人口数据空间化旨在揭示人口在地理空间上的分布位置及数量信息,展现人口统计数据的地理学含义,其研究已经成为人口学、地理学、GIS领域的研究热点。人口空间数据库在各级政府部门的规划和决策、灾害评估、资源配置等方面,具有重要的应用价值和科学意义。经过近30年的发展,人口数据空间化研究水平逐渐成熟,模型丰富多样,已获得众多成果。为把握人口空间化研究的研究现状,本文首先依据研究目的、建模思想及模型原理的异同,从3个方面对人口空间化研究进行梳理：（1）格网大小（尺度）的确定;（2）3种常用建模思想及6类主要模型的对比分析;（3）提高人口空间化精度的措施及其应用背景、优点。在此基础上,依据现阶段人口数据空间化的研究内容,从格网尺度适宜性研究、高时空分辨率人口空间分布模拟、引入新型数据源及多思想多模型综合应用等方面探讨了人口数据空间化的研究方向。
由于自发地理信息数据主要来源于志愿者上传,不可避免地存在数据质量缺乏保障等问题,故限制了其广泛应用。针对自发地理信息数据质量未知、参考数据难以获取等问题,本文引入了数据可信度的概念,从区域内用户信誉度之和与数据变化趋势2个方面对自发地理信息的可信度进行评价,将定性分析结果进行量化表达。首先,利用李纳斯定理计算区域内用户的信誉度之和获取数据质量的相关信息,以志愿者上传数据中保留的点所占比重作为志愿者的信誉度,构建了基于点统计的志愿者信誉度模型。接着,从数据量变化的趋势中获取数据的质量信息,通过计算研究区域内数据量的变化程度进行数据变化趋势度量。最后,以北京等地区OpenStreetMap数据作为实验对象,验证了方法的有效性。实验结果表明,利用该方法所得出的实验结果与基于参考数据的质量评价结果总体上保持一致。
计算不同尺度下空间目标的相似性是GIS研究的热点问题之一。点群是地理空间群组目标的一种,研究其相似性可对空间群组目标的计算机制图结果进行评价。以往的理论研究主要从影响点群目标的单一因子出发,对影响点群目标的简单因子进行分析,并以此提出相应计算模型。为了研究点群目标在不同尺度下的相似性问题,本文在前人研究的基础上,整合了影响点群目标相似性的主要因子（包括拓扑关系、方向关系、距离关系、分布范围和分布密度）,并分别提出拓扑相似度、方向相似度、分布范围相似度、距离相似度分布和密度相似度的计算模型,从整体上把握计算点群目标的相似性。通过层次分析法,赋予5种因子相应的权重,最后集成不同尺度下点群目标相似度的总体计算模型。经过计算验证,该方法能较准确地计算不同尺度下点群目标的相似程度,为制图综合质量做出评价。
针对地质断层三维建模及可视化领域中现有技术存在的模拟断层局限性、插值困境等问题,本文提出了断层表达式方法建模方法。首先,以地质断层构造的形成机制为理论依据,分析构造断层表达式所需要运算对象和算子,构建表达式规则,并运用上下文无关文法对表达式规则进行形式化描述;然后,对断层原始勘探数据进行规范化,形成构建断层表达式所需要的断层二维数据表,从中提取构建断层表达式的运算对象集合和算子集合,形成断层表达式;最后,对断层表达式进行计算,形成断层地质体抽象模型,并结合相关勘探数据运用相关算法及图形库等工具进行三维地质建模及可视化。实验以包含多条断层的达连河地质体数据为基础进行实验验证,建模结果与真实地质情况符合。实验结果表明,断层表达式建模方法解决了现有技术的局限性问题,避免了对地层断裂区域的插值运算,从而解决了插值困境等问题。
本文以2005年以来中国科学院遥感与数字地球研究所开放式空间数据共享网站（OSDS）平台的注册用户为研究对象,利用最近邻层次空间聚类方法和地理探测器模型,对各省注册用户量的空间分布特征和差异影响因素进行了分析。分析结果表明,整体上用户空间分布很不均衡,主要集中在东部发达地区和几个在测绘和地理信息科学领域卓有建树的地区,信息、科研和教育是主要影响因素,经济、网络和测绘的单因素影响力较低,而与主要影响因素结合的交互影响得到了提升。因此,多因素共同制约着用户群的空间分布格局和区域不均衡性。应用地理探测器能从宏观上把握遥感学者群体的空间分布特征及其影响因素,其分析结果能够指导数据提供者更有针对性地为用户提供服务,也可为遥感产业调整和空间布局优化提供依据。
地质环境评价是掌握地质环境时空格局、变化趋势,开展地质环境防治保护管理工作的必要前提和重要手段。根据不同的应用目的,地质环境评价需采用不同的指标体系和数据,而且随着地质环境业务的发展,指标体系和数据也会不断扩展和变化。为了适应地质环境评价发展的需要,本文提出并研发了可配置的地质环境评价系统,该系统围绕地质环境评价核心过程,通过配置层可以对地质环境评价指标因子及权重、指标数据源及获取方法、指标评价计算方法,以及指标分级标准与空间可视化方法等多个环节进行灵活设置。与传统的地质环境评价软件相比,可避免地质环境评价指标或数据源发生变化时,需要重新进行软件编码、重新组织数据库等问题。唐山市应用实践表明,该系统具有良好的可配置能力、扩展性和应用性。
城市发展过程中不同类型城市规划用地的建设活动会引起明显的生态效应差异,研究这种差异及其形成的原因对建设生态宜居城市具有重要意义。本文利用Landsat系列遥感影像,反演了福州市2009年和2013年的遥感生态指数（RSEI）,并结合国务院新近审批通过的福州市城市总体规划方案,对福州市建设活动较明显的5类城市规划用地的22个地块进行了研究,以揭示它们在建设前后所产生的生态质量变化情况。研究发现,2009-2013年5大类城市规划用地的生态质量均呈下降趋势,RSEI指数总体下降了近12%。其中,尤以工业用地生态退化最为严重,RSEI指数下降了18%。结果表明,植被、水体在建设中被破坏以及建筑不透水面的大量增加是导致这些城市规划用地生态质量下降的主要因素。
建设用地适宜性是土地资源利用与管理决策的依据。本文基于土地利用可持续性界定建设用地适宜性内涵,从灾害风险、地形地貌、生态环境和区位条件4个维度,构建了较规范的适宜性指标体系;针对已有评价方法的不足,构建了整合极值法、条件函数法、线性加权综合的“多要素分布式算法——情景矩阵”评估框架;进而基于适宜性识别冲突空间,以空间冲突面积占总建设用地面积的比重作为空间冲突强度来刻画区域建设空间布局的合理性与可持续性。本文以新疆玛纳斯县为例开展研究,结果表明玛纳斯县适宜建设空间（达230 km2以上）约占全县总面积的26%;最适宜和比较适宜性建设用地主要分布于中部及中北部乡镇及农（团）场驻地附近,基本适宜建设区主要分布在比较适宜建设空间的外围及中南部山前平原地带;该县冲突空间达4.21 km2,占建成区面积的22.74‰;冲突空间主要分布在河流沿岸和中部城镇化发展区;南部、北部的生态脆弱区及中部工业化发展区的乡镇空间冲突强度也较高。研究表明,本文提出的建设用地适宜性评估框架与方法逼近客观现实,简单易行,能弥补以往评价方法的不足;适宜性在空间冲突分析与可持续性土地利用管理中具有较好的应用价值。
对外交通枢纽对城市内部的客流交通有重大影响,研究其乘客在市内的OD分布对优化设计地面接驳线路、沿线站点等有重要意义。本文基于北京出租车GPS数据,选取具有代表性的3类对外交通枢纽（机场、火车站、汽车客运站）,采用标准差椭圆分析、核密度估计以及分时点统计等方法,研究了北京对外交通枢纽乘客OD时空分布特征。结果表明：（1）机场、火车站客流量远大于汽车客运站,其中首都国际机场与北京西站的对外出行客流量最大,南苑机场和北京北站的对外出行客流量较少;（2）机场乘客主要分布在四环以里大部分地区以及五环以里部分地区,时间上主要分布在除凌晨1-4时的各个时间段;火车站乘客主要分布在四环以里区域,时间上主要分布在6-21时;汽车客运站乘客主要分布在各客运站周边区域,时间上主要集中在6-17时;（3）北京南站与北京西站、北京站间的客流联系较多,可考虑开通北京南站与二者间的地面接驳专线。此外,抵离首都国际机场、南苑机场的乘客主要分布区域与新开通的机场往返市区的巴士线路站点较为一致,说明采用出租车数据进行乘客OD分析可为决策部门进行相关交通规划提供依据。
尼泊尔作为兴都库什-喜马拉雅区域的重要组成部分,是一个从平原到山地再到高原的典型过渡地带,具有多样且复杂的土地覆被类型。开展尼泊尔国家尺度的土地覆被研究,对该国的国土资源管理、生态环境保护具有重要的科学和实践意义,同时也能为中国倡导的“一带一路”国际区域经济合作战略提供基础数据保障。本文选用Landsat TM影像为数据源,基于面向对象与决策树相结合的土地覆被遥感制图方法,生产了尼泊尔全境2010年土地覆被产品（NepalCover-2010）,该产品包括8个一级类和32个二级类。同时,本文基于Google Earth高分辨率影像获取验证样本开展了NepalCover-2010产品的精度验证工作,并进一步分析了该国土地覆被类型的数量结构特征和空间格局特征与地形、气象要素间的关系。研究结果表明：① NepalCover-2010产品一级类总体分类精度达94.83%,Kappa系数为0.94;二级类的总体分类精度达87.17%,Kappa系数为0.85,能够准确地反映尼泊尔土地覆被类型的空间分布格局,是同类土地覆被产品中精度最好的。② 林地是尼泊尔最主要的土地覆被类型,其面积约占尼泊尔国土面积的41%。耕地次之,其面积占比约为25%,其中水田和旱地的面积分布比例约为2:3。③ 地形和气象要素对尼泊尔的土地覆被类型空间分布格局具有显著影响,自南向北随着地势的抬升,各土地覆被类型出现顺序表现出水田、常绿阔叶林、旱地、常绿阔叶灌木林、常绿针叶林、草原、稀疏植被和冰川/永久积雪的垂直地带性特征。
不透水面是城市区域中一种典型的土地覆盖类型,是衡量城市环境质量和城市化水平的重要标志之一。与传统基于像元级的遥感研究方法相比,不透水面百分比（Impervious Surface Percent,ISP）的估算可以进入像元内部,获得更准确的城市信息。本文应用Cubist模型树,对Landsat TM的原始波段变量（除热红外波段）,建立ISP估算的基础模型（Base Cubist-ISP）。通过基于模型树的集成学习优化算法和加入相邻时相影像的波段变量中值,以削弱噪声的影响。然后,优选热红外波段和各种衍生变量,并进行属性精简,继而应用集成学习算法得到的参数和精简后的变量建立ISP估算的优化模型（Optimal Cubist-ISP）。对广东省广州市海珠区的实验结果表明,Optimal Cubist-ISP模型估算不透水面的整体均方根误差（RMSE）为12.98%,决定系数（R2）为0.90,精度明显优于Base Cubist-ISP模型,RMSE降低约5.03%,ISP在透水面区域被高估和高密度不透水面区域被低估的现象得到改善。本文提出的基于Cubist模型树建立ISP遥感估算的模型及优化方法可以适用于城市区ISP的提取。
遥感时间序列被广泛用于地表信息探测。然而受传感器和外部条件的影响,时间序列存在不同程度的噪声。时间序列重构模型能够实现时间序列去噪,但不同重构模型应用于不同时间间隔时间序列的精度不同。本文以辽宁省朝阳市为研究区,分别利用1、4、8、16和30 d间隔归一化植被指数（Normalized Difference Vegetable Index, NDVI）时间序列,进行模拟数据实验和物候监测实验,从波形还原能力和物候期提取精度2方面,评价了SG滤波、DL拟合、HANTS 3种模型在不同时间间隔下的重构效果。结果表明,SG滤波模型适用于较大时间间隔的时间序列数据,DL拟合模型适用于较小时间间隔的时间序列数据,HANTS模型对较小间隔的时间序列重构精度较低。在此基础上,从模型自身的角度分析了3者在不同时间间隔下表现的原因,并为面向不同时间间隔时间序列数据的重构模型选择提供了参考。
苏州地区位于中国苏锡常地面沉降带,地面沉降严重影响了该地区的经济社会发展,因此对其进行地面沉降监测具有重要的意义。本文基于SBAS InSAR方法,利用27景ERS-2 SAR数据,反演了苏州地区2007-2010年地表年平均沉降速率分布图和时序沉降变化图,分析了该时间段地表沉降的时空演化特征。结果表明,在整个研究观测期,苏州地区整体呈现出“老区沉降趋缓,新区沉降较快”的特点。老城区（姑苏区及邻近的吴中区）地面沉降趋于缓和,年平均沉降速率在10 mm/a以下,无明显的沉降中心;而相对新发展的区域（相城区、工业园区和吴江区）则表现出明显的沉降特征,沉降速率普遍大于10 mm/a。其中,相城区年平均沉降速率大约为10~20 mm/a,局部地区沉降严重,速率可达或超过20 mm/a;工业园区年平均沉降速率约20 mm/a,最大累计沉降量在50 mm左右。吴江区地面沉降最为严重,表现出面积广、速率大的特点,其年平均沉降速率在 20 mm/a左右,最大累计沉降量可达60 mm以上。
利用遥感技术监测水体悬浮泥沙含量是海洋水色遥感的一个重要研究方向。本文以曹妃甸近岸海域4个剖面35个站点开展的现场光谱测量、同步采集的不同深度悬浮泥沙含量样品数据为基础,采用Landsat-5 TM遥感数据,建立水体表、中、底层悬沙含量遥感反演模型,并研究悬沙垂向上的空间分布规律。结果表明,曹妃甸近岸海域泥沙含量在垂向上有明显的相关性,以Landsat-5 TM影像反射率比值（RTM3/RTM2）为因子,构建优化的悬浮泥沙含量遥感反演模型,各层模型平均相对误差都在30%以内,表层和中层的平均绝对误差在6 mg/L以下,均方根误差小于10 mg/L,底层的精度略低于表层和中层。研究结果为进一步研究海洋环境泥沙运移规律、优化水动力作用下泥沙运移模型提供支持。
