轨迹分类是以训练轨迹的特征来预测未知轨迹的类标签,可进行可疑车辆识别、非法渔船检测和交通模式检测等重要应用。当前大多数轨迹分类方法只考虑速度和加速度这2个运动参数,且只利用简单的统计量（如均值、中值、最大值）,不能充分挖掘轨迹的潜在特点,导致分类精度不高。针对该问题,本文在总结相关文献的基础上,提出一种基于移动对象运动特征的轨迹分类方法。针对速度、加速度、曲率、方向和转角这5个运动参数,利用偏度系数、峰度系数、变异系数和时间序列分析其中的自相关系数等,提取有区分力的全局运动特征;并从分割后的子轨迹中提取局部运动特征。对于方向和转角,引入方向统计学对其运动特征进行精确计算。实验表明本方法在船舶、野生动物和飓风数据集的分类精度达到了100%、80%和71.43%,实验验证了本方法构建的运动特征,在不同数据集下有效可行。
快速高效地查询信息是衡量当前空间数据库性能的重要指标之一。传统的单节点关系型空间数据管理方式难以满足大数据量空间数据查询的需求,特别是高性能的复杂空间多表连接任务需求。鉴此,本文设计并实现了基于Massive Parallel Processing（MPP）架构的并行空间数据库中间件原型系统。系统充分利用无共享（shared-nothing）架构的优势,特别是针对空间数据的特性,设计了并行空间数据划分与导入、并行空间多表连接、空间数据查询优化等算法与模型。首先介绍了近年来并行数据库系统的发展现状,接着阐述了基于MPP架构的并行空间数据库中间件系统的查询计划算法及其系统架构,最后作者对一些大规模数据量做查询实验及其查询结果分析。实验表明,在处理挖掘大规模数据量时,该系统有近似线性的加速比,相比于传统单节点数据库,它能充分提高海量空间数据的复杂查询的性能,解决了空间数据库并行化处理海量数据的问题。
自个性化推荐系统出现以来,逐渐成熟并成功应用于多种互联网商品推荐,成为解决信息过载问题的有效手段。目前,各种移动终端可实时接入网络并获取用户位置,使得考虑位置的推荐进入人们的视野,但是现有的应用主要关注单一目标下的用户选择,很少考虑用户位置移动时后续活动对当前选择的影响。本文通过对连续多个选择建模,在传统推荐算法的基础上,将未来活动的影响及空间关系的影响引入传统个性推荐算法,提出空间级联模式下的推荐模型。通过实验将传统的推荐算法与空间级联模型算法作对比,综合考虑2种推荐结果的用户偏好度及空间距离变化,提出距离-偏好损益指标,同时基于百度API实现可视化。实验所得的距离-偏好损益指标和可视化结果显示,在综合考虑用户偏好和空间关系方面,空间级联模式的个性化推荐模型可得到更加合理的推荐结果。
计算机网络的出现,显著地改变了地理空间的相关性。在网络化地理空间中,相关事件、现象、消息的特定网络信息流达到一定程度时,可能引发并塑造群体的特定时空分布格局。因此,针对网络化地理空间特性,基于元胞自动机模型,构建了网络化地理空间元胞自动机仿真模型。仿真实验结果表明：(1) 网络化地理空间中,元胞群体意见存在5种分布;(2) 元胞在空间上呈现出聚集的时空分布格局。研究结果将有助于理解网络化地理空间中针对特定事件、现象、消息的信息流对群体时空分布格局的影响,为网络环境下特定事件、现象的群体时空分布格局分析提供依据。
由于多层建筑空间相对于室外环境存在按楼层分层的三维空间特性,在室内路径分析中需考虑楼层空间位置信息对最优路径规划的影响,而传统基于节点之间的网络连通拓扑模型的最优路径规划方法并没有空间概念,不能很好地应用于室内路径分析。为此,针对室内最优路径规划问题,基于多层建筑空间的层次特性,采用分层结构化的方法,提出结构化动态网络分析模式,实现了室内分层最优路径算法。该算法将各楼层路网和楼层连接均视为独立结构,根据停靠点的楼层分布情况,逐楼层动态构建跨越2个楼层的结构化网络模型并以该网络模型进行跨楼层的路径分析,从而得到多层建筑空间中遍历所有停靠点的最优路径。试验结果表明：相比传统最优路径算法,该算法在路径规划结果更加合理的情况下,时间效率有明显提高;另外,结构化动态网络分析模式可根据需求定义不同的楼层转换规则,更具灵活性。该算法可应用于城市大型公共建筑中,让室内路径分析与室外路径分析进行对接,使路径分析更科学、全面、合理。
岩溶裂隙网络的识别与重构,一直是岩溶地下水资源和岩溶区地质环境保护研究的热点与难点。基于地表原始裂隙数据、经过克里格插值后的地表裂隙数据、以及通过蒙特卡洛预测得到的地下裂隙数据,本文针对三维裂隙构造中的水流通路识别模块,提出了一种基于圆盘模型的渗流路径构建方法,采用有向图的数据结构来模拟圆盘模型概化后水流沿裂隙的渗流路径,并以邻接矩阵的形式存储其渗流路径数据。同时,为满足大规模裂隙数据快速求交的需要,本文给出了三维R树索引算法缩减遍历各个采样点所用的时间,提高了整套算法运行的效率。最后,以北京市房山区张坊地区地表采样裂隙数据为基础,借助遥感地质调查、重点岩溶区精细地质测量及取样分析等手段,开展三维裂隙空间网络分布模型研究,对岩溶裂隙渗流路径构建算法进行计算机仿真实现,为张坊地区岩溶发育机理的研究及岩溶水裂隙数值模拟提供可视化的分析手段。
本文根据黄土高原地区20世纪80年代末、2000年、2008年3期土地利用/覆被空间数据集,计算2个时段（20世纪80年代末-2000年,2000-2008年）土地利用/覆被转类方向及其幅度、土地利用/覆被转类指数、土地利用/覆被状况指数及其变化率,分析黄土高原地区自20世纪80年代末以来土地利用/覆被时空变化特征以及宏观生态状况的变化趋势。结果显示：黄土高原地区近20年来平均土地利用/覆被状况指数为24.07,其中土石山区生态系统综合功能最好,其次为河谷平原区,最差的为农灌区。20世纪80年代末-2000年,黄土高原地区主要土地利用/覆被转类是森林和草地转为耕地,生态级别由高级向低级转移,2000-2008年主要土地利用/覆被转类是耕地转为林地和草地,低覆盖草地转为中高覆盖草地,生态级别由低级向高级转移。近20年来黄土高原地区地覆被状况指数变化以及土地利用/覆被转类指数表明,该区域的宏观生态状况总体上经历了转差（20世纪80年代末-2000年土地利用/覆被转类指数为-1.08）,后转好（2000-2008年土地利用/覆被转类指数为2.66）2个过程。这一变化过程前期受区域气候变化以及人口增长共同驱动,后期则叠加了生态工程的影响。
基于1980-2012年6个时相的遥感影像分类成果,运用扩展强度的等扇分析和土地利用转移矩阵对南京市城市扩展区由城市扩展引起的土地利用布局、结构演化进行了长周期、多时段的研究。结果表明：32年间5个阶段城市扩展的方向极不均匀,城市经历了东北-东南-西南的扩展演化过程,2000年之后的扩展强度显著扩大;在总变化量的构成中,耕地净变化量和交换变化量所占的比重较为接近,在面积净减少的同时,空间位置的转移也较为突出;城市建设用地、城市绿地、采矿用地与裸地以净变化为主,水面、村镇建设用地以交换变化为主;2000年后,各时段耕地和城市建设用地年均总变化量远高于2000年之前,以2004-2008年的值最高,2008-2012年有所回落;32年间各单项类型动态度均较高,城市绿地、村镇建设用地和城市建设用地均达90%以上;综合动态度的结果揭示32年来南京城市的扩展历经了加速演变-变化趋缓-剧烈演变-整合重构4个主要阶段。
基于全国1:100万数字地貌数据库,全国2000、2005、2010年土地覆被数据和山西省行政区边界数据,采用土地覆被动态度、转移概率矩阵和地貌面积频度方法,分析了2000-2010年山西省基本地貌形态类型下的土地覆被变化。结果表明：（1）山西省的土地覆被类型以耕地、林地和草地为主,面积总和占省域面积的95%以上。面积变化的总体趋势是耕地和草地缩减,林地和建设用地持续增加。通过分析转移概率矩阵,表明2000-2005年和2005-2010年2个时段内,土地利用的主要转化趋势相似,即林地与草地之间大面积的相互转化,耕地、草地分别与建设用地之间的相互转化。（2）耕地和建设用地的分布,随着起伏度的增大而逐渐减小。林地分布随着起伏度的增加而逐步增大。从面积变化来看,耕地、林地和草地变化主要位于中起伏山地;水域变化主要集中在大起伏山地;建设用地变化主要分布于平原和台地;未利用地变化主要在小起伏山地。从动态度来看,耕地、草地和水域动态度,在大起伏山地地区最大;林地动态度在平原区最大;建设用地的动态度最大位于丘陵;未利用地在小起伏山地地区最大。（3）土地覆被类型之间的主要转化在地貌上也存着差异。平原地区林地的增加主要来自草地转化。台地和丘陵地区3个主要转化类型相似,2000-2005年主要是林地向草地退化,2005-2010年主要是林地和草地的相互转化。在小起伏山地地区,主要是草地和林地之间的相互转化,但草地转化为林地的面积较林地向草地的转化多。中起伏和大起伏山地地区主要以草地和耕地向林地的转化为主,也有较高比例的建设用地转化为林地。封山育林和退耕还林主要是在起伏较大的山地地区,毁林主要发生在地形平缓地区。
沟沿线是黄土地貌正负地形的分界线,地形在沟沿线处存在较大的高程变化和坡度转折。坡面畸变邻域法是一种有效提取沟沿线的方法,但该方法对正负地形进行分割时,往往会产生大量的碎屑多边形和分类错误,严重影响沟沿线的提取精度。为了解决这个问题,本文采用区域生长方法来改进坡面畸变邻域法的提取结果。首先,分别以DEM提取的山顶点和出水口点作为正负地形的生长点进行4邻域生长,生长至正负地形边界或大于坡度阈值为止;然后,采用边缘检测方法提取正负地形分界线;最后,依据形态学图像处理方法去除“毛刺”得到最终的沟沿线。结果显示,该方法实现了对沟沿线的自动提取,解决了由于正负地形分类错误造成的沟沿线定位不准确的问题,提高了沟沿线的提取精度,同时该方法也较好地保持了沟沿线的完整性和连续性,对黄土高原不同地貌类型具有普遍的适用性。
本文利用中国区域660个站点逐日地面降水资料,评估了由IPCC（the Intergovernmental Panel on Climate Change）数据中心于2014年最新发布的15个全球气候模式（Global Climate Models, GCMs）以及多模式集合（Multi-Model Ensemble, MME）对中国降水的模拟精度。首先,从全球范围数据集中读取研究区范围内的GCMs降水模拟数据;然后,提取各个气象站点处的GCMs模拟值;其次,将GCMs在同一站点的模拟值取平均,得到MME模拟值;最后,以气象站点实际观测值为基准,对GCMs的模拟值精度进行评估。研究结果表明：IPCC AR5 GCMs 1996-2005年平均日降水模拟值偏差在中国地区的空间分布均呈现出西北向东南逐渐减小的特征,东部地区平均相对误差较小,平均相对误差较大的点主要分布在西部,但均方根误差呈现出从西北向东南增加的趋势;MRI-CGCM3有82.3%的日平均降水模拟值偏差都比较小,偏差介于-0.5到0.5之间;对于中国地区1996-2005年平均日降水量,BNU和MIROC-ESM模拟精度最低;MME模式模拟值的相关系数>0.5、平均相对误差<0.5和均方根误差<4 mm的百分率均为最高,分别达到64.8%、25.8%和86.4%,偏差介于-0.5到0.5之间的比例为56.7%,说明MME对中国地区日平均降水的模拟精度优于大部分模式,MME模式可在一定程度上减少单个模式未来情景模拟的不确定性。
以下辽河平原为研究对象,在DRASTIC模型基础上,结合RS技术建立了DRASTICL(DRASTIC land use type)模型。利用ArcGIS的水文分析工具对DEM影像进行子流域划分与数据提取。通过对参数进行不确定性表征,对三角模糊参数设定不同α截集,在此基础上将随机参数和模糊参数进行蒙特卡罗模拟。将不同α截集下模拟结果代入模糊模式识别模型,根据累积分布规律,选取不同百分位,从而得出不同α截集与不同百分位地下水脆弱性取值。结合ArcGIS数据可视化表达,得出不同α截集下下辽河平原浅层地下水脆弱性分布图,以此辨析下辽河平原浅层地下水不确定性与脆弱性程度。最后运用灵敏度分析辨别各参数对模拟结果的实际贡献程度。结果表明：（1）模糊模式识别模型用非线性的形式充分反映参数连续性变化对模拟结果产生的影响。（2）加入土地利用类型参数,结果更能反映人类活动影响下地下水脆弱程度。（3）不同α水平、不同百分位、与不同灵敏度系数3个层次的分析有效处理了参数不确定性问题,为制定相关政策提供更加准确的参考依据,对今后本地区的地下水环境开发利用和保护具有重要意义。
近十几年来,随着城市化进程加剧,准确获取城市植被的分布信息,是城市气候和地表能量平衡研究的重要内容。高空间分辨率遥感影像数据,为精确获取和动态监测城市植被提供了重要资料。本研究利用资源三号数据对长江三角洲地区城市植被进行光谱特征分析与提取,提出一种城市植被的自动化信息提取算法—分离面法（Hyperplanes for Plant Extraction Methodology,HPEM）。结果表明：在假彩色反射率空间,植被与NDVI值低的背景有很好的分离性,而在真彩色反射率空间,植被与NDVI值高的背景有很好的分离性;HPEM能很好地避免NDVI最佳阈值法中将建筑物误分为植被的问题,其精度明显优于NDVI最佳阈值法,Kappa系数从0.85提高到0.90,总的错分与漏分误差从21.15%降低到14.18%。可见,本文的HPEM方法能有效提高城市植被信息自动提取的精度。
城市绿地信息在城市研究中的重要作用。但由于各种因素的影响,城市绿地信息提取的精度受到很大的限制,其中,城市中建筑物的阴影是城市绿地信息提取的一个重要限制因素。本研究选取呼和浩特市城区的QuickBird影像,在获取最佳波段组合的基础上,利用多种方法对遥感影像的阴影信息进行提取和消除,以期获得最佳的阴影消除方法,高效地提取城市绿地信息。首先,通过比值运算、波段重组,增强处理影像阴影信息,用最佳指数法分析QuickBird影像阴影提取的最佳波段组合;然后,根据阴影在近红外波段的最小亮度值与最大亮度值的范围建立掩膜,成功提取影像的阴影信息;最后,将色彩空间变换分别与同态滤波和Gamma矫正结合以消除影像阴影,并与其他方法进行对比。研究结果表明,QuickBird影像阴影提取的最佳波段组合为3/4、4、2波段组合,最佳亮度值范围为70-165;色彩空间变换与Gamma矫正相结合的方法可更好地消除阴影,并能较好地保留影像的彩色信息,是消除阴影的最佳方案。
高光谱遥感影像的稀疏分类是当前遥感信息处理的研究热点。本文提出一种光谱与空间双重稀疏表达的高光谱遥感影像分类方法（WSSRC）。首先利用小波字典对光谱维进行稀疏表示,将光谱维稀疏分类转化到小波域稀疏分类;其次,考虑空间邻域地物光谱的统一性和差异性,对邻域内像元分别进行稀疏编码,并对编码进行累加聚合;然后,利用聚合后的稀疏编码构造线性分类器对高光谱影像进行分类;最后,通过2幅标准的高光谱影像数据验证了本文所提出的方法。实验结果表明,该方法能有效地提高影像的分类精度。
近年来,探地雷达被越来越多地应用于考古探查中。由于反演多解性问题的存在,雷达图像上的异常既可能是考古目标引起的,也可能是由于地下环境介质的不连续性引起的,所以探究不同类型的考古遗存在探地雷达图像上的典型异常响应,有助于准确识别雷达图像上的“真”异常,剔除一些“假”异常。首先,本文基于西北干旱-半干旱区文物埋藏环境,在河北省怀来县遥感综合试验站试验区设计实施了地下目标体探地雷达探测实验,分析了不同材质的小尺度目标体及夯土结构在探地雷达图像上的响应特征;然后,进一步将探地雷达应用于悬泉置遗址地下城墙基址的探测,对城墙在雷达图像上的响应特征进行了分析。实践表明,探地雷达技术在埋藏浅、小尺度、物性差异不大的考古探查中具有很好的效果,得到并解释了点状、线状、面状等不同考古目标体在探地雷达图像上的响应规律。
