人类个体/群体移动特征是多学科共同关注的研究主题。移动定位、无线通讯和移动互联网技术的快速发展使得获取大规模、长时间序列、精细时空粒度的个体移动轨迹和相互作用定量化成为可能。同时,地理信息科学、统计物理学、复杂网络科学和计算机科学等多学科交叉也为人类移动性研究的定量化提供了有力支撑。本文首先系统总结了大数据时代开展人类移动性研究的多源异构数据基础和多学科研究方法,然后将人类移动性研究归纳为面向人和面向地理空间两大方向。面向人的研究侧重探索人类移动特性的统计规律,并建立模型解释相应的动力学机制,或分析人类活动模式,并预测出行或活动;面向地理空间的研究侧重从地理视角分析人类群体在地理空间中的移动,探索宏观活动和地理空间的交互特征。围绕这两大方向,本文评述了人类移动性的研究进展和存在问题,认为人类移动性研究在数据稀疏性、数据偏斜影响与处理、多源异构数据挖掘、机器学习方法等方面依然面临挑战,对多学科研究方法的交叉与融合提出了更高要求。
从自然侵蚀到人为损毁的文化遗产研究与保护,是一项多学科综合的复杂过程。文化遗产的数字化保护已成为全球学术界和工业界关注的热点,多源探测技术与多维环境重建是文化遗产数字化保护过程中不可或缺且相辅相成的重要研究内容。首先,本文依据文化遗产所处的地理空间立体层次,将其划分为水下文化遗产、近地表文化遗产以及室内外景观遗产,并分别分析了3个不同层次的探测方法与技术;然后,从考古制图、多源异构文化遗产信息化管理、三维重建与虚拟修复、多模式展示与虚拟交互4个层面,分析了多维环境重建的相关技术方法与手段;最后,总结了文化遗产数字化保护研究可能的发展趋势为多传感器协同观测、多维数据分布式管理与共享、动态环境重建与感知、多模式交互展示。
从自然语言文本（新闻报道、博客、论坛、社交网络等）中识别空间关系是大数据时代获取空间信息的重要手段之一。针对现有方法只考虑字词特征,识别过程容易产生匹配歧义的局限,本文提出了一种新的融入词法、句法等语义知识的空间关系识别方法。本方法设计了一个树形结构的抽取模式：树结点代表空间词汇类型,结点之间的关系代表词汇间的依存关系。其中,抽取模式可从标注语料中自主学习得到。模式匹配过程以空间词汇类型和句法依存关系作为硬性约束条件、以词汇语义相似度作为软性约束条件,将模式从树形结构转换成依存序列后,根据有限自动机原理实现匹配。实验结果表明,本方法的识别精度和召回率分别为86.67%和63.11%,与现有其他基于规则的方法相比,有2个优点：（1）模式学习过程无需人工干预;（2）融入了句法依存关系,可消除匹配歧义,提高了识别准确率。
目前,针对地学对象的非结构化六面体网格生成问题仍未得到很好的解决。为满足相关地学研究对六面体网格的需求,促进地学模拟及传统GIS空间分析的进一步发展,本文对传统栅格法进行扩展,提出了一种面向地学研究的六面体网格生成的改进栅格法。通过提取实体模型表面的几何特征,考虑内部孔、洞约束生成骨干网格,在此基础上构建一套特征约束模板来处理复杂的特征约束,使之既能保持地学研究对象的几何形态特征,又能实现加密区域与非加密区域的平滑过渡,从而满足地学分析与模拟的需求。
论文依据DEM地形描述误差（简称Et）的产生机理,在分析现有Et计算模型的基础上,研究建立了顾及DEM格网布设位置的新型Et计算模型,同时以1:5万黄土丘陵地形为例,采用对比分析法揭示了DEM高程插值模型对Et计算结果准确性的影响。实验测试表明：（1）模型能有效地解算出Et的标准差、平均值、最大值、最小值等指标,准确展示出Et的空间分布特征,有助于实现DEM地形描述质量与应用不确定性的分区评价;（2）与双线性、三次卷积、局部二次多项式等常用DEM插值模型相比,以4×4 DEM格网单元为搜索圆的完全规则样条函数插值模型所重构的DEM地表形态,能更为理想地反映Et的量值大小和空间分布。
点簇(即点的集合)具有特定的组织结构;沟谷作为一类自成体系的重要空间实体,表达其形态、结构、发育等关键属性特征的沟谷特征点簇,是有严密的组织结构、密切的空间关系和完整的属性描述的关键特征点的集合。建立沟谷特征点簇的空间结构模型,进行沟谷特征的空间分析与应用,具有重要的科学意义。本文在分析沟谷特征点簇的组成要素、空间与结构特征的基础上,确定了点簇的层次结构模型和非结构化文件存储方式,编程实现了沟谷特征点簇数据模型;然后,构建了点簇文件,并运用C# + AE的开发方式,研发建立了基于点簇的沟谷分析原型系统,实现了沟谷特征点簇数据的可视化、结构空间分析、专题属性特征分析等基本功能;最后,以特征点的沟谷路径追溯查找效率作了对比分析,验证了基于特征点簇模型的沟谷分析具有较高的处理效率。本研究构建的面向沟谷特征点簇的空间结构模型,研发的具有沟谷结构、形态与属性分析功能的沟谷分析原型系统,有一定的应用价值。
近年来,随着位置服务的迅速发展,位置地图作为一种新型的地图产品,相比一般地图的内容发生了明显的改变,从而拓展了位置地图的研究领域和适用范围。为此,首先,本文通过情境理论,分析了其与位置地图之间的联系,指出情境建模在位置服务特别是位置地图应用中的重要意义;然后,针对目前的情境模型在移动地图服务中存在不同情境信息之间关联度不强、情境推理难以实现的问题,重点剖析活动信息在情境建模中的重要地位,提出了活动分层的位置地图情境三层模型,研究了活动模型、行为模型和情境信息模型的研究内容及特点,并进一步分析了活动模型与不同行为、行为模型与多种情境信息之间的相互关系,利用形式化描述语言(本体)建立了位置地图情境模型的逻辑结构;最后,以用户去机场登机为例,验证了本文提出的位置地图情境建模的过程和方法。
在位置服务领域,用户轨迹在较大程度上体现了用户的日常行为模式,以及个人生活习惯等。利用GPS终端收集用户行为轨迹数据并加以挖掘分析,对于位置服务实现智能化推送有积极作用。用户行为轨迹的停留点分析是轨迹分析的常见手段之一。本研究首先将用户个性化信息,与轨迹点相关的地标名称等语义信息融入常规用户行为轨迹,形成“位置-语义”一体化的用户语义轨迹。然后,过滤原始轨迹错误点,提高数据精度,并在此基础上采用一种新的加权方法计算轨迹停留点坐标。最后,利用停留点坐标结合用户的兴趣、职业等个人信息,在扩充的POI信息库（包含营业时间、优惠信息等）中检索匹配,并智能化匹配出用户停留点周围的POI,主动向用户推送符合个人兴趣或职业需求的POI详情位置服务。
元胞自动机（Cellular Automata,CA）是进行城市空间演变模拟的重要建模工具。经典城市扩张CA模拟规则提取,主要利用一段历史变化样本对城市化（1值）和未城市化（0值）进行双向拟合,存在0值过度拟合现象,即历史观测不变化的元胞样本并不代表其没有转变的潜在可能性。为此,本文将城市空间增长潜力引入CA模型,重新构建CA规则学习样本和参数拟合目标,并利用粒子群优化算法进行参数挖掘,弥补传统CA规则提取的局限性。研究以广州市为案例区,基于主体功能区规划思想构建空间开发潜力,对改进的城市扩张CA模拟模型进行实例应用。结果表明,本文改进的CA模型不论在整体格局还是细节呈现上,均比传统CA模型表现出更高的可信度,模型整体评估精度高于70%,结果可为中长期城市规划提供更好的参考。
大数据时代,传统犯罪分析将向探索式可视分析的方向转变。本文基于公安犯罪数据的特点和犯罪分析理论,结合可视化技术（Wordle图、故事线图、平行坐标图、散点图矩阵等）,从表示内容、表示方法、交互设计等提出面向不同主题的犯罪大数据可视分析方法,其中,包括系列犯罪时空轨迹数据的可视分析、犯罪实时态势数据的可视分析、犯罪时空过程数据的可视分析、时间序列犯罪统计数据的可视分析、犯罪案情文本数据的可视分析、犯罪多维属性数据的可视分析,以及犯罪相关统计数据的可视分析等。相关可视分析方法为案件侦查、犯罪趋势预测、犯罪热点分析等方面提供了支持,也为今后面向其他领域的可视化表达研究提供了借鉴和参考。
区域消费水平是经济发展的重要动力。本文以1978-2011年间我国各省区的人均消费品零售额表征区域消费水平,在我国区域消费水平差异测度的基础上,对区域消费水平差异的时间序列值进行突变点检测,进而将我国区域消费水平变化划分为1978-1986年和1986-2011年2个阶段。通过利用传统马尔科夫链及空间马尔科夫链方法,分别构建人均消费水平的非空间和空间马尔科夫转移概率矩阵,对1978-1986年与1986-2011年2个阶段的区域消费水平的时空格局演变特征进行分析。研究结果表明：（1）区域消费水平在2个研究时段内的变化均存在着“俱乐部趋同”现象,无论是低消费水平与高消费水平区域均沿着最初类型稳步演进。（2）区域消费水平变化受到来自邻域消费水平背景的影响,使得其趋同的过程在空间上不独立。（3）区域间消费水平相互作用呈现出显著的东西分异特征,东部地区多为区域自身消费水平与邻域消费水平同时向上转移的状态,西部地区多为向下转移的状态,而中部地区多为平稳分布,邻域消费水平的状态变化较大。
城市影响腹地范围的划分,在区域与城市规划中有着重要的理论和实际意义。本文从“城市结节性”和“空间交通可达性”两方面改进场强模型,采用主成分分析法与指标体系计算河南省城市结节性指数,利用累积耗费距离测算空间可达性,借助k阶数据场模型与水文分析模型,综合测度了1991年和2010年河南省17个地级城市的影响腹地范围及空间演变特征。研究表明,20年间河南省地级城市的平均可达本文时间从1991年的45.41 min缩短为2010年的33.03 min,空间场能显著增长且空间分异性显著。南阳的腹地面积增加最大,信阳的腹地面积缩小最大;安阳腹地面积增加率和漯河腹地面积减少率最大。郑州的腹地范围与其行政辖区偏移度最大。
利用1990-2010年的TM影像和DEM数据,通过面向对象的分类方法提取了玛纳斯河流域南山4个时期的冰雪分布信息,并结合近20 a（1987-2007年）的气温资料对研究区冰雪时空分布特征和变化原因进行了研究。结果表明：（1）1990-2010年间,研究区冰雪面积从1442.32 km2退缩到710.54 km2,面积减少了50.7%。（2）1990-2010年间,冰雪变化主要呈现退缩的态势,尤其在海拔4000 m以下,面积减少更为剧烈,在海拔4000 m以上相对平缓。这种现象在研究区东区表现的更为明显,西区相对较小。（3）自1987年以来,气温的升高是冰雪面积不断退缩的主要原因之一。
针对模糊C均值(Fuzzy C-Means, FCM)算法,不能有效地对夹杂噪声的遥感图像聚类的问题,本文提出了一种基于局部空间信息核模糊C均值(Kernel Fuzzy C-Means, KFCM)的遥感图像聚类算法。首先,运用核函数将遥感图像的所有像元映射到高维特征空间,通过非线性映射优化遥感图像的有用特征;然后,根据相邻像元之间的相关性,利用一种空间函数重新定义像元的模糊隶属度,将像元的局部空间信息引入到FCM算法中,并在高维特征空间中使用这种基于局部空间信息的FCM算法对像元聚类。由于引入了像元的局部空间信息,算法可以直接应用于原始遥感图像,不需要滤波预处理。大量实验结果表明,本文提出的基于局部空间信息KFCM的遥感图像聚类算法具有较强的抗噪能力,可得到较好的同质区域,优于现有的FCM算法、模糊局部信息C均值(Fuzzy Local Information C-Means, FLICM)算法及KFCM算法。
多源遥感数据时空融合模型是解决目前遥感数据获取能力不足问题的重要方法之一,当前主要融合方法的研究,集中于平原区域,缺乏复杂条件下的多源遥感数据融合技术的应用研究。针对我国南方复杂条件,本文对比研究了多源遥感数据时空融合模型在我国南方复杂条件下的应用能力。针对LORENZO模型、LIU模型、统计回归模型、STARFM和ESTARFM 5种主流多源遥感数据时空融合模型,采用Landsat-ETM+和MODIS数据,以江苏省南京市的小块区域为实验区,利用5种模型生产融合影像,以真实Landsat-ETM+数据为模板,定性和定量评价融合效果的好坏。结果表明：除LORENZO模型外,其余4种模型获得的融合影像与真实影像之间都具有较高的相关性,相关系数均高于0.6,其中,ESTARFM模型的融合影像与真实影像间的相关性最高,融合效果最好,其次为STARFM模型,再次为LIU模型和统计模型法。在融合过程中采用距离、时间和光谱等信息越多,融合效果越好,在复杂地区的适用能力越强,融合影像更能反映地物的细节特征。
不同时相土地利用/覆被数据间的空间配准误差,是产生土地利用/覆被伪变化图斑的一个主要原因。本文从土地利用/覆被原始图斑与其相邻的变化图斑间的空间关系角度,提出了由同一原始图斑产生的土地利用/覆被伪变化图斑的面积对称理论,设计和实现了针对因空间配准误差而导致的土地利用/覆被伪变化图斑自动化检测模型,并以内蒙古自治区通辽市奈曼旗1980年和2000年两期土地利用/覆被图对该模型进行了实验模拟。结果表明：当两期数据的空间配准误差不超过原始影像1个像元时,总体检测精度达到90%以上;误差不超过5个像元时,总体检测精度达到80%以上;误差不超过原始影像10个像元时,总体检测精度达到70％以上。同时,由于运行时唯一需设定的面积对称系数阈值可设为0.2-0.4（默认设为0.3）,该检测模型可适用于由空间配准误差引起的伪变化图斑的自动检查,可满足由于空间配准误差所引起土地利用/覆被伪变化图斑剔除的需求。
目前,偏振遥感已被用于气溶胶卫星和地基遥感中,其仅对小粒子敏感。本研究以2007-2008年间的POLDER(Polarization and Directionality of the Earth’s Reflectances)和AERONET(Aerosol Robotic Network)合肥站的气溶胶数据为研究对象,探讨了偏振遥感对气溶胶粒子尺度的敏感性。利用AERONET合肥站的尺度分布数据和折射指数数据,计算了不同尺度范围内气溶胶粒子的光学厚度,并与对应的POLDER反演结果作拟合,通过寻找最佳拟合对应的尺度范围确定偏振遥感敏感的粒子尺度。结果表明,偏振遥感并非对所有尺度的小模式气溶胶粒子都敏感,在865 nm波段,其敏感的气溶胶粒子上限半径约为0.3 μm左右。这一结果对指导气溶胶偏振遥感,以及理解和应用偏振遥感气溶胶产品等具有重要意义。
目前,我国许多经济发达地区都面临着地面沉降灾害的困扰,沉降范围扩大,程度日益加剧,逐渐成为城市发展中亟待解决的问题。永久散射体合成孔径雷达干涉测量(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar,PS-InSAR)作为地表形变测量的主要手段之一,在地面沉降监测中发挥着重要作用。而单轨星载SAR影像成像幅宽有限,在开展大范围地面沉降调查时需要将多轨道PS-InSAR沉降速率图进行拼接。本文重点讨论了入射角效应和参考点差异对PS-InSAR沉降结果的影响,分析了相邻轨道PS-InSAR沉降速率拼接中存在的PS点位置差异和沉降量偏移,鉴此,提出了采用区块法和插值法对异轨重叠区的形变结果求差的思路,以及基于现有软件PS-InSAR地面沉降速率的跨轨拼接处理流程,利用广东珠三角地区ENVISAT ASAR数据进行了实验分析。结果表明,相邻轨道入射角不同会造成沉降量的差异,在多轨道情况下对沉降量影响增大,因此,在拼接过程中需要进行入射角纠正。本文提出的区块法和插值法能有效地求解异轨重叠区的形变差,结果表明区块法优于插值法;相邻轨道参考点差异会造成沉降量偏移,通过区块法或插值法求差可以消除该偏移量。本文提出的拼接流程可将多轨道PS-InSAR地面沉降速率统一到同一基准下,从而获得大范围一致的地面沉降速率。
遥感地表能量信息能够反映城市生态系统成分、作用与影响关系。本研究从城市生态系统的角度,提取能反映城市下垫面地物实体综合特征、作用与影响关系的相对地表能量信息,针对不同区域、规模与类型城市的地表能量空间分布及特征,建立了定量化的城市相对地表能量分级与评价指标。探讨国际“宜居型城市”生态系统结构、功能、形态及其时空变化特征和规律。结果表明：（1）城市实体空间建筑群的形状、体量,街道与建筑的朝向和配置关系,以及硬质化表面开放性的差异影响城市地表能量的分布。（2）建筑物周边的植被覆盖程度、建筑物之间的空间关系、广场和街道的开放性等,是维持城市开敞空间与实体空间的混合区域地表能量平衡的基础。宜居城市中心周围的大规模低密度居住区构成以中等能量分布为主的城市地表能量缓冲与过渡区。（3）城市开敞空间的地表能量变化幅度比实体空间大,宜居城市开敞空间的中、低地表能量分布占有较高比例。（4）宜居城市实体空间的高能量斑块呈现规模较小和分布相对分散的状态。采用相对地表能量分级与评价指标,可为各类城市规划与设计提供科学依据。
物候变化是衡量全球气候变化最直接、敏感的指示器,针对青藏高原这个独特地域单元上特殊的高寒植被进行关键物候期遥感提取模型及植被物候时空变化的研究具有重要的意义。本文首先以反距离加权空间插值算法与Savitzky-Golay滤波算法相结合的数据重建模型获得高质量2003-2012年青藏高原MODIS归一化植被指数(NDVI)数据。在此数据基础上,分别利用动态阈值法、最大变化斜率法、logistic曲线拟合法3种遥感植被生长季提取模型,对青藏高原地区两种典型植被的生长季(SOS生长季开始期,EOS生长季结束期,LOS生长季长度)进行提取。通过对3种模型提取结果的对比分析,并结合日均温模型对提取结果的验证发现,动态阈值法为青藏高原地区典型植被生长季的最优遥感提取模型。该模型对近10 a的高分辨率典型高寒植被物候参量的反演及时空变化特征分析表明,受青藏高原水热及海拔梯度的影响,青藏高原植被物候变化呈现出从东南向西北的空间分异规律,随春季温度的升高,近10 a来青藏高原高寒草地总体呈现生长季开始期(SOS)提前(0.248 d/a)的趋势。
平原绿化在未来农林发展中具有重要地位。本文利用环境卫星(HJ-1 A/B)多时相数据,选择河南省6月冬小麦收割后的CCD数据,直接去除第二季作物,并利用4月份第一季作物播种前的CCD数据,剔除了一季作物,以及[(NDVI4月≥0.22)与(NDVI6月≥0.35)]提取平原绿化的信息,其与26个主要城市城区绿化信息进行的相关分析达到显著水平(R2=0.9166)。因此,该区的平原绿化解译效果好,而南部信阳市以一季水稻为主的地区及“水稻-冬小麦”过渡区,解译效果较差。除信阳外,由HJ-1卫星解译的河南平原绿化总面积6909.8 km2,占2010年河南省森林面积20.53%。
本文利用1986年Landsat TM、1994年Landsat TM、2000年Landsat ETM+、2005年CBERS-02 CCD、2009年ALOS AVNIR-2共5个时期的多平台遥感数据,采用分层分类和决策知识规则等方法,对福州海岸带湿地资源进行提取和分类;并分析了1986-2009年23年间福州海岸带湿地的时空分布和演化规律。结果表明：福州海岸带湿地的变化主要集中在1994-2005年间,1994年前和2005年后湿地变化都比较小;1986-2009年间,福州海岸带湿地面积总体呈下降趋势;天然湿地面积一直在减少,主要转化为水产养殖区等人工湿地和建设用地等非湿地类型;人工湿地2000年前呈下降趋势,2000年以后面积增长较快,其中水产养殖区面积一直稳步增长,主要由非湿地、水稻田和天然湿地转化而来。福州海岸带湿地的变化与区域政策调整、经济利益驱动和人口增长等因素相关,特别是与区域政策调整密切相关。
