地球信息科学学报

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高光谱遥感的物质组分和物质成分反演的应用分析

王润生

2009, 11(3): 261-267.

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高光谱遥感的最大特点是可以提取和重建像元光谱,从而依据光谱特征直接识别地物类型、地物组成,乃至地物的成分,反演地物的物理、化学参量。本文阐述了高光谱的光谱识别方法所能探测的岩石、土壤、植被和人工建筑物的物质组分或成分;另外,与多光谱相比较的角度,讨论了高光谱图像地物特征识别和物质成分反演等技术方法的应用。

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新型遥感技术数据的铀资源勘查应用

刘德长, 杨旭, 张杰林

2009, 11(3): 268-273.

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一系列对地观测遥感卫星成功发射,新型传感器相继问世,不断增添具有更高空间分辨率、光谱分辨率和更多极化方式的新型遥感数据源。这些数据源正以传统遥感数据源不具有的优势在国民经济各领域应用,取得了许多良好的应用效果。本文从新型多光谱遥感、高空间分辨率遥感、高光谱遥感、雷达遥感等四个方面介绍了新型遥感数据在铀资源勘查中的应用研究及效果。

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ASTER数据与ETM数据蚀变信息提取的对比研究——以巴什布拉克铀矿区油气还原蚀变分析为例

叶发旺

2009, 11(3): 274-281.

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本文在深入分析巴什布拉克铀矿区油气还原蚀变岩石的光谱特征,ASTER与ETM数据对蚀变岩石光谱特征反映的差异性的基础上,提出了正反两种蚀变信息提取的思路和两种数据在不同思路下提取蚀变信息的效果对比。研究表明,利用ASTER数据与ETM数据在增强研究区三价铁信息,间接反映油气还原蚀变规律方面效果相当;而在直接增强油气还原蚀变信息方面,ASTER数据的应用效果明显好于ETM数据。增强的遥感油气还原蚀变信息对分析研究区白垩系油气还原蚀变规律和矿区外围铀矿找矿具有重要的意义。

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高(多)光谱数据的背景-异常子空间模型研究

张远飞, 杨自安, 张普斌, 石菲菲, 张建国

2009, 11(3): 282-291.

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本文引用独立成分分析与盲信号分离的理论,从遥感高(多)光谱数据的基本统计特征出发,对其概率密度分布作出了分类与解释,并同图像数据的背景与异常建立了联系。在此基础上,对高(多)光谱数据点阵分布的空间几何结构进行了深入的研究分析,推断出遥感高(多)光谱数据集合的高维空间属于低维几何结构-"超平面"形态,而包含蚀变信息在内的异常点群通常会游离在"超平面"之外。然后,对主成分分析(PCA)的信号-噪声模型加以引申,提出了遥感图像多元数据集合高维空间的背景-异常信号子空间可划分的概念,并给出了子空间划分的阈值估计方法。同时,探讨了遥感图像的端元数目、多波段数据集合的本征维数、主要背景地物数目三者之间的关系;通过西藏驱龙地区两种类型遥感数据的实例分析,说明了本文所讨论的光谱数据空间的低维结构以及背景-异常子空间模型在遥感高(多)光谱数据分析应用中的正确性与实用性。研究结果表明:尽管不同自然景观区的遥感图像的光谱变化复杂,而它们的光谱数据空间属于低维几何结构,以及背景-异常(含噪声)子空间的可分性是其具有共性的本质特征。在统计意义上蚀变异常在遥感高(多)光谱数据集合中是可识别的。

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面向虚拟地理环境的多源异构数据集成方法

苏红军, 盛业华, 温永宁, 陈旻

2009, 11(3): 292-298.

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当前,虚拟地理环境(VGEs)的发展已经走向以数据库和模型库为双核心的知识共享平台阶段。地理数据及模型共享研究是虚拟地理环境发展过程中,不可逾越的难点问题;由于对地学分析及地理建模的研究还处于探索阶段,故适合于VGE下模型集成共享的多源异构数据集成研究还鲜有涉及。本文针对地理数据异构的特殊性,分析了虚拟地理环境中多源数据的异构特性,主要体现在数据含义、模式、数据模型、词法及语义等五个方面。另外,提出了面向虚拟地理环境的数据表达模型(DRM),该模型提供了一种公共的数据组织方法,使用户可以无歧义地定义地理数据,解译其他各种数据,并研究了多源异构数据的集成方法;同时,提出了多源异构数据集成的流程及体系框架,主要包括地理数据解析、地理模型与数据的交互、模型解析、运行及结果输出等;并重点分析了多源异构数据,及其到模型集成的转化过程。最后,开发了原型系统和多源异构数据的集成验证。实验结果表明,该方法能够较好地集成多源异构数据。

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四川汶川“5.12”地震滑坡堰塞湖遥感监测分析

潘世兵, 李小涛, 宋小宁

2009, 11(3): 299-304.

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运用可见光、雷达和航片等不同空间分辨率的多源遥感数据,对四川汶川"5.12"地震灾区因地震诱发形成的大型堰塞湖进行了遥感监测,对堰塞湖发生的地点、数量以及空间分布规律进行了讨论。重点对唐家山堰塞湖进行了动态监测,提取了其堰塞湖回水长度、水面面积与水量等信息,并对这一结果进行了详细分析,为地震滑坡堰塞湖科学处置与减灾决策提供了科学依据。

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自适应滤波的高分辨率遥感影像薄云去除算法

贺辉, 彭望琭, 匡锦瑜

2009, 11(3): 305-311.

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本文在借鉴遥感影像云雾去除相关研究基础上,提出了一种自适应滤波和非线性灰度变换的高分辨率遥感影像薄云雾消除方法,并与现有的几种效果较好的去云雾方法进行了对比研究。结果表明,本文提出的方法不仅能够有效降低薄云雾遮挡干扰影响,而且可以很好地保持原始影像真实的光谱特性,同时针对不同波段地物光谱特性做相应的灰度变换和融合处理,能够在很大程度上减少遥感影像的细节信息的丢失和保持图像的清晰度,是一种有效去除薄云雾覆盖的方法。

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近30年来安固里淖湖面监测与变化分析

赵玉灵

2009, 11(3): 312-318.

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应用MSS、TM、ETM和CBERS-2遥感数据和G IS技术对安固里淖湖,近30年来水体分布变化进行调查与监测,结果是调查区安固里淖湖面积,在30年来变化比较大。1975~2007年间,水域面积逐年萎缩,并在2004年秋干涸;2005年短暂的蓄水后,2006年、2007年又再度干涸;而其上游水库的水域面积在30年间变化不大。综合分析认为,安固里淖湖干涸有三个主要原因:（1）降水量逐年减少和气温逐年增高;（2）安固里淖湖上游过多水库的修建和蓄水;（3）地下水超采。

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基于HASM算法的DEM建模与应用试验

陈传法, 岳天祥

2009, 11(3): 319-324.

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以曲面论为理论基础建立的高精度曲面模型(High Accuracy Surface Modelling,HASM)其插值精度较传统方法提高了多倍,为CAD和GIS系统提供了更有效的曲面模拟工具。但由于HASM需要对研究区域用相同的网格分辨率模拟,且对研究区域内每个网格点建立偏微分方程,因此,计算量和存储量问题严重制约其推广使用。适应法网格精化技术,可以根据模拟区域的地形复杂度或者精度要求调整网格分辨率,即在地形平坦区域用粗网格模拟,在复杂区域用细网格模拟。基于此理论,我们建立了适应算法的HASM。对甘肃省董志塬进行的DEM模拟表明,HASM适应算法能在保证模拟精度的同时,极大地减少了计算时间和降低存储量,从而有效解决了HASM推广使用的计算量和存储量瓶颈问题。

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由等高线建立DEM的YUE-HASM方法研究

宋敦江, 岳天祥, 杜正平

2009, 11(3): 325-332.

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建立DEM的数据源有很多,传统的由人工解译地形得到的等高线数据,仍然是一种十分重要的用于建立DEM的数据源。针对YUE-HASM(High Accuracy Surface Modelling)目前主要用于处理离散点数据这一特点,本文提出了一种基于YUE-HASM由等高线数据建立DEM的方法:(1)首先,根据分辨率建立研究区域的矩形网格;(2)然后,对等高线进行离散化,离散化时采用1/4阈值的方法,即如果等高线经过的格网中心点离等高线的距离小于或等于格网边长1/4时,该点就被赋为等高线的值;(3)最后,使用YUE-HASM方法模拟离散点的方法建立DEM。将高斯合成曲面研究区域x∈[-3,3],y∈[-3,3]切分为75×75的规则网格DEM,在ArcGIS9.0中提取该区域的等高线,并分别使用本文提出的方法,以及ArcGIS9.0的常用方式建立DEM方法,即薄板样条(Thin Plate Spline,TPS)方法和TIN方法,对等高线进行DEM模拟和等高线回放比较分析,发现用于YUE-HASM方法模拟结果的等高线最近似于原始等高线,其次是TPS方法和TIN方法。本文提出的方法只产生一根假等高线,对曲面的基本形状保持最好;薄板样条方法分别丢失了2个山峰上的各1条等高线和一条马鞍形带上的等高线,使整个曲面的基本形状受到很大影响;TIN方法虽然保留了整个曲面的基本形状,但是,出现锯齿状等高线,甚至是不合理的断头等高线。本文不仅对由等高线建立DEM的相关方法研究有参考意义,而且对于等高线的各种应用,如等高线的地形分析等也具有参考意义。

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面向地理问题求解的数据表达模型研究

陈旻, 盛业华, 温永宁, 苏红军, 郭飞

2009, 11(3): 333-341.

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本文以地理问题求解和地理科学研究建模环境建设的需求为导向,针对面向地理问题求解建模环境在利用多源异构数据方面遇到的问题,进行了面向地理问题求解的数据表达模型(XGE-DRM)的研究。本文重点研究了多源、异构、跨领域地理数据的表达方式与组织规范,从原子数据层与对象组织层两个层次对XGE-DRM的基本原子构成与对象组成方式进行了阐述;通过对地理数据的结构与语义进行解析,显式表达地理数据的结构与语义;在结构清晰、语义明确的情况下,实现多源异构数据的抽取与交换,最终实现多源异构数据的共享。实验证明,文中提出的数据表达模型能够实现多源异构数据的通用表达,解决地理问题求解建模环境平台下数据共享的问题。

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空间变异函数等效应椭圆套合方法及其应用

张朔, 鲁学军, 赵英俊, 张春晓

2009, 11(3): 342-348.

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目前,国内外商业地理信息系统(GIS)软件中很少提供空间变异定量分析功能,即使有提供的,也只是停留在二维环境下简单的变异函数计算与基本的拟合层面[1],不仅难以满足空间分析领域对空间变异定量分析的需求,同时从行业应用角度也难以达到分析精度要求。本文以某实验区钻井矿化度数据为例,分析了三维数据场[2]中点阵数据的空间变异分析需求,分析比较了变异函数不同套合方法之间的差异与适用性,重点研究了等效应椭圆套合法,并提出了三维环境下变异函数的套合方法,进行了变异函数套合算法系统的设计、实现与应用,并对其结果进行了验证。

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汶川特大地震后安县疫情的地理流行病学分析方法

闫磊, 任玉环, 陈诚, 姚建义, 陈伟, 黄晓霞, 王世文

2009, 11(3): 349-354.

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在分析汶川特大地震后安县2008年5~7月份的流行病学数据的过程中,作者探索了安县震后疫情地理分布、疾病构成、易感人群及其时序变化等特征的地理流行病学方法,并给出了有关专题地图、过程曲线和统计表格。它们能够形象、直观、准确地反映安县震后的疫情态势地理分布,进而使防控工作有的放矢、对症下药,收到事半功倍的效果。在此基础上,作者分析了地理流行病学方法的固有优势、实施关键、应用模式,以及今后的防治方向。为确保震后疫情流行病学数据在空间性、时效性和完整性上的质量,今后对地理流行病学方法的研究,应该从目前的疫情现状描述层次,尽快地向疫情分析预测、防控决策支持等层次延伸。

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网络地图评价指标体系及其应用

张雪英, 申琪君, 龙毅

2009, 11(3): 355-362.

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随着因特网技术的迅速发展和普及,网络地图越来越受到大众用户的青睐。结合网络地图的功能和特点,通过分析影响网络地图性能的主要要素之间的层次关系,构建了包括数据、服务功能、搜索性能和操作四个方面的网络地图评价体系及其评价方法,从定量和定性的角度比较分析了MAPbar、MAPabc、百度地图、51地图、Google Map、微软的Windows Live search、搜狗、爱问、雅虎中国等中文网络地图的性能,讨论了中文网络地图存在的主要问题,比如地物命名规范化、自然语言查询、专业化程度、地图数据覆盖度和用户认可程度等方面。该研究可以为网络地图开发人员和用户提供参考,对推广和普及网络地图,具有一定的理科学义和实践价值。

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基于WebGIS的流域级洪水管理系统集成与应用

万洪涛, 程晓陶, 胡昌伟

2009, 11(3): 363-369.

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流域级洪水管理系统指为流域机构服务的洪水管理系统,是基于计算机网络、地理信息系统、数据库技术,专业分析模型,采用人机交互方式,按照统一标准与规范建立的流域洪水管理平台。为洪水预报、预警、预案编制、应急调度、风险评价、洪水整治、决策会商提供先进技术手段。本文首先讨论了流域洪水管理系统的结构设计与数据库,然后,以松花江流域洪水管理系统为例,对系统功能与分析模型进行了讨论。功能模块包括基础信息管理、洪水监视预警、洪水预报调度、二维洪水仿真、灾情评估、防汛管理等功能模块;分析模型方面,建立了水文-水力学耦合模型、全流域洪水预报模型与洪水调度模型。该模型由基于MIKE NAM的全流域降雨径流模型与基于MIKE11 HD的嫩江、二松、松干河道一维水动力模型组成。此外,在哈尔滨等4个重点城市与两个蓄滞洪区构建了MIKE21的二维洪水模拟模型,在城市、蓄滞洪区与防洪重点保护区,建立了灾情影响分析模型等。最后,利用WebGIS技术对这些功能模块进行了集成,建立了功能齐全的松花江流域洪水管理系统。作为国内第一个流域级洪水管理系统,松花江流域洪水管理系统的设计与建设,对流域级洪水管理系统的研究进行了有益的探索。

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基于时空特征分析技术的烤烟GIS系统

郭继发, 刘臻, 崔伟宏

2009, 11(3): 370-375.

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本文分析了烤烟信息系统对烤烟种植、生产和销售的重要作用,构建系统的必要性和应用需求,并在.NET框架下,利用ArcEngine和ArcSDE,以C/S结构实现该系统。介绍了系统的结构和功能:包括地图服务、烤烟信息查询统计和烤烟地理信息时空分析和决策支持。同时,讨论了实现该系统的关键技术,包括时空数据库、时空序列的烤烟时空事件分析模型、Web服务等。时空数据包括业务数据和行政区数据两类,对于行政区,除了需要记录行政区的生命周期外,还需记录行政区变更事件,通过行政区变更事件表查询行政区撤消、合并等事件后的业务数据,进而实现时空分析。系统的实现对促进烤烟生产信息化有重积极意义。

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基于AO的洪水灾害风险分析模型设计与构建

连健, 宫辉力, 李小娟, 赵文吉, 胡卓玮

2009, 11(3): 376-381.

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中国是一个自然灾害尤其是洪涝灾害发生较频繁的国家,洪水灾害的风险分析与评估是抗洪救灾中的一个重要组成部分,洪灾风险分析的时效性、科学性对于防汛抗洪、抢险救灾具有重要的意义。本文针对流域洪水灾害的特点与其复杂的风险分析过程,考虑影响流域洪水灾害的因子,结合层次分析方法(AHP),以COM组件的架构思想为基础,采用ArcObjects语言的相关接口和方法,构建了流域洪水灾害风险分析模型,将各因子对洪水灾害的危险性和风险的影响进行了量化,分别得出洪水灾害风险性分布图和洪水灾害易损性分布情况。通过对洞庭湖试验区域的模型检验,结果表明,所构造的模型简单易操作,能够较好地对区域洪水灾害进行风险分析。

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三江平原萝北县湿地农田化过程与驱动机制分析

黄妮, 刘殿伟, 王宗明, 宋开山, 张柏, 李方, 任春颖

2009, 11(3): 382-389.

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通过获取三江平原萝北县自1954年以来的六期土地利用数据,定量分析了过去50余年湿地农田化过程,并从自然因素和人为因素两方面探讨了湿地农田化过程的驱动机制。结果表明,1954-2005年,三江平原萝北县耕地面积净增21.85×10⁴hm²,湿地是新增耕地的主要来源。在空间上,湿地斑块越来越分散,景观破碎化程度明显加剧,而耕地斑块则趋于集中分布;目前,耕地已成为三江平原萝北县的基质景观,地势低平、坡度较小、土壤条件、地貌条件良好的平原区是湿地农田化的首选区域。随着可开垦湿地资源的减少,人类的开垦对象开始转向地势、土壤、地貌等条件相对较差的湿地景观单元。气候变暖加速了湿地农田化进程,而人口数量的增加和政策的引导作用,对湿地农田化过程具有重要的影响。

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近30年来三江源自然保护区土地覆被变化分析

陈浩, 赵志平

2009, 11(3): 390-399.

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本文利用三江源地区20世纪70年代中后期、80年代末和2004年三期土地覆被的数据,分析了三江源18个自然保护区3个圈层的2004年的土地覆被类型特征,以及70年代中后期至80年代末,80年代末至2004年土地覆被类型的变化特征。结果表明:三江源18个自然保护区土地覆被均以草地为主,2004年草地占保护区面积的65.68%,其中,约古宗列保护区最高,为83.0%,格拉丹东保护区最低31.48%。2004年18个保护区土地覆被状况指数由高到低依次为玛可河>多可河>江西>麦秀>中铁-军工>白扎>东仲>通天河沿>年保玉则>阿尼玛卿>昂赛>扎陵湖-鄂陵湖>当曲>果宗木查>星星海>索加-曲麻河>约古宗列>格拉丹东。1970年中后期至2004年土地覆被动态度大小依次为:星星海>扎陵湖-鄂陵湖>玛可河>多可河>年保玉则>江西>白扎>麦秀>阿尼玛卿>通天河沿>果宗木查>中铁-军工>约古宗列>索加-曲麻河>当曲>格拉丹东>昂赛>东仲。1970年中后期以来,18个保护区中有14个的土地覆被状况是变差的,按转差程度依次是星星海>阿尼玛卿>扎陵湖-鄂陵湖>年保玉则>多可河>白扎>约古宗列>通天河沿>索加-曲麻河>果宗木查>麦秀>中铁-军工>昂赛>东仲;有四个保护区的覆被状况有所好转,分别是当曲、格拉丹东、玛可河、江西保护区。

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基于Brovey融合与HSV锐化的ASTER影像绿地信息提取分析

秦鹏, 陈健飞

2009, 11(3): 400-404.

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为了突出图像的边缘、线状目标或某些亮度变化率大的部分,生成边缘图像,运用Brovey融合和HSV锐化方法,对广州市部分地区的ASTER遥感影像进行处理,然后,对两种方法分别处理后的图像,采用平行六面体法监督分类,提取城市用地信息,并对分类后的图像进行对比试验,着重对城市绿地信息的提取进行分析,探究ASTER遥感数据的两种影像处理方法对城市绿地信息的提取效果,及其空间分布为城市生态评价和景观生态建设提供必要的基础数据。通过对比试验,结果显示:Brovey方法较好地显示城市绿地的分布状况,可作为城市绿地动态监测的判别方法之一;融合后的影像能够清晰地显示研究区城市绿地的分布结构及毗邻关系;通过采用区域放大、勾画不同地类边缘轮廓、配合人工解译等工作,能够增加城市绿地与其他用地类型的差异,突显城市绿地的分布、结构、生态学特征。

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