GIS技术目前存在空间表达不完备、时空表达不融合等问题,在社会化应用方面也缺乏大型的示范性工程。应对上述挑战,GIS需要在时空统一的数据模型构建、有效的数据组织管理技术、空间索引技术、GIS加速器和形式多样的表达和交互能力等方面进行突破,形成可支撑GIS社会化应用的关键技术体系。同时,面向GIS的社会化应用的大力推进,首先,要树立“全方位看世界”的GIS观,其次,GIS的发展必须从面向“地理环境”走向面向“人”,要适应大众对媒体的需求发展影视GIS。在重大GIS社会化应用工程建设方面,家谱GIS是GIS社会化的一个很好的切入点,其对研究和传承中华历史文明具有重要意义。
电子地图符号化的质量和绘制速度一直是地图工作者关注的重点。目前,地图符号化的质量基本能满足各类用户的需求,但是,电子地图绘制速度较慢的问题,特别是在涉及较大数据量的多幅电子地图显示时,系统响应用户操作时间比较长,影响用户操作体验。本研究分析比较了GDI与OpenGL的特点,提出使用OpenGL相关技术实现地图要素的符号化方法,并用内存池技术和共享显示列表的多线程调度技术实现多幅电子地图数据的快速组织与表达。实验表明,利用文中的方法能够实现地图点、线、面要素的符号化,并在地图数据的漫游、缩放操作的屏幕绘制速度基本保持在17帧/s以上,表明利用本文的方法和技术提高了系统的显示速度,保证了用户与电子地图良好的交互效果。
路网拓扑关系的生成是进行最优路径规划的基础。本文针对ISO GDF4.0模型对道路连通拓扑的定义,结合最优路径规划对道路网络连通拓扑的要求,提出一种使用R-tree空间索引和B-tree索引双重索引方式快速生成道路连通拓扑的算法。连通拓扑快速构建算法包括新道路生成和网络拓扑提取两部分,新道路生成过程中,首先,自上而下地打断道路形成直线段集并求交点,然后,自下而上地重构直线段集以生成新道路。在打断道路求交点过程中,对道路建立R-tree空间索引,显著提高了几何要素的查找速度。在网络拓扑提取过程中对序列化数据建立B-tree索引,使得其查找速度大大加快。通过对双重索引算法的时间复杂度分析与验证表明,本文提出的拓扑生成算法具有较高的执行效率。
空间扫描统计量方法是公共卫生监测领域应用非常广泛的空间聚集探测快速算法。其利用传染病监测数据可探测到病例异常增多的局部区域,对可能的传染病暴发做出早期预警。候选聚集区域的预先生成是该方法的一个关键步骤。将现有的候选聚集区域生成方法应用到包含子区域较多的大区域时,可能导致大量候选聚集区域的遗漏,影响探测结果的准确性;或可能生成大量重复的候选聚集区域,导致随后空间扫描计算时间的延长。本文在原有候选聚集区域生成方法的基础上,提出了一种新的快速算法。它以格网点间隔的优化选择,可减少对可能候选聚集区域的遗漏;同时,基于多重排序算法可在较短的时间之内,删除掉原始候选聚集区域集合中的大量重复。通过山东省西南部608个乡镇点的候选聚集区域生成测试,改进的方法可减少候选聚集区域的遗漏,并在较短的时间内删除掉所有的重复候选聚集。
本文以区位-配给模型理论为指导,以路网疏散距离最短、场地服务容纳量最大为目标,构建最优避难疏散模型,以解决中小学避难场地选址问题。本文从保障学生避难疏散场地的安全性和适宜性角度出发,通过建立环境制约因素模型,对地形坡度、断裂带、河流湖泊、易燃易爆站点、高层建筑物倒塌范围和文物古迹保护范围6大因素进行空间叠加分析,计算了实际的避难需求和供给容量。为减少利用直线距离直接作为疏散道路产生的误差,本文通过对不受影响的路网信息进行网络分析,计算最短疏散道路,以获取实际的路网距离。本文将该方法应用于北京市西城区中小学避难场地选址的优化方案,有效地解决了中小学避难场地选址问题。
森林资源小班是森林资源二类调查、统计和经营、管理的基本单位,通过研究其变化的形式和影响其变化的因素,得到的结果可以适用于整个森林资源空间数据。本文依据小班对象的空间变化和属性变化,将其变化归纳为8种基本变化类型。对传统基态修正模型查询速率低下的问题予以解决:使用动态多级索引的方法进行模型的改进,同时,用面向对象的方法对小班空间数据更新的时空信息进行描述,构建了基于版本的多基态修正扩展时空数据模型(VBMBSEA-STDM),很大程度上提高了二类调查数据的准确性和更新速率,更加有利于实现历史查询和分析。在研究的基础上,通过GIS分析凉水实验林场1999年和2009年小班调查数据,得出小班数据的具体变化形式,构建森林资源空间数据更新时空模型,实现历史比较和回溯。
突发性毒气泄漏事故的频繁发生对市民的安全造成了极大威胁,有必要对常见毒气泄漏事故发生后的成灾模型进行探讨,以便从理论上指导应急部门实施应急救援行动。本文在研究和分析典型毒气泄漏扩散模型的基础之上,引入地形因子对原有毒气泄漏扩散模型进行改进,使之适应三维地形下的危化品气体扩散模拟,并将模型与GIS集成可视化,分析比较了模型修正前后气体扩散浓度的分布情况。在此基础上,进一步分析了DEM空间分辨率对毒气扩散浓度的分布影响,发现DEM空间分辨率对毒气浓度分布区域有一定影响, 并分析了其影响原因。结果表明,加入地形因子的高斯烟羽模型比之前没有考虑地形因子的高斯模型计算要更加精确,更贴近现实状况;同时,DEM分辨率对改进后的高斯烟羽模型的模拟影响较大,选择适当分辨率的DEM能帮助应急部门在短时间内模拟出真实可靠的浓度分布区域,对毒气泄漏事故的应急有一定的实际参考价值和指导意义。
矢量地图裁剪是商业GIS软件平台重要的基础功能之一。而各种商业GIS平台的矢量地图裁剪效率存在较大差异,其中,ArcGIS效率较高。本文提出了一种矢量地图裁剪计算模式:首先,筛选与裁剪要素外接矩形框(MBR)相交或者包含于该矩形框内的被裁剪要素;然后,对筛选出的被裁剪要素构造四叉树索引,根据被裁剪要素的类型采用不同的计算模式完成裁剪;最后,采用线程池技术实现并行高效的裁剪计算过程。实验结果表明,本文提出的方法在矢量地图裁剪方面与ArcGIS 10平台的效率相当。
文针对我国目前灾情直报、灾情核查评估、灾害应急响应、遥感影像地面解译等重大灾害现场应急工作需求,提出了一种面向任务的移动灾情快速采集直报技术,并以这种技术的业务化应用为目标,详细阐述了自然灾害移动信息平台的整体建设方案。该技术以现场灾情采集工作图层为载体,以现场工作任务规划为核心,系统解决了现场灾情采集工作中多元灾情信息的一体化采集、快速集成、即时上报、实时监控、团队协作等技术难题。相对于目前广泛采用的“卫星定位＋底图标绘＋移动通信”技术模式,该技术具有4个方面的优势:灵活兼容任何现场灾情信息采集任务;避免了卫星导航系统定位精度不高导致的大量后期数据处理工作;实现了多元灾情信息的一体化采集与快速上报;能够支持多个现场小组协同工作。该技术开发的自然灾害移动信息平台,由终端子系统、后方服务子系统和支撑数据库组成,能够依托智能移动终端设备提供现场多元灾情数据的一体化采集、快速上报、实时在线集成、快速共享等功能。该技术应用于青海玉树地震结古镇倒房评估,现场评估工作组利用4台移动终端在3天内完成了685个斑块房屋倒损程度、房屋间数、单位造价、户数及人口等灾情指标的调查统计,采集的数据可直接用于数据分析,辅助决策支持。
WRF模式作为一个中尺度气候模式,其分辨率从几米到几千公里,其自身的双向嵌套特征也为进行动力尺度下推提供了有力条件。本文利用WRF模式和传统的统计方法对研究区的气温进行尺度下推。首先,通过动力下推得到不同分辨率下的气温空间分布,并选取15个气象站点进行点对点验证,为了更明显观察不同尺度间的差异,对不同尺度的输出与ANUSPLIN插值结果进行比对,结果显示动力尺度下推中,分辨率越高模拟效果越好。其次,我们采用传统的统计下推方法,从27km下推到3km分辨率,并与WRF和ANUSPLIN插值在该尺度的结果进行对比分析,结果显示统计下推结果的趋势与动力下推的插值结果是一致的,但具有明显的马赛克效果,通过分析认为,这与统计方法的尺度下推只考虑高程信息的变化对气温的影响,而未考虑其他因素有关,如若在下推时加入更多的变量,如对温度有较大影响的坡度、坡向、土地覆被类型等因素,综合分析不同尺度之间的关系,会使下推结果有所改善。
湿地功能分区是城市湿地生态系统健康恢复、管理改善,以及资源可持续利用的重要前提。本文以北京湿地为例,利用客观赋权的主成分分析法对湿地生态服务功能进行综合评价;并结合空间分析中的Voronoi图空间分区方法,通过利用牛顿-断裂点模型确定属性权重的主要步骤,构建基于加权Voronoi图的城市湿地功能分区模型,开展“自下而上”定量化的北京湿地功能分区研究。结果表明:(1)北京湿地功能综合评价中,密云水库湿地的功能综合值最大,表明该湿地生态服务功能作用最重要。(2)北京湿地功能分区分为三级框架,其中包括4个一级核心湿地功能区、15个二级核心湿地功能区、43个三级核心湿地单元。(3)湿地资源功能价值量与湿地斑块空间关系的相结合,实现了属性和空间双重距离约束的湿地功能分区,促进了湿地生态系统服务价值评估在决策管理中的深入应用,为城市湿地功能区划提供技术支持。
互联网等现代信息空间为研究非物质文化景观,提供了新数据源和互动平台。本研究以中国剪纸文化为例,借助淘宝API,利用规则化网页采集工具,提取了淘宝网中销售中国剪纸商品的网络店铺基本信息和产品交易信息,利用GIS可视化与分析方法,开展C2C新型商业模式的文化交易景观表达,挖掘景观内涵和意义。结果表明:C2C模式下的文化交易景观与传统文化区具有明显耦合性,网络店铺和消费者分布在京津冀、长三角和珠三角区域形成明显的核心聚集区;同时,不同剪纸流派发展状况差别显著:陕北剪纸、蔚县剪纸等北方派剪纸在交易中占据主导地位,交易关系集中在中国东部和中部地区。本研究是文化地理学研究视角和研究方法在信息时代的重要扩展,对于全面认识当代中国非物质文化产业转型与发展态势具有现实参考意义。
由于总体精度或Kappa系数的遥感影像分割/分类评价指标,对影像分割图斑的几何形状等真实结构未能有效刻画,不能有效体现面向对象处理中边缘像元的真实分割/分类效果。本文基于分割对象的几何结构,提出了5个面向对象的高分辨率遥感影像分割/分类精度评价指标:过分割、欠分割、边缘匹配、分割块数,以及形状误差,并在IDL平台实现了一个面向对象影像分析与评价的原型系统。通过对福州市QuickBird影像的Meanshift分割评价,证实了其指标能够刻画出分割对象的深层结构,并符合地物对象分割/分类的真实分布。实验还表明,该评价指标在确定分割算法的参数方面具有重要的应用价值。
基于Hyperion高光谱与ALOS全色波段的融合图像,运用线性波谱分离模型,对影响城市下垫面分类的因子进行定量分析。结果显示:随着空间分辨率的递增,融合图像光谱保真性呈下降之势,并呈现出阈值现象,但所有相关系数值都大于0.90,表明以融合图像进行线性波谱分离提取城市下垫面具有可靠性;下垫面分类总精度则整体明显下降,Kappa系数值也几乎单调减少。大气校正后下垫面分类的总精度和Kappa系数都明显高于大气校正前;当丰度分割值由10%增至60%时,生成的下垫面分类图像的精度单调降低,表明应慎用50%阈值分割法。
潮滩土壤含水量具有变化频率快、空间变化大的特征,是影响潮滩地表反射率的重要因素。潮滩土壤含水量的精确提取,可为潮滩特征地物信息遥感反演提供基础。本文利用江苏大丰王港潮滩4种典型沉积物、449组不同含水量对应的实测光谱曲线数据进行特征分析,构建高光谱预测模型,实现了潮滩沉积物含水量的遥感反演。研究结果表明:(1)在短波红外波段,沉积物含水量与反射率之间存在良好的分段线性相关关系,分段点对应的含水量分别为42%和62%;(2)1165nm、1336nm、1568nm和1780nm特征波段反射率,对含水量变化具有良好响应,由特征波段组合计算得到的差值水指数DWI、比值水指数RWI和归一化水指数NDWI与含水量呈显著线性相关,可有效改善单波段反射率与含水量之间的分段线性关系;(3)3个水指数中,DWI反演的含水量精度优于RWI和NDWI,且对不同含水量大小均有良好适应性,而RWI和NDWI更适合含水量变化范围中等的情况;(4)对于粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂和砂4种沉积物类型,DWI1336,1780验证组模拟含水量与实测含水量的相关系数,分别为0.891、0.915、0.920和0.905,均方根误差分别为9.87%、3.56%、4.24%和2.98%,表明由DWI构建的高光谱遥感反演模型,可有效实现潮滩表层含水量的时空变化预测。
依据江苏盐城国家珍禽自然保护区淤泥质潮滩湿地影像特征,快速提取高精度潮滩湿地地物信息对湿地生态保护具有重要的意义。本研究以2010年TM影像为数据源,针对海滨湿地植物覆被类型复杂,以及湿地植物类型之间的生态交错带信息难以识别等问题,综合运用植被NDVI指数、波段反射率特征、环境特征和生态条件,逐级分层分类及人工选取阈值等方法,较好地解决了淤泥质潮滩湿地分类问题。结果表明,与同一时期的监督分类相比较,在识别植被交错带植被覆被类型和零星分布的植被斑块的类型方面更具优势,分类精度有明显提高。通过ROI训练区,选取了3126个包括所有类型的样本进行精度检验,分类精度达到95.87%。该方法弥补了单一分类方法的不足,对快速、高精度地提取淤泥质潮滩地物类型具有重要的参考价值和实践意义。关键词:淤泥质潮滩湿地;光谱反射率;归一化植被指数(NDVI);GIS
森林火灾是加拿大北方森林地区最主要的扰动因素,对北方生态系统起着主导作用。基于MODIS数据,采用全球扰动指数算法(MGDI),对加拿大萨斯喀彻温省和亚伯达省2004-2011年的森林火烧迹地进行检测和分析。通过与MODIS标准火烧迹地产品以及加拿大林业局数据进行比较,扰动指数算法检测的火烧迹地面积比MODIS标准产品更接近于林业局的统计数据。分析表明,在2004-2011年间,由于火灾原因,整个研究区森林面积平均每年减少76.36万hm2,占该区域森林总面积的3.36%。萨斯喀彻温省平均每年燃烧的森林面积为46.83万hm2,亚伯达省为29.53万hm2。其中,2006、2008、2010和2011年是火灾的高峰年份。火烧迹地主要集中在生态交错带的北方保护区、针叶林保护区、针叶林平原区,以及北方平原东北部的伍德布法罗国家森林保护区。
采用多种类、多时相遥感数据对塔里木河流域综合治理后的耕地变化和干流绿色走廊带的植被、沙质荒漠化和盐碱质荒漠化等主要生态要素进行了动态监测,结果表明:(1)1999-2008年间,流域耕地面积逐步扩大,从167.17万hm2增长到207.51万hm2。其中,塔里木河干流区耕地面积增加最快,叶尔羌河、开都河-孔雀河与和田河三流域稳步增加,而阿克苏河流域耕地面积先增加,后减少。除阿克苏河流域外,塔里木河流域等其他三流域和塔里木河干流,在2004-2008年间的面积增长速度明显大于1999-2002年和2002-2004年两个时段。(2)2002-2004年间,塔里木河干流绿色走廊带生态环境明显改善,主要表现为植被覆盖度的提高、沙质荒漠化土地面积的减小和强度减弱、盐碱质荒漠化土地的强度减弱等。耕地面积的大幅度增加引起的灌溉用水量的增大,对长期采用输水实现塔里木河的生态功能恢复具有长期性制约作用。
四川草原是我国5大牧区之一,其可利用的天然草地占全省草原总面积的85%,准确掌握草原产草量信息对草原管理和当地经济发展具有重要意义。本研究利用2011年7月MODIS不同分辨率(250m、500m、1km)NDVI、EVI产品和同期地面调查数据(共181个采样点),对四川草原4种主要草地类型(即高寒草甸草地、高寒灌木草地、高寒沼泽草地和山地疏林草地)产草量鲜重分类型建立估产模型。研究发现,NDVI对该地区4种主要草地类型产草量的拟合效果普遍优于EVI;相对于500m和1km的遥感数据,250m的遥感数据拟合效果较好;分草地类型建立模型的效果优于对全体样本建立模型;该地区除高寒沼泽草地用幂函数模型拟合效果较好外,其余均用指数模型进行建模效果较好;对该地区各草地类型建立的最优估产模型,精度均在70%以上,回归判定系数R2在0.75以上;利用最优模型对2011年四川省草原进行估产,总体估产精度约为90%。
植被覆盖度是生态环境变化的重要指标,也是遥感反演的关键参数。盐碱地植被覆盖度的准确测量对研究地表植被蒸腾、土壤水分蒸发及土壤退化、盐碱化等具有重要意义。过绿指数(Excess Green index,ExG)对绿色植被比较敏感,能突显植被信息,去除土壤、阴影的干扰。通过对吉林西部盐碱地玉米、高粱、绿豆、杂草、土壤数字图像特征分析,利用改进过绿指数(Modified Excess Green index,MExG)算法计算植被和土壤的MExG值;并确定区分植被和土壤的MExG阈值为40,进而计算植被覆盖度。本文采用监督分类的最大似然法对比验证MExG自动提取结果,并对两种方法计算的玉米、高粱、绿豆和杂草的覆盖度,分别进行目视判读和t检验。研究表明,MExG自动提取方法具有客观性强,处理时间短,分类精度高等优点,是计算不同植被类型覆盖度的有效方法。
