大数据时代海量网络文本中蕴含的灾害事件信息是防灾减灾研究和应用的重要资源。从异构的Web文本中快速、准确抽取灾害事件时空信息和属性信息,分析其时空动态变化模式与趋势并进行可视化表达,是当前地理信息与灾害信息领域关注的热点。本文从Web文本挖掘的整体技术框架、灾害主题页面抓取、灾害事件信息解析与抽取、灾害事件信息空间展示分析、以及防灾减灾应用系统等方面调研和综述了相关进展。针对防灾减灾领域的Web文本信息获取未来趋势,分析概括了全流程的Web文本灾害事件信息提取适用技术,并指出未来研究趋势：① 重点开展全球灾害信息全景式获取分析,实现全球灾害事件信息的自动化获取、分析及可视化展示;② 向联合国可持续发展目标（SDGs）和中国“一带一路”倡议,加强典型热点区域的Web灾害事件信息获取分析应用研究并形成示范系统;③ 按照数据、信息、知识的应用层次,建立以大数据挖掘和分析技术支撑的新型防灾减灾知识服务系统。
作为地理信息系统中的重要组成部分,矢量数据在三维GIS中发挥着重要作用,如指示地理对象、解释空间关系和丰富图面信息等。随着图形硬件的迅速发展和虚拟地理环境的广泛应用,为了在三维地图中精确、高效地绘制出具有复杂样式的线性地图符号,本文提出了一种利用OpenGL Shader Language的三维地形表面线状符号渲染方法。该方法通过对矢量数据进行编码形成纹理数据,完成矢量数据在程序与GPU间的传输;将地形单元和矢量线段间的映射关系存储在索引纹理中,用于关联线段的实时查找;通过计算当前屏幕片元与关联矢量线段的空间位置关系,判断片元所属符号的区域,进而设置片元的颜色。实验表明,本方法可在三维地形上高质量地渲染出几种典型的复杂线状符号,并能保持较好的渲染性能。
在VGE的发展过程中,自然高效的人机交互一直是其研究的核心内容之一,但在当前众多VGE应用案例中,用户仍然是基于传统的人机交互界面与VGE进行交流,这导致了：① 用户的沉浸感不高;② 多人在VGE中协同交互的需求无法得到有效满足。因此,为了实现VGE中的沉浸式多人协同交互,本文首先综述了VGE中人机交互技术研究和应用现状,并简要阐述了动作捕捉技术发展历程、基本原理及其在提高VGE用户交互沉浸感上的优势。在此基础上,对VGE中沉浸式多人协同交互系统进行了重点设计,主要包括分析了基于动作捕捉技术的沉浸式多人协同交互模式及其对应的交互动作语义,提出了多人协同冲突控制机制,以及着重介绍了VGE中沉浸式多人协同交互系统的结构和功能。最后,以北京大学为例开发了虚拟燕园辅助规划设计原型系统,并进行了实验。研究结果表明,沉浸式多人协同交互技术的交互效果受到用户认可,它在提高化身之间及化身与VGE之间的协同交互方面具有明显的优势,可应用于地学教育、城市规划、应急救援和军事指挥等领域,具有良好的应用前景。
人口增长、气候变化、制度变迁、城市化等均会导致土地利用/覆被的变化,进而引起流域水文过程（截留、入渗、蒸散发和地下水补给等）和水循环过程的改变。当前,由于逐年土地利用/覆被数据获取困难、水文模型本身计算缺陷等问题,所有在流域尺度上开展的借助水文模型进行的土地利用/覆被变化影响下的水文模拟研究都存在一个共同缺点,就是采用的水文模型并不能逐年调用土地利用/覆被数据,即水文模型无法真实体现或模拟土地利用/覆被的时空变化。SWAT作为一个广泛应用的分布式水文模型,在其模拟期内,不能逐年调用土地利用/覆被数据,即在进行水文模拟时忽略了土地利用/覆被时间上的变化,这可能会影响其在土地利用/覆被变化剧烈地区（如黑河中游）的应用。黑河流域是典型的内陆河流域,也是中国西北地区第二大内陆河流域。黑河中游是黑河流域的径流耗散区。本文针对SWAT模型在考虑土地利用/覆被变化时的缺点,对其进行了改进并开发出能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型。在土地利用/覆被变化剧烈的黑河中游对SWAT和LU-SWAT模型的径流模拟效果进行比较,发现LU-SWAT模型更适用于黑河中游水循环模拟。
路网密度的研究是实施“一带一路”愿景之互联互通倡议的基础工作。“一带一路”顺应了世界经济全球化、一体化、多极化、信息化的趋势,牵连着蓬勃发展的亚太和发达的欧洲经济圈,带动中间国家的经济发展。在新形势下,如何通过交通基础设施建设推进丝绸之路经济带沿线区域间的互联互通、促进区域合作和经济发展,具有重要的现实意义。本文利用自发地理信息数据——OpenStreetMap（OSM）道路网数据,运用地理信息系统（GIS）空间分析技术,探究了“一带一路”陆路经济带辐射区域亚欧大陆的路网络密度和通行能力的空间分布格局,并分析了六大经济走廊节点城市的公路可达性空间格局。结果表明：“一带一路”陆路经济带的交通基础设施的发展存在着不平衡现象;路网密度和通行能力均呈现沿海高内陆低的空间格局;中亚、西亚地区和中南半岛地区成为道路水平落后带,限制了丝绸之路经济带资源整合与贸易畅通,建议在建设新跨国公路铁路同时,对原有老旧道路进行加宽加固等升级改造;全区域道路等级级配不合理;节点城市可达性具有明显的分异状况,六大经济走廊中83%的区域可达性在10 h以内。研究产出亚欧大陆1 km分辨率路网密度和通行能力数据集,发现了“一带一路”陆路经济带道路水平的薄弱区域,为“一带一路”陆路经济带的交通基础设施建设以及进一步的道路网研究提供了基础数据。
城镇发展适宜性研究有助于了解城镇发展的优势条件,为确定城镇建设规划的扩展方向提供依据。在北极与亚北极开展研究对中国开展在城镇化、重大基础设施、廊道建设方面的国际合作有重大意义。本文使用多源数据,在采样的基础上利用逐步法的思想进行变量筛选,共筛选出5个显著指标,用logistic方法拟合出最终的模型进行城镇发展适宜性评价,最终得到研究区城镇发展适宜性分级图。研究结果表明：筛选后的显著指标对研究区城镇分布的影响作用大小排序为,温度（正向）、交通网密度（正向）、海拔高度（反向）、人口密度（正向）、距港口距离（反向）;温度、交通网密度、海拔高度、人口密度、距最近港口距离增加1个单位,城镇发展的几率分别比原来增加了38.4%、16.7%、9%、0.4%、0.1%;研究区的Ⅰ（不适宜）、Ⅱ（中度适宜）、Ⅲ（高度适宜）的城镇发展适宜性均值分别为0.03、0.16、0.68（分别约占研究区总面积的76.82%、21.82%、1.37%）;城镇发展适宜性总体呈现出随纬度升高而降低、随经度升高而增加的趋势,适宜城镇发展的气候地理条件是温带大陆性湿润气候带和温带海洋性气候带以及平原与低地地区;研究区的城镇发展适宜性俄罗斯西北部为0.08、瑞典为0.07、芬兰为0.06、挪威为0.03。俄罗斯西北部城镇发展适宜性整体上呈现出北低南高,南部呈现两边高中间低的空间布局;瑞典呈现出西北低东南高,沿海大于内陆的空间布局;芬兰呈现出北（高原）低南（沿海）高,中部次高的空间布局;挪威呈现出南部沿海高,西部沿海次高,其他区域低的空间布局。
极端降水极易引发山洪和城市内涝等水灾害,给生态环境安全、社会经济发展、人民生命财产安全等带来极大损失,认识其（尤其是短历时）空间分布差异对洪涝灾害防治等具有重要意义。本文利用60 min、6 h和24 h共3种历时的年最大降雨量的统计特征参数,生成服从皮尔逊-Ⅲ型分布的长序列样本,并选用信息熵指标研究其随机性及空间分布差异。结果显示：各历时年最大降雨量的随机性均呈现由东南向西北逐渐减小的空间格局,但不同历时降水随机性的空间分布存在差异,主要体现在青藏高原东部、海河流域和淮河流域3个区域。此外,所求年最大降雨量信息熵值主要考虑了其取值的相对离散情况,故该信息熵值与整个序列绝对离散程度（即标准差）的关系不明显,而主要由序列均值处峰值高低的峰度系数决定,二者呈现明显的负相关关系;且由于峰度系数和变差系数的良好相关性也导致了变差系数与信息熵值之间呈现出良好关系。季风、台风、局地天气系统和人类活动等因素综合影响,决定了不同历时极端降水的空间分布格局及其差异。信息熵指标可以很好地反映中国各历时年最大降雨量随机性的空间分布格局,因而结果可为洪涝灾害防治、农业规划布局、生态环境规划保护等提供科学依据。
本研究以湿地变化较为剧烈的黄河三角洲为研究对象,基于RS技术和GIS空间分析方法,利用人为干扰度模型,结合区域人工沟渠建设情况,从区域和局地两个尺度直观揭示人类干扰强度时空分异特征,并探究区域景观格局对人类干扰活动的响应,以期为黄河三角洲滨海湿地生态保护与人类活动调控提供决策支持。结果表明：① 1995-2015年现代黄河三角洲区域人为干扰度和人工沟渠密度均明显增加,空间分布呈现从西南部向东部、北部,自内陆向沿海的扩展趋势;② 随着人类活动强度增强,研究区自然湿地面积减少,区域景观多样性和空间异质性增加,景观整体连通性减弱,景观复杂性降低;③ 景观格局对人类干扰强度变化的响应关系呈现出地区和时间差异;人类干扰活动强度相对较低的保护区受人工沟渠建设的影响,也呈现出斑块团聚程度降低、景观多样性增加和景观复杂性降低的变化趋势;④ 人为干扰度指数和人工沟渠密度指标互为补充,互相印证,可以较为全面、客观地反映黄河三角洲地区人类干扰活动强度。
城市医疗服务在很大程度上影响着城市居民的生活质量,在公共服务领域中发挥着极其重要的作用。近年来,中国城市化发展过程中产生了海量的大数据,基于这些海量数据分析居民就医出行特征对于优化和改善城市医疗资源布局具有重要意义。本文以北京市主要医疗机构空间位置数据为基础,基于出租车GPS移动轨迹数据,采用时空统计分析方法,研究了出租车出行模式下的居民就医出行时空特征。结果表明,利用医院的OD（Origin-Destination）网络结构特征分析,可以识别出不同医院的服务范围以及受众的时空分布模式。市区尤其是四环以内医院的就医网络密集、紧凑,就医密度较高,而四环以外尤其是郊区周边,就医网络稀疏、分散,医疗资源的级别及地理位置影响了居民的就医倾向。本研究基于浮动车GPS数据开展居民就医时空行为模式挖掘研究,可以为城市医疗资源供需分析和优化配置提供决策支持。
共享单车是解决城市出行最后一公里的重要工具。然而,共享单车在使用过程中出现了供需时空失衡的现象,导致部分区域无车可用,而另一些区域却车满为患。这一现象不仅给用户带来不便,同时也降低了单车周转效率。解决供需失衡问题,关键在于探究共享单车供需失衡的时空分布特征。本文定义了共享单车的“源”、“汇”点,采用2017年5月10日至2017年5月16日北京市摩拜单车数据以及土地利用分类等多源数据,分析了共享单车工作日与周末,以及早、晚高峰期间强源、强汇点的分布特征,并结合土地类型信息分析了不同用地类型的单车使用模式,从而进一步提出了共享单车的空间调度模型。结果显示,在考虑不同土地利用类型的影响下,摩拜共享单车强源汇点分布模式具有明显的时空异质性：① 工作日单车使用量明显高于周末,且不同土地利用类型的源汇分布显著不同,如居住用地、商业金融用地等地净流入、流出密度更大,绿地等地区则相对较小;② 对比早晚高峰期间,同一地区的单车使用源汇模式极可能相反,如教育科研用地、商业金融用地等带有办公性质的地区会有“早汇晚源”的特征,而居住用地则是“早源晚汇”;③ 同一类土地利用在工作日与周末的早晚高峰期间,单车使用的源汇特征亦存在差异,如办公性质的地区在周末时源汇比例会明显产下降。基于上述结果,本文提出了一种局部优化的调度模型,并通过实际数据进行了检验。该模型在一定程度上可以解决车辆空间分配不均衡的问题,提高城市共享资源使用率,增加人们出行的方便程度。
以南京市“一主三副”住宅小区为研究单元,运用GIS中的渔网（Fishnet）分析和探索性空间数据分析（ESDA）对“一主三副”住宅租金的空间分布进行模拟和估计,并利用地理探测器模型从住宅小区的区位特征、建筑特征和邻里特征3个方面探究住宅租金空间分异的影响机制。结果表明：① 南京市住宅租金总体呈上升趋势,空间上表现出主城向副城递减的中心外围模式,住宅租金空间结构逐渐由单核向双核发展,且住宅租金存在显著的空间异质性;② 住宅租金呈现出明显的空间正相关性和区域集聚性,热点区自内城核心区至副城趋于弱化,冷热点空间格局呈圈层结构;③ 交通位势和中心位势是对一主三副住宅租金解释力最大的因素,商务配套、金融设施和住宅房龄的解释力次之,特征因素对主城副城租金的影响强度各异。
针对传统基于像素的变化检测方法的缺点,以及底层特征表现能力不足等问题,提出一种基于对象BOW特征的变化检测方法。首先,将经过预处理操作的两期影像进行波段组合得到组合后影像,再考虑地物光谱特征和几何空间信息对组合后影像进行多尺度分割,获得相对应的对象基元;同时,分别提取两幅影像的底层特征（包括影像各波段的均值和方差以及灰度图像的6种纹理特征）。其次,将对象视作文档,像素的特征向量视作单词,利用BOW模型构建影像对象的中层表达,即对象的BOW特征。最后,通过相似性度量算法比较相应对象的BOW特征,从而识别出影像上的变化区域。本文利用2组WorldView-2影像进行了检验,结果表明本文方法的变化检测结果较为完整,精度优于对比方法。本文方法基本能够满足变化检测的需求,为高分辨率遥感影像上的数据挖掘分析提供了有效的手段。
本研究利用厦门市4个季节的Landsat-5 TM遥感影像和气象资料,反演地表净辐射通量,进而分析其季相变化特征;使用景观格局指数表征和描述地表覆盖的空间组成与配置,采用相关分析、偏相关分析、逐步回归和方差分解相结合的方法,从多季节角度研究地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响。结果表明：① 厦门市地表净辐射通量平均值夏季最高,春季次之,秋季和冬季较低,地表净辐射通量在水体和林地区域较高,建设用地和裸地等其他地表覆盖类型区域较低;② 地表覆盖的空间配置对地表净辐射通量没有显著影响;③ 地表覆盖的空间组成对地表净辐射通量产生重要影响,全年内林地和裸地所占面积比例对地表净辐射通量的影响最显著,林地所占面积比例是影响和解释地表净辐射通量跨季节差异的最重要和持续有效的因素。该研究加深了关于地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响的科学认知,有助于探索城市热岛的形成和演变机制,也可为城市规划和可持续发展提供理论依据和实践指导。
发生地震时常伴随有地热辐射增强现象,这些异常信息隐藏于遥感卫星NOAA所捕获的地球射出长波辐射（OLR）数据中,目前多数研究还停留在对源数据的解读,缺乏有效的信息处理技术,致使大部分的OLR数据没有得到充分利用。因此,本文提出一种基于鞅理论的概率统计方法来识别异常特征算法,从有噪声的非结构化的源数据中提取出震前OLR数据异常变化特征序列,从时间序列和地域范围进行震前异常分析。本算法实验是以尼泊尔的在2014年9月至2015年7月期间（包括2015年4月25日Ms7.8大地震）发生的3次地震的OLR数据为例,实验结果显示震中区域的OLR数据在震前的2~3个月开始有显著的异常数据变化,通过分析发现数据显示数据异常在震前出现的时间长短与地震的大小相关,异常的发生区域与震区周围的地貌特征相关。这说明基于鞅理论的算法所提取的OLR数据异常点序列的确与地震发生的时间地点是有关系的。
本文比较了基于AMSR-E被动微波数据的3种土壤冻融判别算法在青藏高原相关地区的分类精度。3种算法分别是：双指标算法、决策树算法、判别函数算法。本文选取了来自青藏高原那曲、玛曲、阿里3个地区土壤温湿度观测网的地表温度数据,并结合AMSR-E被动亮温数据,对上述算法在以上地区的分类精度分别进行了比较评价。结果表明：不论是白天还是夜间,相较于干旱区微波信号来自深层土壤的难以准确探测,在青藏高原半湿润半干旱区算法可取得相对较好的判别准确率;双指标算法相较于其他2种算法,在观测区具有较高的分类精度,且夜间分类精度高于白天;实测数据存在资料代表性不普遍即网格所包含站点信息量不够的问题,这也是后续工作中提高分类精度值得关注的着手点。
传统浑浊度时空变化模式研究依靠野外观测实验,需要投入大量人力物力,模型适用范围亦非常有限。本文利用自组织网络（SOM）,直接从长时序遥感影像中提取典型浑浊模式,分析浑浊度年内、年际变化特征。以黄河河口附近海域为研究区,提取出近15年的6类典型浑浊模式。典型特征显示,研究区内主要有2个浑浊区,位于渤海湾西部和南部,以及河口外和莱州湾西北部;6类模式中四类以年为周期过渡更替,冬春季浑浊度较高,夏秋季浑浊度较低;多年浑浊模式逐渐由中浑浊向清澈模式变化,整体浑浊度有降低趋势。浑浊水体分布主要受河口潮流、环流等海洋动力和风浪影响,结合研究区气象观测数据分析,海面风浪变化是造成浑浊模式更替的主要原因,黄河入海泥沙影响范围仅局限于河口口门周边。利用统计参数分析和2007年各月悬浮泥沙浓度反演结果比较,评价SOM分类效果,结果表明SOM提取的模式间具有显著差异,一定程度上能够代替经验模型反映区域浑浊特征。SOM神经网络能够从长时序遥感影像中直接提取浑浊水体典型分布模式,分析海岸带地区水体浑浊度变化的时空特征,对了解复杂水体泥沙输运及优化水资源利用具有重要应用价值。
本文利用SRTM3高分辨率的数字高程模型（DEM）对广东省已建成的12部新一代天气雷达分别进行地形阻挡分析。结果表明,在低仰角（0.5°）的观测结果中,韶关、连州以及肇庆雷达受地形阻挡较严重,深圳、阳江、梅州和汕尾的雷达也有大面积阻挡区域,其余雷达的覆盖效果均很好。随着扫描仰角的抬高,地形对雷达波束的阻挡有所减弱。从第4个仰角 （3.4°）开始,所有雷达均无地形阻挡。在海拔5 km范围内12部雷达可以完全覆盖广东全省,大部分地区至少有4部雷达重叠。离地3 km和海拔3 km的雷达覆盖情况均显示,除广东省北部和西北部极少部分地区没有雷达覆盖外,大部分地区均有2部以上雷达覆盖,珠江三角洲入海口一带甚至有4~6部雷达重叠。在离地2 km范围内,广东省雷达组网能够有效覆盖广东省大部分区域。在离地1 km范围内,广东省北部和西北部雷达覆盖效果不太理想,存在较大的空白区。在离地高度2 km和海拔高度3 km以上,雷达组网基本可以覆盖广东全境,因此可以认为广东省雷达的总体布局较好。
