地球信息科学学报

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地球信息综合分析

地球系统科学数据共享网的气候-海面变化数据集建设

袁林旺, 闾国年, 谢志仁, 董华军, 俞肇元, 孙健

2008, 10(1): 1-6.

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在地球系统科学数据共享网的长江中下游分节点建设中,全球气候-海面变化在中国东部地区的区域响应,是该节点系列数据库群建设的三大科学主题之一。在GIS技术和数据库技术的支撑下,通过对数据集建设的整体规划与技术实现,可望由通常的科学数据下载中心向科学数据服务中心转变。针对区域地球系统科学研究的需要,本文以气候-海面变化数据集为例,探讨了该数据集的建设目标,进行了数据集的整体规划与设计,该数据集由6个不同主题的科学数据库和文献库构成,文献库不仅是数据集的重要组成部分,同时历史文献也是重要的数据来源之一。进而讨论了数据库设计的区域编码规则、表结构和元数据描述;将数据检索划分基本数据、专题、空间和文献检索四类,并对用户检索的流程和机制进行了探讨。最后指出了以科学数据收集分析为目标进行数据集建设所需注意的相关问题。

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地球信息综合分析

基于地理本体的海湾空间数据组织方法——以辽东湾为例

杜云艳, 张丹丹, 苏奋振, 杨晓梅, 贺惠忠

2008, 10(1): 7-13.

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数字海湾的建设,面临着空间数据组织问题。本文在对基于分层和基于地理特征的空间数据组织方式及元数据技术深入分析的基础上,针对海湾多要素、多层次、多资源和多领域的复杂系统,采用地理本体的思想进行海湾的认知表达,并由此提出了基于地理本体的海湾空间数据组织方法。通过对海湾地理本体的建模,建立了更能客观反映海湾地理实体各个层次体系的概念模型,再根据海湾概念和已有的多源空间数据集之间的映射关系,重构地理本体支持下的海湾空间数据库,从而实现海湾多源空间数据的海、滩、陆一体化集成与管理。最后,以辽东湾为例,对该海湾所涉及到的多源空间数据进行了有效的组织。结果表明,利用地理本体的思想对空间数据进行组织管理,可以消除不同领域对信息理解的鸿沟,有利于数据的共享和互操作。

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地球信息综合分析

线性加权回归模型的高原山地区域降水空间插值研究

徐成东, 孔云峰, 仝文伟

2008, 10(1): 14-19.

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在山地和高原区域,地形对降水影响比较显著。常规空间插值方法通常不考虑地形要素,插值精度有限。考虑到降水量与高程存在较强的相关关系,采用局部线性加权回归模型预测山地和高原区域的降水分布。推导了回归计算公式,并在ArcGIS 9.0中编程实现算法。选取美国德克萨斯州西北部地区进行局部线性加权回归空间插值,并与普通Kriging、倒距离加权法比较。误差分析表明:在地形复杂的地区,线性加权回归模型比传统方法有优势。

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地球信息综合分析

一种快速生成平面Delaunay三角网的横向扩张法

刘永和, 王燕平, 齐永安

2008, 10(1): 20-25.

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目前已有多种基于平面上离散点集构造Delaunay三角网的算法,其中三角网扩张法、逐点插入法的平均时间复杂度为O(n²),分治算法和其他分块合并算法能使平均时间复杂度接近线性,但增加了算法的复杂性,从而使浮点计算误差错误发生的机率增大。本文作者提出了一种新算法:将用于构网的离散点集先按横坐标从小到大排序,在空间上表现为从左到右排列;然后先以点序列中的前三个点作为初始三角网,每次将剩余点集中最左边的点联入三角网,最终得到一个三角剖分,再用LOP法优化三角剖分。该算法的优势是具有快速的三角剖分过程,使整体的平均时间复杂度为O(n),并且构网效率高,算法简单。

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地理信息系统技术与应用

广东省公路交通网络分形空间特征研究

冯永玖, 刘妙龙, 童小华

2008, 10(1): 26-33.

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基于分形理论,以GIS技术为支撑,利用回转半径法测算了广东省全域及其所辖21个地级市公路交通网络半径维数D_L、分枝维数D_b和对应相关系数R²。依据广东省公路交通网络的特点,将其辖区分为四个子区域:珠三角、东部沿海、西部沿海和粤北地区,分析其半径维数和分枝维数的空间分布特征。研究表明,珠三角地区为广东省公路交通网络密度最大、结构最复杂、功能最完善、连通性最优的区域;以珠三角为中心,广东省公路交通网络分形半径维数和分枝维数随距离增大而衰减,沿海衰减程度微弱,粤北衰减程度较大。结果显示,半径维数和分枝维数结合能够更为合理系统地分析交通网络分形特征的时空差异特性。

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地理信息系统技术与应用

中国省级行政区边界形状的GIS分析

帅方敏, 王新生, 朱超平, 余瑞林, 张红, 孙艳玲

2008, 10(1): 34-38.

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本文借助GIS软件支持,计算了我国32个省的平面轮廓形状的分维、形状指数和紧凑度。结果表明,形状复杂(边缘复杂程度高,破碎度较大)的省(区)主要集中在东部及沿海地区;形状较紧凑的省(区)主要集中在西部地区,东部省与西部省的形状特征有较大差异。另探讨了各地区的地理气候环境和历史人文特征所致的主要原因,并初步分析了各特征对交通等组织的影响。

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地理信息系统技术与应用

福建东圳库区淹没及水土流失的3D-VRGIS构建与应用

江辉仙, 林广发, 张文开, 黄万里

2008, 10(1): 39-44.

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本文应用VRGIS(Virtual Reality Geographical Information System)技术,建立水库工程水土流失三维可视化动态仿真模型,实现库区的空间信息可视化。以福建省东圳水库为研究对象,建立水土流失区域三维虚拟地理信息系统(3D-VRGIS),生成水土流失现状以及库区生态环境三维场景。并结合水土流失中水淹分析要素与三维空间的数据可视化技术,实现水土流失监测预报及其区域定位监控的可视化处理,为减少水土流失危害,提供可靠的信息资源。

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地理信息系统技术与应用

青岛市大沽河流域防汛信息系统

陶迎春, 陈秀万, 吴才聪, 张彬

2008, 10(1): 45-49,54.

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随着计算机信息技术在水利学科中应用的深入,以及数字水利、数字流域概念的提出,水利信息化已经成为这一行业领域的主要发展方向,各种流域模型在与地理信息系统平台结合后在数据的收集、存储,提取与处理的基础上都有了很大的发展,在水利工程的规划设计、防洪减灾、水量分配等方面有更为广泛的应用。青岛市大沽河流域内洪水有来势猛、峰高量大和暴涨暴落的特性,为满足防汛管理部门对洪水预测及相关信息快速浏览查询的需求,建立了青岛市大沽河流域防汛信息系统。该系统在MAPX地理信息系统开发软件、数据库存储技术和水流数学模型的支持下,实现了大沽河流域的地理信息、水文信息以及其他信息的综合管理,同时通过水流数学模型对一维和二维洪水进行预测预报,并根据用户的需要完成所需的查询与分析功能,以最直观简洁的方式向用户展示系统的输出结果。系统数据库的开发在满足系统要求的基础上完成了与青岛市雨情水情自动监测系统的对接,保证了水文数据的实时性、完整性和准确性。系统集成了一维非恒定流模型与平面二维非恒定流水流模型,可以根据大沽河流域降雨量计算干流的水位变化以及发生溃堤后洪水的淹没过程。应用表明,该系统界面友好、功能完善、性能良好,具有很强的实用性。

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地理信息系统技术与应用

基于MapObjects的闽江口湿地信息系统

张东水, 兰樟仁, 李铮, 张伟

2008, 10(1): 50-54.

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在动态度、马尔柯夫链等数学方法和景观生态学理论指导下,建立了闽江口湿地时空演变模型,应用组件式技术,利用MapObjects在Visual Basic平台上,进行闽江口湿地时空演变信息系统设计和开发,并应用该信息系统对闽江口湿地时空演变进行实例分析。结果表明,该系统能更高效、直观管理闽江口湿地空间信息和属性信息,以形象化的方式对湿地作全局性时空分析,使得闽江口湿地管理和保护更加科学。

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地理信息系统技术与应用

基于MicroStation的规划行业空间数据库建设与应用

柯锐鹏, 贾国宁

2008, 10(1): 55-59.

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本文分析了几种常用GIS平台在规划领域系统建库中的优点和缺点,以及规划部门数据及行业管理特点。同时从数据格式、系统兼容等方面论述了MicroStation的规划行业建库的特点,揭示出MicroStation的规划管理信息系统建库的适宜性。最后以番禺规划管理信息系统的建立为例,较好地说明基于MicroStation的规划行业建库的实用性。

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土地利用与土地覆被研究

我国土地利用/覆被研究的热点与应用发展问题

宋乃平, 张凤荣, 王磊, 杨洋

2008, 10(1): 60-66.

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本文回顾了国内土地利用调查和土地利用/覆被变化(以下简称LUCC)的研究历程,认为20世纪80年代前的半个世纪,我国以土地调查为主的土地利用研究发展缓慢。到了80年代后,由于遥感技术由实验走向实用、地理信息系统技术的普及,加之IGBP和HDP两大组织发起的土地利用/覆被变化研究,这一领域的研究得到了极大地推动。目前,该领域存在着技术潮流、驱动力研究潮流、环境效应研究潮流、景观生态学潮流等热点,这对于推动LUCC的多学科深入研究具有积极作用;指出了土地利用/覆被变化研究中存在的"重技术轻学理"现象、微观机理研究不足、忽视土地利用替代性研究、土地可持续利用评价针对性不够、研究的服务对象单一等问题,LUCC研究要在克服这些问题中发展;由此提出,在经过一定的领域拓展、案例积累、技术准备等基础工作之后,我国土地利用/覆被变化研究应针对前述问题,加强理论建设,探索模型建立,拓展区域应用,发挥多学科核心作用,在理论建设、数学模型表达、机理探讨等方面,为现代地理学做出贡献,为地理学的社会作用和应用拓展更加广阔的空间。

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土地利用与土地覆被研究

基于地形图与知识规则的土地利用信息提取

王宗明, 张柏, 宋开山, 刘殿伟

2008, 10(1): 67-73.

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在土地利用变化及相关研究中,地形图已成为重要的信息源。本文以1∶100000地形图为基础信息源,根据地图制图原理并结合专家知识与规则,进行了没有影像时期的土地利用信息提取的尝试。并选取典型区,以系列影像数据作为背景数据,以耕地为例,将提取结果与同期统计数据及所推算的影像数据进行了对比分析和精度的验证。如以推算的影像数据为标准,则验证误差<5%。研究表明,按照一定的知识规则,基于地形图进行历史时期土地利用信息重建是可行的,完全可以满足相同比例尺及较小比例尺上土地利用制图及分析的需要。

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土地利用与土地覆被研究

景观指数的空间尺度效应分析——以厦门岛土地利用格局为例

游丽平, 林广发, 杨陈照, 林巧莺, 杨丽萍

2008, 10(1): 74-79.

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选取8个常用的景观指数,以厦门岛土地利用格局为例,分析景观指数随粒度变化的基本规律。探讨尺度效应对景观格局的影响,为基于景观指数进行不同尺度下土地利用类型、土地利用格局变化预测、对比分析和评价等研究提供参考。结果表明:在研究区内景观类型特征和景观格局特征随粒度的增大出现了显著的变化;除面积比例对粒度变化弱敏感外,其余所选景观指数对粒度变化相对敏感,体现出一定的尺度依赖性,因而利用这些景观指数进行不同尺度下的景观格局分析时需考虑尺度效应。

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土地利用与土地覆被研究

近20年来福州市土地利用时空变化的遥感分析

叶琳, 徐涵秋

2008, 10(1): 80-87.

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以1986、1996和2006年三期Landsat TM影像为基本数据源,采用最大似然法分类,并以同期高分辨率的SPOT5影像进行分类后处理,最后分类后变化检测法监测了福州市1986~2006年的土地利用变化及其转移模式。结果表明,福州市近20年间土地利用发生了较大的变化,城乡建筑用地处于快速增长阶段,而耕地数量却在不断下降。经济发展、人口增长、政府决策等因素是福州市土地利用发生变化的主要驱动力。

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遥感信息分析与应用

遥感分类信息不确定性的可视化表达方法

葛咏, 李三平

2008, 10(1): 88-96.

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影像分类是遥感技术的重要应用领域之一,而遥感分类信息中则存在着不确定性,如果仅仅对其进行不确定性程度上的数学度量,而忽略其在空间域和时间域上的分布特征,则很难完整准确地描述和理解遥感信息中的不确定性。从视觉感知角度表现不确定性信息是不确定性建模的重要组成部分,而利用现有的计算机可视化技术来表达遥感分类信息的不确定性则是一种直观有效的方法,可以帮助用户更加完整地理解遥感数据及其分类信息中不确定性的大小、分布、空间结构和趋势。我们将不确定性可视化技术分为静态可视化变量、动态可视化变量和特征可视化三种类型。并以我国黄河三角洲地区的Landsat 5 TM遥感影像的分类数据为例,对上述不确定性可视化技术进行讨论及分析。

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遥感信息分析与应用

S波段雷达数据反演土壤水分的模拟分析和验证

魏小兰, 李震, 陈权

2008, 10(1): 97-101,108.

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中国自主研制的环境减灾卫星星座（HJ）中包含多颗光学和雷达小卫星,这些小卫星计划于2007年底陆续升空。其中,载有S波段合成孔径雷达（SAR）的HJ-1C星,预计于2008年发射,该卫星设置有S波段（3.2GHz）,采用VV极化方式,入射角变化范围是25°～47°。本文根据该雷达卫星的系统参数,利用AIEM模型的模拟数据反演土壤水分的变化。首先,对传统单极化SAR数据反演土壤水分的方法（基于简单散射模型）在S波段的适用性进行了分析（共检验了四个波段数据,分别是Ku波段、C波段、S波段和L波段）,结果表明该方法可应用于S波段,且应用效果比C波段好;然后,对以往研究中该方法可采用的不同水分参数形式进行了比较分析,结果表明,以垂直极化幅度作为土壤水分参数效果最好;最后,利用模拟数据对该方法进行验证,结果在两次数据入射角差为5°时,近80%数据的误差在5%以内。

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遥感信息分析与应用

多源遥感影像共享平台的设计与实现

冯敏, 诸云强, 张鸣之, 赵慧, 喻孟良

2008, 10(1): 102-108.

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在分析不同来源遥感影像共享的基础上,提出了适合多源遥感影像的"影像波段/影像栅格+GridGeome-try+元数据"的基本数据结构。GridGeometry是遥感影像空间信息的抽象,采用GridGeometry可以避免直接对大数据量的遥感影像进行处理;采用ISO 19115元数据标准实现对遥感影像相关信息的描述,并基于XML和数据库技术实现对元数据的表达、存储、解析和处理。最后本文提出了多源遥感影像共享平台的主要体系,并在该体系的基础上实现了多种服务形式,包括:定制的共享网站和符合OGC规范的WMS、WFS和WCS服务等。不同的服务形式能够满足用户的多层次需要,而且为更灵活的服务应用提供了标准接口,在技术上为共享服务的广泛使用提供有力的保障。

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遥感信息分析与应用

CBERS-02星CCD波段平均太阳辐照度反演及应用

潘志强, 傅俏燕, 张浩平

2008, 10(1): 109-113.

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卫星图像波段平均太阳辐照度是计算表观反射率的重要参数。本文采用两种方法对CBERS-02星CCD波段平均太阳辐照度进行了计算,一种方法是利用大气辐射传输软件SBDART模拟大气顶部的太阳光谱曲线,结合CBERS-02星CCD波段响应曲线,计算1～4波段的平均太阳辐照度;另一种方法是用6S模型对波段平均太阳辐照度进行计算。为验证计算结果,用同样的方法,计算了LandsatTM5和ETM的波段平均太阳辐照度,与Landsat公布的数据进行对比,结果表明,用模拟的太阳光谱曲线的计算结果更准确。以2005年8月24日的一景图像为例,计算了图像的表观反射率,经6S模型大气校正后,反演了地表反射率,与地面实测的地表反射率进行了对比,除第四波段误差为4%外,其余1～3波段误差仅为0.01%。

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遥感信息分析与应用

基于改进线性光谱分离模型的植被覆盖度反演

王天星, 陈松林, 马娅

2008, 10(1): 114-120.

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线性光谱分离技术可以有效地提取像元水平上植被或其他端元(影像中的地物)的相对百分比,但是目前该技术在多光谱宽波段影像数据应用中,由于波段数量、波段宽度等的限制,估算精度离定量研究的水平仍有一定差距。鉴于此,本文提出了一种改进的线性光谱分离方法,该方法在对影像进行土地覆盖分类基础上进行分离,一方面同类土地覆盖类型内同种地物的光谱变异相对较小,更有利于端元选取;另一方面,分影像的地物种类数量明显少于整幅影像,更容易满足模型的适用条件,从而突破了波段数量限制,同时使地物光谱分离更具针对性,经过验证,该方法较传统分离方法相比植被覆盖度的反演精度可提高6.4%,用该方法实现了研究区的植被覆盖度的定量反演并对研究区植被覆盖度的空间结构进行了分析。

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遥感信息分析与应用

基于图像分割的城市变化检测

龙玄耀, 李培军

2008, 10(1): 121-127.

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利用遥感数据进行城市变化检测时,由于城市是包含建筑物、道路、绿地以及水体等多种地物类型的综合体,同时与农村居民地等地物类型具有相似的光谱特征,因此,传统的单纯基于光谱信息的变化检测方法很难取得理想的效果。将空间信息加入到变化检测中,可提高变化检测的精度,但常用的加入纹理的方法容易产生边缘效应。本文提出一种基于图像分割的变化检测方法,在该方法中使用一种基于组分的多尺度形态学梯度,具有对噪声不敏感、边缘不会变厚等优点;同时与现有方法进行比较。实验结果表明,该方法在加入图像空间信息的同时避免了加入纹理等空间信息所产生的边缘效应,能够有效地提高城市变化检测的精度。

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遥感信息分析与应用

遥感影像像元级融合方法与试验评价分析

李俊杰, 何隆华, 戴锦芳, 李金莲

2008, 10(1): 128-134.

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不同遥感影像有着各自的优点和局限,遥感影像融合就是为了充分利用它们的优点进行互补得到新的影像。采用PCA、Brovey和小波变换三种方法对SPOT多光谱影像和全色影像进行了像元级的影像融合,小波变换采用的Mallat算法和双正交小波函数,双正交小波函数的优点是小波逆变换时不会导致相位失真,论文对融合结果进行了光谱质量和空间质量两方面的定性和定量的评价。结果表明,小波变换融合影像是三种变换中最优的,同时在小波变换中采用不同的小波基函数的融合结果在光谱质量和空间质量方面也有很大的差异,可根据实际需要选用合适的小波基函数。

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