地球信息科学学报

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地球信息综合分析

我国遥感地质找矿的科技进步与发展前景

刘德长, 李志忠, 王俊虎

2011, 13(4): 431-438. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00431

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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。

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地球信息综合分析

地表环境参数时间序列重构的方法与应用分析

江东, 付晶莹, 黄耀欢, 庄大方

2011, 13(4): 439-446. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00439

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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。

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地球信息综合分析

鄱阳湖水动力形态结构模式的模拟系统设计与应用

赖格英, 潘瑞鑫, 黄小红

2011, 13(4): 447-454. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00447

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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。

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地理信息系统与应用

基于周期表的时空关联规则挖掘方法与实验

柴思跃, 苏奋振, 周成虎

2011, 13(4): 455-464. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00455

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地理现象的周期性往往掩盖了许多地学规律,这也是地学数据挖掘的一个主要内容。本文以周期表设计了一种时空层次关联规则挖掘方法——PRules-Miner。模型利用周期表的表现形式对时空数据进行组织,并通过两步挖掘过程发现具有"遥相关"地理事物间的变化模式。模型算法分为3个步骤: (1)过滤周期表内无序数据:逐行地提取多周期内时空状态的频繁项,生成新的时空频繁状态表;(2)基于向下闭合引理,对时空频繁状态表中的对象进行时空拓扑匹配,得到时空关联规则候选集;(3)对于候选数据集进行时空拓扑验证,得到时空关联规则集。为证明模型算法的可靠性,应用PO.DAAC提供的20年AVHRR Product 016海表面温度遥感反演数据集和国家气象科学院提供的南京地区降水逐日数据资料,研究大洋暖池与南京降水间的时空关联规则。实践表明,这种挖掘方法具有以下特点:(1)算法基于面向对象思想,对地理对象状态进行独立描述。因此,所得时空关联规则与时空粒度无关,并能够挖掘出时空粒度不一致的地物间的关联关系。(2)算法使用笛卡尔积得到在时空拓扑阈值内匹配的时空候选集,并可以发现时域、空域均不邻接的事物间的时空关联规则,即时延不确定的地理现象的相互关联。

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地理信息系统与应用

多种空间关系组合的地理位置自然语言描述方法

郑玥, 龙毅, 明小娜, 严瑞

2011, 13(4): 465-471. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00465

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针对单一描述语句表达位置信息的不足,如依赖用户对单一参照物的熟悉程度、定位范围较大而不明确等,本文提出同时采用多种参照物并兼顾多种空间关系的组合描述机制,逐步逼近目标位置,同时弱化用户对参照物的认知依赖。探讨了具有结构特征及与目标物有空间关系约束等不同类型参照物的选取方法,研究了空间关系等相对位置信息的描述参数及其计算方法,并结合空间认知理论将结果转换为对应的自然语言词汇,通过各种类型信息自然语言描述语句的句法模式形成完整的语句,最后在组合描述原则的指导下,将多个描述语句整合为多空间认知层次、多定位结构的位置信息描述语段。经实验对比单句描述与组合描述两种方式,证明后者有助于提高地理目标位置认知与定位的效果。

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地理信息系统与应用

栅格数据地学可视化分析环境的构建分析

杜斐, 朱阿兴, 裴韬, 秦承志

2011, 13(4): 472-479. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00472

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以遥感数据、数字高程数据等为代表的栅格数据获取技术的进步,以及栅格数据本身适合地学模拟的特点,使得栅格数据应用越来越广泛。当前以定量计算为主的方法难以有效支撑栅格数据分析任务,将可视化引入,充分利用人机协同优势,形成栅格数据地学可视化分析环境是一个较好的解决途径。但是,栅格数据大数据量的特征会引起属性空间可视化时的遮挡问题,分析者难以通过可视化分析环境有效识别有意义的地学模式。本研究主要针对这一问题,在现有方法基础上,提出了一种基于体绘制的层次性栅格数据地学可视化分析环境构建方法。当栅格数据集较大时,采用体绘制方法表达密度信息,避免大数据量引起的遮挡问题;在分析者通过人机交互缩小感兴趣数据集后,采用平行坐标法进行可视化,支持细节模式的发现。新方法所构建的原型系统被成功应用于从地形数据集中发现代表土壤类型的聚类模式,从而验证了方法的有效性。

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地理信息系统与应用

基于时空关联的警用信息系统的设计与应用

杨忠德, 曹新平

2011, 13(4): 480-485. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00480

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在国家科技支撑计划全国警用信息基础平台应用技术研究与规模示范应用(PGIS)项目的支撑下,公安部在"金盾工程"二期中开展警用信息系统研究,并在上海市公安局PGIS平台应用示范。在应用示范项目建设过程中,针对上海大量警用信息具备时间和空间双重属性,并且随着城市变迁而快速更新的现实条件,本文提出了时空关联技术建设上海警用信息系统。本文重点研究了时空关联的警用信息系统(SPGIS)的主要特征、数据时空化处理方法、结构体系设计、数据库设计、GPS接入设计、展示方式等方面的内容。在此基础之上对上海警用信息系统从开放式架构体系、可持续的数据更新机制、数据接入时效设计、时空关系的数据挖掘等方面具体内容进行重点探讨。系统的建设成功实现了在统一的数据展示与交换平台上进行各种类型时间、空间相关数据的关联、展示、交换、共享,实现了数据的一体化管理、分析和挖掘,并于2010年上海世博安保中投入使用,为各级领导世博安保期间警务指挥决策、案事件侦办提供了有力支持。

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网络地理信息分析方法与应用

一种网络空间数据发布与在线处理平台的设计与实现

周玉科, 周成虎, 陈荣国, 张明波, 陈应东

2011, 13(4): 486-491. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00486

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本文讨论了一种负载均衡的Web空间数据发布和地理分析平台的实现(LreisServer),并通过不同的数据源对其性能进行测试。该平台遵循OGC服务标准,并已实现WMS,WFS,GML规范。本文从互操作的角度论述了WMS,WFS,GML扩展模块的实现细节。系统后端采用PostGIS为空间数据库,依靠其强大的矢量栅格空间数据格式存储能力,为互操作式在线空间分析系统提供了有力的数据支撑和空间查询支持。系统前端采用Openlayers与Activex控件动态结合的方式,利用C#和ASP.NET实现地图展示和基本胖客户端的空间操作。地理分析系统几何要素实现OGC简单要素标准,算法实现包括buffer、overlay等,空间索引支持四叉树、R-tree等索引。系统设计实现一种ASP.NET地图服务缓存机制,可以实现历史数据的回溯,加速地图客户端的显示和互操作。试验结果表明该平台能很好地完成以下功能: (1)提供高质量和高效率的WMS地图服务;(2) 可以利用PostGIS强大的空间存储和分析能力,提供空间数据服务和GML服务;(3)通过负载均衡策略完成简单的客户端空间分析功能。

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网络地理信息分析方法与应用

基于网络爬虫的地名数据库维护方法

张春菊, 张雪英, 朱少楠, 徐希涛

2011, 13(4): 492-499. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00492

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目前,我国地名数据库建设存在大、中颗粒度地名集中,小颗粒度地名较为缺乏,地名资料陈旧、时效性较低,简称、别名等非标准地名信息和地名的相对位置信息缺失等问题。而地名数据库的更新维护工作主要通过人工测绘手段完成,存在周期长、成本高、效率低等缺点。针对这一问题,本文以现有地名数据库和空间关系词汇为基础,基于Google搜索引擎服务,提出一种以网页资源为数据源,利用网络爬虫技术和地名识别技术,进行地名数据库更新维护的方法。首先,设计以地名为主题的网络爬虫,实现非结构化的网页数据中海量空间敏感网页文本的主动获取;然后,采用HTML DOM技术解析空间敏感网页并应用CRF地名识别模型自动识别网页文本中地名;最后,设计相关算法进行网页文本中地名信息的自动解析,实现新地名和地名空间位置信息的获取,进行地名数据库的更新维护。以"南京师范大学仙林宾馆+西北"为空间检索实例,验证了此方法的可行性。

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网络地理信息分析方法与应用

基于WebGIS的新疆经典旅游信息系统——以观光线路查询为例

张洋, 郑江华

2011, 13(4): 500-505. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00500

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本研究以经典旅游路线体系和新疆旅游观光线路的经典性为重点,从纷繁复杂、种类各异的新疆旅游资源中,结合新疆旅游资源,设计实现了新疆经典旅游信息系统。从游客的需求性、旅游路线的经典性和景点的代表性出发,有针对性地初步构建经典旅游线路体系,筛选并建立了MySQL经典旅游线路数据库。依据新疆部分旅行社、旅游局和导游协会推荐意见,基于Web2.0架构,构建游客/公众参与的新疆经典旅游信息系统。查询系统由基础数据库、出游辅助决策和经典旅游信息论坛3大模块组成,系统采用B/S模式,以Apache为服务器,PHP为交互语言,Google Map为地图平台,设计并实现了WebGIS面向用户的信息服务。

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城市空间的系统分析

北京城市人口空间分布特征的GIS分析

匡文慧, 杜国明

2011, 13(4): 506-512. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00506

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城市人口空间分布特征分析是城市化影响下的局地尺度人类-环境(Human-Environment)相互作用研究的一个重要内容。本研究以第五次人口普查数据,采用GIS网格计算方法,模拟北京市2000年人口空间分布,并从宏观、微观、中观3个不同层次分析其空间分布与变异特征。研究表明,从宏观角度分析,各环路间人口密度具有较大的差异,自内向外整体上呈现先增加后减少的态势;从微观角度分析,人口分布具有高度的集聚性和空间自相关性,小尺度变异在全局变异中所占的比重较小,表现出良好的整体结构特征;从中观角度分析,人口密度从城市中心向外围呈现阶段波动性递减特征,在0~8.5、8.5~13.5、13.5~33.0km范围内分别符合抛物线模型,各段内人口密度在小距离增加后表现出长距离的减少趋势。城市空间结构分布所呈现的"单中心波浪散射"布局模式,显著区别于国外经典的城市人口空间结构。

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城市空间的系统分析

城市总体规划环境影响的GIS模拟与评价分析

程熙, 沈占锋, 杨邦会, 刘毅, 张志果

2011, 13(4): 513-519. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00513

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城市环境影响评价是城市规划与可持续发展中的一个重要问题。从规划部门对设计方案进行分析比较、定量评估的实际需求出发,采用地理信息数据处理与模拟等技术,归纳了GIS的评估指标体系。针对城市总体规划方案,将GIS数据引入气象模型,建立城市规划气象GIS论证评价技术路线;对规划方案进行空间概化、划分并识别单元特征,通过土地利用回归法(LUR)建立了基于空间单元的城市规划大气环境、水环境和噪声环境模拟适用模型;并在案例城市总体规划与方案编制中应用,以及环境影响的定量评估,为优化城市整体规划和局部布局提供了科学依据。城市规划环境影响GIS的评价,对于城市总体规划方案的制定,指导城市定位与发展方向的合理性和生态环境适宜性有着重要的辅助决策作用。

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城市空间的系统分析

城市边缘区土地利用结构分形特征的动态变化——以广州市南拓区为例

陈明辉, 陈颖彪, 郭冠华, 罗俊彪

2011, 13(4): 520-525. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00520

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近20年来,随着广州市城市化水平的大幅提升,作为城市地域空间发展前沿的城市边缘区土地利用变化异常明显。本文以广州市典型城市边缘区为研究对象,基于覆盖广州市南拓区的4时相TM遥感解译数据,构建土地利用数量结构变化模型和分形结构模型,定量化研究区域土地利用结构的变化强度、复杂性和稳定性。研究结果表明:在广州市核心区城市化辐射作用下,南拓区1990年以来,土地利用经受了剧烈的变化,按照变化特征可将其分为2个阶段:(1)前期(1990-1995年),土地利用结构变化剧烈,建筑用地的增加和耕地面积的减少主导了该时期的土地利用数量变化过程,期间分维数快速增加,稳定性迅速下降; (2)后期(1995-2005年),土地利用结构变化幅度减缓,耕地、林地面积有所回升,分维数和稳定性上升幅度趋缓,区域土地利用结构变化开始出现良好的态势。

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地理模型与模拟应用

中国气温与降水的时空变化趋势分析

范泽孟, 岳天祥, 陈传法, 孙晓芳

2011, 13(4): 526-533. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00526

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如何对离散分布的气象台站观测数据进行高精度曲面模拟,为生态系统及服务功能时空变化趋势模拟及其综合评估提供高质量、高分辨率的空间气候数据,以满足栅格层次上的生态系统过程模型、生态系统格局模型及生态系统综合评估模型的参数需求,一直是存于生态学界的难点问题。在对全国1964-2007年的752个气象台站长期观测的气温和降水数据进行空间统计分析的基础上,综合考虑DEM数据、经纬度、坡向、坡度等系列地形特征因子对气温和降水空间分布的影响,对全国平均气温和平均降水空间分布趋势模型进行构建,并将其与高精度曲面建模(HASM)方法进行集成,实现研究周期内各时段的年平均气温和年平均降水时空变化趋势模拟。模拟结果表明,在1964-1974(C1)、1975-1985(C2)、1986-1996(C3)和1997-2007(C4)年4个时段内,全国年平均气温总体呈持续上升趋势(平均每10年上升近0.28℃),而全国平均降水总量变化幅度不大,存在显著的区域分布差异及变化特征。论文所建立的模型和方法,可以高效快速地实现将离散点气候观测数据转换成高分辨率的空间栅格数据,从而保证多尺度生态系统时空分析模型的参数精度需求。

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地理模型与模拟应用

多年平均气温空间化BP神经网络模型的模拟分析

张赛, 廖顺宝

2011, 13(4): 534-538. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00534

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气温数据空间化是插补无站地区温度、使气温数据便于综合分析的重要技术手段。理想情况下,气温的空间化分布受经度、纬度和海拔高度的影响,呈现规律性的空间分布态势。但是,各种微观因子如坡度、坡向、地形起伏、地表覆被等的存在,在一定程度上扰乱并弱化了这种规律性的分布态势。本文基于Matlab平台,利用BP神经网络研究了多年平均气温数据空间化的新方法。结果表明,与传统的IDW插值、Kriging插值、样条插值和趋势面插值相比,BP神经网络的绝对误差仅为0.51℃,具有较高的空间化精度,同时它更加准确地反映了诸如阿尔泰山、天山、昆仑山、喜马拉雅山等山区低温带的气温分布规律。本研究不仅丰富了气温数据空间化的理论、技术和方法,为相关研究提供了重要的基础数据;而且也为降雨、蒸发等模型因果关系不十分明确的气候/气象要素的空间化提供了一定的参考和借鉴。

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地理模型与模拟应用

气温插值中不同空间插值方法的适用性分析——以江苏省为例

彭彬, 周艳莲, 高苹, 居为民

2011, 13(4): 539-548. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00539

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气温是最重要的气象因子之一,空间插值为台站气象数据降尺度提供了有效方法。本文利用江苏省67个气象台站2003年的逐日气温资料计算逐月平均气温和年平均气温,结合空间分辨率为30m×30m的DEM数据,分别利用反距离权重法、张力样条插值法、普通克里格插值法和协同克里格插值法,对月和年平均气温进行插值,并利用交叉验证法对插值精度进行了验证。研究结果表明,考虑空间自相关性的普通克里格法的插值精度明显优于反距离权重法和张力样条插值法;而协同克里格法由于考虑了经纬度、距海岸距离和高程等影响气温空间分布的局地因素,其插值精度一般略优于普通克里格法,尤其是在站点稀疏的情况下,协同克里格的优势更加明显;由于受海陆分布和东亚季风的影响,江苏省气温的空间分布与距海岸距离有关,在利用协同克里格进行空间插值时,距海岸距离也是一个值得关注的因素。

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遥感技术与应用

1975-2009年锡林郭勒盟东部地区草地退化态势及其空间格局分析

艳燕, 阿拉腾图雅, 胡云锋, 刘越, 于国茂

2011, 13(4): 549-555. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00549

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研究采用锡林郭勒盟东部3旗、市(东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗以及锡林浩特市)1975年MSS数据、1990、2000、2005年的Landsat TM数据,以及2009年的HJ-1等遥感影像,在分析研究区陆地植被覆盖与变化特点的基础上,建立了研究区草地变化遥感解译的分类系统,构建了锡林郭勒盟东部地区5期草地现状、4期草地退化数据库;基于该数据,进一步分析了锡林郭勒盟东部草地变化态势的时空分布格局。研究表明:1975年以来锡林郭勒盟东部区草原一直处于退化状态,但2000年之前为持续、加速的退化过程,2000年之后草地退化态势得到遏制和缓解;草地破碎化与盖度降低是本区的主要退化类型,2000年之前上述退化过程是由西向东,即由锡林浩特向东乌珠穆沁、西乌珠穆沁两旗扩展,2000年之后上述退化过程则是由东向西收缩。

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遥感技术与应用

不同景观特征遥感图像融合的最佳分解层数选取分析

郭冠华, 陈颖彪, 吴志峰, 魏建兵

2011, 13(4): 556-561. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00556

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IHS和小波变换相结合的融合方法是一种高效的融合算法。影响该算法性能的因素有很多,其中分解层数的选取对融合图像质量有重要影响,故针对不同景观特征影像选取最佳分解层数的问题有待深入探讨。本文以SPOT全色影像和TM多光谱影像,选取信息熵、平均梯度和相关系数3个质量指标,就不同景观特征影像对小波分解层数的响应问题开展了研究。结果表明:融合图像质量与原影像地物景观特征有密切关系;不同景观融合图像信息熵在分解层数下表现出较强的变异,相关系数变异较弱,就单一景观影像而言,林地景观对分解层数更为敏感;各质量指标的变异规律差异明显,不同景观影像临界层数也各异,可根据其变异曲线特征针对不同景观特征影像确定最佳分解层数。

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遥感技术与应用

广东省滑坡灾害监测中CORS系统的应用分析

魏平新, 李成钢, 徐峰, 石晓春

2011, 13(4): 562-570. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00562

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在广东省滑坡灾害动态监测工作中,以广东省GPS连续运行参考站网络(GDCORS)技术为核心,集成单频GPS接收机及一机多天线技术(GMS)等低成本专业化GPS 形变监测手段,开展高精度(厘米级到毫米级)滑坡灾害动态监测应用研究。在对3种关键技术,包括:CORS系统建立和维护区域动态位移形变监测基准、GPS/CORS动态解算数学模型、监测目标形变运动状态参数的自动探测与提取技术的原理和算法模型进行详细论述的基础上,进行了较为完备的系统设计与技术集成。最后,在省内通过实验区和地质灾害隐患点开展的一系列高精度(毫米级)滑坡地表形变远程动态监测的实验与应用(包括模拟试验、野外试验、示范点监测等),验证了该技术在广东省滑坡灾害动态监测预警中的适用性。

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学苑动态

全球500m分辨率遥感物候数据集

刘荣高

2011, 13(4): 571-572.

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"物候学记录植物的生长荣枯,……等自然现象,从而了解随着时节推移的气候变化和这种变化对动植物的影响"(竺可桢)。植物的开花、落叶等物候现象的长期记录,既描绘了气候系统对生态系统的影响,同时也刻画了气候的变迁。物候学对全球变化、农林业等领域的意义重大,例如气候变化与植被适应性、城市热岛效应对生态系统的影响、气候波动对生态系统、农作物的播种和管理、植被碳固定的估算、全球物质与能量循环、全球碳循环等的影响。当今,全球气候变化已经成为全世界的热点话题,物候的研究日益受到关注。

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