矢量数据压缩对于受网络带宽限制的WebGIS有着重要意义,其可减少数据存储空间,提高网络传输与处理效率。传统的矢量数据压缩方法主要从空间关系的角度出发,根据原始矢量数据点之间的距离、角度等指标,判断如何对矢量线要素或面要素进行化简,略去冗余的端点。而本文则利用已在图像压缩领域被广泛应用的变换编码的频率域压缩技术,利用能实现能量保持的离散余弦变换和特殊的量化方法,以及无损熵编码,对矢量数据实现了能控制压缩后平均误差的有损压缩。该方法无需事先根据不同的误差限值设计量化表,且能处理指定过大平均误差限值时所出现的问题,有很强的适应能力。最后,使用C#实现了该方法,并验证了方法的可靠性,完成了方法的性能测试。实验结果表明,本文提出的矢量数据压缩方法能获得较大的压缩比,且能较好地保持原始矢量数据所具有的地理形态结构特征。
多尺度数据的有效组织与管理是实现三维建筑自动综合及多尺度应用的基础。本文对空间数据综合与多尺度表达数据管理方法的研究现状进行了分析。根据三维建筑自动综合的特点,本文提出了一种基于R树的多尺度三维建筑空间索引模型——GAMR树（Generalization Area Multi-representation R Tree）;对GAMR树的定义和结构进行了详细描述,设计了顾及GAMR树高度与所选长度阈值关联关系的索引构建方法。针对三维建筑特点,设计了一种支持多尺度区域对象完整查询的检索方法,并根据建筑特征的可辨性,实现了顾及视线角度对投影长度影响的三维建筑模型多尺度可视化方法。实验证明,GAMR树能很好地适用于三维建筑多尺度模型的组织与管理,对三维建筑几何模型的自动综合具有重要意义。
高精度曲面建模方法（High Accuracy Surface Modeling, HASM）,从理论上解决了传统方法在插值过程中峰值削平和边界震荡等问题。其模拟精度相对于经典插值方法有很大提高,已成功应用于人口密度、土壤属性,以及气候要素等领域的空间制图。然而,由于地面气象站点数量和分布的限制,使得HASM仅依靠站点数据难以得到高精度的空间降水估计数据,因此,本文以地貌与气候类型复杂多样的我国中西部地区2010年年降水量空间分布模拟为例,采用混合插值法进行HASM区域降水模拟。结果表明,TRMM作为背景场的HASM模拟的年降水量精度,在全局和局部明显优于IDW、Spline和Kriging等经典插值方法的结果,作为背景场的HASM模拟精度,MAE和RMSE分别为125.15 mm和155.80 mm,其他方法最好的模拟结果比其误差值分别高出53.6%和54.5%;其模拟误差在不同子区域都较小;各种方法在平原的精度都高于山区的精度。
大规模点要素注记自动配置问题是地图注记的难点之一,主要受限于时间效率和注记配置质量。针对该问题,本文首先提出一种椭圆形多方位多级注记待选方位配置方案,使其参数化、多元化。其次,结合点要素空间分布特征,提出一种以聚类分组的蚁群算法,并讨论和优化核心参数,实现大规模点要素的注记快速配置。实验表明,该算法计算效率明显提升,算法性能稳定。针对注记密度在5%~30%随机分布点要素的地图,其相比传统蚁群算法算法效率提高73.2%;同时,该算法的注记结果质量比传统蚁群算法注记结果质量好,注记适应度提升8.0%。实验采用抚顺县集体土地所有权界址点数据进行验证,结果表明效率提升86.7%,且注记适应度提升14.6%。本算法适用于点要素规模大、点簇疏密变化差异大的点要素注记自动配置问题的快速求解。
北京从20世纪50、60年代发现地面沉降以来,其一直呈快速发展的态势。在过去的几十年里,北京市地面沉降的范围和速度逐年增加。本文以北京市典型地面沉降区为研究区,选择永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术所获取的2004-2010年间北京地面沉降信息作为主要数据源,补充水准测量数据（1955-2010年）,从空间分布和时序变化2个角度,分析北京市平原典型区地面沉降演化特征。结合地下水动态监测网数据、土地利用数据,采用GIS空间分析,研究各因素和地面沉降之间的时空响应关系。结果表明,北京地区地面沉降严重区域面积不断扩大,且局部不均匀程度逐渐增加。在研究期内,地下水水位变化在时间和空间上与地面沉降有较高的一致性,地下水超量开采是影响北京地区地面沉降的最主要因素,而城市发展过程中的工程活动也是影响地面沉降时空分布特征的因素之一。研究结果可为北京市地面沉降防控提供一定的科学依据。
基于全国1:100万数字地貌数据库和1992-2012年的DMSP/OLS夜间灯光数据,从城市重心迁移变化、城市内部变异度和城市相对发展速率3方面,对近21 a来京津冀城市发展的空间特征,以及不同宏观地貌下城市发展的差异性进行了对比分析。结果表明：1992-2012年京津冀重心迁移方向大致经历西南-东北-西南3个阶段,不同城市重心迁移的轨迹和方向不同;京津冀整体发展水平不断提高,各城市间的差距呈减小趋势;不同地貌类型城市,其城市内部各辖区间的差异随时间变化的规律不同,平原型城市基本稳定不变,山地-平原型或平原-山地型城市有所下降,山地型城市各辖区间的差异随时间大幅减小;山地型城市相比其他地貌类型城市,城市重心偏移明显,城市整体发展水平较低。最后讨论了长时间序列下,城市发展与地貌间存在关联性。
城市空间扩展是衡量城市化进程的重要指标。本文以闽南金三角地区的福建省漳州市主城区作为研究区,选取2000、2006和2013年的Landsat遥感影像,利用IBI建筑指数分别提取了3个年份的建筑用地信息,然后对其变化进行GIS分析。结果表明,13 a间漳州市主城区面积净增13.69 km2,净增面积为2000年的66.9%。主城区主要沿交通主干道往西北方向呈带状和面状扩展。缓冲区分析表明,道路对主城区扩展起到很大的引导和促进作用。综合社会经济数据可知,主城区的城市扩展历程与第二产业的发展密切相关,属工业导向型的城市扩展模式。另外,城市人口的增加也起到了一定的促进作用,不同区位人口增长速率的差异,对城市扩展的方向也产生了一定的引导作用。
海底地震引发的海啸灾害,对沿海国家和地区的影响是相关领域的研究热点。研究采用COMCOT海啸数值模拟模型,对可能发生在马尼拉海沟一次地震活动（Mw=9.0级）所引起的海啸过程进行了数值模拟,并研究了该海啸传播到海南岛和北部湾的过程及其特点,分析海啸波对这一地区可能造成的影响。研究发现,传播到北部湾地区的海啸波具有明显的非线性特征,海啸发生后2 h 10 min左右到达海南岛东海岸,首轮波高达2.1 m;随着湾内水深逐渐变浅,受制于海底摩阻,及海南岛的阻隔与缓冲作用,海啸到达广西壮族自治区南部沿海地区的时间,被推迟到距地震发生8 h后,海啸波高减小到0.4 m,海啸波能量大为衰减。研究结果表明,马尼拉海沟地震引发海啸,对海南岛东南部沿海影响较大,有成灾的可能性;而对广西壮族自治区南部沿海及北部湾地区的影响较弱,一般不会造成大的灾害。
随着“增减挂钩”和“人地挂钩”等政策的实施,农村居民点的合理布局对缓解建设用地供需矛盾意义重大。本研究以吉林省2010年土地利用变更调查数据和2011年统计年鉴数据,运用ArcGIS空间分析和景观指数定量分析相结合的方法,研究了长吉都市区农村居民点空间格局现状特征及其影响因素。同时,用多因子综合评价法确定农村居民点的区位适宜性,将农村居民点划分为不同的整治规划类型,为该区域国土综合开发整治提供理论支持和参考。研究表明：（1）长吉都市区内农村居民点在区内分布不均衡,数量和密集度差异大;（2）地形条件（坡度）、水源条件（河流）、交通状况（公路和铁路）,对研究区农村居民点的空间格局均有影响,另外,不同等级的公路（干线和支线）、不同形式的铁路（铁路线和站点）,对居民点的作用程度也不同;（3）在此基础上,评价农村居民点图斑的区位适宜性,将农村居民点分为优先发展型、保留发展型和限制发展型,以确定不同类型农村居民点的整治规划方向。
疟疾是世界上最严重的一种寄生虫疾病,安徽省是典型的中纬度疟疾高发区域之一。本文以安徽省县级行政单元统计的疟疾发病率为例,从遥感监测数据中获取疟疾潜在驱动因素的数据,使用遗传规划方法建立遥感监测的环境因素与疟疾发病率之间的关系,从而预测疟疾发病率的空间分布,并分析预测结果、评价模型精度。结果表明,遗传规划方法预测的疟疾发病的精度（训练数据的预测R2 = 0.558,检验数据R2 = 0.429）较线性逐步回归方法的预测精度（训练数据的预测R2 = 0.470,检验数据R2 = 0.408）有所提高。遗传规划方法有利于提高预测疟疾发病率空间分布的精度。其为使用遥感监测数据预测疟疾的空间分布和变化的科学研究提供依据。
新疆吐鲁番地区的土遗址数量较多,且具有重要历史文化价值,故对土遗址及其环境的时空变化研究具有重要意义。目前,对大型土遗址的发现保护多利用考古、实地调查和空间信息技术等方法。鉴此,本文分析了吐鲁番地区土遗址及其内外部环境的变化。研究结果表明,20世纪60年代至2010年间该区域土遗址本体及其内部环境发生了较大变化,其主要影响因素是病害发育和人为破坏。病害主要为裂隙与坍塌、风害、酥碱病害、水蚀、表层剥落、生物病害等,其中,普遍的病害是裂隙与坍塌和风害。1990-2010年,研究区土遗址外部地表环境发生了较大变化,耕地和居民地明显增加,草地和未利用地明显减少,尤其是交河故城和高昌故城这2个世界文化遗产区域发生的变化更明显。土遗址周围的人类活动强度在增加,绿洲内部土遗址的外部环境较绿洲边缘或外部更加剧烈;内部的土遗址更容易受到人类活动的影响,而外部环境变化的主要影响因素是人类的耕地和居民地开发活动。
水体表面温度是研究全球或区域气候变化、数值天气预报的重要参数,是控制水体与大气热量、水分交换的重要变量,对理解水体生物物理过程具有重要意义。卫星观测水表温度具有传统手段不可比拟的技术优势,同时也存在精度和质量上的限制和挑战。本文总结了观测水表温度常用的红外、微波传感器及其分辨率特征,并比较分析了各类传感器的优势、劣势和分辨率适用的时空尺度;在区别不同手段观测的水表温度基础上,分别概述了红外遥感和微波遥感反演水表温度的理论基础,以及常用的算法模型;基于水表温度反演的原理和过程,系统分析了云、水汽、气溶胶、比辐射率等不确定性因素,对反演精度的影响及解决方法,并对精度验证方法做了简单介绍;最后,对水体表面温度反演的发展趋势进行了展望,并指出多源数据的同化融合、优势互补是提升水温反演精度的重要途径。
端元提取是高光谱混合像元分解的关键步骤,也是高光谱影像分析的重要前提。N-FINDR算法是一种经典且有效的端元提取算法,但其需遍历所有可能的像元组合,计算量巨大,时间效率不高。本文以光谱信息熵和凸面几何学理论,利用高光谱影像像元,在光谱特征空间形成的单形体顶点附近为相对纯净像元,单形体内部为混合像元的特性,提出了一种结合光谱信息熵的N-FINDR改进算法。该方法根据各波段像元灰度概率计算影像中每个像元的光谱信息熵,将大于光谱信息熵阈值的像元作为混合像元被剔除,在保留的像元组成的单形体上搜索最大体积,并提取最大体积顶点处像元作为端元。最后,使用美国EO-1卫星获取的江西省德兴某铜矿的Hyperion数据,对改进后的算法进行验证。结果表明,改进后的N-FINDR算法在确保较高端元提取精度的同时,大大提高了数据处理的时间效率。
机器学习方法在高光谱遥感影像分类中广泛应用,本文使用新型的极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）进行高光谱遥感影像分类,针对ELM中正则化参数C和核参数σ,提出以萤火虫算法（Firefly Algorithm,FA）进行优化。首先,采用萤火虫算法进行高光谱遥感影像的波段选择,以便降低维数;然后,利用萤火虫算法以分类精度最大化为准则对ELM的参数组合（C,σ）进行寻优;最后,利用参数优化后的ELM分类器,对3个不同传感器的高光谱遥感影像进行分类。实验中将新型的萤火虫算法与遗传算法（Genetic Algorithm,GA）和粒子群算法（Particle Swarm Optimization,PSO）进行了对比,并将ELM的性能与支持向量机（Support Vector Machine,SVM）方法作对比。结果表明,FA优化方法优于传统的GA和PSO优化方法,ELM方法的效果在训练时间和分类准确率2个方面都优于SVM方法。实验说明,本文提出的方法具有较好的适用性和较优的分类效果。
无参数高分辨率遥感影像快速提取建筑高度,在城市建设和土地管理中有重要的现实意义。当前的研究多以已知参数的遥感影像获取,但其提取方法受限制条件多。本文提出以无参数高分辨率遥感影像,综合利用单张影像上的特征点所构成的4类特征线换算建筑高度的方法。4类特征线包括屋顶位移点与其阴影点的连线、建筑高差引起的屋顶像点位移、阴影全长和建筑遮挡后的阴影长。通过已知的少量建筑的实际高度和推导出的4类特征线换算建筑高度的计算模型,可对大量建筑进行快速、精确地高度量算。结合南京市的Google Earth影像进行了验证,结果表明,该方法采用的影像易于获得,综合量算方法大大增加了单张影像上提取建筑高度的可操作性,并解决了量算建筑高度时无相关参数的问题。该方法精度较高,可大面积、快速提取建筑高度,在生产实践中有较大的实用价值。
植被覆盖动态监测及与气候变化的响应,是陆地生态系统研究的重要内容。本文以2001-2013年间京津冀地区MOD13A 3月合成NDVI数据,结合生长季的降水和气温资料,运用偏相关和复相关分析、趋势分析方法,研究了该区域NDVI的变化特征和空间分布,以及其区域植被覆盖变化的气候驱动力。结果表明,该区域NDVI最大值在13a间缓慢增加,植被覆盖呈现改善趋势;NDVI和生长季降雨量及平均气温的平均偏相关系数分别为0.20和-0.14,表明在年际变化水平上,京津冀地区NDVI总体与降水量呈正相关,与平均气温呈负相关,且降水对NDVI的影响大于温度对NDVI的影响。对植被覆盖驱动分区得出,降水和气温驱动型占区域面积的5.68%;单独降水驱动型和气温驱动型分别占4.51%、0.18%;区域内植被覆盖变化主要受非气候因子驱动型为主,所占比例为89.63%,表明人类活动对植被变化的影响巨大。
