文学与社会科学领域的学者积极学习和掌握地理信息技术,在研究中积极引入空间思维和空间可视化方法。同时,一些适用于人文学与社会科学研究者的开放平台、代码和工具不断涌现。本文在对空间综合人文学与社会科学的最新进展进行全面总结的基础上,探讨了空间人文学与社会科学研究的思路和框架,并分别对该框架各分支的研究进展进行了梳理和评述,包括:历史GIS,文学GIS,语言学GIS,GIS与哲学、人类动力学、人文地理学等;以及GIS与政治学及国际关系学,GIS与管理学、空间计量经济学、社会地理计算、空间社会网络与空间交互网络、犯罪地理学、健康地理与公共卫生学等。接着,本文对空间综合人文学与社会科学的研究方法进行了分析,包括:空间思维与空间计量、认知心理学与空间认知、空间可视化与虚拟地理分析、平台研发等。最后,对空间综合人文学与社会科学研究的关键问题和未来发展方向进行了展望。

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    9. 基于交通轨迹数据的三维动态噪声地图
    付乐宜, 艾廷华, 黄丽娜, 信睿
    地球信息科学学报    2020, 22 (9): 1789-1798.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200140
    摘要379)   HTML28)    PDF (7346KB)(94)   

    噪声信息具有空间传播和随距离衰减变化的特征,采用三维动态可视化形式表达噪声地图可以体现该特征。本文针对噪声的空间分布与强度变化提出一种噪声地图表达的方法,基于Bertin符号参量分析,以具有高度可变的方柱并配以深浅变化的颜色作为噪声符号,动态传递噪声信息。为进行多尺度地图展示,在不同地图等级下设有相应细节层次的符号尺寸和定位排列方式。噪声地图以Web端Mapbox为展示平台,基于交通噪声模型和GPS轨迹数据,对上海黄浦区某区域一时间段内的噪声情况进行模拟表达,实现噪声数据的立体动态化显示。三维动态的表达扩展了噪声数据的表现维度,多维度、多参量的立体动态符号不仅可准确刻画噪声的分布,而且从视觉观感上提高了受众的兴趣度和专注度,这为研究噪声的热点分布、传递趋势等空间规律提供了可视化参考。

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    10. 工程项目地球大数据监测与分析理论框架及研究进展
    邬明权, 王标才, 牛铮, 黄文江
    地球信息科学学报    2020, 22 (7): 1408-1423.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200070
    摘要355)   HTML9)    PDF (1332KB)(59)   

    空间信息是工程项目建设的基础。测绘、遥感、GPS和GIS等空间信息采集技术在支撑工程项目向更高、更大、更安全等方向发展中发挥了重要作用。随着信息采集技术的迅速发展,大数据技术推动了各行各业迈入了新台阶。海量的空间信息正促进工程项目建设向更智能、更科学、更环保发展。在大数据时代,如何开展工程项目的大数据监测与分析成为了工程遥感监测领域新的研究方向。与此同时,“一带一路”倡议提出以来,迅猛发展的我国境外工程项目对工程项目的投资决策、建设与运营管理都提出了更高的要求。地球大数据技术可以为境外工程项目的前期规划、可行性研究、设计、安全风险评估、施工、后期运营管养及监管提供新技术、新方法和新手段。围绕工程项目大数据监测与分析的理论方法体系与科学问题,面向我国境外工程项目建设中对大数据分析技术的迫切需求,本文系统性的阐述了工程项目地球大数据监测与分析的概念、用户需求、研究内容、主要技术方法和远景目标,以期为未来相关研究工作提供指引。在此基础上,总结了工程项目地球大数据监测与分析的研究进展。研究发现:① 空间信息采集技术的快速发展,使得工程建设比任何时候都能获得更准确、更及时、更丰富的空间信息,工程项目的大数据监测与分析这一新的研究方向应孕而生,可促进工程项目向更智能、更科学、更环保发展;② 工程项目的现状调查、规划、可行性研究、勘察设计、施工和运营与监管等各个环节都对地球大数据监测技术有大量的需求;③ 地球大数据技术在我国工程项目建设中应用的相关研究还处于较为初级的具体技术服务阶段,还难以为工程项目投资决策提供支持,特别是境外工程项目的相关研究尚处于起步阶段,而我国境外工程项目建设存在基础数据匮乏、项目总体规划和模拟水平较低、监管能力弱和人文政治鸿沟风险高等问题,迫切需要开展地球大数据监测与分析,提高投资决策科学水平,降低境外投资风险。

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    11. 网络大数据下的中国现代食甜习惯空间分布特征及其影响因素研究
    姚可桢, 岳书平
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1202-1215.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190432
    摘要342)   HTML15)    PDF (8812KB)(70)   

    饮食地理文化作为地域文化中最具地方特色的重要元素,在现代人口大规模流动背景下呈现出全新的多样化局面,而基于传统认知的“南甜北咸”的地域分异已然不能代表中国现代食甜分布的空间特征。因此,本文采用网络爬虫技术,获取我国大陆31个省会城市共计约2000万条美食消费数据,从传统类菜品、主食类菜品、饮料类和甜品类菜品4个方面计算城市食甜度,在ArcGIS、MySQL软件支持下,借助GIS空间分析和数理统计方法探究我国现代食甜习惯的空间分布特征,分析影响食甜分布的因素。研究发现:① 中国食甜在空间分布上存在显著的地域分异特征,聚类分析评价参数R 2高达0.88,现代食甜习惯总体呈现“东高北中,西微内低”的包围式格局;② 从整体抑或局部角度,在1%显著性水平上莫兰指数均为正,中国食甜分布呈现显著的空间正相关关系,形成特色鲜明的3个地理集聚区,即以苏浙沪闽为主的东南沿海高甜集聚区,以渝黔川为主的西南内陆低甜集聚区和以陕宁为主的西北内陆低甜集聚区;③ 构建了中国现代食甜习惯分布影响因素模型,其拟合精度为0.82,分析结果显示降水、湿度、气温等气象要素及地理位置是影响现代我国食甜空间分布的重要因素。

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    12. 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320)   HTML12)    PDF (26018KB)(244)   

    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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    13. 科学数据共享实践:以国家地球系统科学数据中心为例
    杨雅萍, 姜侯, 孙九林
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1358-1369.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200110
    摘要314)   HTML7)    PDF (8269KB)(64)   

    地球系统科学是一门综合性交叉学科,起源于全球变化研究,受益于遥感技术进步,现已进入大数据时代,人工智能技术成为解决地球系统科学前沿问题的新手段。科学数据共享是推动科学发展、提升数据价值的关键,经过长期的探索和实践,全球已形成完善的数据资源管理政策与机制、持续的数据共享服务体系、多元化的科学数据整合模式,并且新的理念不断推动数据共享创新发展,其中“可发现、可访问、可互操作和可重用”原则和数据出版备受推崇。我国颁布了国家层面的政策法规,着重推动国家级科学数据中心建设、科技项目数据资源汇交及数据出版。借鉴国外数据共享经验,结合国内实际发展情况,我国探索出具有中国特色的地球系统科学数据资源分类体系,在元数据、分布式互操作、大数据分析和共享服务等关键技术方面都取得了重大突破。本文以国家地球系统科学数据中心为例,系统梳理了国内地球系统科学领域的数据共享实践进展,详细介绍了国家在地球系统科学领域的数据共享实践及其成效。国家地球系统科学数据共享工作已探索形成成熟稳定的运行服务机制、研制出适用于多源分散地球系统科学数据的标准体系、 建成多学科多时空尺度的地球系统科学数据库群、自主研发海量异构数据共享网络技术体系与服务系统,促进了地球系统科学的科学发展,同时也推动了数据共享理念的传播与推广。然而,数据孤岛现象、共享服务系统标准化程度低、系统技术标准未对接国际规范等问题仍然较为突出,阻碍了地球系统科学数据开放与共享。未来,随着共享个性化需求被激活,定制化的“数据+知识”服务有望成为主流趋势,将给数据共享带来新的机遇和挑战。

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    14. 郑州市市区风环境模拟研究
    申鑫杰, 赵芮, 何瑞珍, 王琦, 郭煜琛
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1349-1356.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190231
    摘要312)   HTML9)    PDF (20192KB)(33)   

    城市风环境是城市微气候研究的一个重要方向,对分析城市热岛效应、空气流通等具有重要意义。本文以郑州市市区为例,使用1971—2018年气象观测数据、2018年建筑分布数据(OSM)和2016年资源三号卫星数据作为数据源,通过运用气象学和GIS技术结合的方法,探究潜在通风廊道,科学量化城市形态对风环境的影响。研究首先借助WindNinja软件,对城市背景风环境进行模拟分析,该计算方法提高了风道定位的精度。然后利用卫星遥感数据制作了数字高程模型(DSM),结合OSM计算下垫面地表粗糙度。进一步借助ArcGIS软件,利用最小成本路径法(LCP)确定城市潜在通风廊道的位置。结果表明:① 郑州市近年来平均风速缓慢下降,平均每10年下降0.26 m/s;全年主导风向东北风进入城市后受城市形态影响在京广铁路线附近以西逐渐转为东北偏东风,其中在京广快速路以东风速较高,在京广快速路以西风速较低;② 金水区西部、中原区、二七区以及管城区的地表粗糙度较高,通风环境较差;金水区东部和惠济区的地表粗糙度较低,通风环境较好;③根据盛行风向模拟的潜在通风廊道,其共同特点是趋向于低粗糙度的地区。

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    15. 融合多源空间数据的城镇人口分布估算
    朱守杰, 杜世宏, 李军, 商硕硕, 杜守基
    地球信息科学学报    2020, 22 (8): 1607-1616.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190783
    摘要306)   HTML5)    PDF (11795KB)(34)   

    精细尺度的城镇人口空间分布是分析人类-资源-环境相互关系的重要指标。本文提出了一种融合地理空间大数据和高分辨率遥感数据估计精细尺度城镇人口分布的方法。通过对比各指标与人口相关性,选取R2>0.7的建筑面积、到道路距离、夜间灯光强度、商服中心、EAHSI指数、幼儿园、公园、小学、加油站、医院、公交车站、长途汽车站作为影响人口分布的变量因子。结合城市功能区数据确定人口分布区域,利用随机森林模型对宁波市2018年人口数据进行了500 m格网空间化,从而得出宁波市城镇人口空间分布图。最后,基于随机森林模型的变量因子重要性分析宁波市人口空间分布的影响因素。研究结果表明,本文所提出的城镇人口分布模型在街道尺度的估算精度为81.2%,平均相对误差MRE为0.29、RMSE为3279.89;网格级别的MRE为17.16,RMSE为1149.9,因此模型能精确地反演城镇内部街道人口分布信息。通过对变量因子重要性进行比较,发现建筑面积重要性约为0.22,对宁波市人口估算影响最大;到道路的距离、夜间灯光强度、商服中心、EAHSI(Elevation-Adjusted Human Settlement Index)、幼儿园、公园对宁波市人口估算具有重要作用。本文在格网级别进行的人口分布精度验证对于研究城市精细人口分布具有重大意义。

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    16. 基于腾讯迁徙数据的中国城市群国庆长假城际出行模式与网络特征
    李涛, 王姣娥, 黄洁
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1240-1253.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190686
    摘要305)   HTML11)    PDF (18762KB)(41)   

    城际出行具有时间依赖性,不同时间约束与特定时期的城际出行具有相异性,反映的出行模式与表达的地理空间联系规律具有差异性。迁徙大数据记录的人口移动实时记录为开展基于时间依赖的城际出行网络提供了可能。本文以全国 19个城市群为研究区域,利用腾讯平台提供的居民城际出行数据,对国庆长假期间(2016年10月1—7日)中国城市群城际出行时段变化特征、城际出行模式及其网络结构进行了研究。结果表明:① 黄金周城际出行具有明显的基于出行期、返程期和旅途期的时段变化规律;② 国庆长假期间的中国城市群城际出行分别形成了轴辐式、多中心与单中心3种城际出行模式; ③ 出行期、返程期的城际出行具有类似于春运人口流动的时空对称规律,城市群城际出行呈现出以主要城市群整体、城市群核心城市与邻近外围城市间的中短距离流动的长假出行特征,中西部城市群城际出行具有典型的“潮汐式”流动特征;④ 基于腾讯人口迁徙大数据,通过对黄金周期间出行期、返程期与旅途期的科学划分,较好地实现了国庆长假城际出行特征与模式的挖掘,同时也为长假城际交通管理与道路资源优化调配方案的制定提供支撑。

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    17. 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301)   HTML0)    PDF (12855KB)(0)   

    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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    18. 基于DBSCAN算法的北京市顺丰快递服务设施集群识别与空间特征分析
    张亚, 刘纪平, 周亮, 王勇, 李鹏飞
    地球信息科学学报    2020, 22 (8): 1630-1641.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190380
    摘要299)   HTML4)    PDF (8190KB)(84)   

    电子商务跨越式发展为快递物流行业注入了新鲜血液促使国民经济达到新的增站点,服务网点作为连接快递企业和用户之间的桥梁纽带,逐渐成为城市地理和物流地理的重要研究对象。本文以北京市顺丰快递服务网点为研究对象,首次将DBSCAN聚类算法和无人值守的智能快递柜引入城市物流快递行业研究中,综合使用核密度分析、Ripley's K函数等空间点模式分析方法,定量对比分析有人值守的合作网点和无人值守的智能快递柜两类顺丰快递服务网点的空间布局、集聚特征及影响因素。结果表明:① 基于密度的DBSCAN聚类算法能够快速有效地识别出任意形状的快递服务网点集群,算法识别出24个智能快递柜集群,14个合作网点集群;② 顺丰快递服务网点高密度区主要集中在人口密度大、经济繁华、交通便利的居住区和包含热门商圈的职住区附近,如双井、金融街、三里屯、学院路等;③ 合作网点和智能快递柜两类服务网点均呈集聚性分布,但集聚规模各不相同,具体表现为快递柜集聚规模明显大于合作网点,而集聚强度却小于合作网点;④ 智能快递柜集群密度大,服务半径小,更倾向服务于步行可达范围内的居住小区;合作网点集群密度小,服务半径大,服务对象随服务半径扩展至周边各大职区,对交通可达性的要求更高。⑤ 顺丰快递服务网点布局是地区经济水平、人口规模、交通状况、土地利用类型及城市功能区定位等多种因素综合作用的结果。

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    19. DEM建模视角下的城市道路分类与表达
    陶宇, 王春, 徐燕, 张光祖, 宋素素, 杨维
    地球信息科学学报    2020, 22 (8): 1589-1596.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200004
    摘要283)   HTML7)    PDF (8265KB)(45)   

    城市数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是城市最重要的基础地理信息数据之一。城市道路DEM建模是城市DEM构建的重要组成部分,而道路分类是城市道路DEM建模的重要基础和前提。由于现有的城市道路分类方法在城市道路形态表达上有一定程度的失真,无法准确反映道路平面形态特征,导致其难以满足未来的地表过程模拟的需求。针对这一问题,本文从DEM建模视角出发,通过解析城市道路的构成,分析城市道路形态特征,针对现有的道路分类方法的不足,提出了一种顾及道路形态的城市道路分类方法。并在此基础上,探讨了城市道路的DEM表达方式,同时选取南京市局部区域为实验区,以DLG数据为数据源,对本文提出的城市道路分类方法与表达进行了相关的实验与分析。结果表明:与现有的方法相比,基于本文所提出的城市道路分类方法构建的道路DEM所表达的道路形态更符合实际实验区的道路形态,未出现局部路面不正常的突变情况且城市道路要素框架结构明显,所表达的城市道路地形更为精细,可以为雨洪模拟和水文分析等提供重要基础。因此,本文的道路分类方法能够清晰有效地辅助城市道路DEM建模,为高精度城市道路DEM的构建提供基础和参考。

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    20. 基于LSTM神经网络的青藏高原月降水量预测
    刘新, 赵宁, 郭金运, 郭斌
    地球信息科学学报    2020, 22 (8): 1617-1629.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190378
    摘要279)   HTML5)    PDF (19387KB)(30)   

    青藏高原的降水量预测不仅为该地区水资源合理规划利用提供依据,同时对中国及周边国家气候变化研究有着重要的意义。论文利用1990—2016年青藏高原降水量数据,采用长短期记忆神经网络(LSTM)对青藏高原月降水量进行预测,主要包括:① 使用青藏高原86个测站1990—2013年的月降水资料,预测各个测站2014—2016年的月降水量,并与传统的RNN、NAR、SSA和ARIMA预测模型相比,平均决定系数R2分别提高了0.07、0.15、0.13和0.36,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)表现更低;② 分析了降水量预测精度的空间分布特征,将各模型的R2在青藏高原地区内插值,分析R2的空间分布特征,发现所有模型降雨稀少的干旱地区和降雨多的湿润地区R2较低,在气候稳定、降水规律性明显的地区R2较高,且LSTM模型R2≥0.6的空间范围远大于传统模型;③ 分析了不同预测长度对各模型预测精度的影响,发现所有模型会随着预测长度增加而预测精度降低,但在不同的预测长度下LSTM预测的RMSE值都低于其他模型。

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    21. 基于DMSP-OLS与NPP-VIIRS整合数据的中国三大城市群城市空间扩展时空格局
    董鹤松, 李仁杰, 李建明, 李帅
    地球信息科学学报    2020, 22 (5): 1161-1174.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190711
    摘要274)   HTML8)    PDF (13360KB)(63)   

    通过拟合最优幂函数模型,将NPP-VIIRS影像模拟为DMSP-OLS影像,构建了京津冀、长江三角洲(简称长三角)和珠江三角洲(简称珠三角)三大城市群1992—2017年长时间序列夜间灯光影像集。参考城市建成区统计数据确定夜间灯光最佳阈值提取城市范围,有效剥离统计数据中包含的经济活力不足的城市空间,识别出不属于统计范围的低等级、高活力城镇区,创新了数据应用视角。研究表明:① 县级城镇和市级以上城市对三大城市群城市范围的贡献度不同。京津冀腹地广阔,县级城镇是区域经济活力的重要组成部分,整体上贡献度最大;1990s初期长三角部分县级城镇经济活力较强,大量撤县设市后县级城镇数量减少,逐渐在2005年后低于京津冀;珠三角受到社会经济发展条件和行政单元划分的影响,县级城镇对城市范围的贡献在3个城市群中始终最小。② 三大城市群城市扩展非均衡性特征存在差异。京津冀城市扩展为京、津主导下的“双核”模式,非均衡性显著,尚未形成完善的城市规模体系;长三角和珠三角城市集聚特征明显,均衡性更强。重心迁移的路径、方向和距离反映各城市群不同的扩展强度和作用模式。③ 城市空间扩展格局整体均呈现热点区不断扩大、冷点区不断缩小的特征。其中京津冀热点和冷点区相对稳定,热点区向心集聚作用较强;长三角和珠三角空间格局变化较大,区域核心城市带动作用较强。

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    22. 历史名人轨迹的空间可视化与分析
    王妮满, 秦昆, 罗俊, 陈昆, 胡圣
    地球信息科学学报    2020, 22 (5): 978-988.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190770
    摘要269)   HTML16)    PDF (17006KB)(56)   

    历史名人的行为轨迹反映了当时的历史文化背景,通过历史名人行为轨迹的空间化和可视化,可以对历史社会状态进行探索和分析。对历史名人的社交关系网络进行可视化研究,有利于剖析当时的政治背景与人物关系。目前,基于GIS的空间人文社会科学深层次分析方法和工具还很少,根据地理位置对历史人物的社交网络进行分时段的研究也很少。本文以玄奘和欧阳修为例,探索了基于WebGIS的历史人物轨迹空间可视化分析方法,基于核密度估计与标准差椭圆的空间分析方法,分析历史名人轨迹点的空间分布特征,统计迁徙指数、首都距、家乡距、成长地距以分析基于距离的轨迹点移动特点;分时段构建了历史名人的空间社交网络,并结合历史背景、名人事迹、名人作品和空间化结果进行了综合分析。分析结果表明: ① 历史名人的迁移轨迹与当时的历史人口迁移趋势基本是一致的,受社会变动影响较大;② 历史名人在事业上升期有更大的社交网络圈,而在人生没落阶段社交网络圈减小。本文对历史名人轨迹的空间可视化与分析方法进行了探索,可以为空间人文社会科学相关领域的分析研究提供参考。

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    23. 基于普查和手机定位数据的乡镇尺度人口空间化方法研究
    王晓洁, 王卷乐, 薛润生
    地球信息科学学报    2020, 22 (5): 1095-1105.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190806
    摘要267)   HTML8)    PDF (9784KB)(28)   

    人口在空间上的实际分布是人口地理学研究的基础和热点问题。目前全球不同尺度的人口空间化数据产品因生产方法、数据源等有较大差异,空间化产品的一致性存在较大差异,尤其是共性需求集中的1 km数据产品。本文以京津冀地区为研究区,基于2000年乡镇尺度的人口普查数据和可开放获得的手机定位数据,利用光影投射法计算人口分布权重,结合面积权重法和指数平滑法得到京津冀地区1 km分辨率的人口空间化结果PJ2000。该产品较好地反映了京津冀人口实际分布细节特征。经精度评定,PJ2000人口空间化的总体精度为90%,人口空间化相对误差小于0.5的乡镇(街道)数约占87%,PJ2000与2000年乡镇街道人口统计数据pop2000的相关系数r高达0.95。结果证明,结合乡镇尺度人口统计数据和手机定位数据等多源数据所构建的人口空间化模型,所获1 km分辨率人口密度数据集精度得到显著提高。

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    24. 基于多源数据的中国智慧城市发展状态评价
    杜德林, 黄洁, 王姣娥
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1294-1306.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190702
    摘要265)   HTML4)    PDF (9936KB)(38)   

    随着移动互联网、云计算、大数据等新一轮信息通信技术的发展,智慧城市逐渐成为城市建设的重要发展趋势。“十三五”期间,全国各城市纷纷制定智慧城市建设或发展规划,并将其定位为城市中长期发展战略的重要组成部分。由于智慧城市涉及范围广泛、内容体系庞杂,目前还在不断发展完善之中,尚未形成统一的评价标准。基于此,本文对比了国内外智慧城市评价重点与趋势,以提高城市可持续发展能力、实现高效、公平的城市管理、保障民生福祉为目标,构建了包括智慧经济、智慧交通、智慧医疗、智慧教育、智慧管理等多子系统的智慧城市评价指标体系;运用文本、网页、统计等多源数据,本文开展了全面的、统一的、多层次、模块化的全国智慧城市发展状态评估,并从子系统协调程度对智慧城市发展提出了建设性意见。研究发现:① 从整体评价结果分析,除北京、上海、广州、武汉、成都、杭州、天津和南京8个城市综合得分及各子系统得分都较高外,绝大部分城市的智慧建设水平不高;② 在空间分布上,沿海地区的智慧城市建设水平普遍高于内陆地区,直辖市和省会城市高于其他城市;③ 从协调关系分析,70%以上城市的5个子系统为中度甚至低度协调,80%以上城市以智慧教育或智慧医疗成为发展短板,这也是未来政府应关注的重点。本文通过构建指标体系,探讨了中国智慧城市的发展状态,为城市未来的发展和管理提供了借鉴与参考。

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    25. 融合多源大数据的武汉城市空置区域评估与分析
    杨建思, 柳帅, 王艳东, 廖明生
    地球信息科学学报    2020, 22 (5): 997-1007.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190620
    摘要258)   HTML14)    PDF (17568KB)(60)   

    在城市不断发展与扩展的同时,许多建成区可能会出现空置,表现为人口、企业稀少,生产水平严重低下,对城市空置区域的评估能够反映当前城市内部各区域发展状况,能够作为城市改造更新的依据。本文提出了一个以空置指数来量化评估城市内部层面空置现象,并对其影响因素进行探究的方法。根据“空城”的外在特征:建筑水平与社会活动水平,空置指数通过较高分辨率夜光遥感影像(Luojia1-01)和土地覆盖信息得到;同时依据城市空间活力营造原则,通过社会感知数据与路网数据量化产生空置现象的内在影响因素;并通过随机森林模型对空置指数精细化以及对影响因素重要性排序。以武汉市城区为例,用该方法对空置指数可视化,可识别出空置现象严重的区域,主要为老旧城区、工厂库房、单一功能的公共设施区域等,同时道路的可达性与人流密度对空置现象影响较大,且建立的随机森林模型精度 R 2 可达84.6%,对空置指数通过随机森林拟合后,其可视化分辨率由130 m优化至25 m。本研究结果可为城市中空置现象的改进提供依据。

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    26. 2003—2018年中国地级城市土地出让交易状况及时空动态特征
    张小东, 韩昊英, 陈宇
    地球信息科学学报    2020, 22 (9): 1823-1836.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190487
    摘要255)   HTML4)    PDF (10570KB)(20)   

    本文结合2003—2018年中国土地市场网的土地出让数据,利用核密度分析、冷热区分析和空间可视化等方法,对土地出让空间分布、出让土地来源和用途等要素进行对比研究,总结出中国地级市土地出让的空间结构分布特征。研究结果显示:① 2003—2013年全国土地出让增速明显,2013年后土地出让总量增速放缓,但土地出让收入在持续增长,土地出让整体呈现出“量变到值变转化”的特征;② 2003—2018年用地出让构成变化趋势为:道路与交通设施用地、绿地与广场用地出让占比增长较为明显,居住用地、商业用地、公共管理与公共服务设施用地出让占比稳定,工业用地、物流仓储用地和公用设施用地出让占比增速开始放缓,并呈现出收缩趋势;2003—2018年土地出让来源差异显著,主要来源于新增建设用地,对存量用地的再开发利用率较低,盲目的外向扩张不利于新型城镇化建设;③ 2003—2018年土地出让呈现出“点-线-面”的空间演变特征,形成了多核心、层级分明的圈层空间结构,展现出“核密度重心由北向南、由西向东转移”、“核心城市高度集聚、外围城市密集、区(县)稀疏”的空间演进特征;其中,不同用地也呈现出不同的空间演进特征:工业用地出让增速由东北地区向全国扩张后,逐步向华东沿海城市收缩,并呈现出“由一般城市到省会城市,再到其周边城市”的空间演变特征;居住用地出让面积由省会城市带动周边城市增长,增长到一定程度,逐渐向华南和华东中心城市收缩;商业用地出让较为稳定,未出现收缩现象、增速较为均衡;其他建设用地出让面积分布覆盖范围较均衡,也反映出全国基础设施建设土地资源配置比较均衡。

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    27. 基于街景影像多特征融合的广州市越秀区街道空间品质评估
    崔成, 任红艳, 赵璐, 庄大方
    地球信息科学学报    2020, 22 (6): 1330-1338.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.200072
    摘要254)   HTML11)    PDF (10017KB)(29)   

    全面准确地描述街景影像的多层次特征在基于街景影像对街道空间品质进行评估的研究中具有重要意义。以广州市越秀区为例,获取前后左右各视角街景影像中手工设计的特征(SURF特征、HOG特征)和基于深度学习的特征(语义特征),基于单一特征和多特征融合采用支持向量机(Support Vector Machine, SVM)、随机森林(Random Forest, RF)训练各视角的评估模型。结果表明,以基于SVM建立的单特征模型为例,基于HOG特征(73.03%)、语义特征(72.28%)的模型平均精度优于SURF特征(56.00%),基于SVM前后左右各视角模型的最优分类精度为82.8%(前)、81.7%(后)、76.6%(左)、76.6%(右),而基于RF各视角模型的最优分类精度为82.8%(前)、85.0%(后)、78.1%(左)、70.3%(右)。前后视角的模型精度略优于左右视角。各视角最优模型均为多特征融合模型,最优模型平均分类精度和Kappa系数可达80.6%和0.62。利用街景影像评估街道空间品质时,各算法之间性能差异微弱,而特征选择及组合方式是提升精度的关键。越秀区街道空间品质存在明显空间分异,其西南部的街道空间品质亟待提升。本研究构建了基于街景影像多特征融合的大规模高精度街道空间品质测度方法,实现了对越秀区街道空间品质的评估,研究结果可为相关部门进行街道环境综合整治提供参考。

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    28. 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251)   HTML11)    PDF (6405KB)(56)   

    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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    29. 一种基于FY3D/MERSI2的AOD遥感反演方法
    陈辉, 厉青, 王中挺, 马鹏飞, 李营, 赵爱梅
    地球信息科学学报    2020, 22 (9): 1887-1896.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190206
    摘要241)   HTML0)    PDF (4093KB)(24)   

    针对目前国产卫星对气溶胶遥感监测应用较少的情况,本研究综合暗象元和SARA算法优势,基于FY-3D MERSI2数据构建了一套气溶胶光学厚度(Aerial Optical Depth, AOD)快速遥感反演方法。首先,引入了传统暗象元算法中的地表反射率经验关系,然后利用AERONET长时间序列的地基观测数据,构建了红波段和蓝波段气溶胶光学厚度、不对称因子和单次散射率之间的关系,最后利用MOD04和AERONET的AOD产品对研究反演结果进行了验证和评估分析。结果发现:① 本研究反演的AOD不仅保持了与MODIS的气溶胶产品空间分布的一致性,而且合理地呈现了AOD的高值分布,改进了MOD04气溶胶产品在云和亮目标方面反演缺失问题;② 利用AERONET地基观测结果对本研究获取的MERSI2的AOD反演结果进行了对比分析,发现二者具有较高的线性相关性,蓝波段AOD线性相关系数超过0.85;③ 利用MERSI2数据完整地捕捉到了2018年3月9—14日京津冀及周边区域的一次重污染过程中气溶胶时空分布变化情况,这也说明了FY3D卫星具备良好的气溶胶遥感监测能力,为我国灰霾监测和预警提供参考依据。本研究对大力发展国产卫星在大气环境遥感的应用有重要参考意义。

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    30. 基于独立成分分析和随机森林算法的城镇用地提取研究
    蒲东川, 王桂周, 张兆明, 牛雪峰, 何国金, 龙腾飞, 尹然宇, 江威, 孙嘉悦
    地球信息科学学报    2020, 22 (8): 1597-1606.   DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190385
    摘要239)   HTML4)    PDF (17504KB)(33)   

    城镇用地信息是联合国2030年可持续发展议程关注的重点之一。城市在世界范围内迅速扩张,快速准确地获取城镇用地信息对于政府决策具有重要作用。城镇土地覆盖信息非常复杂,包括人工建筑、树木、草地、水体等多种地表覆盖类型。基于传统人工测绘获取城镇用地信息费时费力并且难于及时更新。Landsat等遥感卫星数据为城镇用地信息提取提供了丰富的数据源。基于卫星遥感数据提取的城镇用地信息可以为未来城市的建设和管理提供基础的科学决策数据。基于监督分类方法和卫星遥感数据可快速地提取城镇用地信息,然而特征变量的选择对于高精度城镇用地信息提取尤为重要。为研究不同特征变量组合对于城镇用地信息提取的影响,以北京市为研究区,以2017年7月10日获取的Landsat 8 OLI影像为数据源,通过数据预处理、纹理提取、独立成分分析、主成分分析等得到4个维度的29个特征,选取了7种特征组合方案进行城镇用地提取。考虑随机森林算法性能稳定,分类精度高和可以方便进行特征重要性评价等优点,选择其作为监督分类算法以提取城镇用地信息,并进行了精度评定,以确定最优的城镇用地提取特征组合。研究发现:综合利用光谱特征和独立成分分析后的影像特征,提取城镇用地的总体精度为93.1%,Kappa系数为0.86,优于利用其他特征的提取结果;基于随机森林算法对数据进行训练后输出的各变量的归一化变量重要性与特征均值的标准差结果存在相似性,利用随机森林算法的变量重要性估计与特征均值折线图都可以进行变量重要性评价。

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