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当期目录

    2017年, 第19卷, 第3期 刊出日期:2017-03-20 上一期    下一期
    地球信息科学理论与方法
    时空轨迹分类研究进展
    赵竹珺, 吉根林
    2017, 19 (3):  289-297.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00289
    摘要 ( 1045 )   HTML ( 5 )   PDF(722KB) ( 1141 )  

    时空轨迹分类旨在为一条轨迹预测类别。时空轨迹分类在城市规划、个性化用户推荐等方面具有重要应用价值,其过程主要包括轨迹数据预处理、特征提取、建立分类器3个阶段。本文综述了近年来时空轨迹分类的研究进展,首先对时空轨迹分类的过程进行概述;然后将时空轨迹分类算法按特征提取的方式分为基于运动特征的轨迹分类算法、基于分类规则的轨迹分类算法和基于图像信号分析的轨迹分类算法3类,分别论述了这些算法的基本思想和优缺点;之后对现有的轨迹分类算法从数据来源、分类器、特征提取方式等方面进行对比分析;最后讨论现有的时空轨迹分类算法面临的挑战。

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    矢量地理数据密级标识方法研究
    李梦圆, 李安波, 周卫, 蒋伟
    2017, 19 (3):  298-306.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00298
    摘要 ( 550 )   HTML ( 0 )   PDF(705KB) ( 409 )  

    密级标识是用于标识信息产品安全等级的隐蔽信息,是信息分级管理、控制与应用的基础和前提。作为涉密地理信息产品主要组织格式的矢量地理数据,其密级标识方法的研究具有重要意义。结合矢量地理数据在遭受几何攻击时,其要素空间关系不变性特征,以及密级标识方法的不可感知性、高鲁棒性要求,本文提出一种基于距离比值调制的矢量地理数据密级标识方法,以实现矢量地理数据的分级管理与保护。其主要研究思路为:① 基于距离比值调制的方法,能够较好地应对几何攻击;② 在每个线面要素内,通过重复嵌入密级标识,有效提高算法对于编辑操作的鲁棒性;③ 运用道格拉斯-普克算法提取特征点,在此基础上进行密级标识的嵌入,能够较好地对抗压缩攻击。实验结果表明:该方法具有良好的不可感知性;同时,对嵌入密级标识后的矢量地理数据进行几何变换、数据编辑、数据压缩等攻击后,其密级标识的提取率能够达到80%以上,表明方法具有较好的鲁棒性。

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    基于 HBase 的面向语义单元的室内移动对象索引
    张得群, 谢传节, 裴韬
    2017, 19 (3):  307-316.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00307
    摘要 ( 515 )   HTML ( 1 )   PDF(776KB) ( 484 )  

    随着室内定位技术的广泛应用,传感器记录了大量室内移动对象的位置数据,而索引技术作为移动对象数据分析的基础工作也得到越来越多的研究。已有索引技术多是针对室外空间的移动对象,不能支持室内移动对象数据的三维立体性、轨迹的复杂性、随机性等特点,这些索引技术也仅仅关注了移动对象的位置信息,忽略了语义信息,不能有效地支持室内移动对象的管理和分析,并且当面对海量的移动对象数据时,这些架构在传统关系型数据库上的索引都存在性能瓶颈问题。因此,本文提出了面向语义单元的移动对象表达模型,利用语义单元将室内移动对象的位置语义化,设计了SCoII (Semantic Cell Oriented Indoor moving objects Index)索引结构对室内移动对象的历史数据进行索引,能够有效支持语义粒度上的时空范围查询、移动对象语义轨迹查询。索引基于HBase实现,能够适应大规模的并发更新与查询,具有良好的规模扩展性,规避了大数据给传统数据库带来的性能瓶颈问题,实验证明其具有良好的更新和查询性能。该索引的实现方便了基于语义的室内移动对象分析和数据挖掘工作,为今后的分析工作奠定了基础。

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    面向城市DEM构建的地形要素分类及表达
    杨灿灿, 江岭, 陈昕, 王春, 赵明伟
    2017, 19 (3):  317-325.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00317
    摘要 ( 726 )   HTML ( 3 )   PDF(1075KB) ( 341 )  

    地形要素是对地形在地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素,其合理划分可为城市地形建模提供数据基础。本文在解析城市地形特征和分析现有地形图分类在城市DEM建模中不足的基础上,基于面向对象思想,以城市地形被城市道路网分割为基本原则,构建了城市地形要素分类及表达方法,并以南京市某区1:500地形图为实验数据,进行了相关验证实验与分析。实验结果表明,本文提出的地形要素分类和表达方法能够整体控制并有效表达集几何和语义信息为一体的复杂城市地形,在全局和局部地形上均有较好的建模效果。本文提出的城市地形要素分类及表达方法不但可为地形要素的分析和应用提供基础,也可为城市地形构建模拟、建设规划和分析决策等提供技术支撑。

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    地质界线图层的自动化生成方法
    姚蒙蒙, 李安波, 陈楹, 吴春莹
    2017, 19 (3):  326-335.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00326
    摘要 ( 496 )   HTML ( 0 )   PDF(1326KB) ( 434 )  

    地质界线要素是地质图空间数据库的基本要素之一。地质界线图层通常是地质图空间数据库中图元最多的一个图层,其数字化和质量检验工作较为繁重。针对已有地质体面图层,而地质界线图层缺失的情况,本文提供一种快速补充地质界线图层的方法。该方法也可对原生地质界线图层进行属性数据的自动化质量检验。其主要处理环节包括:首先,基于地质体面图层,构建地质体邻接关系图,可实现对地质界线高效、准确地提取;其次,基于产状数据与断层数据,运用地层接触关系识别规则,可分别实现对基本地层接触关系和断层接触关系的自动识别;最后,针对两邻接地质体面实体多段界线间的接触关系识别结果不一致的情形,运用“平行不整合优先”原则和“长度优先”原则,进行了合理的综合判别。基于1:50 000庐山幅地质界线图层的自动化生成实验表明,本文方法可高效、快捷、准确地生成地质界线图层,既能够满足自动化补充地质界线图层的需要,又可作为检验地质界线图层属性的有效工具。

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    地理空间分析综合应用
    低温对中国居民健康影响的空间差异性分析
    王琛智, 张朝, 周脉耕, 殷鹏, 陶福禄, 金月雄
    2017, 19 (3):  336-345.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00336
    摘要 ( 703 )   HTML ( 1 )   PDF(1684KB) ( 465 )  

    全球变暖导致气象灾害频发,尤其是极端天气事件。极端温度对公共健康的影响已成为当今研究的热点问题之一。相比于发达国家,中国在该领域研究起步较晚。虽然已有出色的成果,但在以下3个方面还略显不足:① 大多数研究基于一个城市或几个城市,缺乏基于大量数据的区域尺度的研究;② 已有研究往往按地理因素或行政单位来划分区域,而忽视区域内部温度的异质性;③ 相比高温热浪,鲜少有研究关注低温冷害的影响。针对上述问题,本文收集了中国疾病预防控制中心2007-2012年全国127个站点的数据,利用分布式滞后非线性模型,探究了中国5个温度带温度与居民非意外死亡之间的暴露-反应曲线。在此基础上,定义当地温度分布1%处的温度为极端低温,根据温度-死亡风险曲线,计算了冷害造成的死亡风险。结果表明,不同温度带的温度-死亡关系曲线呈现U型或J型。极端低温对北亚热带影响最小,其相对风险为1.27(95%CI: 0.94-1.72);对中亚热带影响最大,其相对风险为1.93(95%CI: 1.08-3.60)。随着温度带温度的升高,低温冷效应的影响呈现“M”型,这一特征与不同温度带经济发展有关。因此,不同地区的政府除了应着力提高地区经济发展外,还应根据地区特征,采取更积极有效的措施来应对低温冷害可能给当地公共健康造成的威胁。

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    “山东疫苗事件”应急反应能力时空分析
    张宁旭, 廖一兰, 刘小驰, 陈会宴
    2017, 19 (3):  346-354.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00346
    摘要 ( 767 )   HTML ( 0 )   PDF(806KB) ( 402 )  

    突发公共卫生事件影响范围广且对公众健康危害严重。疾病预防控制中心(CDC)作为中国疾病预防控制与公共卫生技术管理和服务的重要机构,其对突发公共卫生事件的应急反应能力会直接影响应急处置效果,而及时反应可以在第一时间为民众提供有效信息,在最大程度上减少突发事件造成的恐慌,因此,科学地评价CDC部门对突发公共卫生事件的应急反应能力十分重要。本研究以2016年3月18日在山东省发生的非法疫苗事件为例,收集了事件发生后各地级市CDC部门官网上公布的相关信息,并采用时空分析的方法,对中国地市级CDC部门突发公共卫生事件应急反应能力进行了评价。研究方法包括对疫苗事件各地市CDC部门的反应速度和内容的时空可视化分析,以及基于空间扫描统计量方法的CDC部门疫苗事件应急反应的空间聚集性分析,结果显示中国各地CDC部门信息化建设存在地域不均现象;西南地区CDC部门官网对突发公共卫生事件反应明显比其他区域迅速,且具有显著的空间聚集性;山东省和河南省作为疫苗事件中问题疫苗的流通大省,是此次事件的高风险区域,但是其CDC部门的反应速度较慢,对突发公共卫生事件的应急反应能力较弱。

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    黄土高原生态退耕的时空分异特征
    杜国明, 孙晓兵, 刘彦随, 郑惠玉, 马榕徽
    2017, 19 (3):  355-364.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00355
    摘要 ( 747 )   HTML ( 2 )   PDF(1015KB) ( 393 )  

    生态退耕是调整陆地生态系统结构与功能以应对土地利用过度干扰的重要途径之一,因此科学掌握退耕格局与耕地格局演变对黄土高原生态环境治理与生态修复具有深远意义。本文以位于黄土高原的延安市为典型区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究生态退耕以来其耕地变化及退耕状况的空间分异特征。结果表明:生态退耕致使延安市耕地面积由2000年的11 752.80 km2减少为2013年的9149.93 km2,退耕面积为2756.85 km2,退耕指数为22.15%,且退耕耕地主要转化为林地、草地,占退耕面积的95.29%;耕地与退耕面积主要分布于6~15°、15~25°坡度及第II级(925~1115 m)、第III级(1115~1275 m),且2005-2013年的生态退耕速率均高于2000-2005年的生态退耕速率;县域退耕面积及退耕程度均呈现由北向南依次递减的分异特征,而退耕重心与耕地重心均在延安市几何中心以北的安塞县与宝塔区边界,且生态退耕的重心由东北向西南方向迁移,耕地重心则由北向南迁移。本文通过对延安市生态退耕的时空分异特征分析可为黄土高原更加科学合理地推进生态保育与生态文明建设提供参考。

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    近55年来澜沧江流域降水时空变化特征分析
    陈素景, 李丽娟, 李九一, 刘佳旭
    2017, 19 (3):  365-373.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00365
    摘要 ( 563 )   HTML ( 2 )   PDF(2075KB) ( 764 )  

    本文利用澜沧江流域及周边共30个气象站点1960-2014年的逐月降水数据,采用气候倾向率、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析、Co-Kriging插值以及重心模型等方法,分析了澜沧江流域降水的时空变化特征。结果表明:① 分析时段内全区、北部和中部年降水量呈现增加趋势,南部年降水量出现减少趋势。春季全区、北部、中部和南部降水均呈增加趋势;夏季均呈减少趋势;秋季全区和南部降水呈现减少趋势,北部和中部呈增加趋势;冬季全区、中部和南部呈下降趋势,只有北部呈增加趋势。② 近55年来,全区包括北部、中部和南部年降水都存在近29年、近22年和5-10年左右的周期,这3个周期在分析时段内表现很稳定,具有全域性。全区、北部和南部还存在明显的13年左右的周期,中部1975年前和1995年后也存在13年左右的周期,北部1975年前存在明显的7-10年的周期,1995年后,7-10年的周期表现也比较稳定。降水量变化的第一主周期是近29年,第二主周期是近22年。③ 澜沧江流域多年平均降水量由南部向北部减少,流域南部降水最多,多年平均降水量在1200 mm以上,中部多年平均降水量处于800~1100 mm,北部多年平均降水量多小于800 mm,大部分在400~800 mm;澜沧江流域年降水重心和月降水重心都集中在中部,其中11月的降水重心迁移距离最大,向东南方向迁移了131.82 km。从季节来看,春季、夏季和秋季降水重心向东南迁移,冬季的向西北方向迁移,雨季降水重心相对比较集中,旱季降水重心相对 比较分散。

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    遥感科学与应用技术
    基于偏振植被指数的植被-土壤混合像元室内实验研究
    陈星任, 韩阳, 王家琪, 卢珍
    2017, 19 (3):  374-381.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00374
    摘要 ( 606 )   HTML ( 3 )   PDF(774KB) ( 299 )  

    混合像元是遥感影像中普遍存在的一种现象,对其组成和各成分比例的反演一直是遥感研究中的重难点,而国内利用偏振植被指数对混合像元的研究几乎没有涉及。本次研究通过对不同面积比例的植被-土壤混合像元偏振反射高光谱特征进行分析,讨论不同条件下的植被-土壤混合像元偏振高光谱特性,并利用偏振反射比计算了12种0°偏振态下的偏振植被指数,分别构建了植被指数与植被面积比例以及光谱特征参数与植被面积比例的数学模型。结果表明,混合像元中植被面积比例和偏振角均对其偏振高光谱有一定的影响;865 nm的偏振反射比与植被占像元面积比例的相关性最好,采用多项式进行拟合时,其决定系数达到0.99,适合进行植被占像元面积比例的反演;偏振光谱“红边”处的一阶微分值与植被像元比例存在良好的线性相关,R2=0.974;植被面积比例与植被指数和光谱特征参数呈现良好的相关关系,其中P-DVI和光谱吸收指数(SAI)与植被面积比例的拟合效果最好,决定系数分别为0.99以及0.94,适合进行植被-土壤混合像元中植被面积比例的反演。

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    顾及风向和风速的空气污染物浓度插值方法
    李佳霖, 樊子德, 邓敏
    2017, 19 (3):  382-389.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00382
    摘要 ( 1025 )   HTML ( 2 )   PDF(1674KB) ( 1002 )  

    随着经济的快速发展,中国大部分地区空气污染状况日趋严重。空气污染物浓度插值对于进一步分析污染物时空分布情况,估计不同地区人群的暴露风险,制定防范措施具有重要作用。然而,现有空间插值方法由于没有充分考虑风向和风速因素对于污染物扩散的影响,故直接应用于空气污染物浓度插值,会对插值结果造成不利的影响。因此,本文提出一种顾及风向和风速的空气污染物浓度插值方法(Direction-Velocity IDW,DVIDW)。该方法首先根据离散气象站点处的风向和风速数据建立风场表面,然后利用风场数据计算空气污染物的扩散距离,根据扩散距离计算风场中待求点与采样点间的最短路径距离,最后由最短路径距离替代欧式距离进行反距离加权插值。本文分别采用2组实际空气污染物浓度数据,对DVIDW方法和其他常用的空间插值方法进行实验对比分析,验证了本文方法的可行性和优越性。

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    基于随机森林算法的近地表气温遥感反演研究
    白琳, 徐永明, 何苗, 李宁
    2017, 19 (3):  390-397.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00390
    摘要 ( 681 )   HTML ( 1 )   PDF(777KB) ( 756 )  

    近地表气温是城市热环境的重要表征,是改变和影响城区气候的重要因素。为获得空间上连续的近地表气温,本文以北京市为研究区,利用Landsat5/TM数据计算分别得到地表温度、归一化植被指数、改进的归一化差异水体指数、地表反照率、不透水面盖度,并结合气象站点气温和高程作为输入参数建立随机森林模型反演近地表气温。结果表明,随机森林反演的近地表气温平均绝对误差(MAE)为0.80 ℃,均方根误差(RMSE)为1.06 ℃,与传统多元线性气温回归方法相比,平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别提高0.06 ℃和0.09 ℃。研究表明,利用随机森林模型反演近地表气温是可行的,并且具有一定的优越性。此外,对随机森林模型的输入参数进行重要性分析,地表温度对气温反演模型的影响最大,其次为高程。

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    遥感科学与应用技术
    基于VIIRS数据的油气平台提取技术研究
    李强, 苏奋振, 王雯玥
    2017, 19 (3):  398-406.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00398
    摘要 ( 686 )   HTML ( 1 )   PDF(1215KB) ( 377 )  

    油气平台作为海上油气资源勘探开发的主要设备之一,其数量与空间分布反映了一个区域油气资源的开发状况。普通光学影像易受天气状况影响,而雷达数据成本较高,这给油气平台的检测带来了一定的困难。由于油气平台作业过程中,需要灯光照明,同时伴气的燃烧也产生很强的灯光,因此可以通过检测灯光来实现油气平台的提取。针对VIIRS数据具有强夜间光探测能力,本文提出了一种卷积运算临界值法对海上油气平台进行提取。首先对2期不同时相的VIIRS数据进行卷积运算,对亮像元进行了增强处理,对背景像元进行弱化处理,从而明确区分疑似目标与背景,然后以0值为分界点,对疑似目标进行提取,最后利用油气平台相对静止的特性,通过邻域分析,实现油气平台的提取。结果表明,本文提出的卷积运算临界值法可以有效地提取油气平台,提取准确率约为85.4%,同时可以有效地减少由于经验阈值对提取结果造成的误差。

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    海上丝绸之路起点——泉州港岸线变化的遥感动态研究
    施婷婷, 徐涵秋, 王帅, 方灿莹, 林中立, 王美雅, 唐菲
    2017, 19 (3):  407-416.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00407
    摘要 ( 869 )   HTML ( 1 )   PDF(1226KB) ( 616 )  

    泉州港作为古代海上丝绸之路的起点,今天又成为21世纪“一带一路”的新起点。本文以泉州港1990-2014年共6期的Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,综合应用遥感和GIS技术提取了泉州港的海岸线及海域变化信息,从海岸线的长度、变化速率、分形维数、海域变化面积和海域利用类型5个方面进行海岸线变化及其驱动力分析。研究表明:近24年来,泉州港海岸线长度增加了37.78 km,海岸线的形状总体稳定,但在局部有明显变化。海岸线变化导致的海域变化面积为68.02 km2,其中,建设用地(城市和港口建设)占用的比例最大,围海养殖也是一个重要的利用类型。但泉州港围填海新增面积的利用率不高,超过一半的围填海面积尚未被合理地开发利用。总的来看,新城区建设、临港工业产业兴起和农渔业发展导致了泉州港海岸线的变化。

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    天津中心渔港岸线集约利用评价模型研究
    杨立娟, 徐涵秋, 唐菲, 付伟, 王美雅, 孙凤琴
    2017, 19 (3):  417-424.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00417
    摘要 ( 705 )   HTML ( 0 )   PDF(605KB) ( 362 )  

    岸线资源利用管理是沿海地区经济可持续发展的重要支撑,因此开展岸线集约利用评价具有重要的意义。本文首先建立了岸线资源评价指标体系,并从资源优化配置的角度,建立了以遥感数据为主要数据源的岸线集约利用评价指标体系。通过对遥感影像(SPOT)的解译并结合实地调查与经济统计数据获取相关评价指标信息,构建基于层次分析法的岸线资源评价模型和岸线集约利用评价模型,并应用其对天津中心渔港项目进行评价,结果表明:① 天津中心渔港的岸线资源评价综合得分为3.004,其占用的岸线等级属于3级岸线;② 天津中心渔港的岸线集约利用综合得分偏低,只有0.3271。各项指标中,岸线利用状况指标得分相对较高,约占综合得分的49.25%;而中心渔港的岸线投入产出水平指标得分最低,仅占17.27%。研究表明,围填海面积开发强度过低是导致天津中心渔港岸线集约利用强度偏低的主要原因。

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    小流域山洪灾害危险性分析之降雨指标选取的初步研究
    李华威, 万庆
    2017, 19 (3):  425-435.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00425
    摘要 ( 779 )   HTML ( 1 )   PDF(1077KB) ( 646 )  

    降雨是诱发山洪灾害的直接动力和激发条件,是山洪灾害危险性分析中不可或缺的重要指标。对于不同的研究区,不同频次和历时的降雨对山洪灾害的影响不同,危险性分析所选取的降雨指标也可能不同。本文基于1:5万小流域数据、历史山洪灾害空间分布数据和暴雨图集资料,以江西省婺源县小流域为例,采用相关分析法对初步选取的24个降雨指标进行相关性分析,筛选出相关性不强的降雨指标;利用GIS技术和基于局部Getis-Ord Gi*算法的优化热点分析工具对历史山洪灾害点进行空间聚类分析,获得研究区每个小流域山洪灾害危险度的估值,该值能够较好地反映小流域山洪灾害危险性的空间分布;通过地理探测器模型中的因子探测器和交互探测器对已筛选出的降雨指标和小流域山洪灾害危险度进行综合探测分析,从而获取对该研究区小流域山洪灾害危险性影响较大的降雨指标,即100年一遇最大6 h降雨和100年一遇最大24 h降雨。本文研究对小流域山洪灾害危险性分析降雨指标的定量选取具有参考和指导意义。

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