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当期目录

    2017年, 第19卷, 第5期 刊出日期:2017-05-27 上一期    下一期
    地球信息科学理论与方法
    查询计划枚举中的空间启发式规则研究
    程昌秀, 沈石, 杨山力
    2017, 19 (5):  581-586.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00581
    摘要 ( 549 )   HTML ( 0 )   PDF(2316KB) ( 359 )  

    在查询计划枚举空间巨大的情况下,空间启发式规则对排除一些不可行或低效的查询计划、提高系统的执行效率有重要意义。本文基于空间等价类、空间约束对的概念,提出了空间连接应建立在空间等价类或空间约束对上的启发式规则,构建了查询计划树中各类连接关系的放置规则以及空间等价类的连接递推规则,提出了空间索引替换表以及空间索引的若干放置规则。论文阐述了如何尽可能用低代价的空间操作,尽早过滤出较少的数据结果,降低参与后续运算的数据量,提高系统查询效率。最后,以空间查询案例为例,展示了这些规则在缩小枚举空间方面的作用。

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    八叉树与三维R*树集成的激光点云数据存储结构
    王永志, 杨路生, 廖丽霞, 潘红伟
    2017, 19 (5):  587-594.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00587
    摘要 ( 728 )   HTML ( 0 )   PDF(12788KB) ( 276 )  

    针对海量激光点云数据组织与管理困难等问题,结合八叉树在三维空间上的快速收敛能力以及三维R*树对不规则分布的多维点数据性能稳定的优势,提出了一种八叉树与三维R*树集成的空间混合索引结构—3DOR*树。首先,通过对激光点云数据进行八叉树划分;然后,对八叉树叶子节点构建三维R*树,进而实现3DOR*树索引结构的构建;最后,对激光点云数据进行特征分析,构建基于3DOR*树的激光点云数据存储结构,实现基于3DOR*树的激光点云存储与管理。本文以江西理工大学图书馆激光点云数据为例,进行实验对比分析,证明了基于3DOR*树的激光点云数据存储结构比三维R*树、八叉树与三维R树混合树等其他树形结构,具有高效的空间存储与查询等优势,可应用于海量激光点云数据存储、管理与分析应用。

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    地学数据共享网用户Web行为预测及数据推荐方法
    王末, 王卷乐, 赫运涛
    2017, 19 (5):  595-604.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00595
    摘要 ( 505 )   HTML ( 1 )   PDF(6571KB) ( 573 )  

    网络环境下,如何让用户快速发现所需数据是地学数据共享平台长期面临的挑战之一。本文基于国家地球系统科学数据共享平台网站服务器日志数据获取用户搜索行为及数据集访问行为,使用聚类算法挖掘用户行为模式,并基于会话聚类 模式开发在线搜索和访问预测算法。在数据预处理阶段,对原始服务器日志数据进行清洗、用户识别、用户会话识别、搜索词提取。在模式挖掘阶段,采用DBSCAN算法对会话进行聚类。考虑到会话向量值的二元性,聚类算法中的距离采用Jaccard距离函数计算。视每个会话聚类包含的搜索词集合为一个文本,所有用户历史搜索词集合为语料库,统计各聚类中搜索词的TF-IDF值。在线搜索推荐,以搜索词检索各聚类中TF-IDF值,返回TF-IDF值最高的搜索词所属聚类,并给出该聚类的高频项目作为推荐。在线访问推荐,则以用户实时访问向量为查询向量,计算该向量与聚类中心的聚类。根据聚类排序,给出距离最近的聚类,并产生该聚类中高频项目作为推荐。实验结果表明基于TF-IDF和聚类的搜索推荐有较高的准确率和召回率,访问推荐效果基于高频统计的推荐有较大提高。研究可得出以下结论:① 地学共享网用户访问和搜索行为体现了专业性的特点,其行为较普通网站用户可预测性更好;② 对于地学数据共享用户行为预测,需明确定义用户行为,并采用合适的距离函数描述行为相似性;③ 通过搜索词TF-IDF值来预测用户数据需求的方法可行,以此产生的推荐可作为搜索结果的补充。本研究可服务于地学领域数据共享平台建设,提高共享服务质量,也可为其他领域科学数据共享提供技术方法借鉴。

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    基于空间自相关和概率论的土壤重金属异常值的 识别方法
    王景云, 杨军, 杨俊兴, 雷梅, 万小铭, 周小勇, 陈同斌, 张红日, 赵相伟
    2017, 19 (5):  605-612.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00605
    摘要 ( 554 )   HTML ( 0 )   PDF(6169KB) ( 482 )  

    数据是开展土壤环境质量研究的基础,在实验过程中,由于系统误差和人为误差导致数据异常、降低数据质量,进而对污染评价、修复与管理决策等后续工作带来误判。目前对于此方面缺乏深入的研究和探讨。基于此,本研究提出一种甄别土壤重金属异常数据的方法,并以北京市土壤Cd含量数据为例,对该方法的有效性进行了验证。结果显示,北京市651个土壤Cd数据中有34个数据异常,对甄别出的异常数据进行化学复测,发现76.5%的Cd异常数据(26个)为系统误差和人为误差导致;20.6%的异常数据(7个)为客观存在的异常点。将原始数据修正后,插值预测精度得到了显著提高。Cd异常数据自身的平均相对误差下降44.56%,均方根误差降低33.33%;受异常值影响的邻近点平均相对误差下降20.59%,均方根误差降低17.33%。结果表明本方法可以有效识别出土壤重金属数据中的异常数据,在增加有限样本量和分析时间的前提下提高调查数据质量,为开展区域土壤调查,保障数据质量提供有效的工具。

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    地理空间分析综合应用
    中国旅游产业科技创新能力的时空动态和驱动因素分析
    王毅, 陈娱, 陆玉麒, 丁正山, 车冰清
    2017, 19 (5):  613-624.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00613
    摘要 ( 814 )   HTML ( 0 )   PDF(6694KB) ( 363 )  

    从科技创新的基础、投入、产出和潜力4方面构建了旅游产业科技创新能力结构模型和综合评价指标体系,利用熵值法、线性加权法以及ArcGIS空间分析工具分析评价了2004、2008、2014年中国旅游产业科技创新能力的总体水平、时空动态演化及驱动因素。结果表明:① 2004-2014年,中国旅游产业科技创新能力总体上呈不断提高态势,但空间分布极不均衡,存在明显的地区差异,在趋势上基本表现出东西方向递增,南北方向倒“U”型分布态势;② 中国旅游产业科技创新能力在地理空间上存在着显著而稳定的集聚特征和一定的极化特征,毗邻的区域在旅游科技创新方面存在一定的空间外溢效应;③ 中国旅游产业科技创新能力热点区主要分布在北京、天津和少数东部沿海省份和中部省份,冷点区主要集中在中西部内陆地区的省份;④ 空间残差回归和地理加权回归研究表明,旅游产业基础、空间外溢效应、政策制度因素是驱动中国旅游产业科技创新能力时空变化3个核心因素。

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    全国γ辐射剂量率空间分布差异影响机理研究
    杨晶, 胡茂桂, 钟少颖, 方圆
    2017, 19 (5):  625-634.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00625
    摘要 ( 696 )   HTML ( 0 )   PDF(6677KB) ( 377 )  

    γ辐射剂量率的监测是天然放射性水平调查的重要部分,其关系到公众健康和辐射环境安全。目前中国环境γ辐射剂量率的空间分布水平的评价多基于专家经验知识,该方法不能够定量化表达γ辐射剂量率与环境因子的相互作用关系。为了进一步了解中国环境γ辐射剂量率的空间分布水平及影响其分布的机理,基于地理探测器提出了定量表达γ辐射剂量率与环境因子的相互作用关系的方法。本文首先收集了2015年全国辐射环境自动监测站的空气吸收剂量率的数据,并计算了44个地级市的年均值作为被解释变量;然后探索性分析了44个地级市的γ辐射剂量率的空间分布的规律;最后结合环境要素指标,借助地理探测器方法揭示了全国辐射剂量率的空间分布影响机理。研究发现:① 低值沿着中国黑河至南宁的沿线缓冲带分布,高值在该缓冲带两侧扩散。② 环境要素中解释力由高到底排序为:海拔高程(0.846)>气候带(0.741)>植被覆盖(0.691)>土地利用分类(0.427)>生态系统(0.419)>地形(0.101)。海拔高程一方面通过表观地球营力与地质构造,从而影响着地壳中天然辐射水平;另一方面对通过对自然环境的分布情况的影响,决定着人类生产活动的分布,进而作用到人工电离辐射源。因此影响γ辐射剂量率的空间分布的主要环境因子是综合了自然要素与人文经济活动的海拔高程。

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    西藏高原积雪覆盖空间分布及地形影响
    除多, 达珍, 拉巴卓玛
    2017, 19 (5):  635-645.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00635
    摘要 ( 761 )   HTML ( 0 )   PDF(8378KB) ( 269 )  

    利用2000-2014年MOD10A2积雪产品和数字高程模型DEM数据,以积雪覆盖率为指标,在分析西藏高原积雪空间分布特点的基础上,定量研究了高程、坡度和坡向等地形要素对高原积雪时空分布的影响。主要结论有:① 西藏高原积雪的空间分布差异显著,具有中东部念青唐古拉山和周边高山积雪丰富,覆盖率高,而南部河谷和羌塘高原中西部积雪少,覆盖率低的特点。② 海拔越高积雪覆盖率越高,积雪持续时间越长,年内变化越稳定。海拔2 km以下积雪覆盖率不足4%,海拔6 km以上覆盖率达75%。海拔4 km以下年内积雪覆盖呈单峰型分布特点,海拔越高,单峰型越明显;而海拔4 km以上则为双峰型,海拔越高,双峰型越明显。海拔6 km以下积雪覆盖率最低值出现在夏季,而6 km以上则出现在冬季。③ 总体上,高原地形坡度越高积雪覆盖率越高。不同坡向中,北坡积雪覆盖率最高,南坡最低,年内分布呈双峰型,而无坡向的平地积雪覆盖率要小于有坡向的山地,其年内变化呈单峰型分布特点。

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    基于夜光遥感和小区POI的住宅发展与经济增长的空间耦合研究
    潘思东
    2017, 19 (5):  646-652.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00646
    摘要 ( 827 )   HTML ( 2 )   PDF(4676KB) ( 826 )  

    针对城市住宅业发展与其经济增长之间的单向或双向因果关系问题,有关学者利用宏观统计分析的方法得到了不同的结论。本文通过构建二者的时空数据集,在城市内部微观层面上剖析了二者的耦合联系及其空间差异性,以期在细尺度上解释二者之间的关系。本文选取郑州市作为研究区,提出了一种基于夜光遥感数据的GDP空间化估算方法,进而生成GDP时空数据集;基于住宅小区POI点数据对城市住宅进行空间密度估计,得到住宅小区的时空分布数据集;最后对GDP和住宅建设密度进行了空间互相关分析,探究住宅发展与经济增长像元尺度上的共变趋势。结果表明:与前人的宏观研究论断不同,耦合分析结果显示住宅业发展与经济增长之间的关系在城市内部具有空间差异性,两者既存在相互影响的区域,也存在无相关的区域;耦合协调关系极显著的区域约占两成,且主要位于市属区和县域中心区;耦合不显著和不相关的区域超过七成,大部分位于市属县域。

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    夜间灯光数据驱动的成渝城市群空间形成过程重建及分析
    杨任飞, 罗红霞, 周盛, 程玉丝, 陈婧祎, 向海燕, 雷茜
    2017, 19 (5):  653-661.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00653
    摘要 ( 651 )   HTML ( 1 )   PDF(9881KB) ( 438 )  

    2016年4月发布的《成渝城市群发展规划》首次正式确定了成渝城市群的内涵和具体边界,重建成渝城市群的形成过程,有利于把握未来发展趋势,并合理优化与调整其发展过程。在重建技术方面,对DMSP/OLS夜间灯光数据传统的不变目标区域校正法加以改进,将成渝城市群2013年城市市区范围内的全部像元加入校正模型的拟合中,设计了统计数据的校正规则,再通过二分比较法较好地恢复了成渝城市群内各城市建成区的时序空间信息。提取面积与统计面积总体平均相对误差为-0.38%,利用高分辨率Google Earth图像验证的建成区提取准确率达到98.29%,相比其他研究结果,经方法改进后的提取结果精度高且稳定。在结果分析方面,基于提取结果展开对城市群建成区重心转移过程与城市聚合过程的深层次研究,剖析了城市群的内部格局与时空变化特征。分析表明,成渝城市群的聚合情况与《成渝城市群发展规划》高度吻合,城市群已进入快速发育阶段,随着区域差异的持续扩大,成都、重庆都市圈的核心地位逐渐形成,而重庆的发展态势稍好。

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    新疆NDVI时空特征及气候变化影响研究
    慈晖, 张强
    2017, 19 (5):  662-671.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00662
    摘要 ( 759 )   HTML ( 0 )   PDF(11771KB) ( 358 )  

    基于新疆50个气象测站2003-2010年逐日降水、气温资料,结合逐月归一化植被覆盖影像资料,利用趋势分析、R/S分析、模糊C均值聚类、图像处理等方法,系统分析了全疆NDVI时空变化特征及其可持续性,并探究NDVI与气候因子(气温、降水)之间的相关性。研究表明:植被覆盖及气象因子年际间差异不大,呈现出整体稳定的态势,但年内变化明显。北疆/天山北坡水热条件优良、植被长势最好,且植被长势对气候因子的滞后效应并不明显且滞后时间短。天山南坡/天山东段次之,而南疆植被覆盖程度最差,南疆/天山南坡植被长势对气候因子(降水、气温)存在明显的滞后效应,植被生长受气温、降水限制性更大,且气温作为主要因子,对天山南坡植被生长的限制作用表现得更为突出。总体上,新疆植被覆盖呈持续性变化,现有植被覆盖情况基本保持不变,但呈退化趋势的面积大于得到改善的面积,在一定程度上与人类活动有很大关系,探查植被长势的变化趋势并及时做出相应调整,不仅能为新疆地区的植被保护以及植被恢复工作提供一定的科学依据,更能够为合理有效地安排农作物生产提供重要的理论指导。

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    遥感科学与应用技术
    公路路面光谱特征分析与沥青路面老化遥感监测方法初探
    金续, 张显峰, 罗伦, 潘一凡, 阳柯
    2017, 19 (5):  672-681.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00672
    摘要 ( 791 )   HTML ( 2 )   PDF(18358KB) ( 219 )  

    随着道路交通的快速发展,道路养护工作正变得日益繁重,如何快速获取道路路面健康状况信息,为公路养护部门提供技术支撑,已成为交通部门的迫切需求。本文通过地面光谱测量手段获取了公路路面的光谱反射数据,基于对不同谱段光谱反射吸收特征的分析,探索了沥青路面老化过程中的光谱响应变化规律。在此基础上,通过比值、归一化等数学运算构建了能反映沥青路面健康状况的光谱指数模型,并基于北京南六环良乡地区2013年9月21日的Worldview-2高分辨率遥感数据,对所构建的沥青路面健康光谱指数模型进行了有效性验证与分析。通过比较不同指数反映沥青路面老化状况的差异,筛选出几个适合沥青道路健康状况检测的光谱指数,并以地面观测数据对检测结果的精度进行了验证。结果表明:利用遥感手段可快速实现大范围道路路面健康状况的监测与评价,拓展了遥感技术的应用领域,同时为公路养护部门提供了新的技术手段。

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    遥感数据的高斯金字塔尺度上推方法研究
    李乐, 宋维静, 陈腊娇, 王力哲, 高丹
    2017, 19 (5):  682-691.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00682
    摘要 ( 539 )   HTML ( 0 )   PDF(14154KB) ( 269 )  

    尺度转换是遥感信息科学领域的研究热点,其传统研究方法大多局限于统计模型,对数据的空间结构信息考虑较少,很难满足遥感数据的多尺度表达要求。基于此,针对遥感数据的尺度不一致问题,本文提出了一种利用高斯金字塔的图像模糊特性进行遥感数据尺度上推的方法,在对金字塔每一层的数据高斯模糊的基础上,通过多次连续的降采样,得到一系列不同尺度的数据,从而满足实际应用的空间分辨率要求。为了验证本文所提方法的有效性,本文选择Landsat7 ETM影像和ASTER GDEM为研究数据进行尺度上推,并与传统的最邻近、双线性以及立方卷积等方法进行了实验对比,采用均值、方差、均方根误差、平均绝对误差等评价指标,以及相同分辨率的ASTER GDEM和SRTM DEM的等高线套合结果来衡量高斯金字塔方法的性能。实验结果表明,本文使用的高斯金字塔尺度上推方法能够有效地实现连续遥感数据的尺度转换,在保持遥感数据局部细节特征的基础上,较好地保持了原始遥感数据的信息量以及空间结构特征。

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    无人机遥感数据处理与滑坡信息提取
    陈天博, 胡卓玮, 魏铼, 胡顺强
    2017, 19 (5):  692-701.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00692
    摘要 ( 937 )   HTML ( 2 )   PDF(28928KB) ( 392 )  

    高分辨率的DEM和DOM数据是对地形地貌信息的准确描述,也是滑坡信息提取的重要数据源。首先,针对滑坡信息提取的要求,本文采用无人搭载微型单反相机的影像获取平台,结合野外测量的GPS数据,弥补了无人机POS信息精度低的劣势;针对无人机影像的特点,运用摄影测量基本原理与计算机视觉算法,获取高精度、高分辨率的DEM与DOM影像,保留了丰富的光谱与纹理信息。其次,借助ESP辅助工具获取了DOM影像的最佳分割尺度,并结合研究区地物特征构建了基于模糊分类与SVM算法相结合的决策树,运用面向对象的分类方法实现了对研究区内植被、道路、疑似滑坡区域的信息提取。最后,依照研究区地物分布的空间特征确定了高风险等级区域,并对该区域进行滑坡的形态与纹理分析以及精度评价,其中提取的疑似滑坡区域用户精度为91.44%、生产者精度为84.65%,结果表明无人机遥感在滑坡信息提取领域具有较高的应用价值。

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    最优分区与最优指数联合的水体信息提取
    饶萍, 王建力
    2017, 19 (5):  702-712.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00702
    摘要 ( 856 )   HTML ( 0 )   PDF(17076KB) ( 269 )  

    单波段阈值法和水体指数法具有方法简单、耗时少的优点,成为水体信息提取常用的方法,但对于面积较大、类型多样、影响因素复杂的区域,在全局使用任何一种方法均无法满足精度要求。为精确提取地表覆盖类型复杂、水体类型多样的山区水体信息,本文分别对归一化水体指数(MNDWI)、自动水体提取指数(AWEI)和归一化三波段指数(NDTBI)3种指数的阈值进行分析,以最优阈值分区方案进行分区并构建3个单指数决策树,寻找不同水体类型的最优指数,按照最优原则重构联合指数决策树来提取水体信息,其中,3种单指数提取法的Kappa系数分别为:0.863, 0.854, 0.862,最优指数联合决策树法的Kappa系数为 0.881。结果表明,基于3个指数构成的最优指数联合决策树的提取方法可以达到最高精度,由此说明,采用该法用于水体信息提取可得到最佳效果。

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    基于LCZ的城市热岛强度研究
    林中立, 徐涵秋
    2017, 19 (5):  713-722.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00713
    摘要 ( 1031 )   HTML ( 0 )   PDF(7287KB) ( 434 )  

    城市热岛强度是城市热岛研究和应用中的一个重要度量指标,但其科学计算一直是该研究的难点。目前常用的基于气象站的城乡温差计算法,由于在代表城区与郊区温度的选择上存在困难,较难准确客观地计算热岛强度。为此,本文在LCZ分类体系的基础上,结合卫星遥感影像数据,将其应用于福州市的城市热岛研究中,以科学地计算城市热岛强度。研究表明,采用分层分类和人工目视解译相结合的方法能较好地实现LCZ的遥感分类,并确定出分别代表城市和郊区的地表温度,据此计算得到2015年9月27日福州的城市热岛强度为6.73 ℃,热岛效应十分显著。进一步将分类结果与遥感地表温度影像叠加,可有效地区分各地类的热特性,全面反映城市热岛的分布状况。

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