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当期目录

    2017年, 第19卷, 第7期 刊出日期:2017-08-04 上一期    下一期
    地球信息科学理论与方法
    车载激光扫描数据路坎点云提取方法
    罗海峰, 方莉娜, 陈崇成
    2017, 19 (7):  861-871.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00861
    摘要 ( 858 )   HTML ( 1 )   PDF(13671KB) ( 169 )  

    车载激光扫描系统能够快速准确地获取街道环境的点云数据,但由于扫描点云的点密度高、数据量大、空间分布不均匀、地物相互遮挡及城市街道环境复杂等特点,难以直接从原始点云数据中提取出路坎点云。本文首先通过分析路坎点云的空间分布特征和局部几何特征,构建包含相对高程、法向量方向、多尺度高程差及多尺度高程方差的点云特征向量;然后,采用SVM提取城市街道环境车载激光扫描数据中的路坎点云,并对提取结果进行聚类去噪,优化路坎点云。最后,通过Street Mapper 360系统和Lynx Mobile Mapper V100 系统采集的4份不同城市街道环境车载激光扫描数据对本文方法进行验证,其中路坎点云提取结果的完整度均超过了94.99%、准确度均超过91.88%、精度亦均达到了90.55%以上。实验结果表明,本文方法能够精确地提取复杂城市街道环境中规则或不规则的路坎点云,且具有较强的稳健性,适用于各类复杂的城市街道环境。

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    电磁地理环境监测数据空间插值方法
    王梦艺, 盛业华, 黄一昀, 吕海洋, 黄毅
    2017, 19 (7):  872-879.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00872
    摘要 ( 537 )   HTML ( 0 )   PDF(12520KB) ( 135 )  

    电磁地理环境无所不在,电磁环境的“时间、空间、频率”特征进行监测与分析对于评估电磁地理环境对人类的日常生产生活的影响具有十分重要的现实意义。目前电磁辐射数据的获取方法和空间化表达的研究非常有限。电磁现象有着自身的空间传播与衰减特性,传统的空间插值方法并不适用于电磁现象的空间化表达。全频段车载电磁环境监测系统沿道路密集采集获取不同频段电磁辐射强度信息,需要对其进行空间插值才能刻画其二维空间的分布特征,本文根据电磁波空间传播规律,提出并实现了基于电磁辐射传播模型的电磁环境空间插值方法,对车载移动电磁环境监测系统获取的数据进行空间化处理,并将该方法与常用的IDW和Ordinary Kriging空间插值方法进行实验对比分析。实验结果表明,本文方法比其它空间插值方法更适合于电磁地理环境数据的空间化表达。

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    基于元胞自动机模型的河道汇流过程模拟
    张文富, 林广发, 张明锋, 李清远
    2017, 19 (7):  880-885.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00880
    摘要 ( 561 )   HTML ( 3 )   PDF(3537KB) ( 325 )  

    对河道汇流过程进行模拟可为洪水灾害预警预报提供参考。利用水力水文学方法能很好地模拟河道汇流过程,但需要输入的参数多,运算过程复杂,对数据精度要求高,而且在无资料区流域无法确定河道上断面流量情况下,该方法具有一定局限性。本文将元胞自动机模型与水文模型相结合,构建了河道汇流过程中的元胞自动机模型和产流汇流规则。通过建立河道坡面拓扑关系,利用SCS-CN(Soil Conservation Service-Curve Number)模型逐个计算河道元胞上的坡面入流,并利用曼宁方程模拟河道汇流过程,最后在ArcEngine平台下进行二次开发,实现了河道汇流可视化。本文以厦门市茂林溪流域为研究区,对1997年5月6日至7日的一场降雨进行了模拟。将本文模拟结果与该流域其他学者的研究进行了对比分析,结果表明在输入数据与水文模型参数相同的情况下,本文不仅模拟出每次降雨间隔产生的较小洪峰,并且整场降雨产生的最大洪峰流量精度与时间精度均提高了5倍,可以更准确地模拟河道汇流过程,适用于河道汇流可视化,该模拟可以为洪水灾害预警预报提供一定参考。

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    失散人员时空信息模糊匹配模型
    周文娟, 张明锋, 林广发
    2017, 19 (7):  886-894.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00886
    摘要 ( 478 )   HTML ( 0 )   PDF(6670KB) ( 294 )  

    失散人员时空信息数量多、失散信息地点的收集和查询较复杂,现有的网络寻亲平台虽具有信息采集快,应用普及范围广的特点,但对于失散人员的信息管理较分散,缺乏结合时间范畴和空间范畴的分析。本文在失散人员属性信息查询的基础上,针对失散信息的不准确性和模糊性,对不同失踪年龄段人员进行记忆模糊度分析,并结合汉语言分区以及模糊时空范围设置阈值和权重,建立失散人员时空信息模糊匹配模型。该模型根据失散孩子姓名、性别、血型、出生时间、失踪时间、失踪地点、方言口音及失踪年龄段的模糊特征等影响因子,综合计算出失散人员之间的信息匹配指数;并利用时间地理学方法设计了模型的时空修正方法,对匹配结果的时空可达范围是否存在交集进行了检验。案例数据验证结果表明,该模型能综合考虑已知的失散人员匹配指标项,可筛选出匹配程度较高的信息。

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    城市暴雨内涝模拟模型优化与精度验证
    费茉莉, 刘苇航, 王席, 李梦雅, 黄清雨, 王军
    2017, 19 (7):  895-900.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00895
    摘要 ( 821 )   HTML ( 0 )   PDF(13625KB) ( 167 )  

    本文采用“Vegetation-Impervious Surface-Soil”模型和线性光谱混合分解方法,获取像元中不透水面、植被、土壤覆盖信息,用于计算SCS模型产流参数综合CN(Curve Number)值;基于土地利用类型,采用经验值与数值实验逐步求精相结合的方法,确定水动力汇流模型参数曼宁系数,并用实测积水数据验证两次参数修正的模拟效果。以上海中心城区为例进行验证,研究结果表明:①将采用V-I-S模型得到的不透水面、植被、土壤信息设定CN值,能够降低积水分布的极值化现象,提高SCS产流模型产流量和产流分布精度;②采用经验法和数值模拟逐步求精法,按土地利用类型设定曼宁系数,使各时段最大积水深度高于原模型,说明曼宁系数是汇流模型的敏感参数。

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    基于OpenStreetMap和90 m SRTM的地面站导航 电子地图实现
    宋晓虎, 朱纪洪
    2017, 19 (7):  901-908.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00901
    摘要 ( 560 )   HTML ( 2 )   PDF(8730KB) ( 162 )  

    地面站导航电子地图是操作员用来监控无人驾驶装备的唯一平台,也是进行线路规划和自主决策的重要信息源。现有的导航电子地图一般存在价格昂贵、对高程数据支持不足以及依赖互联网等缺陷。本文提出了一种新的基于OpenStreetMap的地面站导航电子地图实现方法。首先,利用原始OSM数据搭建地图瓦片服务后台;然后将90 m SRTM高程数据处理成地形阴影和地形颜色渐变栅格文件;针对每个栅格文件,在瓦片服务后台的样式配置文件中添加相应图层并定义其渲染格式;最后,在地面站软件中实现地图客户端模块,向瓦片服务后台请求瓦片,并显示在地面站界面上。利用该方法实现的地面站导航电子地图可以提供0~18个缩放级别的中国范围的数据,显示0~13个缩放级别的立体地形地貌,并且无需互联网支持。本文使用该方法实现了某型无人机的地面站导航电子地图模块,并成功应用该无人机仿真系统。

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    地理空间分析综合应用
    1961-2013年东北与华北气温变化速度空间差异
    赵建, 任周鹏, 王劲峰, 徐成东, 张前进
    2017, 19 (7):  909-914.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00909
    摘要 ( 678 )   HTML ( 1 )   PDF(4345KB) ( 263 )  

    全球气候的不断变化使得生物生境受到极大影响。气温作为最基本的气候要素,其变化迁移会胁迫生物对此做出响应,造成生物群落的迁徙。气温变化速度将气温看作物质的运动,能够直观地表示气温时空变化特征,对研究生物分布地理界限变化具有重要的指导意义。本文利用1961-2013年的全国每月平均温度数据集,分析了过去50多年中国东北与华北地区之间气温变化速度的区域差异。结果表明:东北与华北两地区整体气温变化速度均值为5.60 km/year,速度范围主要集中于0~9 km/year之间,约占总数的90%。东北地区气温变化速度均值大于华北地区。其中,东北速度均值为5.85 km/year,华北为5.41 km/year。从区域内部来看,东北地区气温变化速度整体较高,三省中黑龙江与吉林速度较高,辽宁省速度变化相对较小。华北气温变化速度高值区域主要分布在内蒙古高原与河北、天津的小部分地区,其他地区的气温变化速度则相对较小。

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    基于深度学习的区域生态安全时空模拟与预测
    陈工, 李琦, 金玲艳, 梁贺明, 莫玉琴
    2017, 19 (7):  915-923.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00915
    摘要 ( 758 )   HTML ( 7 )   PDF(14026KB) ( 243 )  

    区域作为人类、自然、社会共同作用和互相影响的复杂系统,对区域进行生态量化建模与模拟仿真,是实现区域可持续发展战略的关键。传统机器学习方法对区域生态系统建模取得了一定的成果,但难以确定学习特征和实现时空模拟。深度学习不需事先确定训练特征,具有优异的特征学习能力,能够提高模型预测精度,因此利用深度学习进行建模具有显著优势。本文使用植被净初级生产力(NPP)、气溶胶光学厚度(AOD)和人口格网数据,充分利用深度学习的优点,采用最优深度神经网络时空模拟,得到了河南省2007-2014年3 km分辨率的生态赤字空间分布图和河南省2015-2020年的生态赤字时间预测结果并进行分析,为区域生态的科学管理和建设供科学依据和参考。

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    基于主客观分析法的城市生态安全格局空间评价
    程鹏, 黄晓霞, 李红旮, 李霞, 张琳
    2017, 19 (7):  924-933.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00924
    摘要 ( 653 )   HTML ( 0 )   PDF(17585KB) ( 153 )  

    生态安全是城市生态文明建设的主要目标,是城市经济可持续发展的重要基础,评价城市生态安全格局对于城市规划具有极其重要的作用。本文通过选取典型评价指标,运用生态安全格局客观分析法与主观分析法进行对比分析,建立了包括生态系统服务安全格局、生物多样性保护安全格局、生态敏感性安全格局的生态安全格局综合评价体系,并将该评价体系运用到研究区域,对研究区域生态安全格局的变化趋势进行评价和分析。结果表明:①在基本生态控制线内,低水平、较低水平生态安全格局区域的面积有所增加;在基本生态控制线外,中水平生态安全格局区域的面积有所减少;整体上高水平生态安全格局区域面积基本不变。②生态安全格局主观分析法评价结果主要依赖于专家的评定,本文采用的专家评价方法结果与客观分析法评价结果一致。该评价体系已经应用于研究区域的城乡规划和生态保护中,应用结果表明该评价体系能够较完备地进行城市生态安全格局评价,对城市规划和生态保护具有重要的指导作用。

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    黔桂喀斯特山地与山区类型划分技术与应用
    赵宇鸾, 李秀彬, 张颖
    2017, 19 (7):  934-940.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00934
    摘要 ( 583 )   HTML ( 1 )   PDF(4479KB) ( 197 )  

    科学界定山地和山区类型是认识山地、因地制宜促进山区可持续发展的基础,可为山区分类开发、分类施策提供依据。本文采用均值变点法确定滑动窗口尺寸,运用空间分析工具对SRTM进行处理以获取山地坡度、起伏度,并提取了黔桂喀斯特各类山地空间范围和规模,以此对县级层面黔桂喀斯特山区类型进行了划分。主要结论如下:①二次使用均值变点法确定移动窗口面积与平均地形起伏度拟合的对数曲线拐点,其表征的是黔桂喀斯特山区地形起伏度最佳统计单元—移动窗口面积为6.50 km2。②黔桂喀斯特山地占比大,山地与非山地面积之比约为89:11,且山地省际空间分异明显,贵州喀斯特山地以中山、中低山为主,占贵州部分的57%;而广西喀斯特山地以丘陵为主,占广西部分的59%。③黔桂喀斯特山地区均为山区县,其中,18个纯丘陵县、10个半山区县、15个准山区县、21个显山区县、32个整山区县。整山区县个数多,多分布于乌蒙山区和黔桂峰丛洼地山区,多数为国家扶贫开发工作重点县。

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    四川省滑坡灾害气象预警模型建立与验证
    李云君, 刘志红, 吕远洋, 柳锦宝, 王平
    2017, 19 (7):  941-949.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00941
    摘要 ( 688 )   HTML ( 4 )   PDF(10548KB) ( 236 )  

    四川省滑坡灾害严重,特别是2008年之后,灾情显著加剧,如何预防滑坡灾害是保护人民生命财产安全的有效途径。滑坡灾害的预警模型研究是滑坡灾害预防领域的核心课题。本文对四川省滑坡灾害危险性进行了评价,并开展了滑坡灾害气象风险预警模型研究。①以确定性系数的方法量化坡度、地形起伏度、水文地质岩性、植被覆盖度、地震烈度和年均降雨量因子,建立逻辑回归模型,定量地进行四川省滑坡灾害危险性区划,并对结果进行验证。结果表明,四川省滑坡灾害高危险性区域成“Y”字型分布,此外川中、川东北地区滑坡灾害危险性也非常高,这与四川省滑坡灾害的空间分布情况相符。②在前期滑坡灾害与降雨量统计分析、滑坡灾害危险性评价的基础上,以滑坡灾害危险性评价为静态因子,日降雨量数据为动态因子,通过逻辑回归模型的结果,确定以当日降雨量概率化值、滑坡灾害危险性值、前一日降雨概率化值、前两日降雨概率化值、前三日降雨概率化值为临灾模型影响因子,各因子对预警结果影响程度按上述顺序递减,建立了地质-气象耦合的临灾气象预警模型。通过检验区数据对模型的检验表明,该预警模型能成功预警80%以上的滑坡灾害;通过滑坡灾害群发个例检验发现,该预警模型与四川省现用模型相比,预警区域明显减小,空报率和漏报率显著降低。

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    三亚热带雨林环境植被和地表能量空间分布特征
    姚武韬, 关燕宁, 郭杉, 蔡丹路, 肖寒, 张春燕
    2017, 19 (7):  950-961.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00950
    摘要 ( 620 )   HTML ( 0 )   PDF(18326KB) ( 144 )  

    遥感地表能量信息通过空间分布及变化趋势体现生态系统要素的格局、状态、质量,客观反映城市生态系统的状态,是度量区域生态系统要素生态过程的重要内容。本文以三亚市热带雨林植被环境的地表能量综合响应特征和作用、影响关系特征为基础,采用植被指数分级、地表能量分级和植被-能量关系等指标,结合雨林垂直分带和植被分布信息,探讨近30年(1987-2016年)不同时期热带雨林环境的水平地带性、垂直地带性及其时空变化特征。结果表明:①近30年三亚市域植被覆盖比例维持在90%左右,植被指数分级构成以高、中数值分布为主,并呈现整体趋高态势。②各级地表能量分布比例的波动幅度在10%之内,中等地表能量级别范围呈现向低地表能量区域扩展趋势。③随着海拔高度的提升,植被指数高数值的热带雨林分布比例增加,地表能量值降低。④热带雨林的地表能量和植被指数的时空分布稳定性均高于人工植被。本文基于遥感地表能量综合响应特征和作用、影响关系特征建立的指标评价体系,可以为热带雨林生态系统的量化评价提供支持。

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    遥感科学与应用技术
    无人机模糊图像自动检测方法
    魏铼, 胡顺强, 陈诚, 胡卓玮, 赵文吉
    2017, 19 (7):  962-971.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00962
    摘要 ( 558 )   HTML ( 2 )   PDF(8398KB) ( 193 )  

    图像模糊程度是图像评价的一个关键指标参数,它影响着图像的质量和信息。特别对于无人机拍摄的图像,如果利用模糊的图像参与计算,会造成很大的误差甚至出现颠覆性的结果。因此对于图像模糊的检测显得至关重要。传统的图像模糊检测方法大都基于人工检测、且有合格的参考图像参与评价过程,方法耗时、费力,无法用于大量无人机拍摄图像的分析。因此本文基于Sobel边缘检测原理,利用4个方向的Sobel算子,寻找图像中每个Sobel边缘点的模糊邻域,并构建模糊邻域宽度值的计算准则,由此来计算出整幅图像的平均模糊邻域宽度值,并将这个计算结果作为检测模糊的直接依据。同时考虑到无人机拍摄图像的特点,将其按照拍摄时间顺序排列,依次将相邻图像互为参考,通过对比互为参考图像的模糊邻域宽度值的变化情况,将宽度值突变的图像确定为模糊图像。据此对无人机拍摄的所有图像进行模糊检测。最终通过7组2322张 图像进行自动检测发现151张图像模糊,通过人工检测发现158张图像模糊,平均检测率95.57%。该检测方法具有较强的 适用性。

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    青藏高原湖泊面积动态监测
    杨珂含, 姚方方, 董迪, 董文, 骆剑承
    2017, 19 (7):  972-982.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00972
    摘要 ( 581 )   HTML ( 0 )   PDF(5407KB) ( 452 )  

    高原湖泊的动态变化对区域水循环具有重要影响。受全球气候变化的影响,青藏高原湖泊自20世纪90年代开始呈现剧烈扩张趋势。为揭示近年来青藏高原湖泊面积的时空变化规律,本文提出了一种改进的半自动湖泊提取算法,结合环境减灾卫星(HJ-1A/1B)和Landsat系列卫星影像数据,对青藏高原内流流域中面积大于50 km2的127个湖泊进行了连续6年的动态监测,并分析了该区域2009-2014年湖泊面积时空变化特征。研究结果表明,该区域湖泊整体呈现显著扩张趋势,年均变化速率为231.89 km2yr-1(0.87 %yr-1),6年间湖泊面积扩张速率有所减缓。其中,扩张湖泊有104个,收缩湖泊有23个,变化速率分别为271.08 km2yr-1(1.02 % yr-1)和-39.19 km2yr-1(-0.15 %yr-1)。不同区域湖泊面积变化具有明显差异,主要表现为东部及北部大部分区域湖泊扩张,南部地区大部分湖泊面积稳定,萎缩湖泊主要分布于研究区四周。最后,本文通过分析冰川融水补给对湖泊面积变化的影响,发现存在冰川融水补给的湖泊面积变化率远大于不存在冰川融水补给的湖泊。由此可见,近年来冰川融水的增加是促进青藏高原内流流域湖泊扩张的主要因素之一。

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    基于神经网络模型的干旱区绿洲土壤盐渍化评价分析
    姜红, 玉素甫江·如素力, 热伊莱·卡得尔, 阿迪来·乌甫
    2017, 19 (7):  983-993.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00983
    摘要 ( 639 )   HTML ( 4 )   PDF(8371KB) ( 225 )  

    土壤盐渍化严重制约了农业可持续发展和生态安全,土壤盐渍化的精确评价分析,对土壤盐渍化的改善和治理具有重要的意义。本文以新疆焉耆盆地为研究对象,Landsat8 OLI遥感影像和实测采样数据相结合,提取地下水埋深(GD)、盐分指数(SI)、地表蒸散量(SET)和改进型温度植被干旱指数(MTVDI)建立了土壤盐渍化评价模型。结果表明:①结合野外实测土壤盐分数据,对BP神经网络模型进行训练。最终以最优的4-4-1结构的3层BP神经网模型对研究区土壤盐渍化进行了预测(R2=0.864,RMSE=0.569)。相比传统多元线性回归模型(R2=0.741,RMSE=0.767),神经网络模型对土壤盐渍化的预测精度更高;②土壤盐渍化分布与GD、SI、SET和MTVDI等存在较强的关联性,不同等级的土壤盐渍化是不同影响因素不同程度上组合而引起的结果,盐渍化土地主要分布在地下水位较低以及土地开垦之后没有利用的荒地区域;③整个研究区大部分区域受到不同程度的盐渍化影响,耕地退化为盐渍地导致该区域土壤盐渍化以及土壤次生盐渍化进一步加剧。

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    CE-318太阳光度计及探空数据反演水汽含量与MODIS近红外水汽产品对比
    李成, 黄秋燕, 覃志豪
    2017, 19 (7):  994-1000.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00994
    摘要 ( 547 )   HTML ( 1 )   PDF(4265KB) ( 192 )  

    大气水汽含量是遥感定量反演的重要参数。本文利用CE-318太阳光度计,反演了2014年6月至2016年5月南宁市的大气水汽含量,分析其季节变化特征,并将其与探空数据、MODIS近红外水汽产品数据进行相关性分析。结果表明:(1)南宁市大气水汽含量季节变化特征明显:夏季高达4~6 g/cm2,而冬季则只有2 g/cm2,与南宁地处亚热带地区有关。夏季该地区季风气候盛行,大气水汽含量高,冬季季风气候减弱,大气相对干燥。(2)CE-318太阳光度计反演的大气水汽含量(PW)与探空数据获取的水汽含量之间存在良好的线性相关,相关系数为0.877,平均绝对误差为0.42 g/cm2,平均相对误差为10.96%;而MODIS近红外波段反演的水汽精度较低,平均绝对误差为0.74 g/cm2,平均相对误差为18.74%。

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