本文主要对城市形态信息图谱的理论框架构建进行研究,并通过具体案例实践进行理论框架解析.首先,从城市形态的本体特征、层次结构、驱动机制三方面探讨城市形态的本体论,归纳总结城市形态本体;其次,从认识论角度对城市形态进行剖析,得出对于城市形态,应遵从系统论的认识;再次,在方法论的层面,通过对城市形态诸多方法进行探讨与比较,得出地学信息图谱方法是城市形态研究领域新的思维变革,地学信息图谱以其特有的"形数理"一体化的思维方式为城市形态的研究提供了的借鉴;然后,以中国222个城市为样本库,建立中国城市形态信息图谱,剖析应用城市形态信息图谱方法论进行城市形态研究的一般思维过程与技术流程,同时,构建中国城市形态信息图谱规划指导库,为城市规划提供指导;最后,总结城市形态信息图谱方法论的优势与不足.本研究尝试了将地学信息图谱方法引入城市规划领域,并通过案例证实了其实用性.

紧急情况下人员快速、安全疏散是室内空间智能化导航和路径规划服务的研究热点.本文采用房产空间管理数据为数据源,以"路径"和"节点"为关键要素,设计了楼宇空间路径模型,用以表达楼宇内部的空间关系及拓扑结构.基于此模型进一步研究了用于紧急疏散的楼宇路径构建算法,论述了构建"单楼层"和"多楼层"路径过程中走廊(过道)路径提取、房间结点融合、楼宇三维路径模型构建等关键技术.最后设计了原型系统,集成寻径算法,验证了楼宇空间疏散路径建模的实用性.

在滨海地区,堤坝干扰对自然植被景观及土壤属性的梯度变化规律有重要的影响.本文采用统计分析和梯度分析的方法,在RS信息提取和GIS空间分析技术的支持下,从植被群落的变化入手,从样地尺度上研究堤坝对黄河三角洲海岸带土壤环境的影响并揭示堤坝干扰下,土壤属性的梯度变化规律.研究表明:(1)堤坝影响海岸带地区自然植被的盖度,并且堤坝干扰在一定程度上加速了黄河三角洲海岸带地区自然植被群落的正向演替.(2)有堤区的全氮、速效钾和全盐在距海远近梯度上的变化趋势受堤坝干扰的影响较大,并且堤坝所在区域的位置和建堤时间都将对土壤属性的影响程度造成差异.(3)堤坝干扰下全氮呈线性递增,速效钾和全盐均呈线性递减,且北部的变化率高于南部.随着堤坝建成时间的增长,三者的梯度变化趋势趋于缓慢,变化率降低,堤坝建成约25年后,全氮的线性递增率为0.003,其变化趋势几乎达到稳定.这进一步解释了有堤区在距海远近梯度上自然植被景观异质的原因,也对黄河三角洲大开发背景下,湿地景观的恢复和保护具有一定的指导意义.

精准农业是指按照田间每一操作单元的具体条件,精细准确地调整各项土壤和作物管理措施,最大限度地优化使用各项农业投入(如化肥、农药、水、种子和其他方面的投入量),以获取最高产量和最大经济效益,同时减少化学物质使用,保护农业生态环境,保护土地等自然资源.本文从精准农业对数据的要求入手,提出以格网为单元的精准农业数据库的设计思想.采用地理空间定位网格的形式组织和应用农业信息,对于支持地理数据的共建共享,方便多源、多尺度农业空间信息的整合与应用分析,实现网格内的土壤本底和作物种植研究,从而实现农业的精准操作有着十分重要的意义.本文通过研究田间(不同网格内)各种因素(气候、土壤、种子、农机、化肥、农药、能源等)的变化,找出它们之间的相关性,以达到选定最佳种植方案,进行自适应喷水、施肥、施药,保持作物良好的生长条件,并获取最高产量和最大经济效益,同时保护农业生态环境及土地等农业自然资源的目的.

在地质灾害详细调查的基础上,基于GIS平台以地质灾害点密度为依据生成初步地质灾害易发性区划图.从诱发地质灾害的内部因素出发将地层岩性、地形坡度、地貌类型、植被覆盖率、多年降雨量分级后,叠加到初步易发性区划图中,生成了地质灾害气象预警区划基图.以降雨作为诱发地质灾害的主导外在因素,重新对泾川县进行了地质灾害气象预警区划,在重点预警区及次重点预警区采用临界日综合有效过程降雨量模型判据法,开展地质灾害气象预警预报研究.通过实际发布预警信息的检验结果来看,从总体上取得了较好的预报效果,该方法符合该区的实际情况,简捷、实用、有效,为进一步研究陇东黄土区地质灾害气象预警提供科学依据.

空间信息获取和处理技术,可将传统关系型社会经济数据转变为空间化的矢量或者格网数据。首先,分析了传统关系型社会经济数据库的不足,并对社会经济数据格网化理论研究及格网数据库建设的历史做了回顾;在明确社会经济数据格网化基本概念的基础上,提出了社会经济数据格网化的3个基本要求,即时间可比、空间一致和逻辑自洽;同时提出了一个包括24个关键指标的国家尺度社会经济格网数据库的指标体系,认为社会经济格网数据库生产过程的主要步骤为逻辑检查、空间匹配、代码匹配、空间离散和检查校验;研究对国家尺度社会经济指标的空间离散过程和离散模型、不同层级社会经济数据的整合和离散策略进行了重点分析。研究最后就社会经济数据格网化过程中存在的主要问题进行了总结。

森林植被碳密度是衡量森林生态系统服务功能和产品供给功能高低的一个重要指标。本文以四川省石棉县为例,在森林资源二类调查数据的基础上,提出建立森林植被生物量、碳量及其密度GIS数据库,开展其碳密度分布知识发现的研究,从中发现了该县碳密度分布知识。该县有林地森林植被碳量达到364万t,冷杉、云杉、铁杉和桦木占总碳量的83%;有林地森林植被碳密度为40t/hm²,其云杉和冷杉分别为47t/hm²和43t/hm²;碳量随坡度等级的增加而增加,25°以上坡地的森林植被碳量占总碳量的91%;25°以上森林植被碳密度比25°以下森林植被的碳密度高。微度与中度土壤侵蚀下的森林植被碳密度较高,在42t/hm²以上;剧烈与极强侵蚀下的森林植被碳密度相对较低,为29t/hm²。森林植被碳密度与郁闭度之间在0.05的水平上显著相关。研究表明,该县冷杉与云杉林保护较好,25°以上区域的森林保护较好,因此,具有较高的森林植被碳密度。森林植被碳密度越高的区域,其水土侵蚀强度越低。该研究成果对加强该县森林资源的保护,特别是该县国家与省级自然保护区的保护建设具有重要意义。

本文主要针对我国改革开放以来地区间经济发展的差距究竟是扩大(发散)还是缩小(收敛)的问题开展了研究。首先,对全国各省(市)1980-2008年的人均名义GDP数据进行了空间自相关分析,探讨了全国区域经济发展的地区差异变化,揭示了1984年以后中国各地区之间的经济发展的正空间自相关关系,即全国区域经济发展差异在整体上是收敛的。本文进一步引入传统经济研究方法的σ-收敛模型进一步论证全国区域经济发展差异的整体收敛性。σ-收敛模型的研究结果表明,中国区域经济发展在20世纪80年代期间是收敛的,90年代则呈现一定的发散特征,从90年代末到2008年恢复收敛态势,且在整体趋势上是收敛的。该研究尝试了将空间分析方法引入经济发展收敛性与发散性研究的途径,并实证了其可靠性。

以珠穆朗玛峰国家自然保护区为研究区域,选取2009年23幅MODIS NDVI影像,采用傅里叶变换的HANTS算法去除云干扰,并重构NDVI时间序列图像。(1)根据研究区沼泽湿地与其他地物类型物候特征的差异,利用光谱角制图方法(SAM)获取了研究区2009年沼泽湿地的分布图。研究区沼泽湿地共有2481.13km²,占全区面积的6.88%;其中定日县分布最多,占沼泽湿地总面积的36.85%;其次为定结县、聂拉木县和吉隆县,分别占25.79%、24.5%和12.86%;(2)选用年平均气温的线性变化趋势为自然风险因子,居民点和道路影响为人为风险因子,对研究区沼泽湿地进行退化风险评价,划分为低风险、较低风险、一般风险、较高风险、高风险5个级别,各风险级别沼泽湿地面积占沼泽湿地总面积的比例分别为7.39%、13.61%、24.72%、31.43%、22.84%。

采用1957与1982年的地形图和1995与2008年两时相的卫星影像提取城镇建设用地信息,运用ArcGIS建立广佛都市区路网与建设用地数据库。采用相关性分析方法,定量地分析广佛都市区道路密度与建设用地之间的影响。结果表明,道路密度和城镇建设用地比重两个变量系数之间呈高度的线性正相关关系,不同年份区镇的道路密度与城镇建设用地具有相互影响关系。道路密度高的区域一般对应城镇建设用地密集的区域,道路密度发展快的区域一般对应城镇建设用地扩展快的区域。从1957-1982年和1982-1995年两个时期来看,道路发展较快分区要多于城镇建设用地扩展较快的分区,城镇建设用地的扩展稍滞后于道路发展,城镇建设用地的扩展受道路发展的影响。1995-2008年时期城镇建设用地迅速发展,较快发展的分区明显多于道路发展较快的分区,城镇建设用地的扩展也反作用于道路的发展。

结合遥感地质找矿的典型案例,包括石油、煤炭、有色金属、铀矿和非金属等矿产,总结回顾了我国遥感地质找矿从起步-高潮-低潮-高潮的发展历程和取得的科技进步,指出遥感地质找矿历程虽然曲折,但一直在创新中前进,在曲折中进步,推动着我国找矿事业的持续发展,促进着我国矿产资源的发现。同时从国家需求、应用领域、技术发展和理念更新等四个层面,展望了遥感地质找矿的发展前景,特别是强调了国家的需求是遥感找矿的动力,高空间分辨率的高光谱遥感数据为遥感直接找矿带来了希望;"光谱地壳"计划提出的矿物高光谱立体填图,为探索遥感技术的深部找矿开辟了新的途径;陈述彭院士强调的遥感的应用应从"技术索引"的思路中走出来,从"技术层面提升到科学层面",为今后遥感找矿的深化应用指明了方向。在综合分析遥感地质找矿的科技进步与发展前景的基础上,指出现在是机遇与挑战并存,而机遇大于挑战,应抓住机遇,应对挑战,再创遥感地质找矿的新局面。

卫星传感器数据提取的地表环境参数是全球变化和区域资源环境研究的重要信息源。时间序列数据的重构旨在利用多种统计和数值分析方法,模拟参数的季节/年度变化规律,从而插补缺失观测值,优化时间序列数据,为相关研究提供更加完备的基础数据。目前,数据重构主要应用在植被指数、叶面积指数、地表能量平衡参数等,重构的方法包括阈值法、滤波方法和非线性拟合等。随着卫星传感器时空、波谱分辨率的提高和研究的深入,耦合了遥感反演模型和陆面过程模型的数据同化重构方法,是今后研究和应用的重要方向。

在一般的水动力模拟中,入湖河口的数量和位置基本是不变的。鄱阳湖水位高动态变化的特征,导致了入湖河口数量和位置变化等特殊的运动边界问题。本文在分析水动力模拟的湖泊形态结构特征的基础上,概化了高水位湖相型、中水位涨水型、中水位退水型和低水位河相型4种水动力形态结构模式,以解决高水位变幅导致的边界移动、入湖河口数量和位置变化等运动边界序列问题,4种水动力形态结构模式之间的运动边界问题,采用在计算流体力学领域中现有的干-湿网格法运动边界处理技术,从而形成浅水湖泊复杂边界高动态水位条件下复合模式的运动边界处理方法;并利用MapWinGIS开发控件,实现了不同模式的边界拟合正交曲线格网的生成与模拟结果的可视化;系统采用面向对象的Visual Studio C#和Visual Fortran编程语言,以松散耦合方式将数据前后处理与交互模块与水动力模拟的核心模块进行集成。利用集成的鄱阳湖水动力模拟系统并采用低水位河相型模式对1999年12月6-14日的鄱阳湖水动力进行了模拟,模拟结果表明系统具有较好的运动边界处理效果。

地下矿产资源开采引起的地面沉降是世界上各矿产资源大国共同面临的一种严重环境问题,我国也不例外。随着世界范围内矿产资源消耗量的急剧增长,这种问题将日益突出。为了尽可能减轻由地下矿产开采引起的地面沉降,对地面基础设施的损害与自然环境的破坏,对地面沉降进行精确预计显得尤为重要。本文首先对国内外地下矿产开采引起的地面沉降主要预计方法的特点及适应性,进行了系统地分析与总结。在此基础上,作者依据各自的适应性,将地面沉降预计方法分为两大类:(1)对地面沉降空间分布规律的预计;(2)对地面沉降时间变化规律的预计。进而,提出了未来地面沉降预计中切实可行的研究方法与内容,主要包括:(1)对具体地质采矿条件下地面沉降规律的预计研究;(2)对地面沉降预计的时空统一问题的研究;(3)地面沉降预计与实地监测的一体化的研究。最后,作者分析了地下矿产开采引起的地面沉降预计前景。

地形湿度指数可定量模拟流域内土壤水分的干湿状况,是静态土壤含水量的最常用指标,具有明确的物理意义。但是,由于DEM本身的结构特点,其提取的地形湿度指数具有尺度依赖性。本文主要探讨因DEM水平分辨率不同而导致的DEM栅格单元异质性,对地形湿度指数提取的影响。以厦门市地貌类型比较复杂的西源溪流域为实验区,使用1 ∶1万等高线生成的2.5m和20m分辨率DEM数据,分别提取地形湿度指数并计算栅格单元地形异质性指数,分析DEM栅格单元异质性指数与地形湿度指数之间的关系。研究表明,基于高程标准差、地势起伏度、景观破碎度和多样性的栅格单元异质性指数与地形湿度指数偏差之间均存在显著的负相关性,这4个异质性指数对地形湿度指数差值的对数回归模拟效果良好且显著有效。这对低分辨率DEM提取地形湿度指数的误差纠正,以及描述区域土壤含水量等地形湿度指数的应用研究具有积极意义。

农业表层土壤碳库容易受人为强烈干扰,而又可以在较短的时间尺度上进行调节,当今我国经济发达地区土地利用变化必然会对土壤固碳产生重要影响。本研究以江苏省吴江市水稻土为例,利用新一代中分辨率成像光谱仪(MODIS)和TM/ETM影像提取了1984年稻田面积,以及这部分稻田在2000-2005年的土地利用变化状况。研究中以最大似然法对TM/ETM、MODIS影像应用归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)和陆地水分指数(LSWI)掩膜的方法作了识别提取;同时,结合第二次全国土壤普查、2003年耕地地力调查点和吴江市农林局土肥指导站长期定位点的土壤有机碳数据估算了1984年和2000-2005年土壤碳库变化情况。结果表明:近20多年来尽管吴江市水稻土水耕熟化过程中有机碳总体呈增加的趋势,但由于大量稻田被非农用地所取代,导致土壤固碳能力大幅度下降,尤其从2001年开始从"碳汇"变成"碳源"。因此,在我国经济发达区应密切关注耕地转换成非农用地而导致的土壤有机碳的损失。

交通是联系地理空间和社会经济活动的纽带。在我国主体功能区划评价中,交通优势度是其中一项重要指标。本文利用最新的基础地理数据及相关统计资料,以河北省147个县域为基本评价单元,进行了GIS空间分析。其构建了河北省交通优势度评价模型,运用层次分析法确定了交通网络密度、交通干线影响度、区位优势度三个因子的权重:0.267、0.404、0.329。同时,对全省的交通网络密度、交通干线影响度和区位优势度,以及各县级行政区的交通优势度状况进行了计算,综合评价结果显示,河北省交通优势度比较高的地区主要集中在石家庄市、秦皇岛市、唐山市、邯郸市及其附近县区,北部山区的交通优势度比较差。最后,将各县的人均GDP状况与交通优势度水平进行对比和定量分析,计算得出两者的相关系数为0.408,呈低度正相关。

资源环境承载能力作为主体功能区划评判的主要依据之一,其反映了资源环境同人类经济、社会活动相互匹配与适应的关系,是主体功能区划研究和实践的重点。本文重点分析了现有资源环境承载力含义、相关指标以及指标测算方法等相关研究成果, 并在省级主体功能区划中资源环境承载力测算和评价实践的基础上,针对现有评价指标体系和计算方法主要从资源环境的自然属性出发,忽略了人类社会对自然的改造能力,无法全面表征资源环境实际承载能力的问题,提出以空气、水、土地、能源和生态5类要素作为约束区域发展的主要因子,分别从资源属性和环境属性两个方面,对每类要素进行单因子发展潜力评价,在现有测算自然总量的计算方法的基础上,通过增加人类科技的贡献分量作了改进。 结合省级主体功能区划评价实践,对其中资源环境承载力指标,以及指标的计算方法进行了讨论。

在综合考虑气候、植被、地貌等因素的基础上,提出一种基于多层次格网模型的最近邻指数-模糊聚类生态区域划分算法 (Nearest Neighbor Index Fuzzy Clustering, NNI-FC)。该算法采用"自下而上"的方式,首先,利用离散格网单元之间的严格相似性形成区划的核心分区;然后,通过最近邻指数统计分析细碎分区的空间格局及其面积覆盖率,再以模糊聚类方法将相似度最大的细碎区聚合归并,即可得到相应的生态区划方案。数值实验证明了该算法可以很好地体现区域的分异特征,并且具有较高的效率。

分析了青海省三江源区草地生态系统土壤侵蚀的空间差异,以及草地退化与土壤侵蚀的关系,并对该区近30年来土壤侵蚀的动态变化进行描述。结果表明,该区域微度以上土壤侵蚀面积占源区总面积的46.47%,而草地生态系统发生微度以上土壤侵蚀的面积比例达56.04%。源区土壤侵蚀类型是以冻融侵蚀伴随着水力侵蚀或风力侵蚀的复合侵蚀为主,分别占源区土壤侵蚀总面积的41.93%和20.48%,侵蚀程度以轻度为主。源区土壤侵蚀受垂直地带性和区域地貌格局的影响,水力侵蚀、风力侵蚀、冻融复合型侵蚀分别发生在3200~4600m、2800~3600m和4400m以上的海拔范围内,以及5~25°、<3°与5~15°的坡度范围内,与坡向关系不大。风力侵蚀和冻融复合型侵蚀的程度随海拔升高而呈增加趋势,而水力侵蚀则呈下降趋势。对20世纪70年代中后期-90年代初、90年代初-2004年两个时段土壤侵蚀的比较发现,20世纪90年代以来三江源区的土壤侵蚀状况在前期加剧的情况下更加恶化,而气候暖干化导致的多年冻土退化和长期超载过牧导致的草地生态系统退化是造成三江源区草地生态系统土壤侵蚀加剧的主要因素。