地球信息科学学报

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地球信息综合分析

国家尺度社会经济数据格网化原理和方法

胡云锋, 王倩倩, 刘越, 李军, 任旺兵

2011, 13(5): 573-578. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00573

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空间信息获取和处理技术,可将传统关系型社会经济数据转变为空间化的矢量或者格网数据。首先,分析了传统关系型社会经济数据库的不足,并对社会经济数据格网化理论研究及格网数据库建设的历史做了回顾;在明确社会经济数据格网化基本概念的基础上,提出了社会经济数据格网化的3个基本要求,即时间可比、空间一致和逻辑自洽;同时提出了一个包括24个关键指标的国家尺度社会经济格网数据库的指标体系,认为社会经济格网数据库生产过程的主要步骤为逻辑检查、空间匹配、代码匹配、空间离散和检查校验;研究对国家尺度社会经济指标的空间离散过程和离散模型、不同层级社会经济数据的整合和离散策略进行了重点分析。研究最后就社会经济数据格网化过程中存在的主要问题进行了总结。

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地球信息综合分析

四川石棉森林碳密度空间数据知识挖掘及分布特征分析

杨存建, 倪静, 张洋, 牟琳

2011, 13(5): 579-585. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00579

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森林植被碳密度是衡量森林生态系统服务功能和产品供给功能高低的一个重要指标。本文以四川省石棉县为例,在森林资源二类调查数据的基础上,提出建立森林植被生物量、碳量及其密度GIS数据库,开展其碳密度分布知识发现的研究,从中发现了该县碳密度分布知识。该县有林地森林植被碳量达到364万t,冷杉、云杉、铁杉和桦木占总碳量的83%;有林地森林植被碳密度为40t/hm²,其云杉和冷杉分别为47t/hm²和43t/hm²;碳量随坡度等级的增加而增加,25°以上坡地的森林植被碳量占总碳量的91%;25°以上森林植被碳密度比25°以下森林植被的碳密度高。微度与中度土壤侵蚀下的森林植被碳密度较高,在42t/hm²以上;剧烈与极强侵蚀下的森林植被碳密度相对较低,为29t/hm²。森林植被碳密度与郁闭度之间在0.05的水平上显著相关。研究表明,该县冷杉与云杉林保护较好,25°以上区域的森林保护较好,因此,具有较高的森林植被碳密度。森林植被碳密度越高的区域,其水土侵蚀强度越低。该研究成果对加强该县森林资源的保护,特别是该县国家与省级自然保护区的保护建设具有重要意义。

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地球信息综合分析

中国区域经济发展的地区差异GIS分析

陈浩, 邓祥征

2011, 13(5): 586-593. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00586

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本文主要针对我国改革开放以来地区间经济发展的差距究竟是扩大(发散)还是缩小(收敛)的问题开展了研究。首先,对全国各省(市)1980-2008年的人均名义GDP数据进行了空间自相关分析,探讨了全国区域经济发展的地区差异变化,揭示了1984年以后中国各地区之间的经济发展的正空间自相关关系,即全国区域经济发展差异在整体上是收敛的。本文进一步引入传统经济研究方法的σ-收敛模型进一步论证全国区域经济发展差异的整体收敛性。σ-收敛模型的研究结果表明,中国区域经济发展在20世纪80年代期间是收敛的,90年代则呈现一定的发散特征,从90年代末到2008年恢复收敛态势,且在整体趋势上是收敛的。该研究尝试了将空间分析方法引入经济发展收敛性与发散性研究的途径,并实证了其可靠性。

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地球信息综合分析

珠穆朗玛峰国家自然保护区沼泽湿地提取及其退化风险评价

马飞, 阚瑷珂, 李景吉, 管磊, 陈晓琴

2011, 13(5): 594-600,610. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00594

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以珠穆朗玛峰国家自然保护区为研究区域,选取2009年23幅MODIS NDVI影像,采用傅里叶变换的HANTS算法去除云干扰,并重构NDVI时间序列图像。(1)根据研究区沼泽湿地与其他地物类型物候特征的差异,利用光谱角制图方法(SAM)获取了研究区2009年沼泽湿地的分布图。研究区沼泽湿地共有2481.13km²,占全区面积的6.88%;其中定日县分布最多,占沼泽湿地总面积的36.85%;其次为定结县、聂拉木县和吉隆县,分别占25.79%、24.5%和12.86%;(2)选用年平均气温的线性变化趋势为自然风险因子,居民点和道路影响为人为风险因子,对研究区沼泽湿地进行退化风险评价,划分为低风险、较低风险、一般风险、较高风险、高风险5个级别,各风险级别沼泽湿地面积占沼泽湿地总面积的比例分别为7.39%、13.61%、24.72%、31.43%、22.84%。

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地球信息综合分析

广佛都市区道路网络与城镇建设用地间的影响分析

刘锐, 何劲, 胡伟平

2011, 13(5): 601-610. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00601

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采用1957与1982年的地形图和1995与2008年两时相的卫星影像提取城镇建设用地信息,运用ArcGIS建立广佛都市区路网与建设用地数据库。采用相关性分析方法,定量地分析广佛都市区道路密度与建设用地之间的影响。结果表明,道路密度和城镇建设用地比重两个变量系数之间呈高度的线性正相关关系,不同年份区镇的道路密度与城镇建设用地具有相互影响关系。道路密度高的区域一般对应城镇建设用地密集的区域,道路密度发展快的区域一般对应城镇建设用地扩展快的区域。从1957-1982年和1982-1995年两个时期来看,道路发展较快分区要多于城镇建设用地扩展较快的分区,城镇建设用地的扩展稍滞后于道路发展,城镇建设用地的扩展受道路发展的影响。1995-2008年时期城镇建设用地迅速发展,较快发展的分区明显多于道路发展较快的分区,城镇建设用地的扩展也反作用于道路的发展。

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地理信息系统技术与应用

地理信息产权在地理信息共享中的地位

曹彦荣, 闾国年, 吴平生, 何建邦

2011, 13(5): 611-616. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00611

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地理信息资源共享是随着人类文明的诞生而出现的,自古以来人们都在共享他人的信息。目前,地理信息共享主要指在信息技术与网络技术条件下地理信息的共享,它是一个复杂的交流工程,要解决技术、标准和管理等一系列的共享环境问题。地理信息共享涉及国家的经济、政治与军事等诸多领域。共享的根本目的是为最大程度地利用资源,其利用的基本途径有:一是增加可利用信息的数量,提高其质量;二是加快信息利用速率。如何疏通这两条途径:一方靣依靠科学技术,降低对信息的认识与利用的不确定性,即按客观规律来认识与利用信息;另一方面是管理,即将能正确反映客观规律的认识提升为管理规则,作为人们认识与应用的指南。所有这些认识与应用的共享行为都是由人来完成的,而人们的行为也遵循经济规律与社会发展规律。当今产权理论的核心内容,就是鼓励人们去认识与应用客观事物,以便把资源最大程度转化为社会财富。为此,本文分析了地理信息共享的定义与目的,提出了地理信息共享是一个由地理信息、技术、规则所组成的系统,最后分析了产权在共享中的地位。

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地理信息系统技术与应用

地理数据共享效应的评价方法与应用

黄丽, 周卫, 王芙蓉

2011, 13(5): 617-622. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00617

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地理数据的信息共享具有重要性、基础性与公益性等特征。本文针对现有地理数据共享效应的评价研究较为薄弱的现状,提出一种面向用户的地理数据共享评价策略。该方法设计了影响共享评价的指标因子,以共享范围、共享质量、社会效益、经济效益、数据安全性,以及共享服务作为一级因子,并在一级因子下建立二级因子。鉴此,分别采用层次分析法、专家咨询法构造判别矩阵,计算因子权重,利用缺陷扣分法与指标得分标准化的方法计算因子得分,同时采用加权求和法计算单用户共享评价得分,并综合各用户的评价得分获得该共享评价结果。本文以政务版电子地图数据为例,运用本方法进行数据共享评价,并编程实现了该功能。本方法有助于提高数据共享质量,促进数据共享。

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地理信息系统技术与应用

移动环境地图自动综合系统设计与实现

沈婕

2011, 13(5): 623-629. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00623

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地图自动综合的研究随着地图与地理信息系统科学的发展不断深入,从早期的地图目标几何量测与图形简化至制图综合知识的运用、制图综合方法评价与集成、乃至在线综合与综合服务的出现。本文针对当前移动地理信息服务对地图随时、随地为所有人和所有事提供实时服务的要求,主要探讨了移动环境中地图自动综合的概念、特征与系统架构等相关理论与技术方法。本文首先从广义的角度阐述了地图自动综合所处的移动环境,并提出其至少由计算环境、表达环境、传输环境和应用环境4个部分组成,并指出制图综合在这几个方面与传统环境的差别。进一步从制图综合基本问题出发,阐述了移动环境地图自动综合的概念。考虑用户的移动性,从制图综合发生机制、地图认知、地图信息传输等方面分析了移动环境地图自动综合的特征,主要包括制图综合范围、综合交互、综合约束、综合效率、综合表达等方面。基于OpenGIS的服务架构,扩展了移动GIS通用的Client-Server架构,设计了移动环境制图自动综合的系统架构,并分析了该系统中客户端和服务器端的功能。本文采用PostgreSQL/PostGIS作为空间数据库管理系统,在JUMP环境中,基于JTS实现了部分制图综合算法,并实现了GML和SVG的移动地图显示。最后,以南京市湖南路商业区居民地数据为例,实现了移动环境中的不同层次的居民地简化。

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地理信息系统技术与应用

面向物流的空间信息Web服务集成研究

肖桂荣, 聂乔, 吴升

2011, 13(5): 630-636. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00630

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本文针对物流空间信息Web服务所涉及的服务获取、集成和应用等主要问题,以OGC Web 服务框架为基础,将空间信息服务延伸到物流领域,建立了物流空间信息服务集成体系结构和Web服务的集成模式,明确了物流空间信息服务体系的构成要素及其内在关系。在此基础上,扩展和细化了物流空间信息的服务元素,设计了Petri网的服务组合模型和面向物流的空间信息Web服务引擎LogisticsWeb,提出一种新的物流空间信息服务的动态访问、实时获取与协同集成的解决方案。最后,以Web服务的集成模式,开发了相应的服务引擎和软件系统,有效地实现了物流空间信息服务的协同集成和动态组合,充分体现了将空间信息服务与物流管理融合的实践意义。

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地理信息系统技术与应用

街区突发性泄漏的气体扩散过程仿真技术的集成试验

江辉仙, 黄达沧, 林广发

2011, 13(5): 637-643. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00637

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突发性泄漏事故已成为我国城市公共安全的一个潜在威胁。本文以福建省福州市某街区为案例,采用高分辨率遥感影像、各种敏感目标和人口的分布信息等空间数据,利用事件触发机制,建立基础数据库与虚拟现实仿真试验平台。针对威胁城市公共安全的突发性泄漏事故,选择一种适合城市街区尺度的点源气体扩散模型与GIS集成,以构建泄漏气体扩散的三维时空仿真模型;模拟泄漏气体的扩散范围,以便实时监测污染可能影响区域并进行数据解读分析,进而虚拟推演突发事故对公众的危害程度及可能的发展趋势;构建突发事件应急辅助决策支持系统。并设计疏散撤离位置与救援路径,优化救援资源配置方案,以实现应急处置向导、应急资源整合与行动协调。这可快速高效地为城市突发性泄漏污染事故的模拟、应急救援提供数据验证和决策辅助支持,同时,也为完善我国突发性公共事件的应急管理体系和特大灾害的风险管理体制提供借鉴。

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地理信息系统技术与应用

基于ArcGIS Engine的旅游流时空分析系统设计与应用

吴敏睫, 袁林旺, 俞肇元, 李玉, 黄震方

2011, 13(5): 644-650. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00644

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针对现有旅游流研究所面临的数据来源多样复杂、理论及模型分布分散、过程特征解析及重建复杂,以及表达困难等问题,以ArcGIS Engine为开发平台,从时空特征分析入手,构建适用于旅游流表达与分析的多源时空数据组织与存储体系,实现多源研究数据的整合与集成。同时设计了旅游流时空分析的模型集成框架,集成典型分析模型,实现了旅游流时空特征、过程,以及相互作用分析与可视化表达。另构建可反映旅游流研究思路与流程的旅游流时空特征解析与表达系统,并以江苏省13个地级市的旅游流为例进行实证分析。结果显示:本文所构建的系统可揭示旅游流及其相关要素的时空演化特征与相互作用关系,并能实现旅游流时空特征与过程解析结果的可视化表达。

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遥感技术与应用

局部SVT算法的遥感反演场数据恢复实验分析

平博, 苏奋振, 周成虎, 高义

2011, 13(5): 651-655. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00651

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遥感反演场数据会由于云雾、地物的遮挡,传感器性能等原因造成部分区域数据的缺失而影响遥感反演场数据的应用。矩阵填充理论针对低秩矩阵,利用矩阵的低秩性,即数据的高相关性,可以高精度地对低秩矩阵中的缺值数值进行恢复,其中矩阵填充理论中的SVT(Singular Value Thresholding)算法可以对矩阵中缺失数值进行快速、高精度的估计,应用广泛。本文应用矩阵填充理论的SVT算法,以缺值点为中心,方差最小作为窗口尺度选择的标准,这样可以保证区域数据的高相关性,建立局部窗口,对窗口进行SVT算法填充。本文也针对相同缺值区域进行了距离反比加权插值、Kriging插值法插值和整体SVT算法插值,整体SVT算法插值即并未对缺值点进行相关性窗口判断,而是直接对整个区域进行SVT填充。并对这几种方法的精度进行比较,得到局部SVT算法的精度相比整体SVT算法和距离反比加权插值算法的精度要高,与Kriging算法相比,其精度变化趋势相似,在锋面区域局部SVT算法精度比Kriging方法要高。

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遥感技术与应用

卫星影像数据构建山地植被指数与应用分析

吴志杰, 徐涵秋

2011, 13(5): 656-664. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00656

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本研究以Landsat影像为数据源,在分析复杂地形山地植被在阳坡和阴坡反射率差异特征的基础上,提出一种归一化差值山地植被指数NDMVI (Normalized Difference Mountain Vegetation Index)。该指数模型无需辅助数据(如DEM)的支持,通过同时降低近红外波段(TM4)和红光波段(TM3)反射率的方法来消除或抑制地形的影响,具有较强的可操作性。研究表明:NDMVI与太阳入射角余弦值(cos i)的相关性相当小,对地形起伏变化表现不敏感,可有效消除或抑制地形的影响;比NDVI值动态变化范围更宽,对地物有更强的遥感识别能力;该模型抑制地形影响的效果比用C校正模型的效果更佳,不会出现过度校正的问题。

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遥感技术与应用

2001-2010年蒙古国MODIS-NDVI时空变化监测分析

王蕊, 李虎

2011, 13(5): 665-671. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00667

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利用2001-2010年的空间分辨率为1km的MODIS-NDVI数据,以蒙古国为研究区域,利用最大值合成法、均值法与差值法、一元线性回归等方法,分析了不同季节下植被覆盖的年内变化、年际变化与波动趋势、空间变化特征。结果表明:MODIS-NDVI对植被的生长变化具有较高的敏感度,可有效应用于植被生态的评估和监测;蒙古国植被季相变化明显,夏秋季植被生长旺盛;近10年里,春季的植被以波动退化为主要趋势,夏季保持稳定,秋、冬季则在波动中趋向改善;前5年的植被变化幅度较小,后5年的植被变化幅度显著,总体上改善幅度略大于退化幅度;蒙古国的植被覆盖在近10年里,呈现出总体保持稳定、局部轻微改善的趋势;从空间上分布看,稳定区分布广泛,改善区主要分布在东部,退化区主要分布在中部。根据以上研究结论,可以看出:蒙古国近几年的植被覆盖变化趋于平缓,并在东部地区呈现轻微的改善趋势,说明该国东部地区加强防治措施初见成效。但与此同时,蒙古国的中部地区出现植被略微退化的趋势,也应引起我国生态环境防治方面的关注。

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遥感技术与应用

宏观生态环境遥感监测系统总体设计与关键技术

王勇, 庄大方, 徐新良, 江东

2011, 13(5): 672-678. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00672

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宏观生态环境遥感监测系统是基于环境遥感监测应用技术的软件实现。本文重点介绍了宏观生态环境遥感监测系统的总体结构设计、业务流程设计和核心功能设计,以及模型转换与实现技术、实时投影转换技术与以文件和数据库相结合的数据管理技术、基于XML的数据实时交换技术、产品自动化生产技术等关键技术,并给出了系统的应用实例。系统应用结果表明,该系统符合我国宏观生态环境遥感监测业务应用模式,提高了环保部门生态环境遥感常规模式下的监测水平和紧急模式下的应急监测能力,将会在宏观生态环境遥感监测和评价服务中发挥重要的作用。

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遥感技术与应用

基于组件技术的地表蒸散发遥感监测系统设计与应用

钱志奇, 张友静, 邓世赞, 房莹莹, 陈晨

2011, 13(5): 679-686. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00679

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针对遥感模型与水热模型集成应用的需求,以C#语言结合ENVI/IDL和ArcGIS Engine混合编程技术,设计开发了地表蒸散发遥感监测系统的基本流程,对系统数据库设计及遥感模型与水热模型集成模式进行了研究,研发了单元蒸散发参数反演与结果校验功能,实现了遥感模型与水热模型的集成应用。系统对黄河三花间流域以MODIS遥感影像数据进行实验,很好地实现了地表蒸散发参数反演与校验功能,完成了蒸散发反演结果在时间与空间尺度上的扩展。实验结果表明,该系统人机交互友好、执行时间短、效率高,不仅独立完成了对部分地表蒸散发参数的提取任务,利用其蒸散发批处理功能,可有效地解决常用遥感软件在地表蒸散发反演过程中专题信息提取过程复杂繁琐的难点,具有较高的实用价值。

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模型与算法应用

混合光谱分解算法的太湖水体组分浓度反演分析

陆超平, 吕恒, 李云梅

2011, 13(5): 687-694. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00687

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二类水体组份的遥感定量反演一直是水色遥感的难点和热点问题,原因在于其水体组分(纯水、叶绿素、悬浮物及CDOM)之间复杂的相互作用。本文引入光谱分解算法,通过Hydrolight软件模拟叶绿素、悬浮物和CDOM的标准反射率光谱,解决光谱分解算法中"纯端元"难以获取的问题。在此基础上建立了二类水体组分光谱分解反演模型。模型表明,光谱分解系数之间有很强的独立性,能够作为独立变量估算对应组分浓度。对光谱分解建模数据建立波段比值模型,用不同时期的同步实测数据,对光谱分解算法和比值模型进行比较验证,结果表明,光谱分解模型和波段比值模型的悬浮物反演平均相对误差分别为:22.4%和37.7%。验证结果:光谱分解算法相对于传统的经验模型,具有一定的季节通用性。叶绿素浓度估算模型的平均相对误差为31.7%,反演精度不高。其因是由于叶绿素浓度相对于非藻类悬浮物浓度过低,平均浓度分别为17.3μg/L和78.6mg/L,叶绿素的光谱信息在一定程度上被高悬浮物掩盖。

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模型与算法应用

土地利用/土地覆被变化CLUE-S模型与应用分析——以扬州市为例

唐智华, 朱现龙, 李成

2011, 13(5): 695-700. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00695

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本文以扬州市市辖区为例,利用2001年的ETM影像与2007年的ALOS影像两期遥感数据,采用面向对象的信息提取方法,获取了扬州市2001年与2007年两期土地利用空间分布图。在此基础上,研究了CLUE-S模型的原理及CLUE-S模型的应用;探讨了CLUE-S模型所需数据、驱动因子选取、模拟参数设置、模拟结果获取等,进而运用CLUE-S模型,以2001年土地利用分布图为模型输入数据,模拟预测了扬州市2002-2007年的土地利用空间分布格局;最后,利用面向对象方法所获取的2007年土地利用空间分布图,对2007年的模拟结果进行了检验,研究分析CLUE-S模型的可应用性。结果显示,CLUE-S模型可以较好地模拟较小尺度区域城市空间发展分布格局,能为较小尺度城市的发展规划提供指导,是值得推广应用的土地利用与土地覆被变化模型。

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模型与算法应用

线状空间数据传输的几何相似性度量算法与实验分析

孙金礼, 陈杰, 邓敏

2011, 13(5): 701-706. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00701

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同一地物在不同比例尺或者不同来源的地图上通常存在着相似性,对于图形几何形似性度量方法的研究有利于地图编制、查询、匹配、更新。线状地物要素在地图中占有很大的比例,因此,本文以线状空间目标为例,在前人的基础上给出了线状空间数据的几何图形相似性度量模型:(1)以差异距离作为相似性特征的位置相似度;(2)以分形维数作为相似性特征的形状相似度;(3)以长度或者周长作为相似性特征的大小相似度。相对于(3)大小相似度而言,(1)位置相似度、(2)形状相似度综合考虑了几何图形整体统计的方法和局部几何特征结构。完成多尺度传输的线状空间数据几何相似性度量实验,并对数据传输量与几何相似性度量方法进行比较,实验结果表明:基于广义Hausdorff距离模型的中位数Hausdorff距离的位置相似性对于空间数据渐进性传输具有稳定性和可行性。最后,总结了本文的研究成果,并展望了该方向进一步研究的若干问题。

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模型与算法应用

基于CUDA的IDW并行算法及其实验分析

刘二永, 汪云甲

2011, 13(5): 707-710. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2011.00709

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近些年来,空间数据获取技术得到了迅猛的提高,例如LIDAR, 通常可以产生成千上万个点,这对计算机的处理能力提出了挑战。最近,图形处理器(GPU)的计算能力得到了巨大的提升,致使GPU的通用计算引起了关注。GPU是流处理器的集合,最近的设备的流处理器超过240个,浮点峰值比CPU快10多倍。在GPU上编程和编译的环境称计算统一设备架构(CUDA),它提供了可以简单生成并行代码的途径。基于CUDA的并行计算,在很多领域得到了应用,但是在空间插值方面应用较少。反距离权插值(IDW)算法,因容易计算,在空间插值中经常被使用。然而,当维数增加时,提升计算时间是紧要的,故本文提出CUDA的IDW并行算法。并在相同的条件下,对比CUDA和CPU的算法的运行时间,数值实验表明,CUDA算法的运行速度是CPU算法的6倍左右。

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