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当期目录

    2017年, 第19卷, 第11期 刊出日期:2017-12-08 上一期    下一期
    地球信息科学理论与方法
    利用社交媒体的位置潜语义特征提取与分析
    陈瑗瑗, 高勇
    2017, 19 (11):  1405-1414.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01405
    摘要 ( 836 )   HTML ( 13 )   PDF(10876KB) ( 344 )  

    社交媒体及时、大量、广泛地记录了城市中居民的观点和情感,尤其是具有位置标记的签到文本,将人们所处的空间和城市设施与其相应的认知态度结合起来,成为以人为核心主导的对空间位置特征的直接表达,是场所语义信息的集中体现。以微博签到数据为研究对象,引入自然语言处理领域的潜语义分析的方法,结合空间分析中因子分析、空间自相关分析和聚类分析的手段,提取并分析其中隐含的位置语义特征。本研究主要侧重于对位置之间语义相关程度的度量,首先提取研究区域隐含的概念主题结构,分析不同主题在空间上的分布特征。然后对特定地块进行潜语义空间上的相似性索引,在此基础上,采用先验的百度百科词条描述对位置间语义相似性进行扩展,通过空间自相关的分析,得到不同功能类型的热点区域。

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    一种面向时空对象及其关联关系动态变化表达的概念数据模型
    成波, 关雪峰, 向隆刚, 高萌, 吴华意
    2017, 19 (11):  1415-1421.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01415
    摘要 ( 706 )   HTML ( 3 )   PDF(3004KB) ( 264 )  

    根据全空间信息系统中地理实体基本特征以及存储管理的需求,本文提出了一种面向地理实体及其关联关系动态变化表达的时空数据模型。① 在地理实体方面,将其抽象为由有序、无缝对象片段组成的时空对象,并建立了对象片段表达的三元组模型,即空间位置、几何形态和属性特征;② 在关联关系方面,采用基于RDF模型来对空间关系和属性关系进行形式化描述;③ 在动态变化方面,将地理实体的变化分为空间位置的变化、几何形态的变化和属性特征的变化,关联关系的变化分为空间关系和属性关系的变化,并分别采用快照/增量、方程/模型2种方式来统一表达它们的离散和连续变化。该模型可显式地描述动态的时空对象及其关联关系在时空过程中的变化,有助于探讨和挖掘地理现象的基本变化规律和内在关联性。

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    多层次多粒度OSM路网目标数据质量综合评估方法研究
    朱富晓, 王艳慧
    2017, 19 (11):  1422-1432.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01422
    摘要 ( 610 )   HTML ( 0 )   PDF(4336KB) ( 331 )  

    针对以往OpenStreetMap(OSM)数据质量评价中只考虑片面评价指标或只考虑单一层次评估对象的不足,本文选取典型研究区,以来自政府规划机构的权威数据集作为参照数据,基于模糊综合评价法,设计了质量评价指标与空间层次相结合的多层次多粒度OSM路网目标数据质量评估模型,从单一目标、群组目标和整体目标3个粒度,集成构建集个体数量控制与群体结构控制于一体的数据质量评估指标体系,并解决评估模型中隶属度确定与最优组合权重赋权的关键技术问题,实现了宏观与微观相结合、全局与局部相结合的OSM数据质量的多维度多层次综合度量。实验结果表明,该方法具有可行性和实用性,可为基于VGI数据源实现相关行业应用提供实证依据和可靠的数据质量评估方法。

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    城市建筑迎风面积密度矢量/栅格计算模型对比研究
    沈娟君, 邱新法, 何永健, 曾燕, 李梦溪
    2017, 19 (11):  1433-1441.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01433
    摘要 ( 616 )   HTML ( 2 )   PDF(9803KB) ( 198 )  

    城市建筑迎风面积密度(Frontal Area Density,FAD)作为重要的城市形态学参数之一,对其定量分析与制图,对城市微气候研究有着重要意义。为了找出高效可靠的方法分析城市建筑FAD的分布情况,本文以福建省晋江市为例,选取了矢量计算模型和栅格计算模型对FAD进行模拟,从计算效率、不同尺度和不同土地利用类型上,对结果进行对比分析。研究表明:计算效率上,矢量模型比栅格模型高。在城市尺度上,栅格模型与矢量模型模拟结果与宏观建筑分布特征一致,二者皆适用;在街区尺度上,栅格模型模拟结果比矢量模型更符合建筑分布规律。栅格模型的计算结果较矢量模型稳定,受分辨率影响小。在不同土地利用类型上,对于建筑分布稀疏区域2种模型皆适用;而对于建筑密集区,如商业区、城市住宅区等,栅格模型计算结果更优。

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    地理空间分析综合应用
    “一带一路”国家和地区百年尺度干旱化特征分析
    王飞, 丁建丽, 魏阳
    2017, 19 (11):  1442-1455.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01442
    摘要 ( 568 )   HTML ( 4 )   PDF(25511KB) ( 293 )  

    为了充分了解“一带一路”国家和地区百年的干旱变化规律和趋势,探索其干湿变化情况,本文利用标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evaporation Index)1901-2013年12个月和3个月尺度的0.5°×0.5°数据,结合线性趋势、PCA主成分分析、Mann-Kenndall非参数检验和小波分析等方法研究多时间尺度下干旱趋势和周期变化特征。结果表明,研究区百年尺度内(1901-2013)干旱指数和面积呈现波动上升趋势,但干旱化进程缓慢,60%以上地区呈现缓慢变湿趋势,SPEI指数发生显著上升地区面积百分比为25.38%,发生显著下降地区面积仅占12.02%。MK检验和PCA分析均显示15°~35°N的中低纬度地区干旱化程度最为严重,主要地区为北非及阿拉伯半岛、伊朗高原,常年呈现显著干旱状态,而俄罗斯、哈萨克斯坦、印度半岛以及中国和蒙古两国干湿变化季节性特征明显。基于Morlet小波分析的周期分析显示,年际和季节SPEI指数的周期特征既具有相似性,又存在一定的差异性,尺度越小干湿变化交替越明显,尺度越大虽有全局特征但所展示的周期不能通过显著性检验,最终得到可用显著周期年际SPEI变化显著尺度为2~4 a,干旱特征在此尺度的周期中时间变化显著。

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    2010-2015年中国生物多样性保护优先区域人类干扰程度评估
    刘慧明, 高吉喜, 张海燕, 马斅良, 徐新良
    2017, 19 (11):  1456-1465.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01456
    摘要 ( 625 )   HTML ( 1 )   PDF(6733KB) ( 359 )  

    生物多样性是人类赖以生存与发展的基础。中国生物多样性保护优先区域集中分布着中国绝大多数的生物物种,如何保护好这些区域的生态系统和生物多样性,是实现可持续发展急需解决的问题。本文基于2010年和2015年的2期土地利用/覆被数据,应用人类干扰指数,分析了中国生物多样性保护优先区域人类干扰的程度及变化。结果表明:① 2015年中国生物多样性保护优先区域人类干扰程度以微度和轻度为主,15个优先区处于微度干扰,占优先区总面积的84.10%,13个处于轻度干扰,占优先区总面积的6.65%;华北平原黄土高原区和华东华中丘陵平原区人类干扰程度较高,而西南高山峡谷区、蒙新高原荒漠区和青藏高原高寒区人类干扰程度很低;② 2010-2015年,占优先区总面积84.54%的区域人类干扰程度基本持衡,人类干扰程度发生增加和下降的面积大致冲抵,生物多样性保护优先区域整体变化不大,华南低山丘陵区和东北山地平原区人类干扰程度较高,且升幅超过1%,华北平原黄土高原区降幅最大,为0.15%;③ 人类干扰程度较高且变化幅度大的区域,主要受经济发展对生态系统干扰及土地利用程度加深的影响,对农田、居民点及工矿交通用地的需求增加,退耕还林等部分生态工程实施有利于减少人类对生态系统的干扰程度。总体上看,全国32个生物多样性保护优先区域整体上人类干扰程度较低且变化幅度较小,且人类干扰程度高的区域分布较集中,说明国家生态保护各项政策与措施的实施对生物多样性保护起到了良好的促进作用,有利于生物多样性的保护。

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    基于HASM方法的黑河流域潜在蒸发量的模拟
    李晗, 赵娜, 岳天祥, 申维, 刘羽
    2017, 19 (11):  1466-1474.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01466
    摘要 ( 496 )   HTML ( 0 )   PDF(8394KB) ( 159 )  

    潜在蒸发作为研究蒸发及区域水循环的重要因素之一,其模拟结果对相关领域的研究应用具有重要影响。利用 2000-2009年“黑河流域每日四次常规气象观测数据集”所提供的12个气象站点的潜在蒸发数据,对黑河流域潜在蒸发量进行模拟。首先针对潜在蒸发的特点,分析影响研究区域潜在蒸发的气象因素、地理及地形因素,使用多项式回归和逐步回归的方法对研究区域潜在蒸发进行了背景趋势模拟,选出影响潜在蒸发的最优影响因素组合,在此基础上采用高精度曲面建模(HASM)方法,结合站点实测数据,对去掉趋势后的残差进行精度修正。本文使用kriging法、IDW法和Spline法插值所得潜在蒸发数据,以及“黑河流域1980-2010年3 km 6 h模拟气象强迫数据”作为对照,比较验证模拟精度。模拟结果表明:HASM方法模拟精度最高,模拟结果分布合理,表明该方法在潜在蒸发模拟中具有应用前景。该方法所得到的潜在蒸发数据可作为基础地理数据供相关研究应用。

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    长江三角洲地区高温热浪人群健康风险评价
    陈倩, 丁明军, 杨续超, 胡可嘉
    2017, 19 (11):  1475-1484.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01475
    摘要 ( 857 )   HTML ( 2 )   PDF(17446KB) ( 213 )  

    在全球极端气象、气候事件频发的背景下,获取高分辨的灾害风险信息对于区域防灾减灾决策具有重要的参考价值。而在当前的灾害风险评估中,基于行政单元的人口和社会经济等承灾体信息与栅格水平上的致灾因子普遍存在空间不匹配的现象。本文通过融合多源遥感数据和人口、社会经济统计数据,在利用人居指数对高温人口暴露进行空间化的基础上,获取了250 m分辨率的长江三角洲地区高温热浪人群健康风险空间格局。结果表明,风险等级较高的地区集中在上海、常州、杭州、宁波、无锡、嘉兴、泰州等城市的中心城区,主要是较高的人口暴露度和城市高温共同作用的结果;而大城市近郊以及各规模较小的城区的风险等级次之;相对欠发达地区虽然人口暴露程度较低,但较高的高温危险性和社会经济脆弱性指数使得这些地区的高温人群健康风险也不容忽视。识别高风险地区的风险主导因子对于提高人群高温适应能力以及减轻高温健康风险具有重要意义。

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    2005-2016年北京中心城区热岛时空格局及影响因子多元建模
    于琛, 胡德勇, 曹诗颂, 陈姗姗
    2017, 19 (11):  1485-1494.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01485
    摘要 ( 650 )   HTML ( 0 )   PDF(12939KB) ( 153 )  

    城市热岛效应作为城市范围的一种典型气候特征,在近年来受到了广泛的关注。了解城市热岛时空演变及形成原因对缓解城市热环境和提高人居舒适性有着重要意义。以北京市中心城区为例,首先,基于Landsat卫星2005、2010、2016年的热红外影像数据反演得到地表温度,采用均值标准差方法对地表温度进行划分得到多等级的热岛强度,分析城市热岛的空间格局和随时间的演变规律;其次,提取不透水层、植被、裸土和水体4种典型地物类型,统计不同年份下各热岛强度之间的转移信息并计算相关的热力景观格局指数;接着,依据离市中心的距离将中心城区分为30级缓冲区,统计分析每一级缓冲区内各地物类型的面积比例与热岛强度信息。最后,以各地物类型的统计数据,结合离市中心的距离,建立各影响因子与热岛强度之间的多元关系模型,综合分析地物类型和市中心的距离变化对城市热岛的影响。结果表明:北京中心城区整体热岛强度呈逐年增长的趋势,高等级热岛强度的热力斑块面积逐步扩张,热力景观类型的多样性随时间推移呈下降态势。不透水层对热岛强度的影响较大,具体表现为不透水层盖度越高,热岛强度越大;热岛强度随离市中心距离的增大逐渐降低。

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    基于综合承载力的北京市适度人口研究
    林晓娟, 房世峰, 杜加强, 吴骅, 窦馨逸, 岳杙筱
    2017, 19 (11):  1495-1503.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01495
    摘要 ( 730 )   HTML ( 0 )   PDF(2428KB) ( 272 )  

    北京作为中国的政治、经济和文化中心,资源短缺、交通拥堵和生态环境恶化等问题日益严重,确定其适度人口规模,对引导区域人口合理流动和环境保护具有一定的现实意义。本文基于综合承载力,对已有的适度人口模型进行了改进:利用主成分分析法和熵权法确定生态、经济和资源承载系统的权重;经济承载人口测算指标不局限于地区生产总值(GDP)这一单一指标;资源承载人口综合考虑了土地资源和水资源承载力。本文通过综合分析2004-2014年北京各项承载人口和适度人口,结果表明:① 生态承载人口规模在波动中有增长的趋势,由717.38万人上升至753.14万人,一直处于人口超载状态;② 经济承载人口一直处于富余状态,但规模由5297.18万人减少至3802.06万人。第三产业产值所承载的人口对经济承载人口的贡献最大,在2014年达到65.15%;③ 资源承载人口规模处于波动状态,2014年为139.61万人,超载率逐年增加。土地资源承载力对资源承载人口的贡献大于水资源,2014年贡献率达79.91%;④ 北京市适度人口规模从2004年的2031.15万人减少至2014年的1550.67万人,2008年开始出现人口赤字,且人口超载率逐年攀升。经济承载人口对适度人口贡献率维持在80%以上,生态和资源承载人口的贡献率平均值分别为14%和3%。人口资源压力指数在波动中有上升的趋势,从2004年的9.45上升至2014年的15.41,资源约束已经成为阻碍城市发展的主要因素,经济承载力是维持适度人口规模缓慢减小的主要动力。

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    北京城区不透水地表盖度变化及对地表温度的影响
    张旸, 胡德勇, 陈姗姗
    2017, 19 (11):  1504-1513.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01504
    摘要 ( 519 )   HTML ( 2 )   PDF(12120KB) ( 209 )  

    基于QuickBird高分辨率影像、LandsatTM影像及夜间灯光数据,设计了集成CART(Classification and Regression Tree,)算法和多源遥感数据估算亚像元级不透水地表盖度的技术方案,采取适用于典型温带半干旱地区的ISP(Impervious Surface Percentage )提取方法,提取2001年和2011年北京城区不透水地表盖度,并将不透水地表盖度分为3类,ISP为10%~60%的区域为低密度区,60%~80%的区域为中密度区,大于80%的区域为高密度区。同时采用单窗算法反演2001年和2011年地表温度,对2001-2011年北京六环以内城区不同环路区域ISP发展趋势,以及其与地表温度的相关性进行分析。结果表明:(1)北京城区的不透水地表盖度变化主要集中在低密度区域,与之相比,中密度区域和高密度区域不透水地表盖度变化不大。2001-2011年来北京五环以内区域由于城建区较多,整体不透水地表变化并不明显,主要变化区域集中在五环至六环以内区域,其中低密度区增长明显,中密度区和高密度区主要增长集中在东部,可以看出,近年来五环至六环以内区域发展迅速,城建区范围不断扩大。(2)相较于2001年,2011年北京市中心地表温度明显上升,高温区聚集程度更为明显。其中四环以内地表温度与周边区域地表温度相比,温差明显增大。(3)通过对比2001年和2011年各密度区平均地表温度发现,相较于2001年,2011年北京市六环以内城区各密度区之间的地表温度差异更大,城市热岛效应更为明显。(4)2001年和2011年北京城区各环路区域内不透水地表盖度与地表温度均呈正相关。四环至六环区域,地表温度随不透水地表盖度变化的趋势相近。ISP在10%~20%的区域,地表温度随不透水地表盖度增高而上升的速率明显高于其他区域,ISP大于20%的区域地表温度上升速率下降,且趋于一致。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于权重线性加和模型的城市污泥土地利用适用性评估
    崔锦霞, 余振华, 乔鹏炜, 杨军, 郑国砥, 唐斌, 王景云
    2017, 19 (11):  1514-1521.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01514
    摘要 ( 388 )   HTML ( 1 )   PDF(4778KB) ( 343 )  

    城市污泥土地利用的环境问题是限制其大规模利用的主要因素。本文建立基于权重线性加和模型的城市污泥土地利用环境风险控制方法,提出北京市城市污泥土地利用环境风险控制方案。不同因素对城市污泥施用的环境影响依次为:土壤重金属含量(0.22)>土地利用类型(0.17)≈土壤类型(0.17)≈自然降雨(0.17)>坡度(0.13)>与自然水体距离(0.09)>与城镇居民区距离(0.05)。北京市城市污泥低风险适宜施用区域主要集中在平谷和顺义交界处、昌平-延庆中部以及房山的东部山间林地,施用面积为2033 km2。中风险施用区分布在西南部、东南部的林地和旱地的混合区域,面积为5079 km2。高风险施用区面积为380 km2,分布在石景山以及门头沟东北部、房山西南部以及平谷北部区域。禁止施用区面积达8916 km2,主要分布在城区及城区周边的郊县、延庆、怀柔、密云等部分区域。

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    遥感科学与应用技术
    城市建成区多源遥感协同提取方法研究
    李治, 杨晓梅, 孟樊, 陈曦, 杨丰硕
    2017, 19 (11):  1522-1529.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01522
    摘要 ( 607 )   HTML ( 1 )   PDF(12337KB) ( 272 )  

    城市建成区边界是城市研究重要的基础信息,也是落实城市功能空间布局、实施界限管控的前提。DMSP/OLS夜间灯光数据已被广泛应用于城市建成区的提取,但由于受饱和、扩散及低分辨率问题的影响,导致仅依靠DMSP/OLS NTL映射城市建成区仍然是一个巨大的挑战。本文以京津冀为例,采用MODIS NDVI和DMSP / OLS夜光数据相结合解决NTL影像的饱和及扩散问题,提取城市建成区潜在范围,并辅以Landsat NDVI数据,采用本文提出的最大自相关双阈值方法进行自适应修正,最后采用目视解译对结果进行验证。实验结果表明,多源遥感协同方法提取城市建成区的总体精度和kappa系数分别为92.9%和0.88,在空间分布和统计数据中均有较高的有效性和可靠性。

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    基于深度学习AlexNet的遥感影像地表覆盖分类评价研究
    党宇, 张继贤, 邓喀中, 赵有松, 余凡
    2017, 19 (11):  1530-1537.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01530
    摘要 ( 1020 )   HTML ( 2 )   PDF(7377KB) ( 399 )  

    地表覆盖分类信息是反映自然、人工地表覆盖要素的综合体,包含植被、土壤、冰川、河流、湖泊、沼泽湿地及各类人工构筑物等元素,侧重描述地球表面的自然属性,具有明确的时间及空间特性。地表覆盖分类信息数据量大、现势性强、人工评价费时,其自动化评价长期以来存在许多技术难点。本文基于面向对象的图斑分类体系,引入深度卷积神经网络对现有地理国情普查-地表覆盖分类数据进行分类评价,并通过试验利用AlexNet模型实现地表覆盖分类评价验证。试验结果表明,该方法可有效判读耕地、房屋2类图斑,正确分类隶属度优于99%,而由于数据较少、训练不充分,林地、水体图斑正确分类隶属度不高,分别为62.73%和43.59%。使用本文方法,经过大量数据充分微调的深度学习AlexNet可有效地计算图斑的地类隶属度,并实现自动地表覆盖分类图斑量化评价。

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    华南地区典型种植园地遥感分类研究
    关舒婧, 韩鹏鹏, 王月如, 韩宇, 易琳, 周廷刚, 陈劲松
    2017, 19 (11):  1538-1546.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.01538
    摘要 ( 535 )   HTML ( 2 )   PDF(8179KB) ( 183 )  

    华南地区种植园地广泛分布,类型混杂多样,导致园地分布信息难以正确获取,为农业管理造成了较大困难。本研究基于Landsat8 OLI数据,通过数据融合、特征优化,应用随机森林算法构建面向对象的种植园地分类规则集,对华南地区典型经济作物香蕉、柑橘、葡萄、蒲葵、海枣、番木瓜和火龙果等进行类别识别,同时对比贝叶斯分类法、K最邻近分类法、支持向量机法、决策树分类法的分类效果。结果表明:数据融合会在一定程度上影响分类结果精度;植株形态、光谱特征接近,种植期交错是影响华南地区典型园地分类精度的重要原因;以中分辨率影像为数据源,面向对象的随机森林算法应用于种植园地分类研究总体精度可达88.05%,Kappa系数0.87,可以有效区分华南地区典型种植园地类别;相比于其他算法,随机森林算法在分类精度、可靠性和稳定性上具有一定优势,可为园地作物生长监测和种植管理提供科学依据。

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