随着对地观测技术的发展,地学传感器种类与数量日益增加,为了高效管理对地观测传感网中的传感器资源,以及分析对地观测应急事件的特点和传感器应急观测规划的需求,本文提出面向应急观测规划的对地观测传感器资源集成管理方法。其包括对地观测传感器信息资源组织与索引、天基传感器对地观测覆盖计算、面向应急协同观测的元数据查询设计。鉴此,本文以Java平台和传感网信息模型规范SensorML为基础,设计并实现了面向应急观测规划的对地观测传感器集成管理工具GeoSensorQuery。最后,以长江流域中游洪涝监测传感器规划为例,验证了本文方法的可行性。
双重空间聚类是能顾及空间连续性和属性相似性的空间数据分析,而常规空间聚类算法难以同时顾及2方面的约束条件。本文采用自组织双重空间聚类算法,对城市扩张结构分析进行了研究。通过改造自组织特征映射的最佳匹配神经元搜索的算法机制,在空间域和属性域进行迭代聚类搜索,实现了自组织双重空间聚类。以武汉市扩张斑块的位置信息和扩张程度指数为输入数据,使用自组织双重空间聚类算法,实现了城市扩张动态结构的识别。自组织双重空间聚类算法使得聚类结果,既在空间域上连续,又在属性域上相近,算法过程具有自组织性,减少了人为影响。
我国洪涝灾害频发且危害巨大,为有效防灾、减灾和救灾,需建立洪涝灾害事件信息模型,表示和共享洪涝灾害信息。然而,目前事件信息模型主要是表示静态信息,缺乏对洪涝灾害事件动态过程的表示。本文从观测角度出发,建立顾及洪涝灾害事件阶段和动态过程的洪涝灾害事件信息模型。围绕洪涝灾害事件信息模型,提出了10类需建模的元素,并以MOF（Meta Object Facility）建模框架构建了十元组模型,通过映射方法实现模型编码方案与事件模式语言的映射。最后,以2010年梁子湖洪涝灾害模拟为例,开展了模型分阶段建立过程实验。结果表明,本文提出的模型能表示洪涝灾害事件的动态信息和实现洪涝灾害事件的动态建模。
格网化人口分布数据比行政单元人口密度数据更易直观表达人口的真实分布状况。本文面向人口格网化管理的区域发展需求,以延安市为研究对象,基于增强居民地空间分布及其内部结构信息的理念,利用乡镇界线和乡镇级人口统计数据为输入控制单元,以土地利用数据、居民点信息、DEM、夜晚灯光数据等多源信息为指示因子,采用多元回归建模方法获得了延安市2010年100 m格网人口分布数据。结果表明,本文采用的人口格网化建模方法最终模型选用变量数少,决定系数（R2）达到0.872。最终模型在用于验证的24个乡镇中,有18个乡镇的估计人口数与统计值误差绝对值小于10%。分析认为,该建模策略结果可信,多源的人口分布指示信息在人口格网化方法上明显优于单独的土地利用数据方法。本文获得的100 m格网延安市人口数据格网化结果,显著增强了人口空间分布的细节信息,对于县市一级的人口数据格网化具有借鉴意义。
为揭示土地利用空间格局的动态变化,本文基于土地利用转移矩阵,从类型间的空间转移过程出发,构建了置换变化与代换变化的计算模型,并对其2种变化进行了分析。置换变化是2种类型之间以相同面积发生空间位置的置换过程,且各种类型的数量结构保持不变;代换变化则是所研究类型的数量结构保持不变,而与之转换的其他类型数量上的增加或减少;从而将单一类型的总变化进一步细分为置换变化、代换变化与净变化。以晋江流域1985年与2006年2期土地利用格局的变化为例进行分析,结果显示：在1985-2006年间,晋江流域的土地利用空间格局发生了显著变化;园地、建设用地、未利用地呈现扩张态势,草地与旱地呈现萎缩变化,水域变化不大;这6种地类的交换变化面积相对较少,以置换变化为主。水田与林地则主要表现为空间位置的交换变化,其中,水田呈现出与林地、旱地2种类型之间的置换变化,而林地则主要是园地-林地与林地-草地这2对类型间的代换变化。结果表明,通过置换变化与代换变化的分析,更细化了各种类型之间的动态变化过程。
虚拟植物是一种潜在、有力的植物分析辅助工具,而单株木生长模拟是森林生态系统模拟的基础。为了动态模拟杉木生长发育过程,提出了参数化单株木三维形态结构建模和与距离无关的单木生长模型的集成方法,其主要过程为：首先,根据杉木的形态结构特征,采用参数化建模方法建立特定生长阶段的三维静态模型;其次,根据生长模型预测不同年龄杉木的树高、胸径、枝下高和分枝轮数,并与树木三维静态模型几何描述参数建立联动;最后,采用参数曲线调整干径和枝径变化、枝条长度、分枝角等形态结构参数,使模型形态随树龄增长而变化。在自主研发的ParaTree系统上,扩展杉木动态生长模拟模块,并以福建省漳平五一林场的二类调查数据为例,动态模拟了杉木的生长过程。模拟结果表明,本方法可直观表达林分中林木个体平均生长状况和大体形态结构特征。树木三维模型描述参数与传统树木统计生长模型结合,有利于重用林业领域淀积大量的生长模型。
本文在分析嵌入式环境下平台差异和计算、存储与显示等资源有限对数字地图可视化限制性的基础上,基于中间件思想,提出了跨嵌入式操作系统平台的数字地图可视化中间件EMD_MW（Embedded Map Display_MiddleWare）,设计了操作系统抽象层、服务框架层和功能层中间件体系结构。利用操作系统抽象层,提取与数字地图可视化相关的操作系统消息转发和图形图像绘制接口进行抽象,屏蔽了不同嵌入式操作系统之间的异构性;利用服务框架层屏蔽了数据存储差异性,扩展了基本图形绘制接口;通过功能层提供数字地图显示各类接口,并详细阐述了EMD_MW的抽象层、服务框架和功能层的设计和实现,给出了基于EMD_MW的几种工程应用。本文设计的跨平台嵌入式数字地图可视化中间件,已在多个嵌入式地理信息应用系统中得到检验,表明该中间件具有良好的跨平台特性,较好地解决了不同嵌入式平台下的数字地图显示问题。
近30 a来,中国城市规模体系发生了重大变化,突出表现在人口城市化、用地城市化和经济城市化方面。利用GIS平台,综合城市常住人口、建成区面积和经济总量等因素构建Zipf-PLE模型,以全国县级以上城市为研究对象,对中国城市规模体系的空间格局进行了深入研究。结果显示：（1）2010年,中国城市规模体系等级健全且成熟,呈现“中间略大、底端偏小”的较为合理的金字塔格局。其中,西部地区城市规模体系结构最为合理,呈现出“底端大,顶端小”的金字塔格局;东部地区城市体系等级比较健全,中等城市最多,呈现“中间大,两端小”的金字塔格局;中部地区城市体系等级不全,超大城市缺失,呈现“中底端大,顶端小”的金字塔格局。（2）中国省域城市规模体系是合理的,中等合理以上的省份占90.32%。除直辖市外,全国27个省份中有8个省份城市规模体系趋于分散,19个省份趋于集中。（3）对全国省域城市规模体系进行合理度分区,京、沪、津、渝、新、黑、桂、陕、甘、闽、吉11省市为高合理区;粤、晋、云、湘、贵、辽、赣、苏、浙、川、冀、豫12个省（区）为较高合理区;鄂、鲁、皖为中等合理区;琼、蒙、宁为低合理省区;青、藏为不合理省（区）。
径流节点是一种真实存在于流域单元中的地学实体对象,携带了大量的水文与地貌特征信息。针对当前研究中缺乏定量地度量径流节点所承载的地学特征信息量的相关探讨,本文结合径流节点的已有理论,总结了其地学特征信息,借鉴数学粗集理论提出了径流节点的特征信息指数（FIIRN）,并分析了相关的定义与计算方法。本文以黄土高原的7个典型黄土地貌样区5 m分辨率DEM数据为实验材料,提取了各个实验样区的径流节点,并计算了每个样区的FIIRN指数值。实验结果表明：（1）FIIRN指数可有效地映射流域单元的径流分级、发育状况等地学特征信息;（2）FIIRN指数可定量地表达流域单元的地学特征信息量;（3）FIIRN指数可作为挖掘流域地学特征信息的一个重要参数。
随着越来越多住房可通过网络查询和交易,为住房空间研究提供一个全新数据来源。本文通过对南京搜房网二手房数据挖掘,采用核密度估计空间分析方法,研究南京二手房活跃度的空间特征,重点探讨不同二手房活跃度影响因素,并通过河西、大光路和夫子庙3个案例,实证二手房活跃度的影响机制。研究发现,南京二手房活跃度空间呈现“一心三组团”的结构。二手房活跃度高的地区主要集中在南京市鼓楼区和建邺区;东部玄武高教区、南部江宁二手房活跃度较低,住房空间较为固化,居住空间发展较为成熟。影响二手房活跃度空间差异主要有住房内因和住房外因2个方面。通过多元回归模型分析表明,住房内因的价格、住房层数、绿化率和装修程度和外因的学区、地铁和区域变量显著影响二手房活跃度。居住层数、物业管理费、生活配套设施在活跃度高低2个层面 显著。
评价土地变更调查数据库质量,研究数据库错误产生的原因是变更调查工作中的关键问题。本文采用对比分析法定量分析3年间数据库质量变化,并运用全局Moran's I系数、局部Moran's I系数,从县域尺度分析数据库错误的空间自相关格局,揭示数据库错误空间分布变化和局部异常特征。研究结果表明：(1)从错误数量、缺陷等级、错误分布图层和空间分布方面进行评估,河北省2012年数据库质量相较于2010年和2011年得到明显改善;(2)河北省各区县错误分布保持高度自相关,聚集程度波动变化,而局部显著性异常区域的出现主要源于人为误操作。通过研究数据库质量3年间变化情况及空间分布格局,能客观地评价数据库质量状况,有效地分析错误产生的原因,为新一轮土地变更调查工作提供建设性意见。
遥感影像融合算法,在增强多光谱影像空间分辨率的同时,可实现影像间的信息互补,提高遥感影像的解译能力。异源影像的融合受影像间配准精度及其在时相、空间分辨率和辐射分辨率之间差异的影响,而不同辐射分辨率对异源遥感影像融合所产生的影响及其纠正方法还缺乏深入的研究。为此,本文提出了异源影像融合的辐射分辨率规范化方法。该方法在统一像元值量化区间的基础上,将其乘以相同的比例系数转换到更高的辐射分辨率的量化区间,以减小融合过程由于数据位数取舍而引起的影像信息丢失。研究表明：本文所提出的辐射分辨率规范化方法的取整融合或以实数形式融合,其结果几乎没有差别;而其他转换方法的取整结果均较实型结果差。由于直接采用反射率值进行融合会使其结果产生严重的光谱失真,因此,应采用辐射分辨率规范化方法将反射率值进行转换后再做融合。
姿态颤振是高分辨率卫星普遍存在的复杂现象,随着卫星的复杂性和敏捷性的提高,故其对成像质量的影响机制和相应的探测与补偿方法,成为高分辨率卫星对地观测研究的关键问题。本文介绍了基于遥感影像的卫星颤振探测原理和关键技术,利用传感器的构造特点,通过不同波段的多光谱影像,以及不同视角的全色立体影像间的密集匹配精确量测和获取影像视差差异值,反演卫星姿态颤振的规律和特性,从而对规律性的颤振现象进行建模和补偿。鉴于上述理论,在Visual C++的平台下,研制了卫星颤振探测分析系统,设计了以计算机性能优化的图像分块并行算法。测试结果表明,该软件能有效探测出0.1像元偏移的卫星姿态颤振,并可对规律性颤振进行建模和补偿,有较好的稳定性和并行效率。其已成功应用于资源三号卫星地面应用系统,并可扩展于其他卫星系统的颤振探测分析。
植被遥感监测中长时间序列数据择优的重建方法,已成为当今一个研究热点。本文以东北地区5种主要植被覆盖类型为例,在定性分析TIMESAT提供的3种常用重建方法对EVI（Enhanced Vegetation Index）时序曲线重建效果的基础上,定量对比研究了各方法,对原始高质量EVI点真实值的保真性,及对原始曲线整体特征的保持度。结果表明：S-G（Savitzky-Golay）滤波对原始曲线生长季的峰值及宽度重建效果较好,但容易因过度拟合保留过多噪声,特别是草地和灌丛类型;非对称性高斯函数（AG）和双Logistic曲线（DL）方法相似,对草地、灌丛和耕地的重建结果更接近真实值,但AG拟合对波峰处异常值的处理结果较差,重建后波峰表现低平。3种算法对原始EVI时序数据的保真性和对原始时序数据曲线特征的保持度,都表现出与植被类型分布相关的空间分布格局。分析结果表明,在东北地区,AG算法对草原和灌丛的重建效果最好,DL算法对耕地重建效果最优,S-G算法最适合对落叶阔叶林和落叶针叶林进行重建处理。
地表覆盖数据是研究气候变化、生态环境、地理国情和人文经济等方面不可或缺的基础信息,因此其质量的优劣将直接影响相关决策的可靠性。本文针对我国研制的首套30 m分辨率全球地表覆盖数据产品,通过分析其海量、多维、非均质等空间特点,对传统的制图产品精度评估方法提出了改进：以地表类型进行分层抽样,样本量的计算采用优化模型并以地类所占面积比为权重逐层分配,样本的布设则考虑层内对象之间的空间相关性,在地表数据自然分布的基础上,通过分析空间相关性指数来提高样本的代表性和精度评估结果的可靠性。因此,本文提出针对区域地表覆盖遥感制图产品的空间分层抽样方法,其将精度评估分成抽样方案（样本的定量估计）和布设方案（样本的空间布设）2个部分,并以中国陕西省地表覆盖产品为例进行区域精度评估实验分析,从全区7大类地表类型数据中抽取1467个样本,经过样本检验与精度计算,该区域产品的总体精度为79.96%,Kappa系数为0.74。实验结果表明,本文提出的基于空间抽样的精度评估方法可行可靠,实验区域产品质量较好,并为后续针对全球范围的地表覆盖产品精度评估方法提供了参考。
夜晚灯光数据已被广泛应用于提取城市建成区的研究,由于灯光具有溢出特性,因此确定最佳灯光阈值成为研究热点。本研究中总结4种常用最佳阈值确定方法的特点,并使用Google Earth影像空间比较法,确定夜晚灯光数据提取城市建成区的最佳阈值。由于地形、交通等因素影响城市形态,城市形态影响夜晚灯光数据提取城市建成区的最佳阈值大小,因此,根据城市形态将阈值结果分为2类,并得到块状城市和带状城市建成区的最佳灯光阈值分别为43和 47。Google Earth影像空间比较法与其他方法相比具有不受统计数据限制,以及简易操作等优势,且从形态上对城市建成区提取结果进行空间比较;其次,根据城市形态对最佳阈值结果分类,使不同类型的城市建成区提取结果更准确。该方法适用于在地形复杂、形态多样的大尺度空间中提取城市建成区。
