本文基于2010年Landsat TM/ETM+数据,HJ-1卫星CCD数据,MODIS17A3净初级生产力数据和土壤,气候的地面实测数据,采用以生态系统服务价值为基础的区域差异化生态补偿估算方法,对中国14个集中连片贫困区生态补偿标准进行了估算.研究结果表明,2010年中国14个集中连片贫困区生态系统服务总价值达20 627.4亿元,与同年该区域GDP总量 22 096.2亿元大体相当,在南疆三地州,四省藏区和西藏片区3个西部片区,每年的生态系统服务总价值为GDP总量的2-12倍,这对保障中国生态安全具有重要意义.在14个集中连片特困区,生态补偿所需资金每年约为1971.0亿元,平均每县约为2.9亿元.目前,国家给予的生态补偿资金与此相比严重不足,即使是接受一般性财政转移支付的国家重点生态功能区,其各县市平均每年接受补偿资金也仅为0.94亿元,不到所需金额的1/3.生态补偿资金不足不但给各片区扶贫工作带来巨大压力,也带来了严重的生态风险.因此,生态补偿资金增量的投入可能是解决集中连片特困区贫困问题关键所在,在此增量补偿资金基础上,集中连片特困区可建立以国家购买生态产品为主,开发性扶贫增长为辅的可持续经济增长模式,这可能是彻底解决中国集中连片特困地区贫困问题的基本途径.
实施农村基本公共服务均衡化是当前农村扶贫开发的重要思路和方向之一.本文选取武陵山连片特困区67个扶贫重点县,构建贫困地区农村基本公共服务评价指标体系,采用基于博弈论的主客观权重法,评价研究片区农村基本公共服务综合发展水平,并利用基尼系数与最小方差法从片区-省-县多角度测度研究片区农村基本公共服务维度指标的发展差异,揭示贫困县农村基本公共服务的空间差异特点,为农村基本公共服务资源的均衡化配置决策提供参考.结果表明:(1)片区层面上的农村基本公共服务整体质量不高,呈现出明显的西北高,东南低的态势,片区所辖湖北省和重庆市的整体发展水平较高;(2)片区整体农村公共安全服务维度发展不均衡,县域间存在较大差异,其它维度发展相对较好;(3)发展差异类型上,大多数县市是五维度主导型,麻阳县受双维度支配,德江县和石阡县是七维度联合型.
中国的贫困地区主要分布在山区,山地灾害的多发,易发在某种程度上成为制约贫困地区经济发展的因素之一.目前,山地灾害的研究集中于动力学研究,缺乏风险尤其是灾害致使贫困风险的研究.本文对山地灾害特有灾害与一般地质灾害的概念进行了区分;根据贫困的内涵与可量测性,定义了山地灾害的贫困脆弱性及山地灾害致贫风险;以贫困脆弱性分布和灾害危险性分布,构建区域山地灾害致贫风险评价模型,并基于此模型对少数民族特困地区--湖北省恩施土家族苗族自治州(简称恩施州)进行应用研究.在示例分析中,首先利用确定性系数模型和频率比例法对山地灾害的危险性进行了评价;然后,从暴露性和应对能力2个方面选取了经济,社会及自然指标,以进行脆弱性评价;最后,利用通用灾害风险评价公式对研究区由于山地灾害导致的贫困风险在空间的分布进行评价,得到了研究区的山地灾害致贫风险分布与分级图.
本文依据武陵山区遥感调查数据及社会经济统计数据,运用灰色关联度模型计算2000年和2010年生态安全综合指数,并对研究区生态安全综合指数的时空演变特征进行分析.结果表明:(1)2000年研究区生态安全综合指数处于Ⅲ级临界安全和Ⅱ级较差安全水平,2010年生态安全综合指数整体处于Ⅲ级临界安全水平之上;(2)2期Moran's I指数分别为0.3828及0.4411,P值均小于0.01,生态安全综合指数在空间上表现出较强正相关,存在空间聚集性,且2010年聚集性更强;(3)武陵山区2期生态安全综合指数空间分布出现较大变化,且都呈现高值,低值聚集;(4)生态安全综合指数与扶贫人口比例及森林覆盖率呈正相关,与农民人均纯收入没有必然的联系.
在压力-状态-响应(Pressure-State-Response, PSR)模型确立指标体系的基础上,采用灰色关联度分析和熵值赋权相结合的方法,测算出2012年内蒙古贫困地区生态安全综合,压力,状态和响应指数,对研究区生态安全状况进行综合评价;并利用地理空间分析方法和空间分析软件GeoDA对生态安全综合状况进行空间相关性分析,同时结合研究区自然地理特征和社会经济状况,对其生态安全空间格局特征及成因进行诊断性分析.研究发现:(1) 内蒙古贫困地区生态安全水平整体处于一般状态,等级布局具有大聚集,小分散的特点;(2) 生态安全状况分布并非完全随机性,而是表现出空间相似值之间的空间聚集,具有正相关性;(3) 生态安全等级分布状况呈现出区域分异的特点,总体表现为内蒙古西部和东部贫困地区处于一般状态,而中部贫困地区生态安全水平整体处于良好状态,区域内部生态安全水平具有明显的县域差异;(4) 生态安全水平较好的县域和生态安全处于一般水平的县域,压力,状态,响应指标方面差距明显,且影响因素各异.
本文以武陵山贫困片区为研究区,构建扶贫成效评价指标体系,采用层次分析法(AHP)法确定指标权重,并通过综合评价法计算2010-2012年各区县3期扶贫成效综合指数;在扶贫成效评价结果的基础上,采用空间自相关方法进行空间格局分析,探究武陵山区近年来扶贫成效空间格局特征及成因.结果表明:(1) 武陵山片区扶贫成效空间分布基本呈现省内聚集的态势,总体表现为"北部高,中部低"的分布特征;(2) 扶贫成效的空间格局具有明显的地区差异,渝东南地区3期扶贫成效好,且具有稳定的中等增速;铜仁地区虽然经济社会发展基础薄弱且3期扶贫成效不高,但增速最大;鄂西南地区3期扶贫成效及增速均较好;湘西地区3期扶贫成效较差且增速缓慢,因此日后应更关注该地区的扶贫工作开展.
湖北省恩施土家族苗族自治州(简称恩施州)地处中国14个集中连片特困区之一的武陵山区内,州内少数民族聚居多,贫困人口分布广,地质灾害频发,"因灾致贫,因灾返贫"现象较为突出.本文根据灾害系统学原理和灾害风险分析理论,综合考虑恩施州降雨诱发型地质灾害的致灾因子,孕灾环境和承灾体,构建了降雨诱发型地质灾害风险评价指标体系,基于灾害系统学原理的风险评估模型,对该区的降雨诱发型地质灾害风险进行评估.主要结论如下:(1)降雨诱发型地质灾害的诱发因子为强降雨,恩施州降水丰沛,恩施市中部与鹤峰县东南部属于致灾因子高危险性区域;(2)选取地形地貌,基础地质,水文条件,人类工程活动等孕灾环境要素,耦合信息量法和层次分析法,构建恩施州孕灾环境敏感性评价指标体系,结果表明恩施州孕灾环境敏感性较高,高区域主要分布在巴东县,恩施市和鹤峰县;(3)选取工程建筑,居民人口,社会经济,耕地等承灾体进行脆弱性评估,结果表明承灾体脆弱性较高区域与人口集中地区在空间上重合,利川市和来凤县有更多的高脆弱性区域;(4)综上可知,恩施州的降雨诱发型地质灾害风险总体较高,其较高,高风险区域主要分布在巴东县和恩施市.
针对贫困区生态环境与资源的地表覆盖精细化调查需求,本文利用高分辨率遥感影像开展了土地覆盖信息提取的方法和应用研究.重点分析了高分辨率影像均值漂移分割,多特征提取与分析,对象级样本采集以及监督分类等技术,并综合实现了流程化的对象级土地覆盖分类.结果表明,本文串联的高分辨率影像分类技术能生成较精细的土地覆盖专题图,可及时为贫困区生态资源环境评价,碳核算等应用提供较可靠的地表覆盖数据.
应急疏散是救灾工作的重要环节,合理的路径规划能有效缩短疏散时间,减少人员伤亡.本文以疏散总时间最短为目标,考虑需求控制,容量限制,交通延误,公平分配和资源节约等约束条件,对经典Dijkstra算法进行改进;并采用混合拆分疏散方法,构建洪灾避难应急疏散路径规划模型.运用C#语言编写算法,求解最佳路径,基于自主开发的应急疏散分析工具MiniGIS,对规划路径进行动态模拟,依据反馈逐次优化算法.结果表明:理想算法,延时-改进算法,逆行-改进算法均能为县域尺度的洪灾避难疏散路径选择提供参考,但理想算法适用于组织简单,高度有序的疏散情景,延时-改进算法考虑了除交通拥堵之外的延误,与真实情况更为接近,逆行-改进算法避免了因中途路径调整而出现的"回头路",在时间最短次优的条件下,更有利于疏散过程管理与资源节约,其结果被认为是此次应急疏散路径规划的最优解.
针对目前DEM完整性认证的需求,以及相关认证方法的欠缺,基于脆弱水印技术提出了一种充分顾及DEM地形特征的完整性认证算法.本文对DEM数据进行特征分析,进而提出与其相适应的脆弱水印技术的特殊要求.为了减少水印嵌入对载体数据的影响,在脆弱水印嵌入过程中,首先,提取DEM数据特征线,并依此将数据分为特征区域和非特征区域2部分;然后,根据特征区域的栅格数和水印序列段生成脆弱水印,并以LSB位平面替换的方法,将水印信息嵌入到非特征区域部分.在完整性认证过程中,同样提取DEM数据的特征区域,将重新生成的水印信息与提取的水印信息进行对比,从而判断数据的完整性.算法实验结果表明,其能有效认证DEM数据的完整性,对数据影响较小,且算法安全性和适用性较强.
精确的三维道路信息,对于交通运输,城市规划,道路网建设,三维道路建模等具有重要意义.车载移动测量系统作为一项高新测绘技术能快速,准确地获取三维激光点云,适用于大场景的道路提取与建模.本文提出了一种从车载激光点云中快速精细化提取三维道路及其边界的方法.该方法首先利用车载激光点云的空间特征对点云进行自适应分段,然后利用先验知识与规则提取候选的道路及其边界,并根据道路边界的线状特征,对所提取的道路边界进行跟踪及矢量化,最后得到道路的参数.为了验证本方法的有效性,试验采用了3组不同道路场景的数据进行验证,结果表明提取结果的准确度,完整度及检测质量都达到了90%以上.定量与定性的结果分析表明,本文方法对于不同复杂场景下不同点密度的数据具有很好的适应性,能快速,鲁棒地提取大场景内的道路及其边界.
纹理分析方法在宏观地形特征分析方面具有较大的优势与潜力,但当前缺少对DEM与影像数据纹理特征差异的系统分析研究.本文采用灰度共生矩阵为纹理量化模型,选取了8个不同地貌单元的样本数据,对DEM和遥感影像2类数据的纹理进行了特征值对比分析,纹理特征稳定性分析,纹理特征组间差异性分析.实验结果表明,在所测试的二阶角矩,对比度,方差,熵4个纹理指标中,DEM和影像的对比度特征值间具有显著的相关性;通过不同地貌样区纹理特征值对比分析发现,DEM数据在地形起伏较大区域纹理特征更为明显,遥感影像数据则受地表覆盖物影响较大;从地形特征的稳定性角度分析,DEM数据在丘陵和山地分析有优势,影像数据则在平原和台地分析表现更好;从地形特征差异性角度分析,DEM数据要优于影像数据.进一步采用光照模拟和坡度数据以增加DEM纹理信息,研究结果表明,DEM派生的2类数据在地形量化差异性方面改进明显,并大大优于影像数据.
为了在较少地类的基础上,深入研究土地利用变化过程,可把较多的地类合并成较少的具有重要变化特征的地类.本文运用基于行为聚类的方法,将净增加和净增加的地类合并或净减少和净减少的地类合并,但不能将净增加和净减少的地类合并.主要分为3个阶段实现:第1个阶段是完全不变阶段,聚类结果是形成综合的完全不变地类;第2个阶段是完全减少和完全增加阶段,该阶段将完全减少地类和完全增加地类分别进行合并;第3个阶段是转变阶段,该阶段计算了每一对有相同净变化方向地类的相互转变信息.基于行为聚类的算法在每一步的计算过程中都会保留净变化面积为常数,转变变化面积保留最大化.本文对3个聚类原则进行了数学证明,定义了6种聚类行为,以云南省土地利用分类体系为例,从面积变化和强度变化2个角度阐述了行为聚类方法的可行性和优势性.最后,与刘纪远等建立的土地利用遥感监测分类系统进行比较,结果表明:行为聚类算法聚类到9种类型时,类型总变化面积达到5.10%,比原始类型的总变化面积下降了0.06%;而基于遥感监测分类系统的6个一级分类将总变化减少至4.7%,与聚类算法比较,总变化面积减少了0.4%.实践证明,行为聚类的算法可更好地保留土地利用动态变化信息,证明了该聚类方法的有效性.
目前三维建筑模型已广泛应用于城市规划,导航和虚拟地理环境等领域.不同细节的模型是LOD( Level of detail )技术的基础,由于三维模型的生产成本高昂,模型自动化简逐渐引起了学者的关注.三维模型化简包括单模型化简和多模型综合2方面,目前单个模型的化简研究比较多,而模型群组综合的研究仍然处于起步阶段.本文主要研究模型群组的聚类综合,提出一种基于房屋轮廓与纹理的分层次聚类算法:首先,基于房屋的底面轮廓构建约束Delaunay三角网,以道路为基准对三角网进行划分,通过可视分析构建初始的邻接图,使建筑群组分类符合城市形态学;其次,将房屋纹理引入三维模型群聚类的过程,使用SOM( Self-organizing Map )智能分类算法对纹理进行分析,然后分割邻接图;最后,以最邻近距离对邻接图构造最小生成树,并进行线性检测,将离散的建筑合并到已聚类的群组中,最终完成模型的合并.本文利用纹理辅助轮廓特征,实现三维建筑模型的聚类,符合人类的视觉习惯,实验结果证明了本文方法的有效性.
快速准确地获取土地利用/覆被信息是遥感领域研究的一个热点课题.本文用5种决策树分类器及MISR多角度数据,对塔里木河下游地区进行土地覆被分类研究.通过对不同波段和观测角数据组合形成的6个数据集进行分类比较发现:(1)无论使用哪种分类器,相比于天底角观测方式,多角度观测都能获得更高的分类精度,特别是能显著提高灌木,林地和草地类型的分类精度,说明多角度观测能有效地反映地物的反射异质性信息,更好地区分地物.(2)与MLC分类法相比,决策树算法的分类精度更高,特别是随机森林和C 5.0方法最为突出,说明决策树的分类能力要优于MLC法.使用多角度数据集时,这种差别更明显,说明决策树能更有效地利用多角度信息.(3)4种决策树算法(J48,Random Forest,LMT,C 5.0)使用近红外波段的分类效果好于使用红光波段的分类效果,说明近红外波段能提供更多的地物反射异质性信息.
建筑物是城市地理数据库中最容易发生变化和最需要更新的部分,其更新工作量巨大,因此开展对高分辨率遥感影像中的建筑物进行自动提取和变化检测研究具有重要的意义.本文以精确提取变化建筑物的位置和轮廓为目标,基于图分割提出一种高分辨率遥感影像建筑物变化检测方法.首先,将遥感影像中的每个像元映射成图的顶点,利用像元之间的距离阈值构造图的边,综合利用位置,灰度和边缘3种特征计算边的权值,将遥感影像的分割转化为图的分割,并用归一化图分割方法得到分割对象集合;然后,以长宽比和矩形度作为约束条件,对2期遥感影像中的分割对象集合进行筛选,提取建筑物对象;最后,根据2期影像中建筑物之间的空间,面积和格局关系识别建筑物的变化类型(包括新增,消失和改建),并对其进行可视化表达.为了验证本文方法的有效性,分别以深圳市的WorldView影像和北京市的QuickBird全色影像为数据源,从中选取13组具有代表性的子影像进行实验.结果表明,本文提出的方法对配准精度较低的影像组具有一定的适应性,容许的配准误差达到20个像元(10 m),平均查准率和平均查全率分别达到93.16%和87.90%.
