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    地球信息科学理论与方法
  • 地球信息科学理论与方法
    刘稳, 詹庆明, 赵中元, 林苏靖, 肖琨, 李荣
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    在国家机构改革和规划体制改革的背景下,理清地理国情监测与其他自然资源调查监测成果的差异,发挥其客观、精细等优势特征,促进其更好地服务于自然资源调查监管和国土空间开发管控显得迫切需要。本文以武汉市为研究对象,通过对地理国情内容指标与“两规”用地分类标准进行对比分析,并选取地理国情监测数据与“两规”用地数据进行对接试验,综合考虑不同数据之间的一致性特征以及地理国情监测在国土空间开发管控中的适用性,提出新时期地理国情监测工作的优化建议。研究表明,地理国情监测数据与“两规”用地数据在分类指导思想、分类构成体系、数据技术标准等方面存在不同程度、不同类型的差异,导致其直接用于国土空间规划编制尚且较难;今后地理国情监测应明确其作为专题监测在自然资源调查监测体系中的作用和定位,进一步完善监测内容、优化分类体系、统一技术标准,促进其更好地应用于自然资源调查监管和国土空间开发管控。

  • 地球信息科学理论与方法
    程建华, 黄孟远, 葛靖宇, 吕嘉正
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    为解决源测量数据生成海底地形过程中,数据处理方法影响海底地形精度和分辨率的问题,提出了一种多源水深数据融合方案。在分析DEM、海图水深和多波束测深数据特点的基础上,兼顾不同数据源的优点,克服单一数据源的不足,基于“移去-恢复”算法进行改进,使算法更适用于融合高精度数据源,融合海图水深和多波束测深数据于DEM,构建新的海底地形数据集。选取试验区进行真实数据试验,试验结果表明,该方法既能提高海底地形整体的精度和分辨率,又能保留高密度区域的细节信息。在试验区内,原始DEM数据分辨率为15″,均方根误差为29.408 m,传统经典的“移去-恢复”算法构建的数据集分辨率为3″,均方根误差为28.563 m,本融合方案构建的数据集分辨率为3″,均方根误差为18.841 m。可见,与传统算法相比,本文算法对高精度数据源的融合效果更好,构建的数据集精度更高。

  • 地球信息科学理论与方法
    孔乔, 韩露, 刘兴坡, 丁永生, 王一帆
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    数字高程模型(DEM)包含的信息常作为重要的水文水动力研究基础数据,但是由于公共源DEM数据精度不能完整表达河床地形,所以无法应用于河流泛洪分析等研究工作。因此,本研究开展了基于DEM数据构建数字河床的工作,首先对提取的纵向河网高程数据引入了强局部加权回归算法进行平滑处理以消除畸点;然后以河面要素文件为掩膜,采用反距离加权方法进行横向的空间插值得到3D数字化河面;最后结合河面高程与河深数据完成河床的整体构建。本研究以SRTM DEM为数据地形基础,以位于我国吉林省永吉县境内的温德河为研究实例,对其下游局部区域内的河段重构了矩形、梯形和V型 3种河床断面数字地形。为评价重构数据的合理性,分别对所得到的数字河面进行等值线分析;对河床构建前后DEM水文分析提取的河网进行河道偏移量计算;对构建的地形数据进行河流水动力模拟应用分析,结果表明:① 应用反距离加权插值可以很好地实现河网高程向河面高程的横向延展;② 基于河床重构DEM数据的水文分析误差得到了很好地消除;③ 本研究的重构数据在河流分析中具有较好地应用性和可靠性。

  • 地球信息科学理论与方法
    金鑫, 金彦香
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    降水数据的准确性和时空分辨率成为水文过程模拟的关键。卫星遥感降水资料的日益丰富为资料缺乏区的水文模拟带来了新的突破。本研究拟在资料缺乏、下垫面复杂,观测难、建模难的柴达木盆地高寒内陆河流域—巴音河中上游,基于近5年的TMPA 3B42、GPM IMERG V5及GPM IMERG V6逐日降水数据和气象站点观测数据建立SWAT模型,采用流域出口径流数据及不同的参数化方案分别率定4个模型,比较和探究不同数据在巴音河流域的适用性。结果表明:① 在月、年尺度上,实测降水数据及TMPA 3B42 V07对应的SWAT模型径流模拟效果较好,前者模拟精度较后者仅高6%~12%,且二者对于流域水量平衡的刻画均较准确。说明TMPA 3B42数据对应的径流模拟结果误差相对较小,可直接用于高寒内陆河流域水文模拟;② GPMIMERG V5数据对应的那什系数NSE值为0.13(月)、-1.58(年),误差百分数PBIAS值为41.2%(月、年),均方根误差与标准误差比率RSR值为0.93(月)、1.61(年),其径流模拟误差较大,模拟效果不可信,说明GPMIMERG V5数据集并不适用于巴音河流域水文模拟;③ GPMIMERG V6-F对应的月径流模拟结果明显优于GPMIMERG V5-F,前者模拟精度较后者提高4倍,但其模拟的年径流对应的NSE值为-0.12,RSR值为1.09。该研究可为资料缺乏的高寒内陆河流域生态水文过程模拟提供参考。

  • 地理空间分析综合应用
  • 地理空间分析综合应用
    蔡一乐, 曹诗颂, 杜明义, 李善飞, 陈姗姗
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    人为热一定程度上影响着城市的局地环境和微气候。以2016年中国地级市为研究对象,首先采用了能源消耗清单法结合Suomi-NPP(National Polar-orbiting Partnership)VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)夜间灯光数据的方法估算了格网尺度的人为热通量;其次,分别使用最小二乘法和地理加权回归法模型在全局和局部尺度上研究不同因素对人为热总量的影响;进一步使用自然断点法划分出其中的主导因素。得出以下结论:① 各地级市的人为热总量具有显著的空间差异,京津冀、长江三角洲、珠江三角洲城市群所在的中国东南地区,人为热总量相对较高;② 能源消耗、民用汽车数量、人均生产总值是全局尺度上人为热总量的主要驱动因素;人口密度、第二产业占比、道路密度和建成区面积对人为热总量的影响呈现出较强的空间异质性;外商直接投资额则在全局尺度对人为热总量的影响较低。③ 主导因素分析表明无主导因素的地级市主要位于中国的西南部,以能源消耗、民用汽车数量、人均生产总值为单一主导因素的地级市主要聚集于中国的东南部、中部及东北部、西北部,并在其周边交叉地区形成了一些数量较少的双重主导因素地级市。本文的研究为政府相关部门对于人为热调控政策的制定提供了依据。

  • 地理空间分析综合应用
    李颉, 郑步云, 王劲峰
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    手足口病是一种在婴幼儿中多发的常见传染病,对儿童的身体健康具有重要影响。为揭示我国手足口病的时空分异特征,为手足口病的防控提供科学依据,本文选取自2008年手足口病被列为丙类传染病以来至2018年中国手足口病发病率为研究数据,运用全局莫兰指数、Getis-Ord Gi *、新兴时空热点分析和标准差椭圆等空间统计方法对中国手足口病的整体和局部时空分布模式、特征和趋势进行了分析。结果显示:① 2008—2018年我国手足口病发病率呈现显著的空间聚集性,且聚集的强度显著增高;② 我国手足口病发病的热点区域主要集中在东南沿海地区,且较明显向内陆以及北部沿海地区扩张,而冷点区域主要集中在西北内陆以及东北地区;③ 我国手足口病的新兴时空热点模式以振荡的热点为主,新增热点主要出现在云南、重庆和四川,而冷点分布区域相对稳定,且冷点大部分以加强的、持续的模式出现;④ 手足口病高发病率区域在2008—2018年期间主要向西南方向移动,但在2008—2009年、2013—2014年以及2017—2018年存在向北部移动的趋势,同时2018年手足口病在东—西方向上的分布范围显著增大。总体来说,我国手足口病在南方地区高发。

  • 地理空间分析综合应用
    谢玲, 王宏卫, 刘素红, 高一薄, 玛丽亚木·玛木提, 伊素燕, 马晨
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    近年来,手足口病在我国感染者的数量仍然呈现逐渐增加的趋势,对公共健康造成很大的威胁,也对疾病防控提出严峻的挑战。为探讨气象因素(气温、降水)对我国手足口病(Hand Foot and Mouth Disease, HFMD)发病的时空影响特征及规律,本文以我国手足口病疫情平发年2017年为例,利用分地区、分月份疫情数据,采用地理探测器、空间自相关等分析方法分析各地气象(气温、降水)因素对手足口病发病影响及其时空分异。结果表明:① 在时间上,2017年我国各地中心城市手足口病发病有明显的季节差异,年内有单峰发病模式和双峰(高低峰、双高峰)发病模式,且2017年2、4、12月各地中心城市手足口病发病率有显著的空间相关;② 在空间上,2017年我国各省、市手足口病发病在空间上表现为东南各省市发病率高,西北各省市发病率低的特点,并随降水量由东南向西北呈现递减趋势;③ 2017年省、自治区、直辖市和地级市手足口病爆发热点时段(4—8月)时空演化分析,先由东南各省向西北各省蔓延,后又表现为由西向东退缩;④ 2017年我国各地中心城市手足口病月发病率分别与年均降水量、年均温,呈二次函数关系(R2=0.6623)和指数函数关系(R2=0.6469);⑤ 气温和降水对手足口病交互作用结果表现为双因子非线性增强,气温和降水的交互作用对手足口病传播的影响更为显著。气象因素对我国手足口病发病存在影响,我国手足口病发病在时间和空间上均存在显著差异,分析结果在宏观尺度上可为我国手足口病防控提供参考。

  • 地理空间分析综合应用
    陈明发, 刘帆, 赵耀龙, 杨光
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    不透水地表是衡量城市化过程与空间扩张的重要特征。本文以我国最具经济活力的城市群-粤港澳大湾区城市(以下简称大湾区)为研究区,采用重心-标准差椭圆与梯度分析等方法,探讨其1987—2017年不透水地表的时空扩张分布特征与演化趋势。结果表明:① 30年来大湾区的不透水地表面积从1839.34 km2持续增长至12 385.93 km2。城市化进程进入21世纪后明显加快,整体形成了广、深、港、澳等中心城市带动,各次级城市组团,网络结构发展的空间扩张格局。② 大湾区不透水地表重心位于广州番禺与佛山顺德交界处附近,城市建设扩张靠近大陆海岸带区域,范围不断扩大。广、莞、佛等地的城市建设极大带动了不透水地表重心与方向的变化;③ 城市建设以珠江支流与大陆海岸线为轴心扩张的特征明显,各地核心城区与海湾区域的建设扩张共同构成了大湾区的发展核心,整体形成了中心城区为主、大陆海岸线为辅的协同发展趋势。粤港澳大湾区建设已上升为国家战略,未来需进一步强化内部各城市间的要素交互,在发挥核心城区辐射引领作用的同时,充分利用沿海产业优势,带动实现大湾区的城乡融合发展。

  • 地理空间分析综合应用
    张泽, 胡宝清, 丘海红, 邓雁菲
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    为揭示生态环境脆弱性的时空分异和驱动因子,本研究在山江海视角下,以桂西南喀斯特-北部湾海岸带为典型研究区,运用空间主成分分析法,地理探测器模型,结合生态环境脆弱性综合指数,系统分析桂西南喀斯特-北部湾海岸带生态环境脆弱性的时空分异特征及驱动机制。结果表明:① 研究区2008、2013、2018年脆弱性指数分别为0.54、0.61、0.69,多年平均值为0.61,整体处于中度脆弱,在空间上,由城市中心向四周逐渐降低的趋势;在时间上,生态环境脆弱等级呈微恶化趋势; ② 在单因子作用中6个驱动因子对生态环境脆弱性的解释力强度为汛期降雨量(0.457)>植被覆盖度(0.384)>高温季节温度(0.311)>废水入海量(0.248)>NPP(0.184)>人口密度(0.036)。在多因子交互中,只有汛期降水量和NPP, NPP和高温季节温度、废水入海量和NPP呈非线性增强,其余的交互作用均为双线性增强,而且汛期降水量和植被覆盖度的单因子影响较强,交互作用后影响也是最强(0.679),说明了汛期降水量和植被覆盖度为该区域的主要驱动因子。

  • 地理空间分析综合应用
    李海萍, 梁子豪
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    我国人口老龄化增速势头不减,存在养老服务业发展不平衡、老龄服务供给不足的矛盾。北京是较早进入老龄化的城市,提出了以居家为主的“9064”养老模式以解决养老资源缺口问题。为促进社区养老服务供给的便利化,提高老年群体对养老服务的“获得感”,本文以北京市海淀区老年人口密度较大的17个街道为研究区,采用百度POI、小区户数、高德地图和遥感影像等多源数据,对老年人口统计数据进行空间网格化,比较国家、省(市)社区养老设施的服务半径及调查所得老年人日常出行特征,引入北京市居住公共服务设施配置指标作为评价标准,应用改进型两步移动搜索算法并构建空间均衡系数,从服务覆盖率、供需比和医疗资源易获性3个方面对社区养老设施进行空间均衡研究。结果表明,研究区内社区养老驿站的数量仍有不足,不同半径下的服务覆盖率和供需比差异显著,500 m半径内的覆盖率仅为23.3%,空间分布不合理是超八成社区养老驿站供需比偏低的主要原因,基层社区卫生机构对医疗资源的易获性有积极作用;社区养老服务发展不均衡,需要进一步优化配置。

  • 地理空间分析综合应用
    冯京辉, 李鹏, 肖池伟, 祁月基, 李霞
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    自泰国总理差猜1988年提出“变印支战场为市场”倡议以来,泰国与毗邻国家(缅、老和柬)的地缘关系由政治阻隔转向经济合作,并在其边境(尤其是口岸)引发不同程度的土地覆被/利用变化。利用美国国际开发署SERVIR-Mekong项目土地覆被产品,基于GIS空间分析对泰缅、泰老和泰柬边境地带(国界线两侧20 km缓冲区)1988、1998、2008、2018年的土地覆被现状及其时空变化、以及因农业扩张与集约化引起森林变化的抵边/离边、趋同/趋异特征进行了定量研究与国别对比。结果表明:① 森林、耕地和果园是3条边境主要土地覆被类型,土地占比超过96%,其中森林因农业扩张与集约化而持续减少。② 农业扩张与集约化引起的森林转换时空特征显著,即泰缅、泰老边境于1998—2008年在湄索(泰)-妙瓦底(缅)口岸、汶干(泰)-北汕(老)口岸附近及“金三角”地区较为剧烈,泰柬边境则在1988—1998年内于卡普曾(泰)-奥斯玛(柬)口岸周边较为突出,土地占比超七成。③ 边境地区农业扩张与集约化引起的森林变化具有明显的抵边/离边、趋同/趋异特征。农业扩张所致森林变化在泰老边境由同向变化转为反向趋异,在泰缅边境两侧由强抵边转为在缅一侧抵边更为明显,在泰柬边境主要表现为先抵边后离边再抵边。集约化生产所致森林变化在泰老边境表现为泰国一侧抵边更强,在泰缅缅甸一侧为离边到抵边,在泰柬边境两侧主要为反向抵边。④ 边境森林变化的抵边/离边、趋同/趋异特征分析表明,泰国对老挝的影响最大,柬埔寨次之,缅甸最次。本研究可为从地理学空间视角研究边境土地利用与地缘经济关系交叉互动提供启发。

  • 遥感科学与应用技术
  • 遥感科学与应用技术
    李广洋, 寇卫利, 陈帮乾, 代飞, 强振平, 吴超
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    多核学习算法在高光谱图像分类领域占据着十分重要的地位。与灰度图像、全色图像和多光谱图像等相比,高光谱图像因具有很强的分类识别能力等多方面优势而被广泛应用。为进一步提高高光谱图像的分类精度,促进多核学习算法在高光谱图像分类中的应用,本文对多核学习算法及其在高光谱图像分类中的应用进行了总结。首先在回顾核方法的基础上阐述了多核学习框架,其次对多核学习核函数组合方法进行综述,随后根据求解多核学习组合系数方法的不同将多核学习分为两类:固定规则的多核学习算法和基于优化的多核学习算法,并对两类多核学习算法在高光谱图像分类中的应用进行综述,总结各类算法在高光谱图像分类的应用进展。同时,为了便于研究者对多核学习算法及其在高光谱图像分类问题中的应用研究,本文对常用核函数和高光谱图像数据集进行了整理归纳。最后,讨论了多核学习算法在高光谱图像分类研究方面的不足,并对未来研究方向进行了展望,以期为该领域的研究和应用提供参考。

  • 遥感科学与应用技术
    许承权, 柳庆威
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    针对航空摄影测量中空三加密时数据内业精校正的人工刺点效率低下,误差较大等问题,本文提出了一种基于线段检测(Line Segment Detector,LSD)算法的直角像控点目标检测方法。该方法首先通过Retinex算法增强影像彩色信息;再对影像进行双边滤波,在去除噪声的同时能很好的保留边缘信息;然后使用LSD算法提取线段,并结合最小二乘拟合将线段进行合并;经角度、距离和长度信息筛选出最外沿直角边,最后相交得到直角像控点。采用大疆无人机拍摄的“L”形像控点80景影像,“X”形像控点69景影像进行实验,结果表明,本文算法在复杂背景下的直角像控点检测中具有较高的准确率和精度,整体像控点提取准确率达到93.75%,像控点定位精度可以到2.37个像素,在复杂背景和目标失真的情况下依然能保持很高的准确率,定位精度明显优于人工刺点,相对于Radon和PPHT算法,本文算法的像控点组检测准确率明显提高,表明其检测精度受拍摄角度的影响较小。

  • 遥感科学与应用技术
    朱盼盼, 李帅朋, 张立强, 李洋
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    建筑物的自动提取对城市发展与规划、防灾预警等意义重大。当前的建筑物提取研究取得了很好的成果,但现有研究多把建筑提取当成语义分割问题来处理,不能区分不同的建筑个体,且在提取精度方面仍然存在提升的空间。近年来,基于多任务学习的深度学习方法已在计算机视觉领域得到广泛应用,但其在高分辨率遥感影像自动解译任务上的应用还有待进一步发展。本研究借鉴经典的实例分割算法Mask R-CNN和语义分割算法U-Net的思想,设计了一种将语义分割模块植入实例分割框架的深度神经网络结构,利用多种任务之间的信息互补性来提升模型的泛化性能。自底向上的路径增强结构缩短了低层细节信息向上传递的路径。自适应的特征池化使得实例分割网络可以充分利用多尺度信息。在多任务训练模式下完成了对遥感影像中建筑物的自动分割,并在经典的遥感影像数据集SpaceNet上对该方法进行验证。结果表明,本文提出的基于多任务学习的建筑提取方法在巴黎数据集上建筑实例分割精度达到58.8%,在喀土穆数据集上建筑实例分割精度达到60.7%,相比Mask R-CNN和U-Net提升1%~2%。

  • 遥感科学与应用技术
    郭紫甜, 王春梅, 刘欣, 庞国伟, 朱梦阳, 王晋卿
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    土地覆盖数据是全球环境变化相关研究和应用的重要数据基础,在诸多领域中被广泛运用。FROM-GLC30 2017数据是最新的全球高分辨率(30 m)公开土地覆盖数据集之一。土地覆盖数据集的精度是其在不同领域应用中的重要问题。本研究旨在探讨FROM-GLC30 2017数据集精度在全国范围内的空间分布,并比较不同土地覆盖类型精度的区域差异。本研究以亚米级高分辨率遥感影像为基础,对布设在中国范围内的6434个小流域抽样单元进行了人工目视解译,获得了土地覆盖参考数据。通过野外实地调查验证了参考数据,在此基础上对FROM-GLC30 2017数据集进行了精度评价。研究结果表明: ① FROM-GLC30 2017数据集中各土地覆盖类型的面积比例基本符合我国的实际情况;② 数据集在中国的总体精度为75.39%,在7大地理分区中,华东地区的总体精度最高,华南地区的总体精度最低;③ 在7种土地覆盖类型中,裸地、森林以及农田的精度相对较高,灌丛的精度最低。研究结果可为大区域土地覆盖数据精度评价研究提供理论支持,促进公开土地覆盖数据集的有效应用。

  • 遥感科学与应用技术
    朱婉雪, 孙志刚, 李彬彬, 杨婷, 刘振, 彭金榜, 朱康莹, 李仕冀, 娄金勇, 侯瑞星, 李静, 于武江, 王永利, 张峰, 刘向冶, 胡华浪, 欧阳竹
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    在已集中连片改造为农田的盐碱地上,开展无人机遥感作物土壤空间异质性分析与光谱指数响应胁迫诊断对于提升盐碱地利用效率、创造更多经济效益与生态价值具有重要意义。本研究以山东省东营市黄河三角洲典型滨海盐碱地集中连片旱作农田的主要作物——高粱和玉米为研究对象,利用固定翼无人机获取400 hm2滨海盐碱地多光谱遥感数据,并结合地面195个采样点的3个土层(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm)的土壤属性数据,对该研究区域内作物生长的土壤环境因子进行空间异质性分析与光谱指数响应胁迫诊断。基于土壤属性数据,利用反距离加权插值法,绘制该研究区域内土壤盐分、pH、有机质、全氮和速效氮共5个指标含量的水平与垂直空间分布图。插值结果显示,5种土壤属性指标存在显著水平和垂直空间异质性。基于随机森林模型,采用递归特征消除法,结合土壤指标对光谱指数的重要性值,探讨影响作物生长的主要土壤环境胁迫因子。结果表明,5种土壤属性因子均会对玉米和高粱生长造成影响,但主要胁迫因子分别为土壤速效氮含量(10~20 cm)和3个土层的盐分含量。本研究为大面积农情胁迫监测提供了一项有效的地面与航空协同监测方案,为盐碱地旱作农田管理与决策提供了理论依据和技术支持。

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    《地球信息科学学报》编辑部
    2021, 23(3): 550-550.
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