地理要素变化检测已成为国家地理信息“十二五”规划和全国地理国情普查的重要组成部分。网页文本中蕴含海量的地理要素信息,尤其是新闻、政府、社交平台等网站的网页文本更新频繁,可为地理要素变化检测提供现势性的数据源。本文针对网页文本中地理要素变化的语言描述特点,构建了表达地理要素变化的语义知识库,设计了搜索引擎和通用主题相结合的网页爬虫,实现了相关网页文本的高效获取;采用规则模型和条件随机场模型,分别进行网页文本中地理要素变化信息抽取,包括地理要素名称、位置(地名)、时间和属性等。实验结果显示,本文设计的网页爬虫具有较高的相关网页文本获取能力,地理要素变化信息抽取的准确率能够达到70%以上,但是,语义知识库的完备程度对于信息抽取性能具有较大影响。研究成果表明,以网页文本为数据源的地理要素变化信息获取方法,能提供一种快速检测地理要素变化的新途径,与实地调绘和遥感影像检测等方法结合应用具有较好的优势互补性,可作为有力的辅助手段解决地理要素的持续更新和实时更新问题。
本文针对空间面群目标提出了一种几何相似度计算模型。首先,利用拓扑关系概念领域图定义了面群之间的拓扑关系相似度;然后,对不同类型的面状目标选用合适的“降维”方法处理为“线群”目标,利用方向均值定义线群之间的方向关系即面群目标的方向相似度,以及利用“环形方差”定义线群目标之间的距离关系即面群目标的距离相似度。最后,结合面群的长度和平均长度、面积和平均面积,面密度及紧致度,建立了面群目标几何相似度计算模型,以对面群目标相似度进行整体度量。该模型综合考虑了空间面群目标的几何特征和空间关系特征,并对其作了适当的权重分配。从时间邻近度和尺度邻近度角度,本文设计了2个实验,结果表明,相似度计算结果与地物特征比较一致,符合人们的直观空间认知。
针对传统分布式数据库查询应用于分布式空间数据库查询带来的传输和处理代价高的问题,本文结合已有分布式跨边界片段连接优化方法,深入研究了分布式空间拓扑连接查询处理,提出跨边界连接优化的空间查询优化算法,丰富了传统的分布式查询的关系代数等价变换规则。同时,针对不同片段连接类型的分布式空间查询全局优化策略,实现了分布式空间查询分解与数据本地化,从而优化分布式查询中的数据传输所付出的高昂代价。最后,提出了结点归并、连接归并树、执行结点、执行计划树等分布式查询优化方法,利用相应归并和优化算法将全局空间查询转化为各个场地局部空间数据库的具体执行计划,消除分布式查询中的冗余计算,优化查询计算策略,从而解决分布式空间查询中的处理代价高的问题。通过分布式空间查询实验表明,本文的算法能够较好地提高分布式空间查询的性能。
当前地图自动综合的理论与算法研究已经取得一定的进展,空间拓扑关系对制图综合起到重要的制约作用。土地利用图主要包含图斑、线状地物、零星地类3类图形要素,数据综合的工作量较大。本文结合土地利用现状图综合过程实践,基于点集拓扑交模型的理论与方法,讨论并分析如何根据图斑之间可能的拓扑关系(相离、点相接、外相邻、内相邻),结合语义等约束条件,选择合适的操作算子(如聚合、融合、退化等),抽象出土地利用图中图斑、线状地物综合前后存在的一些拓扑关系约束性规则。研究成果可作为土地利用制图综合前后的拓扑关系检查的一项依据,为综合算法的设计与实现提供一定的参考价值。后续的工作是:进一步完善该规则与算法,进行实验与应用。建议规则库与算法相分离,以保持各自的灵活性和独立性。
高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。
目前,二维的方法不能正确描述现代城市立体空间的发展变化,因此,城市三维空间增长的研究对现代城市的发展具有重要意义。本文基于自组织理论及城市发展的自组织性,改进了Bengguigui等的城市空间模拟三维元胞自动机(3DCA)模型,在模型中添加了中心距离及交通距离评价因子,建立了城市三维空间增长的中心距离模型和交通距离模型。重点介绍了模型中评价因子的计算方法及其隐含的经济学含义、评价函数的构成和元胞空间状态的转换规则。最后使用NetLogo 3D建模工具,进行城市三维空间增长仿真模拟实验,结果表明:添加中心距离与交通距离因子后,城市三维空间增长模型更符合现实中城市三维空间扩展过程;进一步证明了城市发展的自组织性,以及他组织力量对城市向高级别发展的促进作用。
在三维地质体模型构建过程中所采用的数据多为钻孔数据,而研究区域内原始钻孔数据通常数量有限且分布不均,难以构建出既能够准确地反映研究区域地质构造,又具有良好可视化效果的三维地质体模型。针对此问题,本文对虚拟钻孔概念进行延伸,提出了用于三维地质体建模不同阶段的三种虚拟钻孔概念,并基于此设计了一种虚拟钻孔控制的三维地质体模型构建方法。首先,根据原始钻孔数据空间分布特征,自适应地确定插值点位,并采用克里金插值算法构建插值加密虚拟钻孔;其次,根据尖灭规则构建尖灭处理虚拟钻孔,采用改进的自适应蝴蝶细分算法构建细分光滑虚拟钻孔;最后,利用原始钻孔、插值加密虚拟钻孔、尖灭处理虚拟钻孔,以及细分光滑虚拟钻孔构建研究区域内符合地统计学规律且具有C1几何连续性,可视化效果良好的三维地质体模型。与将虚拟钻孔作为专家知识补充手段的传统建模方法不同,该建模方法将虚拟钻孔引入三维地质体构建的各个环节中作为核心的算法中间单元,有效简化了建模算法的实现过程,确保了算法的稳定性与高效性。
彼此相邻的海域之间由于用海类型的不同,经常存在相互的干扰和影响。本文以国家海洋功能区划中规定的海洋功能区分类及海洋环境保护要求为基础,设计了用海变化的自动检测方法。根据不同海洋功能分区的海水水质质量的标准建立缓冲区检测算法和历史用海检测算法,缓冲区检测算法用来检测同一时期不同位置的用海是否存在冲突;历史用海检测算法用来检测同一位置不同时期的用海是否存在冲突。在两种检测算法的基础上,利用地理信息系统开发组件实现了对新加入宗海及原宗海用海变更的自动检测功能,并以上海海洋功能区划数据为测试数据,验证了作为海籍空间信息管理系统的核心功能之一,可以实现用海变化的自动检测,满足对宗海空间变化和时间变化的信息化管理。
近年来,空气质量不断恶化,严重威胁人类身体健康。二氧化氮(NO2)作为人类排放的重要污染物之一,实时监测其时空分布及含量,对空气质量研究及公众安全预警具有重要意义。本研究利用搭载在AURA卫星上的OMI(Ozone Monitoring Instrument)传感器反演获取的2005年1月至2010年12月中国区的NO2数据,探究了NO2的时空分布特征及其人类影响。结果表明:中国NO2浓度上升趋势显著,6年来总NO2柱浓度(TotNO2)和对流层柱浓度(TropNO2)净增值分别为0.61×1015 molec/cm2和0.63×1015 molec/cm2,年均增长率为2.47%和5.69%;全国绝大部分地区NO2浓度呈增长趋势,但增长速率在空间上有所差异,表现为东部沿海地区大于西部欠发达地区。在全国尺度上,NO2呈现显著的时空分布差异特征:空间上,总体呈东高西低态势;时间上,东部地区的NO2浓度冬季明显高于夏季,西部地区则相反。最后,对比分析了TropNO2/TotNO2与人类足迹的相关性,结果显示二者间呈显著相关,且冬季最大,夏季最小。同时,分析发现各地地区生产总值和全国汽车保有量与对流层NO2间呈较强相关性。表明人类活动和经济发展是导致大气中NO2增多的主要原因。
地震发生后处于不同地震烈度区域的地物受灾程度不同。快速准确地获取地震影响或波及范围内地震烈度空间分布,是震后应急救援的重要依据和主要参数。依托云计算技术,以云服务方式构建地震烈度速报系统,提供可扩展、可配置、开放透明的地震影响场分析应用服务,将是我国烈度速报系统研究开发与应用中的一项新技术和发展趋势。本文依托研究小组自主研发的地理知识云服务系统GeoKSCloud,以福建省为研究区域,在提出适用于福建省地震烈度衰减关系与地震动峰值加速度场地校正方法的基础上,开展了地震影响场分析云服务系统的设计与实现工作,分析了地震影响场分析云服务的运行机制和服务组合工作流;实现了地震烈度衰减关系计算方法、场地放大因子校正方法、网格点场地类别属性获取、网格点沿地震衰减长短轴方向的坐标变换等相关原子服务的云服务封装,以及支撑数据云存储、网络地理信息系统的云服务门户的开发与集成;最后,以1604年发生在泉州近海7.5级大地震为震例,在云服务门户进行了全省范围内所有等间距网格点地震峰值加速度(基岩PGA和地表PGA)的计算、插值,并进行计算结果与实际调查数据的对比分析。结果表明,因充分考虑了具体场地的放大效应,构建的地震影响场分析云服务,不仅较传统单凭地震烈度衰减关系确定地震动峰值加速度方法更加精细化,而且提供的服务与传统的网络服务相比具有可扩展、可配置、开放透明等明显优势,可为我国烈度速报系统研究与应用提供一个共性技术与支撑服务平台,创新地震烈度速报的运营模式。
生态环境脆弱性评估可以为退化系统的综合整治提供策略依据。晋北地区作为我国北方农牧交错带的组成部分,在自然和人为因素的综合作用下,表现出脆弱性的特征。本文利用空间主成分分析和层次分析法,结合遥感数据和地理信息系统技术,评价了晋北地区生态环境的脆弱性。结果表明:在自然和人为因素综合作用下,晋北地区生态环境脆弱性呈现不平衡的空间分布特征,东北部重,西南部轻。极度和重度脆弱区主要分布在东北部,占整个研究区面积的33.1%;微度和中度脆弱区主要分布在西南部,占41.9%;轻度脆弱区在整个研究区几乎均有分布,占24.9%。轻度和中度脆弱区占整个研究区面积的55.5%。总体来看,晋北地区大部分区域处于中度和轻度脆弱性水平。自然因素是晋北地区生态环境脆弱性的主导因素,人为因素是其脆弱性变化的关键外在因素。影响晋北地区生态环境脆弱性的自然因素主要有干旱、NDVI、水土流失比率;人为因素主要有土地利用、第二产业占GDP比重、环保投资指数、水资源量。研究结果为晋北地区合理调控人类活动,保护和治理生态环境提供一定的依据。
以南京市江南8区380家国有商业银行网点,211家股份制商业银行网点为研究样本数据,综合运用缓冲区分析、Ripley's K函数和空间热点探测方法,分析了国有商业银行和股份制商业银行网点的空间布局特征。结果表明:两类商业银行均呈现出一定的中心集聚态势,但“向心”程度、集聚的广度与强度存在差异。缓冲区分析表明,股份制商业银行由市中心向外呈现明显递减的特点,但国有商业银行在前3个缓冲圈层内分布比较均匀;Ripley's K函数方法表明,两类商业银行均呈现先增后减的倒“U”型空间集聚特征,但股份制商业银行集聚范围小于国有商业银行;空间热点探测方法表明,两类商业银行热点区域集聚强度相异,国有商业银行低于股份制商业银行。分析空间热点重叠部位,将国有商业银行与股份制商业银行空间布局导向分为商业中心导向、高新技术-商业中心导向和人力资本-政府机构-商业中心导向。
本文以欧空局300m土地覆盖数据集为基础,参考20世纪70年代至2005年2期蒙古高原遥感影像,建立20世纪70年代、2005年2期土地利用及动态数据库,结合土地利用变化数量模型,分析了蒙古国与内蒙古的土地利用类型转换情况。对比分析蒙古国和内蒙古近30年来的土地利用变化强度及各地类间的转移变化,揭示2个区域的LUCC分异规律,并对土地变化的驱动力进行分析。结果显示:在自然条件及人类扰动共同作用下,蒙古国及内蒙古均表现出草地面积逐年减少,草地退化趋势明显;裸地面积不断增加,沙漠化现象严重;农田及城镇建设用地面积持续增长;水域面积呈现衰减;未利用地是其他各种土地利用类型增加的主要来源;由于人类扰动差异,蒙古国林地面积略有减少,内蒙古林地面积大幅增加。气候干暖化、人口增长,政策及社会经济发展等是驱动蒙古高原土地利用变化的主要因素。
识别滑坡须先了解什么是滑坡,广义滑坡包括崩塌、滑坡、碎屑流、泥石流等所有斜坡重力侵蚀现象;狭义滑坡指部分斜坡沿着斜坡内的一个或数个面在重力的作用下作剪切运动的现象。各类滑坡有自已特殊的地表形态特征,发育的基本地质环境条件和触发因素,据这些特征识别滑坡。利用数字滑坡技术进行滑坡识别大致分为2步:(1)通过RS和GIS技术将不同时间的调查区地物现场以不同分辨率展现在数字图像上,并与地理控制及地质环境信息配准、组合,建立解译基础;(2)在滑坡地学理论指导下,通过人机交互方式进行解译和时空分析,获取减灾防灾需要的信息。该方法尚未达到遥感自动识别滑坡的程度,但建立解译基础的过程已可由计算机通过多种程序软件完成,故认为滑坡模式识别的前2个步骤:数字化及预处理已由计算机实现。现需探索的是用计算机实现基于滑坡地学理论知识,以人机交互方式进行的滑坡识别及分析过程。就狭义滑坡而言,基于DEM的滑坡地形识别已可由计算机实现。如能确定地面滑坡壁及滑体与地下滑面、滑床的关系,了解它们的光谱特征并建立计算模型,便可构建遥感技术的滑坡模式识别。
叶面积指数表征叶片的疏密程度和冠层结构特征,体现植被光合、呼吸和蒸腾作用等生物物理过程的能力,是描述土壤-植被-大气之间物质和能量交换的关键参数。目前多种卫星传感器观测生成了多个区域和全球的叶面积指数标准产品。本文综述了基于光学遥感数据的叶面积指数反演进展:首先,介绍了叶面积指数的定义和在生态系统模拟中的作用;然后,阐述了基于光学遥感反演叶面积指数的基本原理;在此基础上,论述了基于植被指数经验关系和基于物理模型的两种主要遥感反演算法,讨论了2种算法的优点和存在的问题,并总结了现有的主要全球数据产品及其特点,论述了产品检验的方法和需要注意的问题;最后,总结了当前叶面积指数反演中存在的问题,并展望了其发展趋势和研究方向。
本文提出一种面向对象的像元级分类方法(混合模型),并将其与单纯的以像元和面向对象的两种方法同时应用于分辨率分别为30m和0.5m的环境星CCD数据和航空影像进行对比分析。分类结果中不同地物类别之间光谱可分性的大小,很大程度上可反映分类结果的可靠性。若地物类型之间的光谱差异大,说明分类方法能将光谱差异大的地物很好地划分,显示出较可靠的分类结果;相反,如果分类结果中地物类型光谱差异小,则反映分类方法不够可靠。鉴此,本文通过计算分类结果中不同类别所对应的原始遥感影像像元之间的J-M(Jeffries-Matusita Distance)距离来度量分类结果中地物之间的光谱可分性,并用J-M距离比较分析了3种图像分类方法对2种不同分辨率影像的分类结果中各个类别之间的光谱可分性的变化。分析结果表明,混合模型不但能够得到较连续的分类结果,同时能够保持分类结果中类别之间的可分性。本文对分类结果进行了精度验证,结果发现混合模型的分类精度较其他2种方法要高。2种不同分辨率的遥感影像分析结果得到相同的结论,表明该模型适用于中分辨率和高分辨率影像。
表面粗糙度是有效解释雷达后向散射系数和微波辐射亮度温度的关键参数之一。表面粗糙度参数的测量精度受到测量方法、测量仪器、数据预处理等的影响,如何获取到表面粗糙度的“真”值是地表粗糙度测量急需解决的问题,并且有助于提高利用微波遥感技术反演地表参数的能力。本文利用激光扫描仪的二维高度数据和蒙特卡罗方法模拟的一维表面高度数据,分析了重复采样次数、采样间隔、采样剖面长度、空间自相关函数类型和大尺度结构(数据倾斜和农田垄行结构)对表面粗糙度精度的影响,研究表明:在大于20次重复采样、小于10mm的采样间隔、200倍相关长度的剖面长度的条件下,农田表面粗糙度参数的测量精度约为80%;分形相关函数与实测农田表面的空间自相关系数的吻合性要高于高斯函数和指数函数;数据倾斜和农田垄行结构严重影响表面粗糙度参数的结果,在进行表面粗糙度参数的计算之前,需从剖面高度分布数据中去除以上两个因素的影响。
近年来,受全球气候变暖及日趋频繁的人类活动的共同影响,我国草地生态系统出现了不同程度的退化,成为草地生态学界的研究热点。本文较系统总结了草地退化、杂类草入侵遥感监测方法的应用进展,指出了常规草地退化遥感监测方法的不足,并展望了今后的发展方向。研究发现草地退化在群落尺度上往往表现为优质牧草种类减少,杂类草种类增加。在草地退化过程中,杂类草侵入,往往导致植被覆盖度增加,因而传统的基于植被覆盖度、生产力和产草量下降的草地退化遥感监测方法,无法反映草地退化在植被种群方面的变化特征,尤其是杂类草入侵的草地退化过程。而目前基于高光谱数据的草地退化杂类草入侵监测方法,结合地面光谱测定和对退化草地物种特征微弱光谱差异的定量分析,能有效识别群落中杂类草种类,并反演出占群落的面积比例、高度和盖度等,可为草地退化监测及其治理提供群落演替过程及其态势的重要指标,为草地退化监测提供新的遥感技术方法。
煤矸石作为工业特殊固体废物之一,产生于煤炭的采掘与洗煤的过程中,影响着周围的生态环境,因此,通过遥感影像获得煤矸石堆场的位置、面积信息,对于后续的调查也有很好的指导作用。本文选择2011年9月的Land-Sat5 TM影像,通过将研究区的光谱信息与地形、温度等辅助信息相结合的方式,分别使用非监督分类、监督分类、谱间关系法、分层分类法4种方法对研究区煤矸石堆场进行提取。通过对比,分层分类法提取煤矸石堆场信息的识别精度可达到78%。另外,该方法对于继续在高分辨率遥感影像上进行煤矸石堆场位置、面积的提取也有指导作用。
本文以土库曼斯坦马雷绿洲为研究区,建立土地利用程度指数模型,利用2期遥感图像进行土地利用分类,对不同土地利用类型赋予相应属性;用正六边形网格采样,计算每个网格单元的土地利用程度综合指数;利用Kriging方法,对整个研究区进行土地利用程度综合指数插值和预测,分析马雷绿洲土地利用程度。结果表明:(1)研究区可利用土地利用类型主要为草地、耕地和撂荒地,占研究区的50%左右,呈减少态势;(2)研究区土地利用程度由中心向外围呈带状分布,土地利用程度综合指数等值线0.5为研究区绿洲与荒漠分界;(3)研究区中等及以上土地利用程度面积以年均0.079%递减,主绿洲与荒漠的面积比也由2001年的45.14:54.86分别降为2010年的42.06:57.94,说明研究区生态环境有恶化的趋势;(4)低、较高、高土地利用程度自身转移率均大于80%,而较低、中等土地利用程度自身转移率在50%左右。本文得到了马雷绿洲土地利用程度空间分布及变化,对研究区社会经济的发展及生态环境的保护具有指导意义,其技术流程和方法对今后的相关研究有一定的借鉴意义。
