近年来,越来越多的历史、历史地理学者开始关注和使用GIS技术,在历史GIS数据库和信息系统研究和建设方面进行了大量的探索。但是,这些研究多是技术主导应用,对历史、历史地理信息的组织多是面向特定专题或应用,且通用性差,亟需遵循历史、历史地理学科的知识体系,发展历史GIS基础软件层面的通用数据模型。本文从地理与历史双重视角出发,以时间、地点、人物、事件（始末）历史4个要素为基础,融合地理学强调“人地关系”的思想,将历史信息抽象为历史人物、历史事件、历史地物和历史场景,以及关系和经历/过程等要素,提出并设计了一种基础的、通用的历史GIS数据模型,探讨了该数据模型的时空对象组成、时空对象的属性以及时空对象之间的关系,设计了时空对象的存储方案,并在应用系统中以典型历史人物、事件、地物和场景等要素的存储和可视化等为例,验证了模型的有效性。
已有的空间方向关系描述模型大都针对空间单个目标,对于群组目标空间方向关系计算模型却鲜有研究和论著。为此,提出适用于群组目标空间方向关系的定性描述与定量计算模型。首先,群组目标空间方向关系定性描述模型利用带约束的Delaunay三角剖分与动态阈值“剥皮”法求得了源目标群分布边界多边形;然后,以方向关系矩阵模型为依据对其方向关系进行了定性描述与建模;其次,运用数学形态变换理论对参考目标群进行“膨胀”,求解“膨胀”后的参考目标群与源目标群的交集;最后,在此基础上结合地学信息图谱相关理论实现了群组目标空间方向关系的定量计算与建模。实验表明,群组目标空间方向关系定性描述模型较好地顾及了群组目标的空间形态对空间方向关系的影响,能够对空间方向关系做出较为准确的定性判断;群组目标空间方向关系定量计算模型实现了群组目标空间方向关系的精确定量描述,且能够以形象直观的方式对群组目标空间方向关系进行可视化表达。2种模型较好地解决了群组目标空间方向关系的描述与计算问题。
室内外一体化导航路网的快速生成与更新对面向行人的跨场景导航具有重要意义。当前研究主要关注单一场景下的导航路网构建,对于跨室内外场景的导航路网自动生成研究较少。本文基于对偶图思想与二维平面多边形中轴变换（Medial Axis Transform）算法,提出一种室内外一体化导航路网自动生成方法,并以某建筑CAD平面图及周边路网环境为基础数据进行了实例研究。结果表明：该方法能够根据原始数据的几何、拓扑、语义信息自动构建导航路网,并支持室内外跨场景的最短路径查询,在最短路径查询效率上较传统分场景寻路模型整体提升10.18%;相较单一场景下的导航路网,一体化导航路网可结合语义信息将室内及室外导航路网有机统一起来,解决跨场景寻求最优路径的问题,为最优路径规划的相关研究提供了新的思路。
倾斜摄影三维模型作为一种地理数据,其数据安全问题不容忽视,数字水印技术可以为其版权保护提供有效的解决方案。本文基于倾斜摄影三维模型数据特征,根据其垂直方向上的稳定性,提出了一种基于距离映射机制的三维点云数据盲水印算法。首先,提取倾斜摄影三维模型中的点云并对其按照高度值排序;其次,将点云间相邻点的高度差作为信息载体,利用映射思想建立水印信息与水印嵌入位置的对应;最后,通过修改坐标值的奇偶性完成水印信息的嵌入。检测水印时通过顶点提取、排序、水平距离与水印位的映射和统计相邻点水印嵌入位置的奇偶性实现水印信息的提取。实验表明,该算法具有良好的不可感知性,并对平移、裁剪和旋转等常见攻击具有较强的鲁棒性。
随着现代地学研究的深入与交叉融合,地理空间模型变得日益复杂,需要的输入数据也越来越多。为了快速、高效准备输入数据,一种有效的方法就是为模型自动匹配网络上已经共享的数据。在此背景下,本文针对不完全匹配数据需要自动转换处理的需求,开展了匹配结果精准表达方法研究。首先分析了自动数据匹配流程,在此基础上,提出了匹配结果精准表达结构及其形式化方法。匹配结果包含数据内容、空间和时间3个本质特征项,以及数据类型、格式和结构等形态特征项,每个特征项通过基于XML的相似度、匹配关系、匹配范围分别对共享数据与模型输入数据是否一致、差异在哪、差异有多大等问题进行精准的形式化表达。如果某一数据特征项相似度为1或本质特征项相似度为0时,意味着该特征项完全满足或完全不满足模型的需求,则没有必要进一步精准表达匹配结果;否则需要按上述方法对该数据特征项的匹配结果进行精准的形式化表达。湖南省2010年土壤生产潜力计算实践表明,本文方法可以为后继数据处理服务的自动组合及其数据的自动处理,以及最终向模型推荐完全符合需求的数据奠定基础。
路径规划问题是路网交通应用中的一个基础问题。A*算法是一个求解点到点最短路径问题的高效算法。但随着路网数据规模的增长,A*难以保证求解的实时性。利用并行计算进行加速是常用的算法性能提高手段,然而A*算法是由一系列前后依赖的迭代步骤组成,因此难以进行直接的并行化。本文提出一种分段化搜索的改进A*算法（SA*）。该算法在搜索路径前先选择若干可能在最短路径上的结点作为导航点,然后多线程并行地分别求出导航点之间的最短路径,并拼接这些路径作为原问题的一个近似解。分段搜索本身可以减少路径规划的搜索空间,借助多线程并行则可以进一步提高求解速度。实验结果表明,在真实路网数据上,利用16核的机器,SA*的性能可以达到A*算法的10-30倍。
手机的普及使手机定位数据成为分析个体时空行为特征的新兴重要数据源之一,并被逐渐应用到人口管理、城市规划、交通分析和流行病防控等众多领域的研究中。从手机定位数据中识别个体的停留区域是众多基于手机定位数据研究的重要基础环节。然而,当前常用的手机定位数据定位精度相对较低,且往往存在定位震荡和定位漂移导致的数据噪声,这些因素增加了从手机定位数据中识别停留区域的难度。为了提高从手机定位数据中识别个体停留区域的准确性,本研究结合个体行为的时空连续性,提出了一种基于滑动窗口的增长聚类算法。实验结果显示,相较常用的ST-DBSCAN算法和SMoT算法,对于采样时间间隔稀疏的手机定位数据,本研究提出的滑动窗口聚类算法在准确率方面的提升幅度最大可以达到35%。由于隐私问题,当前研究和应用中使用的大规模手机定位数据集中的时间分辨率往往较低,因此,本研究提出的滑动窗口聚类算法具有较为广泛的应用场景,可增强基于手机用户停留区域的众多研究结果的可靠性,为手机定位数据的广泛合理应用提供关键技术支撑。
本研究以Voronoi图为研究工具,对普通Voronoi图在海上救援应用中的局限性进行分析,并对其进行了合理改进,提出了“海上救援V图”。同时,结合模糊层次分析法和引力模型方法计算各海事机构救援力量的“吸引力”权重矩阵,提出了基于Voronoi图的海上救援调度模型。最后,结合具体救援案例,构建了基于Voronoi图的海上应急救援模型MRSV。实验结果表明：该模型能够在顾及海上特殊地理环境以及要素间空间关系的基础上,综合考虑各海事机构的救援力量,针对不同海难情况,选调合适的救援机构,调度结果合理,能够达到优化救援力量配置的目的,可以为目前海上应急救援力量调度提供参考。
基于流域过程模型的BMP情景分析是当前流域管理措施评价、非点源污染控制等研究应用中广泛采用的方法,但其通常采用的BMP空间配置单元（地块、农场、水文响应单元或子流域）与坡面上的地形部位关系较弱,难以有效地根据坡面过程特点表达坡面上多种BMP之间的空间配置关系,影响了BMP情景优化效率和结果的合理性。为此,本文提出以坡位单元作为BMP空间配置单元,将各种BMP在不同坡位间合理的空间配置关系显式表达为基于坡位的空间配置规则,通过结合NSGA-II优化算法建立了一套基于坡位单元的BMP空间配置优化方法。应用案例表明,本文构建的基于坡位单元的BMP情景优化方法可有效利用基于坡位的空间配置规则进行BMP情景优化,优化所得的BMP空间配置方案更为合理,优化效率较高。
人群移动和城市空间结构的关系研究一直是人文地理关注的焦点,它可以帮助理解人群城市空间中移动的潜在动力和影响因素,从而评价城市空间结构的合理性,对城市规划、选址具有重要意义。轨迹大数据为研究城市大规模群体活动、城市空间结构以及二者的关系提供了新视角。本文以人群聚散稳定性为切入点,以深圳市交通小区为分析单元,从社会经济属性、土地利用模式和路网中心性3个方面定量探索城市空间结构特征与人群聚散稳定性的关联性。结果发现：区域的人口数量和密度越大,人群聚散稳定性越低;土地利用混合度越高,均衡性越低,人群聚散稳定性越低;与路网全局中心性比,局部范围内的路网中心性对人群聚散稳定性的影响较大,并且随着距离不同而发生变化。这些知识帮助加深理解人群聚散与城市空间结构特征之间的关系。
突发事件的突然性和发展过程的不确定性,要求在限定的时间内,将足够的应急资源配送到合适的应急处置空间位置。本文构建了一个多源点多目标应急资源调度模型,该模型以最短应急处置时间为规划目标,以应急资源运输和应急工程构建时间之和必须小于污染物扩散到应急处置空间位置的时间、多个应急资源仓库综合调度资源数量必须满足处置需求为约束条件;在应急资源出库和装卸时间一定的情况下,根据污染物沿河流扩散的动态过程,运用Dijkstra算法实时选择应急资源配送的最优路径,计算各个仓库所需调度各类资源数量以及资源到达应急处置空间位置所需的时间;最终导出一个策略方案,并根据应急资源到达处置位置所用的时间与污染物扩散到该点的时间之比,评估该方案的决策风险。以突发六价铬污染为研究案例的实验结果表明：该模型能够验证各个应急处置空间位置能否作为应急处置点,获得应急处置空间位置最合理的应急资源调度方案、应急车辆动态的最优路线以及各应急处置点资源调度方案的决策风险评估结果,从而提高应急管理的决策效率,降低决策风险,该模型在救灾、溃坝等其他类似领域也具有一定适用性。
当灾害事件发生时,与之相关的社交媒体数据不断产生,其中包含了丰富的灾情信息和签到地理位置信息,这为灾情态势的及时感知提供了一种新的数据源,但是因社交媒体用户量的地区差异及网络空间中信息传播模式的特点,给社交媒体签到数据所代表的空间点过程的模式分析带来了一些新的问题,如签到点密度与实际灾害点事件密度之间的对应关系、签到点之间的空间关系、点格局的空间异质性及其影响因素等。本文以2016年14号台风“莫兰蒂”为例,以“台风”和“莫兰蒂”为关键词,在新浪微博平台上采集了2016年9月14-17日的微博数据,使用文档主题生成模型（Latent Dirichlet Allocation, LDA）和支持向量机（Support Vector Machine, SVM）对微博文本进行分类,构建了含有签到位置信息的灾情点事件数据库。在此基础上,针对社交媒体用户分布的空间异质性提出了一种基于签到点用户活跃度的加权模型。以全局自相关统计量Moran′s I为指标,对加权前后的签到微博数据进行对比,发现这些在社交网络中产生的签到微博数据在现实地理空间中存在明显的空间自相关性;基于“雨”、“停电”等关键词,利用上述加权处理后的微博数据库进行灾害制图,结合真实灾情资料进行时空对比分析,结果表明系列图谱能够反映台风灾害的时空过程趋势。
区域人口迁移流的规模不仅取决于迁出地与目的地的“双边”要素,也与前期迁移流和周边迁移流息息相关。传统重力模型揭示了区域人口迁移过程的“推-拉”机制,但受制于对时空维度的忽视,无法有效表达迁移流之间的时空依赖关系,因而难以度量区域要素变化对迁移流产生的时空溢出效应。本文引入多种形式的时空依赖结构,构建迁移流时空重力模型,并采用贝叶斯马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法进行估计。在此基础上,结合时空效应框架量化区域要素对迁移流的影响,定量分析人口迁移过程的时空溢出效应与动力机制。本文以1985-2015年中国省际人口迁移为例,通过与非空间的动态重力模型估计结果比较,初步表明时间依赖、空间依赖以及时空扩散依赖在区域人口迁移过程中不容忽视;时空维度上,区域要素变化在初期对迁移网络的溢出效应超过对该区域迁移流的直接影响;逐渐衰减的时空溢出效应维持了区域人口迁移规模发展的相对稳定,与动态重力模型估计结果形成了鲜明对比。区域人口规模、人均GDP水平及其时空溢出效应共同驱动中国省际人口迁移系统的发展。耦合时空维度依赖关系的时空重力模型能更好地理解区域人口迁移过程的演化特征,为促进区域人口均衡发展提供科学的决策依据。
现有时空同现模式挖掘方法因其在空间和时间频繁阈值等参数值的设定上存在困难且缺乏客观依据的问题而难以被应用到犯罪地理研究中。为此,本文通过引入时空状态同现模式和最小时空参与率等概念对现有挖掘方法进行了重新建模,并结合广义Grubbs异常值检验提出了一种点模式分布下的犯罪嫌疑人时空同现模式挖掘框架。基于该框架对中国某省部分犯罪嫌疑人的真实移动轨迹数据的实验分析结果表明,本文所提出的方法能够有效地挖掘出嫌疑人间显著的时空同现模式,且这些模式的时空分布特征不仅与犯罪活动易发生在非农业生产区这一共识基本相符,还与日常活动理论的基本观点相适应。本文拓展了时空同现模式挖掘在犯罪地理研究中的应用,研究成果对公安机关等执法部门在重点监控某些犯罪嫌疑人以及合理分配和部署警力资源方面具有重要意义。
餐饮业是城市经济发展的重要指标,运用合适的方法来研究城市餐饮业的空间格局特征,对城市规划、商业选址和经济发展等具有重要意义。本文以广州市海珠区为例,基于餐饮店POI（兴趣点）数据,利用核密度估计法分析餐饮店的空间分布特性,采用网络核密度法探究其热点路段的分布情况,并利用网络双变量K函数法,分析餐饮店分布与公交站和居民小区的相关性。结果表明：海珠区餐饮店总体分布呈现“西密东疏”的空间格局,具有多中心的空间分布特征;江南中街道餐饮店分布的热点路段主要集中在江南西路和江南大道中沿线,其密度随着与该沿线的距离增加而衰减;在较小范围内,餐饮店的分布与公交站具有显著的聚集关系,而与居民小区不具有显著的聚集关系。对于沿道路分布的空间地理点对象,利用网络空间点模式分析可得到较好结果。
不同区域人群流量随时间的变化可以反映城市结构的空间差异。现有对于城市人群空间分布特性的研究大都以人群密度计算为基础,注重时空切片尺度,但是不能有效刻画邻域空间单元间流量变化的时空过程同步特性。本文提出一种基于基站间流量变化过程相似度的城市邻域基站流量变化同步性度量方法,量化分析不同区域的人群进出流量过程的相似程度,研究城市中具有相同人群流量变化过程的同步性区域空间分布规律。以深圳市为例,对城市同步性区域的空间分布与特点进行剖析。实验发现：计算同步性时参数选择需根据城市本身基站分布及流量特点分析,一般研究中,城市基站平均距离可作为邻近区域半径d,描述基站间流量变化相似度的特征阈值λ选取与邻近区域半径有关,半径越小,阈值取值越小。通过基站人群流量同步性得到的城市同步区域的空间分布不同于行政区域划分结果,同步区域面积小,划分更为精细;且规划级别越高的中心区,其范围内基站同步区域数目越多。最后,将同步区域结果与流量密度图对比,发现该方法不仅能够发现流量变化大的同步区域,并且能够发现城市中流量变化小的同步区域。本文提出的方法能量化衡量区域流量变化同步性并发现具有不同流量变化特点的同步性整体区域,对城市人群空间变化特点进行分析,可用于指导和评价城市规划与实际人群活动区域效果,以及城市服务设施布局等。
南海港口城市研究是南海资源环境监测的重要内容,目前对于南海港口城市空间结构特别是港口在城市空间结构中的地位缺乏研究。夜光遥感数据和POI数据均为城市空间结构研究的重要数据源,但对于2种数据的空间耦合关系与集成应用研究存在不足。针对上述问题,本文选取南海港口城市典型代表的三亚市为研究区,以研究区2016年NPP-VIIRS夜光遥感数据和POI数据为数据源,利用叠加分析将夜光遥感数据和POI核密度分析结果数据分别网格化。然后,利用双因素组合制图法对两种数据的空间耦合关系进行可视化,分析空间耦合关系相异区域和城市空间结构的关系,并在此基础上探讨港口在三亚城市结构中的地位。研究表明,三亚市夜光遥感和POI数据的空间分布总体趋势相一致,空间耦合关系相近的区域占比达85.6%;夜光遥感和POI数据空间耦合关系在三亚市内存在一定量的相异区域,如新城区、经济开发区、城市边缘区和乡镇中心等,结合2种数据的特点可以更显著地表征这些区域的城市空间结构特征;三亚市作为重要的南海港口城市,其城市的中心区域与港口密切关联。本研究为港口城市空间结构研究提供了新视角。
城市化过程对植被初级生产具有重要影响。以往研究主要集中于城市用地扩张对植被初级生产力的直接影响分析,而较少关注其间接效果。本文以长江三角洲地区为例,分别从地区尺度和城市尺度分别分析了2000-2013年植被初级生产力的时空变化,探讨了其与气温、降水量及城市建成区绿化覆盖率的关系。研究表明：地区尺度上,2000-2013年长江三角洲植被初级生产力呈现不断增加,其中城市建成区植被初级生产力呈现显著增加的趋势（P<0.05）;城市尺度上,城市建成区内植被初级生产力主要呈现增加的趋势,而其外围缓冲区内则与此相反。在当前气候变化背景下,这可能与城市建成区绿化覆盖率不断增加,及快速的城市扩张有关。
