机器学习方法在预测泉水潜在出露位置中的应用

泉水出露受到多种因素影响,在传统地质勘查手段之外,各种模型方法及影响因子预测手段,也被越来越多地应用于泉水的研究中。本文尝试利用机器学习的方法进行泉水出露位置的预测研究。根据北京市野外调查,确定了1378个测试样本点,选取了高程、坡度、坡向、地形湿度指数、径流强度指数、距河流距离、距断裂距离、岩性、归一化植被指数及土地利用类型作为影响因子,对比了2种机器学习方法（随机森林模型、分类回归树模型）和地统计方法（证据权重模型）的预测效果。研究发现：随机森林模型的预测效果最好（Area Under Curve, AUC=0.86）,分类回归树和证据权重模型效果相当（AUC分别为0.81、0.80）;随机森林模型同时揭示,岩性、距断裂距离和距河流距离这3个影响因子对泉潜在出露的影响最大。本研究表明,在强烈人类活动影响下机器学习方法仍然具有较好的泉水出露预测能力,有望为泉水保护、恢复提供新的技术方法。     

城市地铁站点商业价值数字化评价方法

地铁站点商业价值是地铁改变城市交通方式基础上城市商业业态价值的体现,对其科学和量化的评价是地铁站点建设重要的方面。本文首先对地铁站点商业价值的评价从商业等级与商业规模两个方面进行了体系构建,然后以广州地铁八号线为研究对象基于此体系进行了商业价值的评估。在地铁站点商业等级评价中,选取5个空间因子与2个非空间因子进行多因子评价。在进行空间因子评价中的商圈因子分析时,基于市级和区级商圈周边商业用地基准地价具有一致性的距离衰减特征,创新性的构建了商业地价的空间衰减函数,并据此将这一衰减函数转换为商圈距离衰减因子评价值的函数与量化定义,有效解决专家赋值存在的主观性问题。以此方法对八号线地铁站点商业等级进行评价,在完成空间因子评价以及非空间因子校核后,发现上下九-文化公园区域的商业等级最高,次一级则分布在荔湾区中部。对于商业规模的评价,则以商业建筑面积需求平衡方法,基于地铁站点服务半径内人口规模的评估以预测潜在的商业人口数量,并据此估算未来的商业建筑面积需求。以此方法,对地铁八号线以陈家祠站为例对该站点进行了商业建筑面积需求的预测。本研究提出了基于地价距离衰减与量化评价的因子评价方法完善的相关的方法体系,以数字化模型构建商业等级与商业规模的量化评价提高了地铁站点商业价值评估方法的合理性和科学性。     

多变量AR(h)模型在地下水位动态预测中的应用

地下水位动态是一种复杂的历史过程,是受多种因素影响(如地质、气象、水文以及人类活动干扰等)的随机过程,试图用单交量时间序列模型对其进行预测,往往受到一定的局限。本文引入多变量AR(n)模型,在计算中利用递推公式及FPE准则估计模型参数,包括系数矩阵和模型阶数。该方法被用于陕西两华地区地下水位动态预测,经过理论与实践检验,该模型预报地下水位精度高,同时可预报其影响因素。该模型可作为地下水位动态短期预报模型。     

武汉市中心城区住宅价格空间分布格局及其影响因素研究

利用网页爬虫技术从安居客网站抓取了武汉市中心城区2016年7月共3 188个小区的平均房价数据。运用GIS空间分析方法和GWR模型对武汉市中心城区房价空间分布模式及其影响因素进行探讨。研究发现武汉市中心城区的房价具有聚类分布特征;新盘房价与片区位置(汉口、武昌、汉阳)、环线位置(内环、二环、中环)、距湖泊距离、距商圈距离、小区附近学校个数显著相关;楚河汉街商圈对二手房房价的影响力度高于其他商圈,东湖和沙湖对二手房房价的影响效应也很显著。     

Huff模型支持下的基础教育资源分布分析

在回顾国内外教育资源空间可达性研究的基础上,以广东省深圳市为例,以小学为分析单元,利用Huff模型进行各小学的学位压力研究。并将Huff模型与重力模型、距离模型进行比较。实验结果为,深圳的小学的学位压力主要集中在0.5~1.4范围,其中,有81所学校的学位压力为0.5~0.75,178所学校为0.75~1.25之间,大于1.25的有39所学校。学位压力大于1.25的学校,集中分布在福田区,其他街道中存在个别的学校学位压力偏大。结果表明Huff比其他模型好。为学校的空间布局提供合理化建议。     

多交通模式下的小学教育资源空间可达性分析

基于可达性相关理论,运用两步移动搜索法以及基于Huff模型修正的三步移动搜索法,以宁波市原海曙区的小学为案例,分别在步行模式、公共交通模式以及驾车模式下对该区所有小学的教育资源可达性进行评价。研究表明:海曙区的教育资源高可达性区域主要分布在道路网络发达、学校规模较大以及公共交通网络发达地区,低可达性区域主要分布于边缘地区;不同交通方式下的可达性有明显差异,驾车出行方式可达性优于公共交通方式与步行方式;基于Huff模型修正的三步移动搜索法对步行模式下的可达性修正效果明显,对公共交通模式以及驾车模式的修正效果一般。基于分析结果,本文对促进海曙区教育资源的均衡发展提出了建议。     

考虑多因素衰减的陆域大容量气枪震源子波模拟及其影响要素分析

建立针对大容量气枪震源的气泡振荡方程及压力子波方程，引入多个对模拟结果具有重要影响的修正因子，包括基于开口的热力学模型、枪口节流作用、蒸发冷凝、枪体影响、气体释放率等来改善传统的单枪压力子波计算方法。利用模型及与水库实测的子波比对结果，分析各修正因素对子波模拟的影响，通过改进的单枪信号进一步计算大容量枪阵的压力子波。对比改进的模拟方法预测的子波波形与实测信号，结果显示，改进的模型比原有模型能更好地模拟单枪和枪阵的震源子波。最后，分析了模型产生模拟误差的原因。     

质量指数模型在辽宁省东部山区崩塌、滑坡、泥石流灾害预测中的应用

质量指数模型是一种环境质量评价方法，它是建立在多种环境要素和多种影响因子复合作用基础上，充分兼顾了各项评价因子对环境质量影响的动态特点和程度。在实际应用中，它的运算结果较为理想准确。本文阐述质量指数模型的原理及使用方法，并引用该模型对辽宁省东部山区崩塌、滑坡、泥石流灾害进行危险性预测。     

成都城市发展对热岛强度影响的主成份回归分析

本文对成都市总人口、建成区面积等11个因子、作了主成份回归L-S估计和M-估计,讨论了成都城市发展对“热岛”强度的主要影响因子。结果表明,城区房屋建筑面积及总人口数是影响城市气候(气温)的主要因子,其次为城市人口总户数、建成面积等。 文中,对回归方程进行了拟合计算,回归效果比较满意(尤其是稳健回归)。     

商圈功能多样性对其活力的影响研究

探究功能多样性如何影响商圈活力,可为城市用地功能结构优化调整和商圈功能改造提供理论支撑,进而促进城市混合功能有序开发、提升城市活力。已有关于功能多样性与活力的研究,大多集中在城市、街道活力等方面,对于商圈活力研究很少涉及,且大多利用单一的熵指数反映功能多样性。在利用夜光数据对活力的研究中,大多选取城市或更大区域尺度作为研究单元,无法精准地从多角度、多层面理解功能多样性与城市内部活力的关系。因此,本文以广州市主城区为例,以商圈作为基本研究单元,融合城市设施兴趣点（Point of Interest, POI）和珞珈一号夜间灯光数据,利用希尔数模型从多维视角测度商圈功能多样性特征,并以此来探究其与商圈活力的定量化关系。主要结论如下：① 仅用熵指数来反映多样性是不足的,其与商圈活力在0.1的显著性水平下无相关性,需结合希尔数多样性指数从多视角度量商圈功能多样性,以弥补单一熵指数测度方法的不足;② 广州商圈功能丰富度指数与其活力净相关系数为0.382,提高功能丰富度以增加商圈各功能间互补性、异质性或混合性,从而具备足够的功能多样性,促进各类功能间的协同与竞争,形成良好的兼容性混合,以更好的满足多数人的消费需求,激发商圈活力;③ 广州商圈规模效应与其活力净相关系数为0.507,对比大于集聚效应的0.371,表明广州商圈发展遵循新经济地理学的规模报酬递增规律,即商圈规模越大对于提升商圈活力的效用越大,而商圈功能集聚度对于提升商圈活力的效用相对较小。     

基于DEM的5节点二阶差分坡度算法模型与实验分析

 坡度作为最基本的地形因子,是构建地学分析模型的基础数据,基于格网DEM的坡度计算模型的精度分析一直是地学分析的重要研究内容。本文通过分析计算坡度的 差分模型误差来源及特征,提出了一种新的模型——5节点二阶差分模型。其基本思想是顾及多距离邻近点高程信息,采用5×5分析窗口,建立单倍格网和两倍格网的差分计算线性组合模型。并通过数学分析的理论推导证明该模型可以显著提高计算精度。实验选取典型数学曲面并对其采用不同的分辨率(1m和5m)进行离散化精度验证。计算结果表明,与现有的差分模型相比,5节点二阶差分模型可以显著提高坡度的精度,对应于两种分辨率的DEM,该模型计算坡度的精度可以分别提高7×10⁴倍、3×10³倍以上,表明该模型对于高分辨率DEM数据更为适用。本研究不仅丰富了数字地形分析的方法体系,为相关地学模型分析提供更精确的坡度数据,而且为将来改进地形曲率因子等计算模型提供了一定的参 考和借鉴。     

基于分层极限学习机影像转换的多源影像变化检测方法

为提高现有多源影像无监督变化检测方法存在的检测结果易受噪声影响和计算效率低等问题,本文提出了一种基于分层极限学习机影像转换的多源影像变化检测方法。分层极限学习机（Hierarchical Extreme Learning Machine, HELM）通过多层前向编码获得丰富的特征表示,且当特征提取完成即可确定网络参数。本文方法首先通过对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）影像进行对数转换,以获得与光学影像相同的影像噪声分布,并利用影像平滑减少影像噪声对变化检测结果的影响;然后分别对多源影像进行聚类分析,通过对比两时相影像的聚类图获得初始变化检测图,选取初始变化检测图中的未变化区域的像元作为初始训练样本,构建训练样本修正模型修正初始训练样本以提高训练样本的准确性;引入HELM以实现多源影像特征空间转换,获取多时相空间转换影像,提高了算法效率;最后通过对比原始影像和多时相空间转换影像获取变化信息。两组多源影像(Google Earth和哨兵1号影像)的实验结果表明：与现有方法相比,本文方法的Kappa系数分别至少提高了6.19%和8.94%,证明了本文方法对多源影像变化检测的有效性。     

Spatial Accessibility to Shopping Malls in Nanjing,China: Comparative Analysis with Multiple Transportation Modes

This study attempts to evaluate the rationality of the spatial layout of shopping malls and identify the urban area with poor shopping mall accessibility, as well as to provide a reference and assist decision-making for planning. Using the case of Nanjing, China, this study developed a method to evaluate the accessibility of shopping malls by three transport modes(car traffic, public transit, and bicycle). Specially, we divide the urban space into a regular hexagonal grid and harvest the total travel time from each of 7204 hexagon centroids to each of 129 shopping malls using the Baidu Internet map. The door-to-door travel time approach is used to evaluate all travel stages(walking, waiting, transfer, and transportation) based on travel time calculations. We further divide the shopping malls into two levels(super-regional and regional) based on the Dianping App's information and develop the indicator of accessibility to shopping malls: the number of shopping malls within tolerance time thresholds and apply the closest facility and cumulative opportunities methods to measure accessibility scores. The results show that the accessibility estimations vary greatly with transport modes. The accessibility of shopping malls presents a concentric ring trend centered on the city center under the car traffic and bicycle modes. And public transit accessibility tends to axially extend due to the topology of bus routes and metro lines. In particular, we observe that the accessibility of shopping malls in Nanjing has an uneven spatial distribution pattern, with high accessibility values in the central urban areas and lots of underserved areas in urban fringe regions. Based on the accessibility measurements, we finally map the poor accessibility area and propose corresponding implications for urban planning.     

Ocean mixing with lead-dependent subgrid scale brine rejection parameterization in a climate model

Sea ice thickness is highly spatially variable and can cause uneven ocean heat and salt flux on subgrid scales in climate models.Previous studies have demonstrated improvements in ocean mixing simulation using parameterization schemes that distribute brine rejection directly in the upper ocean mixed layer.In this study,idealized ocean model experiments were conducted to examine modeled ocean mixing errors as a function of the lead fraction in a climate model grid.When the lead is resolved by the grid,the added salt at the sea surface will sink to the base of the mixed layer and then spread horizontally.When averaged at a climate-model grid size,this vertical distribution of added salt is lead-fraction dependent.When the lead is unresolved,the model errors were systematic leading to greater surface salinity and deeper mixed-layer depth(MLD).An empirical function was developed to revise the added-salt-related parameter n from being fixed to lead-fraction dependent.Application of this new scheme in a climate model showed significant improvement in modeled wintertime salinity and MLD as compared to series of CTD data sets in 1997/1998 and 2006/2007.The results showed the most evident improvement in modeled MLD in the Arctic Basin,similar to that using a fixed n=5,as recommended by the previous Arctic regional model study,in which the parameter n obtained is close to 5 due to the small lead fraction in the Arctic Basin in winter.     

顾及地形坡度的非线性最小二乘相位解缠

InSAR相位解缠是利用干涉合成孔径雷达(InSAR)数据,提取数字高程模型,进行精确差分干涉测量的关键技术之一。然而缠绕的差分相位信息在地形陡峭或者坡度变化较大区域的解缠结果会有较大的误差传递的问题,针对此问题将干涉图中的地形坡度表示为距离向和方位向的局部相位频率,利用局部相位频率估计地形坡度和推导缠绕相位梯度概率密度函数(PG-PDF)参数模型,并将参数模型作为非线性最小二乘相位解缠模型约束条件,平滑不满足要求的缠绕相位梯度,经过迭代求解得到的解缠结果可以在消除噪声的同时减少地形因素的欠采样对相位解缠结果的影响,提高相位解缠的精度。最后,利用欧空局ENVISAT ASAR卫星获取的干涉数据进行实验,验证了算法在解缠精度和对地形的适应性方面优于直接加权的相位解缠算法,在频域下顾及地形的方法能有效克服LS对于相位坡度欠估计的缺点,具有较高的精度和稳定性,能够有效地考虑地形坡度的影响,抑制误差传递。     

城市地表热辐射方向性研究进展综述

热辐射方向性是指从不同方向观测同一目标地物时,测得的热辐射值各异的现象,通常体现为方向性辐亮度或亮温各异。随着高空间分辨率遥感数据的出现,面对高精度地表温度产品的需求,热辐射方向性效应不可忽视,如今已成为热红外遥感重点关注的问题之一。对于物质组成不均一、几何结构复杂的城市地表来说,热辐射方向性尤为显著。本文整理、分析了在城市地区开展的一系列热辐射方向性观测试验和正演模型,其中也包括一些对地表温度真值的有益探索;并对城市热辐射方向性强度的影响因素进行了归纳,包括观测季节与时间、地表几何结构、材料自身的物理属性、观测角度、视场角等,这些因素会使热辐射方向性的强度呈现出一定的时空规律性。最后,针对提高城市地表温度的反演精度、如何更好地开展城市热辐射方向性研究提出了5点展望。     

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

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...     

区域优化Peterson模型的气溶胶光学厚度估算分析

气溶胶光学厚度作为描述气溶胶光学特性的重要参数之一, 被广泛应用于空气质量监测及辐射传输模型的大气订正等研究中。卫星遥感可快速反演获取大范围气溶胶信息, 但其产品通常因云覆盖或暗目标算法等原因而存在空间覆盖率较低的问题, 且产品时相受限于卫星过境时间。水平能见度作为描述气溶胶光学特性的另一重要参数, 由分布广泛的气象台站一日8 次固定时间多次发布。建立水平能见度与气溶胶光学厚度的转换关系, 可实现对卫星反演气溶胶光学厚度的有益补充。本文利用2001-2009 年的MODIS气溶胶光学厚度产品与中国华东地区71 个气象台站的水平能见度数据, 对描述两者转换关系的Peterson 模型进行区域优化。采用分区域高斯曲线拟合的方法, 对影响转换精度的主要参数气溶胶标高随时间变化规律开展研究和模拟。利用2010 年数据对优化模型进行精度及区域适用性验证。结果表明, 优化后模型的气溶胶光学厚度估算均方根误差为0.31, 低于原模型误差;精度基本上与单站点优化模型一致, 但在实用性方面优于单站点优化模型。     

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基于先验HMRF的MAP分块超分重建方法

针对高光谱图像应用最大后验概率（Maximum A Posteriori, MAP）超分重建后细节信息丢失严重问题,本文提出一种基于先验Huber马尔科夫随机场（Huber Markov Random Field, HMRF）模型的MAP分块超分辨率重建算法,以期提高图像超分重建质量。首先,利用主成分变换获取图像域的主要成分,在此基础上采用样条插值得到初始迭代图像;而后将初始图像域分为若干子块,在每个子块图像域上建立具有自适应阈值的HMRF模型,并结合子块图像域的保真项构建目标函数,采用梯度最快下降法求解此函数得到超分子块图像,将其重组,进而与插值后的次要成分图像相结合,最后应用主成分逆变换方法得到最终的高分辨率图像。为了验证本文算法的有效性与优越性,分别对模拟和真实图像采用本文方法和具有代表性的Tikhonov、总变分及传统HMRF模型超分重建方法进行实验对比,其中本文方法重建结果在峰值信噪比和结构相似性定量评价方面明显优于其他方法重建结果,在定性评价方面边缘结构及细节信息也更加明显,表明本文算法较为突出。