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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
    我国地理信息产业标准化的分析与对策研究（可下载全文）
    张秋义, 王春卿, 郭建坤
    2012, 14(2): 143-148. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00143
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    我国地理信息产业的迅速发展,对标准化工作提出了新的更高要求。本文阐述了标准化工作对地理信息产业发展的支撑作用,回顾了"十一五"期间我国地理信息标准化的工作进展,以地理信息国家标准及其在研项目的构成情况为基础,针对普遍反映的标准化问题,从标准化工作主体和客体(即:标准制定者及标准本身)的组成和变化的视角进行系统分析,结果表明:我国地理信息国家标准的制定主体仍为标准科研及行业事业单位,企业制定标准的较少;现有地理信息国家标准仍以基础通用和数据资源类标准为主,面向产业发展的应用服务类标准仍然缺乏。分析认为:地理信息产业发展各种标准化问题产生的根源在于当前标准化工作机制不适应产业发展的需要。本文在此基础上,提出了适合地理信息产业健康发展的标准化工作机制设想,以及应采取的对策。
  • 地球信息科学理论与方法
    基于GPU的HASM动态模拟与实时渲染方法
    闫长青 , 岳天祥
    2012, 14(2): 149-157. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00149
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    基于微分几何曲面论的高精度曲面模拟(high accuracy surface modeling, HASM)需要大量的复杂密集计算,在CPU上模拟极为耗时,使得在现有的硬件条件下,实时动态模拟曲面并实时可视化极具挑战性。论文提出了GPU加速的HASM方法,充分利用现代显示适配器(graphic processor unit, GPU)技术,运用GPU最新发展起来的并行计算能力,使用并行化的预处理共轭梯度方法解算曲面,完成曲面模拟,并同时利用GPU的高速缓存架构,对渲染操作进行充分优化,以实现高效实时可视化。HASM需要的有限差分离散和高速解算操作,均充分利用现代GPU架构,所具有的多处理器和众多的流处理器所产生的强大并行计算能力,可视化也用GPU高速缓存技术和三角条带方法进行充分优化。数值实验和实际项目区高程模拟实验均表明, 在GPU为NVIDIA quadro 2000和CPU为DualCore Intel Core 2 Duo E8400的硬件配置下,GPU并行化的曲面模拟方法比普通方法速度提高了约10倍,使得动态模拟与可视化算法可以达到交互式的帧速及实时可视化的要求。
  • 地球信息科学理论与方法
    利用三元组稀疏矩阵技术改进HASM算法——以全球平均气温模拟为例
    张昊, 岳天祥, 李昌华, 杜正平, 范泽孟, 孙晓芳, 赵娜
    2012, 14(2): 158-164. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00158
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    采用预处理共轭梯度法(PCG)进行求解的高精度曲面建模(HASM)算法的计算过程需要大量矩阵计算,采用稀疏矩阵方式可以压缩存储空间。三元组稀疏矩阵存储是较为传统的稀疏矩阵存储结构,这种存储结构的稀疏矩阵技术已被广泛使用。根据HASM-PCG的特点,本文通过改进三元组稀疏矩阵的部分计算方式,调整HASM-PCG算法中的部分计算顺序,从而舍弃部分不需要存储的非零元素,提高了计算效率。根据全球1998-2008年的近3000个气象观测台站的气温观测数据,以及全球DEM数据,对20世纪末至21世纪初的11年来5、6、7、8月份的全球平均气温进行数字模拟。数值结果表明,采用改进的三元组稀疏矩阵技术有效地提高了HASM方法的模拟效率。
  • 地球信息科学理论与方法
    利用车辆轨迹数据提取道路网络的几何特征与精度分析
    蒋益娟, 李响*, 李小杰, 孙靖
    2012, 14(2): 165-170. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00165
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    电子地图数据是各种智能交通系统的基础数据,对方便人们交通出行、解决城市交通拥堵问题具有重要的意义。其中,道路网络数据又是电子地图的重要组成部分。传统的道路网络数据更新方法往往需要耗费大量人力物力,因此,从其他数据源中如遥感影像数据、LIDAR数据等提取道路网络的相关研究,已成为国内外的研究重点。车载定位设备的广泛应用使车辆轨迹数据的大量获取成为可能,轨迹数据是对车辆行驶路径的完整记录,同时也是道路网络几何特征的直接反映。当轨迹数据量足够大时,则可利用其构建路网,用于更新或修正现有地图上的路网空间信息。针对车辆轨迹数据的特点和道路网络的特性,本文提出一种细化的道路网络几何特征提取方法。车辆轨迹数据是矢量数据,将其转换为栅格数据后,就可采用图像细化的方法处理。图像细化可以在保持原图像拓扑结构不变的情况下,快速地提取出图像的中心像元,并且有效去除冗余信息。本文以上海陆家嘴的车辆轨迹数据为例进行了实验,结果表明,利用车辆轨迹数据构建路网不仅可行,而且简单、高效,取得了良好的效果。
  • 地球信息科学理论与方法
    基于地表校正和河道烧录方法的河网提取
    黄玲 , 黄金良*
    2012, 14(2): 171-178. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00171
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    针对现有的数字高程模型(DEMs)在自动提取虚拟河网过程中易受洼地、平原地区影响,产生不连续的或平行的错误河网的问题,本文基于Arc Hydro Tools,阐述了地表校正(Agree算法)和河道烧录(Stream burning)方法提取虚拟河网的关键步骤和基本思路,并以环渤海地区为例,分析了有(无)河网辅助信息下,河网提取结果的准确度。研究结果表明,增加辅助信息更有助于提高虚拟河网的精度和准确性,且河道烧录方法在虚拟河网的提取上比Agree算法更有优势。由于环渤海研究区平原面积广大,对提取结果有较大的影响,提取结果的精确度不高。针对这一问题,本文综合河道烧录和地表校正(Agree 算法)的特点,提出一种河网提取的改进思路,并选取滦河流域作为验证区。通过对比,改进后的河网提取结果与中国实际河网分布较为吻合,说明该改进思路是较为合理、可信的。
  • 地球信息科学理论与方法
    面向景观规划设计的数字地形交互式编辑技术
    李界光, 唐丽玉*, 陈崇成, 邹杰, 林定
    2012, 14(2): 179-186. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00179
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    数字地形编辑是虚拟地理环境、三维景观仿真系统中一个重要的研究内容,在城市与乡村、区域道路网、风景园林的数字化规划设计实践中具有重要价值。本文以规则格网的数字地形为研究对象,面向城市和园林景观规划设计中的实际应用,提出了交互式数字地形编辑的解决方案,重点给出了分页技术的地形交互式编辑具体过程和相关的主要实现技术。数字地形编辑的实现,首先,通过鼠标交互式操作,结合射线求交算法,在地形表面选取目标编辑区域;然后,结合夹角之和检测算法,获取区域下地形数据,设定新的地形高程值,最后,将编辑操作传输至地形其他层,更新整个地形,并在地形编辑后,采用方格网计算法,统计出区域下地形填挖方量。此外,在经过平整的地形区域,植入树和三维建筑模型,构建虚拟城镇小区景观。本文初步实现了编辑操作功能的计算机软件,并展示了数字地形编辑在城镇小区景观设计中的应用结果。试验表明,基于规则格网和分页技术的数字地形编辑方法具有算法简单、计算量小、易实现等特点。此外,通过鼠标交互式的操作,能够实时、直观地显示编辑结果,达到"所见即所得"的效果。
    • 地理信息系统平台开发
  • 地理信息系统平台开发
    网格环境下分布式实时协同标绘系统
    张建兵, 任应超, 许允波, 赵彦庆
    2012, 14(2): 187-191. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00187
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    传统标绘系统都是单用户工作模式,不能满足现代社会中群体用户在分布式环境下协同标绘的要求。本文将网格技术引入分布式实时协同标绘研究中,设计了基于网格的分布式实时协同标绘系统的框架,介绍了其系统框架,以及协同管理、协同消息、网格调度器等技术。将网格和GIS技术的结合,实现了分布式实时协同符号标绘系统原型,满足群体用户的地理信息共同协调与合作标绘的要求。实验表明,以网格技术构建分布式实时协同绘系统,能实现广域网下的快速协同,使其响应速度快,稳定性好。
  • 地理信息系统平台开发
    基于SilverLight和REST的富网络地理信息系统框架设计
    陆亚刚, 邱知, 游先祥, 张红梅, 陈丽
    2012, 14(2): 192-198. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00192
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    在WebGIS的快速发展过程中,其架构方法和实现技术的研究一直是人们关注的热点。本文针对传统WebGIS开发复杂度高、交互体验性贫乏、运行效率低等不足,在对RIA/SilverLight和REST技术的研究基础上,以整体结构模块化,开发行为统一化,代码可复用及经验可复用的指导思路下,提出由空间数据服务器(数据访问层DAL)、GIS服务和Web服务服务器(业务逻辑层BLL)及部署有SilverLight插件的浏览器(表现层UI)组成的3层架构式富网络地理信息系统,并阐述了数据层中空间属性数据库的设计和建立步骤以及优化经验,分析了业务逻辑层的构成和运行机制,为提高系统开发效率使用MVVM(Model-View-View Model,模型－视图－视图模型)设计模式,将表现层分为前端用户界面和后台逻辑两部分,并描述了用户熟悉的Office Ribbon设计样式的开发方法,说明了后台逻辑架构组件各自功能及通讯路径。最后,为验证此框架能够有效提高系统开发效率、丰富用户体验和改善系统运行性能表现等优势,利用SilverLight(C#)实现了应用实例——LightGIS。系统开发和运行实验表明,该框架能够很好地达成以下目的:(1)实现优美的用户操作界面和丰富的互操作性体验;(2)提供平滑、流畅的地图服务和高响应性空间分析;(3)具备优秀的系统可扩展潜力和可配置性。
  • 地理信息系统平台开发
    滑坡灾害预测预报信息共享平台
    郭承燕, 贾建华, 马荣华*, 许金朵, 邢永超, 吕春光
    2012, 14(2): 199-208. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00199
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    滑坡是最常见的一种地质灾害,其主要诱因是降雨。滑坡灾害多发生在雨量充沛地域或洪水季节。南京市受自然环境和地质环境的影响,滑坡是其最主要的地质灾害类型之一,为了有效地预测滑坡的发生情况并最大限度地减少滑坡灾害为南京带来的损失,本文在已有的南京市地质灾害易发区等研究的成果上,结合南京市历史滑坡数据、气象资料和地质灾害预测数学模型构建了南京市滑坡灾害预测方法并确定了南京市滑坡灾害预测预报技术流程。在该预测方法和技术流程的基础上,本文同时应用了数据库技术、ArcGIS Server技术、AJAX远程调用技术、网页局部刷新技术和地图缓存技术等,融合地理信息系统功能与滑坡灾害预测预报业务功能,开发了南京市滑坡灾害预测预报信息共享平台。该平台可以对滑坡灾害基础数据和实时气象数据动态、科学地管理,结合南京市实时降雨数据可实现滑坡灾害预测预报并将灾害信息实时在线发布,同时提供对滑坡灾害信息的查询、检索、统计分析等功能,最终通过该信息共享平台,为南京市滑坡灾害的防灾减灾提供决策支持,为其他需要建立滑坡灾害预测信息共享平台的城市提供参考。
  • 地理信息系统平台开发
    基于SOA的税收征管网络GIS平台
    黄风华 , 晏路明
    2012, 14(2): 209-216. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00209
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    为了能直观、形象和动态地反映不同区域税收状况的空间分布规律和变化趋势,提高异构税收征管GIS系统的数据共享和互操作性能,采用GIS企业级中间件与开放地理信息联盟(OGC)规范的GIS Web服务(GIServices)相互集成的方式,构建一种面向服务架构(SOA)的税收征管WebGIS系统(STAXGIS)。STAXGIS是一致性的业务模型和信息模型,通过GIS企业级中间件提供空间数据转换、税收业务处理与税收空间分析等高级服务功能,并采用GIServices提供税源查询与定位、税收专题分析、税务查询与申报等方面的信息服务。STAXGIS采用J2EE 4层框架(即数据层、应用服务层、Web服务层和客户层)实现其部署与分层管理,这与传统税收征管GIS系统相比,STAXGIS的征管效率和可扩展性大大提高。以福建省福州市为例的研究表明,STAXGIS可增强现有分散管理的异构税收征管GIS系统在分布式环境下的信息共享能力和互操作性,提高异构环境下税收征管空间分析的整体效率,并向各级税务管理部门提供直接或间接的决策支持。
  • 地理信息系统平台开发
    全球油气地质信息共享系统
    苏国辉 , 申延平, 孙记红 , 何书锋 , 魏合龙
    2012, 14(2): 217-222. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00217
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    为了充分展示全球油气地质综合研究的数据资料,提供数据库对外信息服务的窗口,基于ArcGIS Server技术、Visual studio.NET 开发平台和ORACLE数据库管理系统,构建了B/S结构的全球油气地质信息共享系统。本系统是WebGIS应用平台,提供了信息发布、地图浏览、图形查询、空间分析、专题制图等功能,以图形、文字、图表等方式展示研究区的基础地理、基础地质、油气地质、资源潜力、投资环境等方面的最新成果,为公众和研究人员提供了高效的信息访问途径,为国家油气资源管理和能源决策提供了可靠的信息支撑,实现了重要信息社会化共享的目标。文章简单介绍了ArcGIS Server,重点描述系统框架、数据分类和功能模块,旨在探讨ArcGIS Server的网络信息共享系统的设计与实现。
  • 地理信息系统平台开发
    面向GeoData Service的矿产资源规划信息服务系统
    袁磊, 赵俊三* , 张万强, 祖琪
    2012, 14(2): 223-231. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00223
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    通过对当前矿产资源规划信息化建设现状,以及GeoData Service技术特征和优势的基础上,提出面向服务理念架构3层B/S模式的矿产资源规划信息服务系统。着重对系统的逻辑结构、空间数据库、系统功能进行了详细设计,并对封装了矿产资源规划成果数据的GeoData Service服务的构建要点、处理方法及该种处理方法的技术优势进行了阐述;同时给出了在Dotnet框架下,采用ArcGIS Server.NET ADF开发技术,开发实现的矿产资源规划信息服务系统的运行实例。最后,剖析了Web ADF异步回调技术、基于JavaScript的Web动态导航技术、ADO.NET数据访问技术、系统性能的整体优化方法等关键技术在系统中的具体实现。系统运行表明,矿产资源规划信息服务系统为矿产资源规划信息化建设领域系统建设的架构方式从Web GISystem到Web GIServices的转变及矿产资源规划成果数据信息的同步更新与管理、远程提取、网络分布式共享拓展了一种新的应用模式。
    • 遥感技术与应用
  • 遥感技术与应用
    干旱遥感监测方法及其应用发展（可下载全文）
    刘欢, 刘荣高*, 刘世阳
    2012, 14(2): 232-239. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00232
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    干旱是世界上影响范围最广和造成社会经济损失最严重的一种自然灾害。本文从干旱遥感监测的不同角度出发,总结了目前干旱遥感监测的主要方法、应用状况及优缺点。主要包括针对裸土地表类型的热惯量法、微波法,针对植被覆盖地表类型的可见光、近红外、短波红外等波段反射率数据的归一化植被指数法、距平指数法、条件植被指数法、归一化差值水分指数、归一化干旱指数、植被供水指数等,以及热红外遥感数据的温度植被干旱指数、温度条件指数、作物缺水指数、水分亏缺指数等。最后,提出了加强干旱遥感监测技术研究的建议,同时指出将可见光和微波相结合的指数模型的研究是干旱遥感监测可能的发展方向。
  • 遥感技术与应用
    MODIS和GLOBCOVER全球土地覆盖数据集对比分析——以黑龙江流域为例
    宁佳 , 张树文*, 蔡红艳, 卜坤
    2012, 14(2): 240-249. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00240
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    随着全球气候变化的日益加剧,全球变化研究对全球土地覆盖数据的需要也越来越迫切。目前全球土地覆盖数据产品主要包括由欧洲和美国生产的5类数据产品,其中,美国波士顿大学生产的全球土地覆盖数据产品(即MODIS数据集)和欧洲空间局通过全球合作生产的全球土地覆盖数据产品(即Globcover数据集)具有较好的实效性,应用越来越广泛。由于数据来源、分类系统和分类方法不同,两个数据集在土地覆盖类型的数量和空间分布上有明显的差异。本研究从数据使用者的角度,对比了MODIS和Globcover数据集在黑龙江流域上数量和空间分布的差异,并采用LANDSAT TM/ETM+影像随机采样和野外照片验证两种方式对两个数据集的分类精度进行了验证。结果表明,在黑龙江流域,两个数据集数量和空间分布差异较大。在数量上,两个数据集一级土地覆盖类型均以森林和农田为主,草地次之,但二级土地覆盖类型差异较大。在空间上,二级类空间一致性区域和一级类空间一致性的区域分别仅占流域的22.5%和53.6%。两个数据集精度均不高,一级土地覆盖类型精度约为60%,Globcover数据较MODIS数据破碎化明显,整体精度略低于MODIS数据集,不同的二级土地覆盖类型精度不同。考虑到黑龙江流域的代表性,我们认为Globcover数据集和MODIS数据集可满足较低要求的土地覆盖分析需求。本研究为全球气候变化研究选择合适的数据集提供了基础。
  • 遥感技术与应用
    大气二氧化碳遥感反演精度检验及时空特征分析（可下载全文）
    何茜, 余涛* , 程天海, 顾行发, 谢东海, 吴俣
    2012, 14(2): 250-257. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00250
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    利用卫星遥感探测大气二氧化碳(CO2)浓度,相比传统的地面观测方法,具有稳定、连续、大尺度观测等诸多优点,能更好地获得全球CO2的时空分布与变化特征。随着卫星遥感技术的发展,一系列具备大气CO2探测能力的卫星相继发射升空,大气制图扫描成像吸收光谱仪(SCIAMACHY)、温室气体观测卫星(GOSAT)、大气红外探测仪(AIRS)等卫星传感器,已经获得了多年的全球CO2浓度分布产品。对这些卫星资料进行对比分析,并与本底观测数据进行全球范围的长时间序列的对比验证。研究显示,3种CO2卫星遥感产品中,SCIAMACHY数据系统性略高于本底数据,且观测范围局限性较大;GOSAT数据稳定性较好,但系统误差较大,平均低于本底数据近9ppmv;AIRS数据产品相比前两者优势突出,单月全球覆盖率达到90%左右,与本底观测数据平均误差小于2ppmv(0.5%),相关系数达到0.9以上,能够较好地反映全球大气CO2浓度的时空特征。卫星遥感产品与本底观测资料显示,全球CO2浓度空间分布呈现出明显的纬度分布规律与海陆分布规律,时间变化规律方面则表现出明显的季节性周期变化。
  • 遥感技术与应用
    土壤有机质含量估测及其影响因素的光谱分析
    胡文生, 任红艳* , 庄大方, 史学正, 刘绍贵, 黄耀欢, 于信芳
    2012, 14(2): 258-264. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00258
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    土壤颗粒大小差异使土壤反射光谱产生相应变化,影响土壤有机质含量等属性的光谱预测精度。本研究准备了颗粒粒径分别为2、0.25和0.15mm的土样,测定土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)含量,并于室内模拟条件下测定其反射光谱。通过分析不同粒径土样的原始(Raw)、多次散射校正(Multiple scattering correction, Msc)、一阶微分(First derivative, Fd)、连续统去除(Continuum removal, Cr)光谱与SOM含量之间的关系,筛选出与SOM含量相关性最强的Fd光谱单波段(2250nm, r=0.82, P<0.01),并建立线性回归模型;利用全波段光谱反射率,以偏最小二乘回归(Partial least square regression, PLSR)方法,确立2mm土样Msc处理光谱的PLSR模型为最优模型(RPD=3.56、R2=0.90、RMSEP=1.96g/kg)。土壤颗粒粒径对土壤光谱反射率变化有明显影响,但二者之间并非简单的线性关系,可能存在一个转折点;单变量(单波段光谱反射率)线性回归模型的预测能力,明显低于全波段反射光谱(Msc处理)-PLSR模型;土样样本容量对SOM含量预测精度有显著影响。因此,根据样本容量大小,选择合适的土壤颗粒粒径与光谱预处理方法组合可以提高预测精度。
  • 遥感技术与应用
    多元指标的海上溢油信息提取
    邹亚荣, 邹斌, 梁超, 崔松雪, 曾韬
    2012, 14(2): 265-269. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00265
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    海上溢油给海洋生态环境带来了巨大的影响,甚至需要几十年才能恢复。运用卫星遥感进行海上溢油监测已成为目前溢油监测的主要手段。本文对海上溢油遥感监测方法进行了分析,鉴此,提出了一种SAR数据的多元指标溢油信息提取方法。首先,对图像进行分割,然后,建立溢油形状参数、纹理特征指数、物理特性指数等主要指标,并以层次分析法得出每一类指标的权重。针对每一类指标,以经现场验证的溢油图像为基础,选择形状参数,如周长与面积比值、复杂度等,建立溢油形状判读等级;选择纹理特征参数,以灰度共生矩阵的相关性、熵、变化等来表达溢油的纹理特性,建立溢油纹理特征判断等级;选择溢油物理特征,如溢油与海水的标准差、均方根差、对比度等,建立溢油物理参数判断等级。在此基础上,建立海上溢油遥感信息提取指数,计算分割图斑的溢油遥感信息提取指数,以此判断溢油遥感信息提取的置信度,为溢油识别提供依据。
  • 遥感技术与应用
    天津港区土地利用时空格局变化与驱动力分析
    刘保晓, 黄耀欢, 付晶莹, 江东
    2012, 14(2): 270-278. https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2012.00270
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    本文以Landsat TM多光谱影像为主要数据源,获取了天津港区1987-2010年4期土地利用数据,引入单一土地利用类型动态度、综合土地利用类型动态度、转移矩阵和土地类型空间格局重心4种土地利用变化指数模型,在GIS支持下定量地分析了天津港区1987-2010年土地利用类型转换的方向、程度、时空格局差异和扩张模式。结果表明:1987-1995年天津港的建设处于改革开发之后的探索阶段,土地利用类型变化的程度不高;1995-2003年天津港稳步拓展,港口区域建设用地向北迅速扩张;2003-2010年天津港步入以港区外迁为特征的专业化发展阶段,土地利用类型剧烈变化。20多年来,天津港在空间形态上呈现沿海岸线先向北向陆,后向南向海的扩张模式,侵占水田、滩涂和填海造陆是天津港港口建设用地扩张的主要途径,同时区域还存在大量非理性的圈海养殖和围海造田现象。研究认为港口专业化发展、宏观和微观政策,以及个体目标驱动是影响天津港区土地利用时空格局变化的主要因素,关注生态、经济与区域的和谐发展,通过优化港口功能布局,加快以生态安全为目标的土地利用结构调整,是实现港口可持续发展的必经之路。本文对于充分认识港口发展规律,保护宝贵的港口岸线资源和合理规划港口区域土地资源都具有重要的意义。
    • 学苑动态
  • 学苑动态
    关于地图的量具——图解比例尺之大众实用化问题
    刘垂光
    2012, 14(2): 279-279.
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    地图学是一门既古老又年轻的科学,地图是人类空间形象思维的再现。故此,我国著名地图学家陈述彭院士认为,"地图是永生的"。它不论是简易地图,还是专业地图,或是人们虚构的"臆念"地图,都是我们生活工作里不可缺少的重要工具,故地图被称为"第二语言"。因此,地图又是"国际化"的符号。可见,地图坐标的精准,温故知新的简约表达等都是地图学追求的目标。