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  • 2009年, 11卷, 第4期
    刊出日期:2009-08-25
      

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    邓祥征, 邵全琴, 李国胜, 樊江文
    2009, 11(4): 406-412.
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    LUCC信息学方法体系是集区域自然地理学理论方法与GIS技术于一体的新兴学科领域。该方法体系以遥感、GIS及海量数据采集与处理技术为基础,主要应用于多尺度、多层次的土地利用和土地覆被变化时空过程与格局演替探测与模拟、驱动机理提炼及宏观生态效应分析研究,并在相关专题的案例研究中,得到不断验证、丰富与发展。本文回顾了LUCC信息学方法体系的发展历程,阐明了我国LUCC信息学方法体系的核心方法、技术特征和研究现状。其中,土地利用与土地覆被遥感动态信息提取与分析、驱动机理提炼、时空过程模拟、宏观生态效应评价技术的发展和土地利用与土地覆被研究信息平台的建设及相关技术方法的集成,推动了中国LUCC信息学的形成,并构成了LUCC信息学方法体系的基本结构。
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    董金玮, 徐新良
    2009, 11(4): 413-420.
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    以内蒙古赤峰市为例,利用TM影像解译得到的三期土地利用数据(1988、1995、2000年)研究20世纪80年代以来,典型农牧交错区的LUCC演化过程,主要采用土地利用开发度、耗减度、信息熵、空间转移矩阵等方法分析了不同阶段农牧交替演化的时空特征。结果表明:(1)草地、耕地、林地为研究区主要的土地利用方式,整个研究时段内,耕地开垦和草地减少是主导LUCC过程。耕地开垦面积达2424.12km2,草地减少1959.65km2。从前后两个时期来看,前期(1988-1995年)耕地和草地变化更为剧烈,耕地以增为主,草地以减为主;后期(1995-2000年)草地转出速度放缓,但耕地开垦速度仍相对较快,林地转出速度加快;(2)土地流转过程以农牧交替演化为主,前期草地与耕地的交替转化剧烈,草地开垦面积达到2 040.50km2,耕地撂荒还草634.75km2,耕地开垦主要集中在敖汉旗的北部;后期LUCC过程放缓,草地转耕地面积为828.50km2,主要发生在敖汉旗以及林西县北部地区等区域,伴随着一定程度的弃耕;(3)三个时期土地利用结构信息熵分别为1.290、1.301、1.304,赤峰市土地利用系统有序程度在降低。农牧交错演化过程的分析,为研究该地区人类-环境耦合系统的变化和机制提供了重要依据。
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    牛方曲, 甘国辉, 程昌秀, 焦丽
    2009, 11(4): 421-427.
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    一库多用是GIS处理海量数据的有效方式。一库多用要求GIS能够从大比例尺数据生成小比例尺数据,这就要求GIS具备数据自动综合功能。GIS数据综合的关键是建立规则库,实现不同用户对规则库的自定义,以提高系统GIS数据自动综合的的通用性。GIS数据自动综合是计算机遵循的一定规则,对各个记录进行一一处理的过程。本研究基于产生式知识规则表达方式,提出"预存储规则"的实现方法。首先,最大量地收集与某一专题相关的所有知识规则,建立专题规则库;然后,根据相应的需求,在该专题规则库的基础上,通过用户接口定义不同应用规则库。该方法在一定程度上实现了程序与规则的分离和规则库的自定义。最后,给出了原型实验系统。
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    匡文慧, 邵全琴, 刘纪远, 孙朝阳
    2009, 11(4): 428-435.
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    基于历史地图、地形图和遥感影像提取1932年以来,北京主城区城市空间扩张,以及建筑密度空间信息。从城市土地利用扩张特征、建筑密度变化特征以及驱动机制三个方面分析北京城市土地利用扩张过程。研究表明:1984年前,北京城市呈现缓慢增长趋势。1984-1992年在市场经济驱动下,北京进入了第一次大规模快速的扩张阶段。1992-2000年间,由于我国出台了最为严格的耕地保护政策,这一时段城市空间扩张有所放缓。2000-2007年受北京城市建设规划、2008年奥运会场馆建设的影响,北京城市进入了有史以来,最快的扩张阶段。北京城市呈现单中心低密度蔓延,1982年前,城市扩张形态以相对较高的建筑密度紧凑扩张模式为主,1982年以来,呈现严重的低密度蔓延态势,特别是2000-2007年城市在5-6环之间"摊大饼"式与"遍地开花"式低密度蔓延问题更为突出。北京城市空间扩张是重大事件与人口、社会经济等因素共同驱动的结果。而且重大事件驱动对于长时间序列城市空间扩张作用更为突出。
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    孙晓宇, 苏奋振, 吕婷婷, 高义
    2009, 11(4): 436-441.
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    通过目视解译获取了珠海市沿海区域1995、2000和2003年的土地利用数据。利用ArcGIS软件获取了各种土地利用类型的面积变化数据,以及由模型运算得到不同时期研究区的土地利用分维度、分离度、破碎度、多样性等景观指数,对不同时期的土地利用面积变化,以及各景观指数的变化机理进行了分析。结果表明,珠江口西岸的土地利用变化主要表现为耕地面积不断减少,尤其2000年以后减少的更为剧烈;而林地、建设用地、水域的面积相应的有不同程度的增长。土地利用格局的变化,致使景观指数的变化,诸如,2003年的分离度、分维度等都高于前两个时期,而土地利用多样性指数也逐年增长。造成这些变化的主要驱动力有人口的增长,对土地经济效益的追求,政府政策的影响以及海岸带的区位优势等。
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    宋佳, 诸云强, 王卷乐, 李锐
    2009, 11(4): 442-451.
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    时空地理本体模型是一套描述地理时空知识的形式化说明规范,是构建时空地理本体实例的基础和参考。本文基于GML规范及时空推理理论提出了一种时空地理本体模型的框架,并详细阐述了其组成:要素模型、几何模型、空间关系模型、时态模型中类的关系和所涉及到的属性定义,并基于该本体模型给出了应用实例——行政区划本体设计和构建方法。文中所提出的时空地理本体模型,对开展面向不同应用的地理本体实例的构建和共享研究具有一定参考意义。
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    徐志刚, 庄大方, 杨琳
    2009, 11(4): 452-460.
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    区域人类活动是生态系统演变发展的重要驱动因子,定量评价区域人类活动强度是分析区域人类活动对生态系统影响的基础。本文提出了一套将区域人类活动强度定量化的方法:首先,通过选取人口密度、经济密度、人均国民生产总值、农业产值和普通中学在校中学生数等17个代表性指标,构建了在社会、经济和文化三方面反映区域人类活动强度的评价指标体系;然后,采用层次分析法获取各指标的权重;最后,利用加权法将各指标综合获取区域人类活动定量化指数。将本方法应用于中国武川县、蒙古达尔汗乌拉省和俄罗斯扎卡缅斯克地区,并验证了其有效性。经计算,2000年前述三地的区域人类活动指数,依次为0.78,0.54,0.16,即,自南向北区域人类活动强度逐渐降低;武川县20世纪80年代中期、1995年及2000年的区域人类活动指数,分别为0.37,0.50,0.78,即,区域人类活动强度随时间逐渐增加。通过对三个研究区的自然环境和区域人类活动的梯度分析,以及武川县区域人类活动的发展过程分析表明,该方法可有效地定量评价区域人类活动强度,为区域人类活动强度定量化相关研究提供技术支持。
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    黎涛, 崔璟, 王尔琪, 钟耳顺
    2009, 11(4): 461-467.
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    GIS描述的现实世界永远处于不断变化之中,但传统GIS却只能以静态的方式表现[1],随着GIS的广泛应用,越来越多的应用领域,需要GIS来管理空间信息的动态变化。为更有效地定义和描述空间变化,并实现其动态模拟,本研究采用面向对象的思想对空间过程中的核心要素建模,对传统的空间数据模型进行扩展,引入动态图形对象模型、时空事件模型、事件处理引擎等概念,基于SuperMap GIS组件平台进行模型验证;通过合理的资源调配、高效时空索引和动态缓存机制来提高空间变化过程动态可视化的效率。本研究针对通用的空间过程进行底层建模,实现事件驱动的空间过程模拟机制。这不仅简化了上层应用开发的工作量,而且优化了基础模型层的结构,同时引入了事件驱动引擎、事件索引、动态地图缓存等机制,较好地提升空间过程模拟的效果。
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    张金禄, 王英杰, 余卓渊, 李洪省
    2009, 11(4): 468-474.
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    随着计算机技术的进步,地图学中出现了电子地图等新型地图,在内容表达上发生了新的变化,但其地图符号的模型并没有取得相应的研究成果,以适应地图的新形式和新内容。本文对地图符号在地图新形式和新内容表达中存在的问题进行了分析,在自适应空间信息可视化系统理论成果的基础上,总结了自适应地图符号模型设计的原则,提出了树结构的自适应地图符号模型,设计了以树结构符号模型为核心的自适应地图符号系统模块,以及该模块和自适应空间信息可视化系统的其他模块间的接口;引入"晚绑定"的思想,实现了自适应地图符号编辑器原型系统,对树状地图符号模型的符号定义和符号集合图形数据部分进行了研究。
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    薛存金, 苏奋振
    2009, 11(4): 475-481.
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    不确定性对象时空拓扑关系研究的滞后,严重制约了时空推理与分析的进展。文中分析了时空对象空间信息与时间信息不确定性,并引入Rough集理论的上、下近似集概念对不确定性对象进行表达。另外,根据时空对象空间与时间信息的确定性与否,把时空对象归纳为4种类型,时空对象间的时空拓扑描述框架归纳为10种。再是,基于点集理论、Egenhofer的空间拓扑与舒红的时态拓扑关系研究成果,给出4-交扩展模型的时空拓扑描述框架,并得出类型I对象间的时空拓扑是最基本的拓扑关系,类型IV对象间的拓扑关系是最复杂的拓扑关系,其他类型对象间的时空拓扑都可通过类型对象I间的和类型对象IV间的时空拓扑演绎而得。最后,鉴于不确定性对象时空拓扑的复杂性,给出不确定性拓扑描述表达的流程体系。
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    郭腾云, 董冠鹏
    2009, 11(4): 482-490.
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    利用GIS分析工具、数据包络分析方法及Malmquist模型方法,对我国特大城市空间紧凑度、城市效率及其变化,以及它们的相关关系进行深入研究发现:(1)特大城市空间形态呈现出紧凑变化趋势。(2)紧凑度提高的城市数明显多于紧凑度降低的城市数,极高紧凑度和极低紧凑度的特大城市数均呈一定的增加趋势。(3)特大城市效率水平一般,其中,只有少数城市效率达到了效率最优。(4)1990-2000年特大城市效率水平呈现一定的提高趋势,其中城市效率(纯技术和规模效率)呈现弱提高趋势,技术进步和全要素生产率则呈较明显的提高趋势。(5)特大城市的空间紧凑度与城市效率之间存在一定的互动关系:随着特大城市空间紧凑度的提高,城市要素资源的配置和利用水平得到了一定的改善,城市效率提高了;城市空间紧凑度变化率越高,城市效率提高的趋势也越明显,反之,则下降趋势也越明显;(6)城市空间紧凑度变化与城市技术变化不存在互动关系。
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    黄翀, 刘高焕, 张海龙, 单凯
    2009, 11(4): 491-497.
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    上世纪90年代以来,在全球气候变化及人类活动的影响下,黄河河口湿地景观发生了显著变化,对河口湿地生态系统及生物多样性保护带来深远影响。本文以景观生态学理论为指导,利用遥感技术和GIS空间分析方法,在对河口湿地景观变化过程分析的基础上,以丹顶鹤为指示物种,重点探讨了湿地景观变化对物种生境的影响,进而为河口退化湿地生态系统恢复和重建,以及湿地生境保护提供理论依据和决策支持。本文研究表明,1992-1999年,黄河三角洲河口湿地干旱化趋势明显,芦苇沼泽和翅碱蓬滩涂萎缩严重,丹顶鹤适宜生境面积大幅度减少,近30%的栖息地生境发生退化,严重退化的生境占11%。1999-2006年,在水量调控及湿地恢复措施的影响下,芦苇沼泽、翅碱蓬滩涂,以及水面湿地面积都有显著增加,占栖息地总面积28.7%的生境,得到一定程度的改善。但受不断加剧的景观破碎化影响,生境得到较好恢复的栖息地面积只占12%。研究认为,对于退化湿地的修复,在改善湿地景观的同时,加强生境管理,减轻人为活动引起的生境破碎化影响,是一重要的措施。
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    吴锋, 战金艳, 邓祥征, 史娜娜
    2009, 11(4): 498-504.
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    开展区域生态系统服务功能动态区划,对生态系统服务功能的分区管理具有重要的指导价值。本文介绍了生态系统服务功能区划的方法——生态系统服务功能动态区划系统(SIZES)。该方法包括生态系统服务功能多层次表征、位序矩阵生成、核心生态系统服务功能空间辨识和动态区划边界生成四个模块,它们能实现生态系统服务功能动态区划边界的生成。其中,生态系统服务功能多层次表征模块和动态区划边界生成模块是主要模块,而构建生态系统服务功能表征指标体系和生成区划单元是该方法的关键所在。利用SIZES将锡林郭勒盟划分为6个生态系统服务功能区,科学合理地解释了该区生态系统服务功能空间分异规律,为指导该区生态系统服务功能分区管理,提供了具有时空特性的决策参考信息。
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    阚瑷珂, 王绪本, 吴旭, 李国庆, 余年, 高志勇, 汪刘艳
    2009, 11(4): 505-512.
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    多源生态环境数据的科学组织与集成方法,对开展区域生态环境研究意义重大。本文以西藏珠穆朗玛峰国家级自然保护区为例,研究典型高原生态环境系统的数据特征和组织分类、数据模型构建、编码和元数据等有关数据集成的关键问题。设计了生态环境数据集成概念模型框架,从数据集分层组织、属性编码和元数据标准制定等多层面描述其基本语义结构,建立了珠峰自然保护区多源生态环境数据库。通过CASE工具Microsoft Visio2003建模和数据预处理,无缝集成FGDB(File Geodatabase)数据库中的生态环境专题信息;结合空间认知规则,并叠加要素类所表现的语义特征,实现面向数据集成分析的基本信息提取,乃至产生新的知识和规律。本文提出的珠峰自然保护区生态环境数据组织和集成方案,形成了一套初步可行的"数据集成-信息提取-知识发现"生态信息流映射机制,为区域生态环境研究提供了实用、可靠的数据基础保障。
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    刘文亮, 苏奋振, 杜云艳
    2009, 11(4): 513-519.
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    随着多源、大面海洋遥感数据及其反演产品呈指数形式增加,利用网络实现远程长时间序列的海洋标量场动态可视化查询、分析,成为海洋信息服务的迫切需求之一。本文在深入分析现有海量数据网络动态可视化技术及海洋标量场时空变化过程的特点时,针对海洋标量场数据探讨标量场的点过程和面过程的网络可视化表达。并以海表温度数据为例,介绍了从MODIS的海表温度反演产品到网络发布的整个处理流程,构建了中国台海区域海表温度场时空过程的网络可视化原型系统。在该原型系统中,实现了海表温度场任意点位的温度查询,任意点位温度时间变化的过程曲线,温度场面过程时空过程动态演进可视化分析等功能。同时该原型系统可以为其他海洋标量场的时空过程可视化提供技术与方法借鉴。
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    陈传彬, 陆锋, 励惠国, 王钦敏
    2009, 11(4): 520-525.
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    目前,我国各大城市交通信息采集和传输问题已基本解决。但是,交通信息与路网空间信息的匹配和融合问题却依然严重,使得大量的实时路况信息难以得到有效应用,成为制约城市路网管理和出行服务的技术瓶颈,直接影响车载导航系统、公众出行信息平台、物流运输系统等位置服务(LBS)与智能交通系统(ITS)应用的服务水平。鉴此,本文探讨了城市路网信息融合的内涵和特征,及其关键技术,包括线性参考系统与空间信息融合、时空动态分段和多级动态分段、多模式交通网络构建技术和动态连通关系自动生成等技术问题,并提出了相应的解决方案。
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    张纯, 陈荣国, 程昌秀
    2009, 11(4): 526-534.
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    空间数据库标准在数据库空间扩展过程中发挥着重要作用。基于SQL的简单要素访问(Simple Feature Access-Part 2:SQL option,SFA SQL)和SQL多媒体与应用程序包第三部分空间(SQL Multimedia and Application Packages-Part 3:Spatial,SQL/MM Spatial),是目前两种主流的空间数据库国际标准,在地理信息系统(GIS)和数据库行业得到广泛的遵循。本文主要研究了这两种标准,首先,着重从几何对象模型和要素表实现模式两方面内容进行阐述。除了几何对象模型,SFA SQL中还定义了文本标注对象模型,SQL/MM Spatial根据自身特色也定义了方向和角度对象模型。要素表的实现模式决定了要素在数据库中的存储方式,SFA SQL有两种要素表的实现模式:预定义数据类型方式和扩展Geometry类型方式,SQL/MM Spatial只定义了扩展Geometry类型的实现方式。然后,对两种标准进行了对比分析,为空间数据库SQL标准的选择提供一定的参考依据。两种标准在扩展环境、对象模型、空间函数几个方面存在一些差别,但通过对其发展历史的研究和趋势分析,这种差别将越来越小。最后,通过调查分析了两种标准在空间数据库产品中的应用现状和问题。
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    赵志平, 邵全琴, 黄麟
    2009, 11(4): 535-540.
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    通过对江西省井冈-吉泰-于山样带,在2008年初冰雪冻害中,森林损毁的调查,获得调查样点563个,以及每个样点的NDVI。依据各样点林分起源、林龄、树种和林地折损程度信息,对NDVI进行分类,发现林地NDVI均值与折损程度呈显著的线性相关关系。天然林在无折损程度下,NDVI均值比人工林和次生林高,但随着折损程度增加天然林NDVI均值下降幅度相对较大,人工林NDVI均值下降幅度较小。幼龄林、中龄林和成熟林在无折损程度下NDVI均值差距不大,随着折损程度增加,幼龄林NDVI均值下降幅度最大,其次,为中龄林、成熟林NDVI均值下降幅度最小。针阔混交林、杉木、竹林和湿地松,在无折损时NDVI均值较高,马尾松最低。随着折损程度增加,阔叶林NDVI均值下降速率最快,马尾松、湿地松、杉木和针阔混交林NDVI均值下降速率较快,竹林NDVI均值下降速率较慢,针叶混合林NDVI均值下降速率最慢。
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    邬明权, 牛铮, 乔玉良, 吴朝阳
    2009, 11(4): 541-548.
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    应用北京城区2001-2007年间的MODIS气溶胶产品及辅助气象数据,分析了北京气溶胶类型特性及其变化趋势,以及风速、降水与气温等气候条件对其的影响。根据AOT550-FM关系模型,将北京气溶胶分成城市/工业型(UI),沙尘型(DD),干净海洋型(CM)和混合型(MT)4种类型,并在此基础上,结合辅助气象数据,分析了气候对总体气溶胶和各类型气溶胶的影响。研究表明,受风向、气温、降水等气候因素影响,北京气溶胶在5月取得最大值,北京气溶胶的主要类型为沙尘型气溶胶(DD)和混合型气溶胶(UI),而主要影响气溶胶为沙尘型气溶胶(DD)和城市/工业型气溶胶(UI)。在2001-2007年间,城市/工业型气溶胶(UI)有较明显的增长,沙尘型气溶胶(DD)则呈现为与地面统计数据相符的下降趋势,总体气溶胶和其他类型气溶胶都处于基本稳定状态,北京大气环境基本稳定。
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    刘文超, 董金玮
    2009, 11(4): 549-555,534.
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    本文在苏锡常地区已有三期矢量数据(1988、1995和2000年)的基础上,对2008年TM影像进行监督分类,经过人工解译辅助处理得到20世纪80年代以来4期土地利用时间序列数据。研究了近30年来,苏锡常地区建设用地扩展及其对耕地占用的态势。主要结论有:(1)从整体扩展面积看,1988年到2008年建设用地面积扩展总计2 354.55km2,其中,城市扩展面积最大,为1257.26km2,占到总扩展面积的一半,其次,是建制镇的扩展,面积达695.91km2,农村居民点扩展面积为355.96km2,扩展最少的是工矿交通用地,为45.42km2;(2) 城市扩展所占用的土地资源主要来源于对耕地的占用。从三个不同时期来看,1995-2000年耕地转化为建设用地最少,为262.36km2,1988-1995年占用耕地面积656.36km2,而在2000-2008年耕地被占用高达1 343.56km2。这些数据为我国东部城市化地区土地利用规划与管理政策的制定提供决策依据。