自然语言描述中蕴含丰富的地理空间信息,空间关系是自然语言描述中最重要的一部分,对理解整个描述语句起到决定性作用。但自然语言描述的不确定性、模糊性、灵活性等特征给计算机理解和处理自然语言增添了困难,因此建立定性的自然语言空间关系描述与定量的图形空间关系之间的映射关系是本文研究的重点。根据空间粒度的不同将自然语言空间关系描述分为完全模糊描述、区间模糊描述和定量模糊描述3类,提出缓冲区法和随机参数法2种可视化表达方法,并搭建原型系统进行实验。实验表明,该方法有效可行,有利于深化模糊语义的自然语言描述图形化研究。
可视化是促进地理区划知识发现的有效手段,但目前地理区划知识可视化方面的研究较为欠缺,无法满足复杂区划知识的可视化表达及知识发现需求。因此,本文从充分认知区划先验知识出发,建立区划知识的地图表达内容体系,研究面向不同类别区划知识的地图可视化表达方法,进而探讨综合多维区划知识的图谱表达范式,并在此基础上进行了可视化应用案例研究。实验表明,本文提供了有效的区划知识表达和发现策略,可为读者开展进一步的决策和研究提供支持和依据。
人们对道路重要性的认知与道路周边设施有重要关系,针对现有地图综合道路选取方法中对语义特征考虑不足的问题,将POI数据引入到道路的语义特征分析中,提出一种综合考虑道路空间特征和语义特征的道路综合自动选取方法。首先,结合POI位置数据构造了道路语义特征度量的3个新参量：设施点密度、重要设施比率和专题设施比率;然后,与道路长度、连接值、总深度值、平均线密度等反映道路几何、拓扑和分布特征的度量参量一起,通过归一化和熵值法赋权进行整合计算,得到道路重要性值;最后,综合考虑道路重要性值、道路stroke构成和stroke连通度的约束条件进行道路的分步选取。实验结果表明,该方法在保留主要道路、保持道路分布疏密特征和道路连通性的同时,较好地顾及了道路的语义特征信息。
城市用地分类作为城市规划重要的基础和依据,对城市资源配置、建设发展等具有重要意义。现有研究对用地分类都聚焦于“稀路网、大街区”的大尺度区域,随着城市发展,大尺度区域的规划模式造成了城市交通效率低下、土地低效率开发等问题,而小尺度的城市街区建设规划为解决上述问题提供了一种新的思路。为了充分挖掘现有交通大数据的潜在价值,更以高效地服务小尺度街区规划,本文将主题模型与支持向量机（SVM）相组合,提出一种面向小尺度街区的用地分类方法。本文以上海市黄浦区人民广场附近为研究区域,依据精细路网对研究区域划分,通过对一周（7天）出租车GPS数据处理,结合区域兴趣点（POI）数据,基于隐含狄利克雷分布（LDA）模型和SVM模型进行用地分类。在人工解译的分类图的基础上对本文方法进行精度评价,并基于百度地图地理数据进行结果验证。研究表明本文方法基于现有的交通大数据,实现了对小尺度街区用地分类,方法分类精度较高,在一定程度上可以节约人力物力,以便更好地服务于小尺度城市规划。
矿山生产地学本体能够形式化描述领域概念,是实现多源异构信息集成与知识共享的关键技术之一。本文从多维地学数据源兼有同一性和特异性的视角入手,扩充多维多值概念格理论,构建兼顾全局和区域特性的地学境本协同语义模型与形式化描述,依托二者映射转换关系,提出强情境敏感性的多维地学结构化数据本体自动学习算法;并以金属矿山实际项目为例,结合矿山生产概念体系架构,构建矿山生产领域本体实例,验证方法有效性。该方法注重地学领多维特性,较客观地展示多维地学对象之间关联关系,且较顾忌局部区域时空等数据环境差异,有效提高矿山生产本体的构建效率与准确性,对其他地学领域本体构建提供借鉴。
天文辐射是地表实际入射太阳辐射的基础背景,也是辐射计算、太阳能资源评估和农业生产潜力估算等方面的重要天文参量。本文基于分辨率为30 m的福建省数字高程模型,使用MATLAB软件提供的并行计算框架模拟了起伏地形下福建省天文辐射空间分布,定量地分析了坡度坡向对天文辐射分布的影响规律,同时探讨数字高程模型对天文辐射产生的空间尺度效应。结果表明：福建省年天文辐射量大部分处于10 000~13 000 MJ/m2,呈现东南沿海向中西部递减的分布特征;不同季节的天文辐射分布受纬度和坡度坡向的影响具有明显的差异性,呈现季节分布的不对称性;不同坡度和坡向对天文辐射的影响与福建省总体上西北高东南低地势特征相吻合,天文辐射量随坡度增大而减小,东、东南和南坡向是天文辐射分布较集中的区域,总体上呈现山脊多、山谷少、阳坡多、阴坡少的地域差异性;数字高程模型的空间尺度效应在起伏较大的福建中西部丘陵地貌表现更加明显,该区域的天文辐射对分辨率的变化更加敏感。
本文利用1980-2015年黄河流域及周边166个气象站点36 a的降雨资料,采用日降雨侵蚀力计算模型,对克里金插值后的栅格数据,通过利用主成分分析法、isodata聚类和最大似然法实现区域划分,并在此基础上应用重心模型研究了黄河流域降雨侵蚀力的时空变化。研究结果表明：黄河流域内不同区域的年降雨侵蚀力差异较大,最小的区域在200 MJ·mm·hm-2·h-1左右变化,最大的区域可达3000 MJ·mm·hm-2·h-1,年降雨侵蚀力具有由西北向东南递增的趋势。年降雨侵蚀力大的区域其侵蚀力值在不同年份中波动范围也大。西宁、呼和浩特等所在的一区、二区和三区的年降雨侵蚀力的重心总体上呈现向东北方迁移趋势。太原、西安所在的四区、五区其重心总体上呈现向西南方迁移趋势,其年降雨侵蚀力重心迁移范围小,重心点分布更紧密。各区域年降雨侵蚀力重心的迁移范围在空间和时间尺度上总体呈现由西北向东南方向逐渐缩小趋势。
本文以北京市2005年和2010年公里网格人口分布数据为基础,运用CA-Markov模型模拟了北京市2015、2020、2025和2030年4期公里网格人口分布数据集;应用街道尺度的人口数据对模拟精度进行了验证;在模型可靠性良好的基础上,从产业疏解推动人口疏解的角度出发,结合北京市各街道各产业从业人口数据、产业疏解方向和中心城区人口疏解目标,确定了北京市各街道人口疏解的权重,并由此预测了2020年北京市中心城区人口疏解15%后的人口空间分布情况。研究表明： ① 2005-2010年,北京市约90%的公里网格人口密度等级为1级,集中在密云区、怀柔区、延庆区和房山区,而人口密度在10级以上的区域集中在西城区和东城区;② 在无人口疏解政策影响下,2015-2030年北京市公里网格人口分布呈现出低人口密度区域减少、中高人口密度区域增加的态势;③ 在人口疏解政策影响下,至2020年,中心城区人口分布从集中于中高密度等级转向集中于中低人口密度等级。中心城区最高人口密度等级的数值呈下降态势,并且高人口密度等级的区域占比也呈下降态势。除东城区外,其余5个中心城区的人口集中于人口密度等级为5-8级的区域。本文的研究成果可为人口管理、资源配置和政策制定提供科学参考。
基于2000-2014年MOD16蒸散量和气象站实测数据,借助于空间数据统计法和趋势分析法对中国西北干旱区“天山湿岛”—伊犁河谷地表蒸散量时空变化特征和多年变化趋势进行定量分析。结果表明:① MOD16-ET产品在伊犁河谷地区的精度总体上满足要求,可用于地表ET的时空分布特征研究;② 伊犁河谷地表ET、PET年际波动不大,多年平均ET为392.35 mm,多年平均PET为1331.19 mm,年均ET与PET的比例在0.26-0.33之间波动,说明研究区总体上水分不足。ET、PET年内分布处于先增大后减少的单峰型变化趋势,主要集中在5月到9月。秋季ET与PET的比例为0.29,此时研究区最干旱缺水。气温是研究区蒸散量变化的主要驱动因素之一。③ ET、PET的空间分布状况正好相反,东部喀什河及巩乃斯河上游地区、南部大面积草甸覆盖区域ET值较高,PET值较低,此区域水分比较充足。伊宁市及霍尔果斯河周边地区、察布查尔县、特克斯河下游等区域ET值均较低,PET值较高,此区域干旱缺水;④ 从2000-2014年伊犁河谷地表ET、PET变化趋势来看,ET总体上处于减少趋势,PET处于增加趋势,说明研究区近15年内干旱加重。
利用暗原色先验进行单幅图像去雾时,需采取高计算复杂度的细化程序,否则其估计的传输率易在边界处造成光晕。对导致边界处产生光晕现象的原因进行分析时发现,计算复杂度高的细化程序在去除晕轮效应时去雾过度,且传统的基于暗原色先验的单幅去雾算法在明亮区域易造成色彩失真现象。由此在原来的透射率估计时,提出一种基于色调的简单而快速的邻域分割方法。首先将原始RGB图像转换到HSI色彩空间,在H（Hue）通道中,用邻域中的点与中心点的色调的差值绝对值,来判断该邻域内的点是否属于同一区域,只使用属于同一区域的像素点来计算该区域的暗原色值;再通过修正透射率值,来校正明亮区域的色彩失真。在图像复原时,在HSI色彩空间保留色调分量不变,仅对强度分量运用修改的暗原色值进行去雾,再进行非线性增强,最后对饱和度分量进行颜色补偿。实验表明,本文的去雾算法能够显著提高场景的视觉清晰度,而且不需要图像后续修补,并能获得更好的色彩视觉保真。
针对高分辨率遥感影像变化检测结果较破碎,易产生椒盐噪声、监督训练过程中人工标注成本较高、训练样本冗余以及大量未标注样本信息未有效利用等问题,提出一种超像素与主动学习相结合的高分辨率遥感影像变化检测方法。利用超像素分割算法得到超像素对象,提取其光谱和纹理特征;引入并借助主动学习样本选择策略充分利用未标注样本信息,挖掘不确定性最大、最易错分的样本交由用户人工标注;为保证所选样本的多样性,加入基于余弦角距离的样本相似性度量,以减少样本间信息冗余,在减轻人工标注负担的同时获得良好的分类性能。通过对2组不同场景的遥感影像的实验,表明本文提出的2种方法能够在标注少量训练样本的情况下获得较好的变化检测结果,且加入样本相似性度量的变化检测方法在有效减少人工标注成本和训练样本冗余的同时,能够更快地达到收敛、提升检测质量。
不同空间分辨率遥感影像对区域土地覆被类型识别精度的影响是目前土地资源遥感研究中的热点议题。本文基于准同步的卫星传感器影像,以福建省长汀县河田盆地为研究区,结合野外调查的实验样本,依次采用最大似然法（MLC）、支持向量机（SVM）和人工神经网络（ANN）3种分类器,分析土地覆被分类结果在中高空间尺度序列（1~50 m）下的变化响应特征。结果表明：不同空间尺度下的地物分类结果存在显著差异（P<0.05）,其中总分类精度和Kappa系数均随影像分辨率的降低而先升高后降低,并于4 m分辨率处达到峰值,该结果与各类地物光谱反射率的空间尺度变化特征密切相关;而不同分类器对各空间尺度影像分类结果的影响程度差异较大（P<0.05）,其中SVM的分类精度最优,MLC次之,ANN的结果较差。此外,伴随影像空间分辨率的降低,不同土地覆被类型面积提取结果的变化规律不同,导致同类地物在不同空间尺度下的提取结果出现较大差异,表明在使用多源分辨率遥感数据进行土地监测等相关研究时,其伴随的结果误差不容忽视。
利用2000-2009年中国气象局（CMA）地表太阳辐射台站资料,对欧洲中期天气预报中心（ECMWF）地表太阳下行短波辐射产品进行多时间尺度的计算与分析,检验ECMWF地表辐射产品对于中国地区太阳辐射特征的表现。本文通过聚类分析将中国地区分为8个区域,考虑到ECMWF大气因素对ECMWF地表辐射的影响和大气因子分布的空间异质性,引入地理探测器对ECMWF再分析辐射产品的时空误差进行定量分析,来判明影响ECMWF辐射精度的主要大气因子。结果表明：总体上看,ECMWF地表太阳辐射要高于地面观测数据,月均偏差为18.28W/m2;ECMWF地表太阳辐射表现出季节性差异,夏秋季节明显好于春冬季节,相对偏差较大的数据集中分布在12、1、2和3月,相对偏差较小的数据集中分布在6、7、8和9月;不同区域在冬季和夏季的主导大气影响因子不同,夏季中国西北（1区）、高原（3区）、西南（4区）和四川盆地（5区）地区主导影响因子都是气溶胶,东南（6区）地区的主导影响因子是地表反照率和气溶胶,中东部地区（7区）的主导影响因子是云覆盖率和气溶胶,但是因子解释较小,分别为0.0228和0.0202,东北地区（8区）4个因子均未通过显著性系数检验,因子对相对偏差的变化影响不显著;冬季中国西北（1区）、高原（3区）、中东（7区）、东北（8区）和四川盆地（5区）地区的主导影响因子都是云覆盖率,西南（5区）和东南（6区）地区的辐射主要受到气溶胶的影响。
借助多源遥感数据融合技术能够得到高时空分辨率的遥感数据,可以为高精度农业遥感动态监测提供强有力的支持。在诸多融合算法不断发展的情况下,评估每种方法的特点及其适用性,有助于找到最适宜的融合方法,进而应用于农田生产力监测的实践之中。本研究根据高标准农田建设成效评估对高时空分辨率生产力信息的需求,以宁夏灵武市农业综合开发项目区为实验区,采用线性拟合法、时序拟合法、时空融合法3种多源遥感数据融合方法,融合空间分辨率30 m的Landsat遥感数据的空间精度信息与空间分辨率500 m、时间步长8 d的MODIS遥感数据的高时相信息并对比不同方法对于农田生产力的空间格局精细化描述能力、对于农田生产力变化监测的能力以及运算速度的差异。研究结果表明：① 3种融合方法融合的30 mNPP数据均能显示出道路、田埂等线状裸地与田间NPP的差异,但是时序拟合法、时空融合法比线性拟合法更加清晰;在NPP相对均匀的田块内部,时空融合法比时序拟合法更能体现出农田内部均匀度的差异。② 线性拟合法仅适用于农田生产力年季变化的评估,不能用于作物生产力的实时动态监测;时序拟合法和时空融合法适用于农田生产力变化动态监测且时序拟合法适宜于大范围监测。③ 3种方法的计算速度差异显著,线性拟合法计算速率最快,时空融合法计算速率最慢;线性拟合法计算速率分别是时序拟合法和时空融合法的1.5倍和20倍。
