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当期目录

    2018年, 第20卷, 第11期 刊出日期:2018-11-20 上一期    下一期
    地球信息科学理论与方法
    基于自然语言空间关系描述的地图近似表达方法
    曹青, 洪必文, 张翎, 阮陵, 龙毅
    2018, 20 (11):  1541-1549.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180288
    摘要 ( 392 )   HTML ( 1 )   PDF(4946KB) ( 140 )  

    自然语言和地图都具备表达地理实体空间关系的能力,自然语言使用方便、抽象化程度高,而地图更为直观,从自然语言转换到地图,有助于人们更深入地了解自然语言描述的地理实体空间关系。然而,如何让计算机具有从自然语言构建图形信息的能力,使计算机具有智能化空间认知思维是当前研究的难点。本文总结了自然语言空间关系描述的类型及特点,提出了基于自然语言描述的地理实体抽象表达方法以及空间关系近似转换方法,建立了一种基于自然语言空间关系描述的地图近似表达策略。实验结果表明,本文方法有效可行,能够实现定性描述的自然语言空间关系向定量(或近似定量)的图形空间关系的转换,为自然语言到地图的转换研究奠定了基础。

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    基于出租车用户出行的功能区识别
    刘菊, 许珺, 蔡玲, 孟斌, 裴韬
    2018, 20 (11):  1550-1561.  doi: 10.12085/dqxxkx.2018.180164
    摘要 ( 465 )   HTML ( 5 )   PDF(16315KB) ( 141 )  

    出租车数据作为城市大数据重要来源,其上车行为和下车行为直接反映城市人群出行行为特征,帮助城市规划者发现城市人群出行规律和城市功能结构。但是出租车数据隐含多维度信息,一维或者二维模型不足以表达和挖掘其蕴含的多维信息,因此本文选择可以承载多维数据的张量模型对出租车OD(上车/下车)数据进行时空模式挖掘。本文将北京六环区域划分为500 m×500 m格网,采用北京市2012年11月1-16日的出租车OD数据,分别构建O点和D点张量,利用张量分解模型从日尺度、时段尺度揭示出租车用户出行时间模式,同时获取不同时段对应的出租车用户出行空间模式,并推测空间模式包含的语义属性。本文结合城市兴趣点(Point of Interest, POI)数据,提高空间模式语义属性推测的准确性,识别出租车用户出行功能区。结果表明:出租车用户出行时间符合工作日和休息日的早高峰、日间、晚高峰以及夜间模式;对应8种时间模式,出租车用户出行包含8种空间模式,每一种空间模式都是对应时间模式下的上下车热点区域,因此空间模式的变化表明城市人群在不同的时间点,到达不同的场所,进行不同的活动,间接表达空间功能的动态变化;区域的功能不是单一静态的,而是随着时间在不断地变化,是不同时段功能的组合。本文揭示出租车OD数据中隐含的出租车用户出行模式和空间功能动态变化,对利用人类行为时空模式研究区域空间功能结构具有科学参考价值。

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    基于全卷积神经网络的建筑物屋顶自动提取
    刘文涛, 李世华, 覃驭楚
    2018, 20 (11):  1562-1570.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180159
    摘要 ( 948 )   HTML ( 14 )   PDF(10772KB) ( 304 )  

    高分辨率遥感影像在地面自动目标提取中得到了广泛应用,然而利用传统算法,很难高精度地进行实时的建筑物屋顶绘图。本文使用深度学习方法探讨建筑物屋顶分割,由于卷积运算对形变、旋转、光照条件的不敏感,设计了一种用于建筑物屋顶提取的深度卷积神经网络,提出的网络为级联式全卷积神经网络,在深度卷积神经网络的设计中使用了特征复用和特征增强,实现建筑物的自动精确提取。以美国马萨诸塞州建筑物数据集为基础的实验结果表明,本文提出的网络结构取得了92.3%的总体预测精度,和其他方法相比,本文提出的方法具有更高的精度

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    多源信息结合的雪灾交通风险评估研究
    隋琦, 王瑛, 李婷, 刘庆爱, 俞海洋
    2018, 20 (11):  1571-1578.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180191
    摘要 ( 3632 )   HTML ( 169 )   PDF(9729KB) ( 73 )  

    本研究将气象观测信息与网络信息相结合,提出了一种多源信息结合的雪灾交通风险评估方法:利用长时间气象观测数据分析雪灾的致灾强度时空特征,计算不同年遇型雪灾致灾强度;对门户网站、高速公路网站中节假日道路拥堵的新闻报道进行信息挖掘,获取高速公路暴露度;采用风险矩阵进行雪灾交通风险评估。将该方法应用于河北省,研究结果如下: ① 近5年来全省降雪有所下降,但长时间尺度来看,各地降雪呈波动变化;积雪深度高值区分布在张家口、承德、石家庄地区,但各年代间会有所变化;降雪次数高值区基本固定,在张家口康保、沽源、崇礼以及承德丰宁西北方向。② 暴露度级别高的路段是连接北京与上海、广州、哈尔滨等城市的高速公路,以及重要省市级联络线。③ 受致灾强度与暴露度的综合影响,河北省雪灾高风险路段集中在京港澳高速(石安G4)、京昆高速G5、京承高速G45、长深高速G25、张承高速G95等。这些路段必须做好雪灾风险防范措施。

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    基于GLM-PSO-coKriging模型的地表形变研究
    牛腾, 岳德鹏, 李倩, 于强, 于佳鑫, 方敏哲
    2018, 20 (11):  1579-1591.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180289
    摘要 ( 358 )   HTML ( 4 )   PDF(7817KB) ( 65 )  

    以斜坡灾害易发地带兰州市城关区为研究区,通过PS-InSAR技术提取地表形变点的地表形变速率,反映地质灾害在空间范围内的分布。以协克里金插值为基础,结合广义线性模型(GLM)和粒子群优化算法(PSO),构建PSO-GLM-coKriging插值模型,以地表形变速率为主变量,DEM,岩土疏松度和NDVI拟合参数为协变量,进行空间插值模拟。与co-Kriging模型和GLM-co-Kriging模型相比较,PSO-GLM-coKriging插值模型具有更高的精度和更好的模拟效果,消除了多维度产生的复杂度,改善了小尺度范围内的插值效果,3个模型的误差分别为1.25 mm/year,0.70 mm/year,0.47 mm/year。因此,通过PSO-GLM插值模型对形变点空白区的插值模拟,对城关区城镇化的规划建设提供一定的数据和理论支撑。

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    地理空间分析综合应用
    粤港澳大湾区建设用地扩张与城市热岛扩张耦合态势研究
    杨智威, 陈颖彪, 吴志峰, 郑子豪
    2018, 20 (11):  1592-1603.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180242
    摘要 ( 369 )   HTML ( 3 )   PDF(10430KB) ( 118 )  

    深入研究粤港澳大湾区建设用地扩张与城市热岛扩张的耦合态势,对改善大湾区生态环境、实现城市化的健康发展,具有重要的意义和科学价值。本文以粤港澳大湾区为研究区域,选取2000、2008和2016年的遥感影像数据和地表温度数据,提取大湾区的建设用地、划分城市热岛强度等级、识别城市热岛区域;在此基础上,使用总体耦合态势和空间耦合特征两种模型揭示大湾区在不同时期建设用地扩张和城市热岛扩张的耦合关系。结果表明:① 2000-2016年,粤港澳大湾区的建设用地扩张和城市热岛扩张趋势具有同步性;② 城市热岛区域面积不断增加,在珠江口两岸逐步形成了连接中山-佛山-广州-东莞-深圳-香港,大范围分布的倒“U”形城市热岛条带;③ 大湾区建设用地与城市热岛的总体耦合态势处于不断加强的过程,至2016年,两类指标的重心距离达到研究期内的最小距离,此时的总体耦合态势最强;④ 研究期内,大湾区未出现建设用地扩张和城市热岛扩张严重失调情况,建设用地扩张和城市热岛扩张耦合类型以耦合型、基本耦合型以及轻度不耦合型为主,空间耦合程度高。

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    新疆冰雪旅游资源适宜性评价研究
    张雪莹, 张正勇, 刘琳
    2018, 20 (11):  1604-1612.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180258
    摘要 ( 420 )   HTML ( 4 )   PDF(6785KB) ( 126 )  

    冰雪旅游正在成为冬季旅游出行的新选择。新疆冰雪旅游资源丰富,如何合理开发利用资源成为当地旅游开发亟待解决的问题,因此本文从旅游资源适宜性角度出发,选取自然条件、旅游资源、社会经济和交通可达性等方面的18个影响因子,采用层次分析法(AHP)和熵值法(EWM)确定组合权重,运用GIS空间分析技术和多因子加权评价模型(MCE)对研究区冰雪旅游资源适宜性进行评价。研究结果显示:① 就自然条件来看,伊犁东部、阿勒泰北部沿山脉边缘的丘陵和平原等地区较适宜发展冰雪旅游;② 阿勒泰地区和乌鲁木齐市的旅游资源相关基础设施完备,昌吉和伊犁在旅游资源方面也有较强竞争力;③ 社会经济来看,伊犁、乌鲁木齐市和阿勒泰地区为代表的北疆城市较南疆有更强的游客接待能力;④ 伊犁、乌昌经济带沿线地区交通可达性明显优于南疆各地州市。新疆冰雪旅游综合适宜性指数为1.8622-7.5724之间,其中天山北坡、阿勒泰北部、伊犁、塔城北部、哈密中部等地区为高度适宜;南疆大部分区域处于中低度适宜。建议通过加强新型旅游资源开发和整合,积极承办大型冰雪运动相关赛事,借助丝绸之路经济带发展交通道路建设,以加速推进新疆冰雪旅游发展。本研究可为冰雪旅游区开发和选址提供空间导向和科学依据。

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    南京市高温热浪时空分布研究
    周洋, 祝善友, 华俊玮, 刘祎, 向嘉敏, 丁文
    2018, 20 (11):  1613-1621.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180222
    摘要 ( 735 )   HTML ( 2 )   PDF(9135KB) ( 142 )  

    在全球气候变暖的背景下,城市夏季高温热浪已经成为城市最严重的气象灾害之一,给城市居民健康和经济发展带来了巨大的影响。以2013年8月7日-13日的南京高温热浪灾害事件为例,基于Landsat 8 OLI 卫星遥感数据、MODIS卫星遥感数据和气象站点数据,在MODIS地表温度降尺度基础上,估算近地表气温,进而结合空气相对湿度的空间插值数据计算南京地区100 m分辨率的炎热指数和高温热浪指数,分析其时空分布特征。结果表明:在这次高温热浪演变过程中,南京炎热指数呈现先升高后降低的变化趋势,8月11日炎热指数最高,平均达到86.99,12日降到最低值,平均值为85.05;高温热浪强度主要集中于轻度热浪与中度热浪,随着时间的推移,其范围也呈现先扩大后减小的趋势;在空间分布上,南京北部及中心城区的炎热指数较高,主要表现为中度热浪,而南部地区及中心城区周边郊区较低,主要为轻度热浪,山体和水域炎热指数则最低,多为无热浪。

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    徐州市水土流失时空变化研究
    陈报章, 渠俊峰, 葛梦玉, 沈艳文, 王安妮, 王国斌
    2018, 20 (11):  1622-1630.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180091
    摘要 ( 378 )   HTML ( 1 )   PDF(9256KB) ( 69 )  

    本文以3S技术为支撑,在修正水土流失方程(RUSLE)的基础上,针对徐州黄泛平原-丘陵地带的特殊地形地貌、对2000年以来徐州市水土流失时空变化特征进行了分析。结果表明:2000-2014年徐州市土壤侵蚀等级以微度为主,微度侵蚀面积占总侵蚀面积多年平均达到76.34%;中度侵蚀次之,所占比例在10%~17%间;剧烈侵蚀所占比例最少。轻度及以上土壤侵蚀等级主要发生在中部微山湖下游、京杭大运河一带的丘陵岗地地区、主城区与故黄河北岸的黄泛平原地区,以及丰县、新沂、邳州的局部区域;土壤侵蚀存在一定程度年际变化特征,睢宁、丰县、邳州的部分地区侵蚀面积年际变化较为明显,土壤侵蚀总面积整体上呈现下降趋势。

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    遥感科学与应用技术
    红树林遥感动态监测研究进展
    周振超, 李贺, 黄翀, 刘庆生, 刘高焕, 何云, 于涵
    2018, 20 (11):  1631-1643.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180247
    摘要 ( 781 )   HTML ( 10 )   PDF(2857KB) ( 223 )  

    红树林动态是地理学、生态学和湿地学等学科关注的热点之一。遥感技术具有宏观性、高效性和经济性等特点,在红树林动态监测中发挥日益重要的作用。本文通过关键词对Web of Science和中国知网2个数据库自2000年以来发表的文章进行梳理和归纳,从研究区域分布、文献数量、遥感监测数据源与方法、全球红树林动态以及全国红树林动态变化分析5个方面总结了近20年来国内外对于红树林遥感动态监测研究进展。研究结果表明,多传感器高时空分辨率数据将成为红树林遥感动态监测的重要数据源。将雷达数据和光学遥感数据进行融合,有助于进一步提升红树林卫星遥感监测能力。无人机平台搭载多种类型的传感器(如多光谱、高光谱或激光雷达传感器),可以从不同方面获取红树林生态系统参数,结合遥感智能分析算法,有助于推动红树林遥感研究向纵深方向发展。红树林遥感动态监测相关研究表明,全球红树林总面积范围大致在1.1×108 ~2.4×108 hm2,总体仍呈减少趋势,而在区域上中国红树林面积则有所恢复。本文最后对红树林遥感动态监测的发展趋势进行了展望。

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    主成分分析技术在遥感蚀变信息提取中的应用研究综述
    吴志春, 叶发旺, 郭福生, 刘文恒, 李华亮, 杨羿
    2018, 20 (11):  1644-1656.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180195
    摘要 ( 493 )   HTML ( 3 )   PDF(2326KB) ( 165 )  

    主成分分析是目前遥感蚀变异常信息提取常用方法之一,该方法具有对影像大气校正质量要求不高、实现简单、提取效果好、效果稳健等优点,广受地质工作者的青睐。根据输入影像的数量及类型、主成分分析的次数等,本文将主成分分析分为标准主成分分析、特征向量主成分分析、定向主成分分析、二次主成分分析、不同影像间的主成分分析等5种类型。其中,特征向量主成分分析又可细分为4个波段特征向量主成分分析和3个波段特征向量主成分分析。在上述分类的基础上,系统介绍了各种主成分分析及蚀变信息主分量的选择,尤其是对特征向量主成分分析的Crosta技术和定向主成分分析的软落叶技术进行了详细阐述。并以TM/ETM+、ASTER影像为例,对部分应用主成分分析提取蚀变异常信息的实例进行了分析,认为:在基岩裸露区,不同主成分分析都可以很好地提取铁化、泥化蚀变信息;在中、低植被覆盖区,采用标准主成分分析、Crosta技术、改进的Crosta技术、软落叶技术、“掩膜/抑制干扰信息+主成分分析”等方法可以有效地提取蚀变异常信息;高植被覆盖区多采用主成分分析生成的蚀变信息主分量进行彩色合成,再通过对彩色影像进行目视解译的方式判断蚀变的类型和范围。其中,“掩膜+Crosta技术”、“掩膜+软落叶技术”、二次主成分分析等方法在高植被覆盖区也可以取得较好的应用效果;对于干扰信息种类众多、岩性复杂的地区,可根据干扰信息、岩性种类划分成若干个小区,再根据每个小区实际情况采用不同的蚀变提取方法,最后将每个小区内提取的蚀变信息进行合并。

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    不同下垫面遥感指数与地温关系的空间差异性研究
    帅晨, 沙晋明, 林金煌, 季建万, 周正龙, 高尚
    2018, 20 (11):  1657-1666.  doi: 10.12082/dqxxkx. 2018.180303
    摘要 ( 357 )   HTML ( 0 )   PDF(5631KB) ( 115 )  

    利用遥感指数解释城市地温(LST)时空特征是国内外城市热环境研究的热点。但是由于遥感指数针对不同下垫面条件下的差异性表达,造成其在不同研究当中对城市地温的解释存在区别。本文选取莆田市都市区为研究区,以2016年7月27日Landsat 8影像为数据源,基于单窗算法反演地温,提取归一化植被指数(NDVI)、归一化建筑指数(NDBI)、改进的归一化水体指数(MNDWI)3种遥感指数,并利用同期GF-2影像提取研究区内下垫面类型。本研究对比分析了下垫面与地温的关系、各遥感指数在不同下垫面与地温的关系;构建遥感指数-地温的最小二乘拟合(OLS)模型与地理加权回归(GWR)模型,并对两个模型的分析结果进行对比。分析结果表明:① 下垫面对地温有显著影响,受地理空间连续性影响,人工表面的聚热效应会在临近林地、水体的区域减缓,而林地与水体的降温效果也会在临近人工表面时下降,表明下垫面对地温的影响也具有空间差异。② NDVI与MNDWI因本身值域特征,在水体区域与非水体区域与地温关系呈现不同的正负相关,而NDBI在定量解释其与地温的关系时呈现稳定的正向相关,因此基于NDBI构建OLS模型,在解读NDBI与LST的关系上,效果会优于NDVI、 MNDWI。③ 相较于OLS模型,GWR因充分考虑遥感指数在定量描述与地温关系时存在的空间差异性,能够更好的解释遥感指数与地温的关系,对2个模型的模型残差进行空间自相关分析发现相较于GWR模型,利用OLS构建的遥感指数-地温关系模型存在一定空间局限。

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    基于实测光谱模拟Landsat-8 OLI数据估算非光合 植被覆盖度
    王光镇, 王静璞, 韩柳, 柴国奇, 王周龙
    2018, 20 (11):  1667-1678.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180196
    摘要 ( 698 )   HTML ( 2 )   PDF(9249KB) ( 108 )  

    定量的估算非光合植被覆盖度(Fractional Cover of Non-photosynthetic Vegetation, fNPV)对草原生态系统碳储存、植被生产力、土壤侵蚀和火灾监测均具有重要的意义。本文以锡林郭勒草原实测高光谱和样方盖度为数据源,利用NPV(Non-Photosynthetic Vegetation)、PV(Photosynthetic Vegetation)、BS(Bare Soil)的平均光谱通过线性光谱混合模型模拟得到混合场景光谱,寻找区分NPV/PV/BS的敏感性波段,然后分别评价不同多光谱指数与fNPV的相关性。最后利用野外混合场景实验验证光谱指数估算fNPV的有效性。在此基础上,探讨基于OLI数据的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)-DFI(Dead Fuel Index)特征空间是否满足三元线性混合模型的基本假设。结果表明:短波红外(SWIR)波段是区分NPV/PV/BS的敏感性波段,以此为基础构建的OLI-DFI指数具备有效区分NPV/PV/BS的潜力。在模拟混合场景条件下,OLI-DFI和MODIS-DFI指数均与fNPV呈显著相关,决定性系数R2分别为0.84和0.94,均方根误差RMSE分别为0.09和0.05,而NDI和NDSVI指数与fNPV相关性很低。与模拟混合场景相比,在野外混合场景下OLI-DFI和MODIS-DFI指数估算fNPV的有效性均有一定程度的降低,R2分别为0.65和0.75,RMSE分别为0.14和0.12。基于OLI数据构建的NDVI-DFI特征空间满足三元线性混合模型的基本假设,可有效的估算fNPV

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    开发建设对敖江水质浊度影响的遥感监测
    孙凤琴, 徐涵秋, 施婷婷, 潘文斌, 周淑玲, 陈明华
    2018, 20 (11):  1679-1686.  doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180217
    摘要 ( 270 )   HTML ( 0 )   PDF(7396KB) ( 55 )  

    本文通过2007、2013和2016年3个时相的遥感影像,反演提取水体浊度信息,从较为宏观的角度分析了敖江流域大面积开发建设所引发的水土流失对敖江水质的影响。研究表明,2007年12月,敖江流域尚未有大面积开发,沿岸植被覆盖良好,江水浊度较低,平均约为23 NTU,分布比较均匀;2013年3月,敖江贵安新区处于开发建设期,特别是东雁-海峡段沿岸大片植被为工地裸土所代替,大量沙土流失至江中,使该段江水的浊度比上游高出3倍以上,平均浊度升高37 NTU,最大浊度差可达60 NTU,影响范围可至下游13 km;2016年9月,贵安新区建设基本成型,水土流失大幅减少,敖江整体浊度恢复相对均匀,但东雁-海峡段的平均浊度约39 NTU,仍高出上游5 NTU。其他分散的局部建设,是江水出现高浊度斑块的重要原因。浊度的上升,降低了水体含氧量,导致水质下降。当前中国城市化快速发展,伴随着大量的工程建设,其所致水土流失问题应引起足够重视,并在工程中采取必要控制措施,以降低其对沿江水质的影响。

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