地球信息科学学报

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基于SOA的地球系统科学数据共享平台架构设计与实现

诸云强, 冯敏, 宋佳, 刘润达

2009, 11(1): 1-9.

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为了能够有效整合集成分散、异构的地球系统科学数据资源,为用户提供“一站式”的数据共享服务,需要一种分布式的数据共享平台.本文首先分析了分布式地球系统科学数据共享平台对互操作的需求,然后设计了基于SOA(Service-Oriented Architecture)的分布式地球系统科学数据共享平台的总体架构.该平台由物理上分布、逻辑上统一的总中心、认证中心和分中心共同构成,采用Web Services技术将数据共享核心业务封装成一系列的Web服务:数据中心信息同步服务、元数据推送与管理服务、多源异构数据访问服务等.通过Web服务这种松散的耦合机制,不仅能够很好地实现数据中心之间的互操作,而且具有良好的开放可扩展性,可快速纳入新的异构系统作为分布式数据共享平台的节点,其数据共享核心服务,也可以方便地集成到其他应用系统中,为它们提供数据共享的功能.最后介绍了Web服务实现与部署的方法.分布式的地球系统科学数据共享平台已经应用到国家科技基础条件平台建设项目:地球系统科学数据共享网中.截止到2007年底,通过共享平台成功整合了10.23TB的分散数据资源,为3万多用户提供17TB的数据服务.

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基于概念分析的空间数据挖掘研究进展

秦昆, 李振宇, 杜鹢

2009, 11(1): 10-17.

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空间数据挖掘的过程与空间概念形成和分析的过程密切相关.本文以空间数据中抽取出各层次、各粒度的概念为主线,以概念形成和分析的形式化理论——概念格和云模型为理论基础,总结了基于概念分析的空间数据挖掘方法及应用,包括概念格的空间关联规则挖掘方法及应用、概念格的概念聚类挖掘方法及应用、云模型的空间关联规则挖掘方法及应用、云模型的空间聚类/分类挖掘方法及应用等.概念格提供了一种形式化的概念描述和概念结构分析的理论和方法,云模型提供了一种综合处理模糊性、随机性以及二者之间关联性的不确定性理论和方法,利用概念格、云模型等形式化的理论和方法分析和描述空间数据挖掘过程中空间概念的形成、空间概念的结构关系、空间概念之间以及空间概念层次之间的不确定性是概念分析的空间数据挖掘研究的进一步的研究方向.

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空间数据文件的实时版权保护

李安波, 闾国年, 周良辰, 林冰仙, 顾竹

2009, 11(1): 18-23.

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地理空间数据是国家重要的战略性信息资源,是经济、国防建设和社会发展的基础数据,因此,其版权保护问题至关重要.面向空间数据文件的版权保护的需求,本文在利用传统版权标记技术,特别是数字水印技术进行文件认证的基础上,通过文件系统过滤驱动技术及加密技术,实现了数据文件的动态加解密和版权标记的实时检测功能,形成了空间数据文件的实时版权保护方案.该方案有效弥补了目前版权标记技术仅用于认证的不足,可进一步实现对空间数据文件的内容保密、实时版权标记检测与访问控制,客观上降低了对版权标记嵌入容量及嵌入算法鲁棒性的要求.

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气象目录服务系统的设计与实现

王国复, 孙超, 何小明, 朱江, 陈学君

2009, 11(1): 24-29.

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随着科学数据共享服务的发展,科学数据共享平台需要实现的不只是元数据的查询和导航,更要实现科学数据的统一访问.目录服务统一实现了数据的发现、访问和管理是科学数据共享服务技术体系的重要组成部分,它的核心技术是元数据技术.在分析气象科学数据共享服务的特点基础上建立的气象元数据目录服务系统,由元数据网关、元数据服务器、元数据目录服务及元数据库组成.它实现了分布式的数据存储、统一的目录服务和数据访问、统一认证和分布式授权等功能,丰富了气象科学数据的共享手段,提高了服务效率.元数据目录服务技术也将在其他气象信息管理平台和气候系统数据库系统建设中发挥重要的作用.

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基于XML的APDM管道数据模型的定制、扩展与实现

王双, 万庆

2009, 11(1): 30-35.

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APDM是ESRI发布的Geodatabase的管道行业数据模型,其在整个管道完整性管理的体系中,APDM能够有效地存储和管理管道数据.但要成功地实施数字管道的完整性管理,模型的维护管理工作至关重要.APDM数据模型管理涉及到两个关键性的问题,即模型的定制和扩展.本文针对APDM 4.0的模型规范,根据其数据模型的特点,提出了基于XML实现APDM数据模型的初始化,即模型的定制,以及用户如何对已有的数据模型进行自定义修改,即模型的扩展.本文介绍了APDM数据模型的设计、特点,并详细介绍了XML的解决方案.最后,结合APDM模型的应用实例,分析了该方法的可行性.

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高程内插方法对DEM所提取坡度、坡向精度的影响

贾旖旎, 汤国安, 刘学军

2009, 11(1): 36-42.

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DEM及数字地形分析的精度无疑受到包括高程数据空间内插方法在内的多种因素的影响,本研究利用模拟高斯曲面为基准数据,通过四种不同插值方法结果的对比,分析说明每种插值方法在某一标度范围内插值精度的优劣,从而在应用中针对不同条件采用相应优选的插值方法.在此基础上,对于四种插值方法生成相应的坡度、坡向值,通过与真值的比较探讨插值方法对用DEM提取坡度、坡向的影响.实验结果确定了不同内插方法对坡度和坡向因子提取精度的大小,发现在坡度方面,SPLINE方法内插出来的坡度最精确,其他依次为KRIGING,IDW,TIN;在坡向方面,SPLINE内插出来的坡向最接近真值,是最精确的插值方法,其他依次为KRIGING,TIN,IDW.以上结果为空间插值方法的选择提供了参考.

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DEM数据误差与地形描述误差对坡度精度的影响

贾敦新, 汤国安, 王春, 贾旖旎

2009, 11(1): 43-49.

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数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的数据误差和地形描述误差是两种不同性质的误差.本文以模拟实验获得的高精度DEM为数据源,分析坡度计算精度与DEM数据误差和地形描述误差的耦合关系.研究表明:DEM数据误差和地形描述误差对坡度精度影响是一个反向作用的过程.随着DEM格网的增大,数据误差的影响逐渐减小,地形描述误差的影响逐渐增大;在起伏变化地形区域,坡度误差先减小后增大,且存在一个最佳大小的格网,此时坡度误差最小.最佳格网的大小与DEM数据误差大小和地形起伏变化的复杂程度密切相关.研究结果表明,基于DEM提取坡度的误差来源与误差性质,对正确估算坡度精度具有很好的实际意义.

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基于DEM模型的新填洼算法

于淼, 任立良

2009, 11(1): 50-55.

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本文介绍一种新的填洼算法,该算法定义了溢出高程的概念,并在最小代价搜索算法中结合数据结构中的优先队列,逐步算出每一个栅格的溢出高程,最后得到的高程就是填洼处理的高程数据.利用STL库完成填洼模块的开发,通过对不同分辨率的DEM的处理,发现该算法程序简单,运行速度快,该算法提取的水系效果较好.

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南极Grove山自然保护区信息系统的设计与实现

陈能成, 陈亘晗, 鄂栋臣, 艾松涛, 余杰

2009, 11(1): 56-61.

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位于东南极Grove山地区的天然地质和独特地貌有助于解决许多重大的科学问题.为了保护该地区特殊的科学价值、美学价值和荒野价值,中国提出了建立南极Grove山自然保护区的设想,如何有效管理该地区的信息资源,为保护区的设立和管理提供决策支持成了一个急需解决的问题.本文介绍了南极自然保护区的研究现状,分析了南极Grove山自然保护信息系统数据特点,以及功能和性能需求,设计了双重模式(C/S模式和B/S模式)三层体系框架(数据层、应用层和表现层)的南极Grove山自然保护区信息系统,在此基础上,采用组件式GIS和Web GIS技术实现了原型系统,从而为Grove山空间数据和专题数据的有效管理,以及自然保护区的决策支持管理,提供了保护区信息交流与共享的平台.

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城市应急管理GIS模型与算法应用——以广州大学城为例

陈颖彪, 陈健飞, 苏琪信

2009, 11(1): 62-69.

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随着城市建设的快速发展,各类危及国家和人民群众生命财产安全的突发性事故灾害时有发生.因此,为应对城市各种重大突发事件,城市必须建立一种应急机制或综合的应急管理信息系统.管道分析是GIS技术在城市应急管理模型中的具体应用,利用城市应急管理系统对地下网管进行综合管理,可以将管线信息有序的存入计算机管理系统,实现数据的更新和资源共享.本文以广州大学城管道数据为数据研究基础,结合国内外管网数据模型,在先前开发完成的广州大学城可视化平台基础上加入横断面分析、垂距分析和爆管分析三个分析模块,对管网模型进行了算法改进并编程进行了技术实现,这三个功能模块可以直观地让管理员清晰地了解地下管线的走向和它们之间的空间关系,方便管理各种事务,防止和控制突发事件的发生,尽可能地减少灾害的影响范围.这三个功能可以应用于管道设计、铺设、维修等工作,对社会的经济发展和建设起着保障的作用.

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城镇基准地价评估成果管理信息系统

刘彦花, 陈伟清, 吴湘滨

2009, 11(1): 70-76.

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目前,各城镇一般选择AutoCAD和Excel对基准地价评估成果图和成果表分别管理,这种管理主要问题表现为:数据更新效率低;图与表数据不一致性;数据分析和图表双向查询困难;结果输出形式单一等.系统改用MapInfo系统软件基础平台,建立评估成果空间数据库,利用组件开发方式,建立基准地价评估成果管理信息系统.该系统通过文档管理、成果图表管理和GIS专题子系统集评估成果图、表、文于一体,实现了对成果信息的图形操作、属性管理、信息查询、空间分析和专题制图等,保证了地价评估成果图、表数据显示和更新的一致性,图件编制、数据维护和信息分析更加直观、简单,改善了原有基准地价评估成果管理现状,提高了基准地价评估成果管理水平.

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多极化SAR数据反演额济纳冲积扇地表参数

廖静娟, 庞自振

2009, 11(1): 77-83.

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本文采用遗传算法和后向散射模型相结合的方法,探讨了多极化SAR(Synthetic Aperture Radar)数据反演冲积扇地表参数(地表粗糙度和土壤湿度)的可行性.通过理论模拟和实地地表测量对比,表明该方法在反演冲积扇地表参数方面是切实可行的.该方法可以根据获取数据情况不同,灵活调整反演的代价函数式,并且用于反演的SAR图像必须大于(或等于)两景,数据越多,反演结果越精确.在此基础上,利用ENVISAT ASAR数据和ALOS PALSAR数据,对内蒙古额济纳冲积扇的地表参数进行了反演计算.结果表明,额济纳冲积扇地面相对比较平坦,粗糙度参数变化较小,大部分地区均方根高度小于1.0cm.黑河沿岸地区粗糙度参数较大,而远离黑河的戈壁滩地表粗糙度较小.该地区的土壤湿度反演结果表明,该地区属于极端干旱区域,大部分地区土壤体积含水量低于10%.

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双频多极化SAR数据与多光谱数据融合的作物识别

赵天杰, 李新武, 张立新, 王芳

2009, 11(1): 84-90.

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本文以北京昌平为研究区域,针对农作物的分类特点,结合ASAR的VV极化、新型PALSAR的HH、HV极化以及TM的多光谱数据进行细化分类.首先,使用MIMICS模型对该地区主要农作物玉米和果林的后向散射特性进行了模拟分析,并跟SAR实际观测数据进行对比.在充分认识农作物后向散射的机制和数值大小关系的基础上,构建一种基于BP神经网络和正态模糊分布函数的模糊神经网络模型,结合双频多极化SAR数据和多光谱数据进行农作物类型的识别.研究结果表明:双频多极化SAR数据能够提供有利于作物类型识别的信息,并产生重要的可分离性,其结合多光谱数据进行作物类型识别是一种有效的途径,具有较大的优势.

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黄河三角洲湿地景观格局动态变化分析

宗秀影, 刘高焕, 乔玉良, 林松

2009, 11(1): 91-97.

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在RS和GIS技术的支持下,以黄河三角洲1986,1996,2006年的三期TM影像为数据源,利用遥感图像处理软件对近代黄河三角洲湿地信息进行了提取.借助于地理信息系统软件和景观生态学软件,我们对20年来黄河三角洲湿地景观格局的动态变化,以及影响其格局动态变化的驱动力进行了分析.结果表明:(1)近20年来,人工湿地面积有了大幅度的增加,而天然湿地的比重在降低.其中,滩涂和柽柳灌草丛景观明显萎缩.(2)一些重要的景观格局指数的计算结果表明,20世纪90年代以来,黄河三角洲湿地景观斑块个数、香农多样性指数、香农均匀度指数一直在增加.黄河三角洲湿地景观的破碎化程度在加剧,斑块类型更加多样化,湿地景观中没有明显的优势类型且各斑块类型在景观中均匀分布.(3)湿地与湿地、湿地与非湿地之间发生着类型转化.其中,18.1%的芦苇草甸转化为农田;26.6%的翅碱蓬草甸转化为盐田;11.9%的芦苇沼泽转化为芦苇草甸.(4)在黄河三角洲湿地演化的过程中,受到自然和人为方面演化驱动力的共同作用.其中,自然因素主要有:黄河断流、泥沙淤积和自身演替动力等.人为驱动力主要为农田开垦、滩涂的开发与围垦、油田开发和人工建筑等.

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图像机理方法提取水体信息的应用分析

许静, 陈文惠, 陈兴伟

2009, 11(1): 98-103.

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在以Landsat ETM+为数据源,详细分析水体与背景地物的地表反射率及波谱特征的基础上,对比阈值法、谱间关系法、指数模型法和条件函数四种方法在城镇水体和山区水体提取上的差异.对两个研究区试验结果表明:MNDWI比值模型的水体提取精度最高,信息量相对完整,其他四种方法在细小水体的提取效果上也不如MNDWI.为验证结论的准确性,本文选取了福建省不同时期、不同地区的不同水体类型进行试验.其中城镇与山区的水体提取方法的优劣结果与上文的结论一致.湖泊与河口区的水体与前两种类型的水体的地表反射率值曲线不同,但这两个区域的水体与其他地物的MNDWI的反差值在几种提取方法中为最大.反差值越大越有利于水体与背景地物的区分.MNDWI在这两种水体类型的提取上也取得较好的效果.试验表明相对其他四种方法,MNDWI比值模型能够便捷、快速、准确地提取水体信息,且具有较强的适应性.

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太湖水质参数MODIS的遥感定量提取方法

吕恒, 黄家柱, 江南

2009, 11(1): 104-110.

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本文利用MODIS数据的可见光、近红外波段和准实时的地面采样数据,分别利用线性回归模型和神经网络模型反演了太湖的叶绿素a和悬浮物浓度.结果表明,利用MODIS数据的波段组合(M2/M8)和(M2/M9)可估算太湖的叶绿素a浓度;而MODIS数据的波段组合(M12/M17)、(M13/M17)及MODIS(M4)波段能定量估算太湖的悬浮物浓度,但估算精度仍不能满足实际需要.因此,构建了一个以MODIS可见光及近红外波段为输入,以太湖水质参数为输出的2层BP神经网络模型反演太湖的水质参数,大大提高了反演精度.

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基于GIS的广州市土地利用遥感动态监测与变化分析

钟凯文, 孙彩歌, 解靓

2009, 11(1): 111-116.

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以1997、2003年广州市的Landsat TM影像为基本数据源,在遥感和地理信息系统处理软件的支持下,经过几何纠正、图像裁剪和图像增强处理后,采用最大似然比法结合人工目视解译对影像进行了识别分类,获得了广州市两个时相的土地利用分类数据,并进行了分类精度评价.然后建立了土地利用转移矩阵,并利用数值统计的方法,从不同角度分析了1997～2003年广州市土地利用变化的过程,包括土地利用变化的数量、速度、空间转移及其区域差异等.另外,经济发展、人口的增长、城市化建设等因素是广州市土地利用变化的主要驱动力.

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近三十年来昆明市建成区扩展遥感监测与分析

谭文彬, 刘斌, 张增祥, 赵晓丽, 易玲, 汪潇

2009, 11(1): 117-124.

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以遥感影像为数据源,借助GIS技术提取了6个时期的昆明市建成区扩展及对周边土地占用的信息.在此基础上,利用扩展弹性系数、分形维数等方法分析了昆明市1974～2004年建成区扩展的时空特征、土地利用类型演变过程,以及与人口增长之间的协调关系,并应用相关分析和主成分分析方法,对影响昆明市建成区扩展的社会经济因素进行分析.结果表明:30年来昆明市建成区扩展了3.07倍,1974～1988年的14年间,仅增加了13.36km²,而1988～2004年的16年,增加了144.07km².其增长速度与市区人口增长速度相比,有时超前有时滞后.建成区是以老城区为核心沿东北、西南、东南三个方向呈“星形”扩展.其扩展占用的土地主要是耕地.自然因素对建成区的扩展形态起着限制作用,社会经济因素是建成区扩展的内在推动力,政策和规划对建成区扩展起着引导和促进作用.

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西辽河的老哈河流域土地利用遥感动态监测

方秀琴, 任立良

2009, 11(1): 125-131.

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本文利用Landsat TM和ETM+遥感影像,基于知识规则的遥感分类及分类后处理方法对20世纪80、90年代末的半干旱的老哈河流域土地利用变化进行动态监测,并用GIS方法对土地利用变化及其空间分布进行了定量分析。结果表明:在这十年间,由于气候条件的变化及人类活动的影响,老哈河流域土地利用发生显著变化,变化范围占流域总面积的33.64%,土地利用变化主要表现为农、林、牧用地之间的转换。其中水体、滩地、林地、草地和未利用土地减少,大量的沙地和裸土地被开发利用;城乡用地和旱地有所增多,水田大幅度增加,农业耕作方式发生巨大变化。本研究为研究北方干旱化形成机理的生态-水文耦合模型提供重要的下垫面输入条件,为以后土地利用格局的改变对蒸散发和径流过程的影响提供重要的分析前提。

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基于ANN-CA模型的土壤侵蚀时空演化分析

董婷婷, 左丽君, 张增祥

2009, 11(1): 132-138.

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土壤侵蚀是中国乃至世界的主要环境问题之一。到目前为止,应用于土壤侵蚀研究的模型仅仅能够做一些事后的预报,并不能实现真正意义的土壤侵蚀预报,更不能反映土壤侵蚀的时空演化规律。本研究利用元胞自动机强大的空间动态模拟功能,建立了土壤侵蚀的元胞自动机模型,实现了对研究区2010年土壤侵蚀类型的空间预测,从微观的元胞状态的变化,反映了研究区土壤侵蚀的宏观变化规律。利用2000年计算出的土壤侵蚀强度类型与模拟的2000年土壤侵蚀强度类型对比,评价了土壤侵蚀强度预测的准确率,并对准确率相对较低的类型分析了原因,增加各个土壤侵蚀类型的训练样本,改进土壤侵蚀强度类型的分类标准,将大大提高ANN- CA模型的精度。同时指出,本研究建立的模型可以推广到其他土壤侵蚀区的预测研究。

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