基于神经网络知识发现的GIS决策支持系统

在分析人工神经网络结构及功能的基础上,探讨以径向基函数(RBF)神经网络作为分析推理核心的GIS决策支持方法,重点研究了RBF网络的学习算法,并在此基础上建立了可对复杂非线性数据进行知识发现的四库三功能GIS决策支持系统。     

径向基函数神经网络的路网自动匹配算法

针对VGI数据中检测更新的问题,该文提出基于径向基函数的神经网络自动匹配算法。通过选取路段的距离、方向、形状和长度4个空间特征的相似度作为衡量路段是否匹配的指标。考虑到4个空间特征指标对匹配的影响力不同,在RBF(radial basis function)神经网络中的隐含层对基函数引入粒度拉伸因子,使径向对称的RBF顾及各向异性。同时对输出层在线性加权求和函数的基础上引入sigmoid函数,使计算结果(路段的匹配度值)归一化。该算法对数据质量较差的VGI路网具有很好的匹配能力,与BP神经网络相比,RBF神经网络在地图匹配中具有更好的匹配效率。     

径向基函数神经网络用于小比例尺道路网选取

针对小比例尺道路网专题数据少、语义信息缺乏的特点,该文根据小比例尺道路网已有的语义几何属性和拓扑结构,构建一系列参数作为选取依据。将道路网选取抽象为分类问题,提出一种使用径向基函数神经网络和多参数进行道路网选取的方法。相比时下较常用的反向传播神经网络,径向基函数神经网络具有更高效的学习性能。利用径向基函数神经网络的非线性映射能力,对样本进行训练和验证,并选择不同结构类型(放射式、格网式和自由式)的道路网进行选取实验。结果表明,该方法在小比例尺道路网选取研究中具有可行性,且在自动获取选取参数的同时提高了选取精度。     

一种结合SMOTE和卷积神经网络的滑坡易发性评价方法

大规模的人类工程活动诱发和加剧了滑坡灾害的致灾情况,严重威胁工程安全和环境安全。滑坡易发性评价是滑坡监测预警的关键技术。针对传统滑坡监测手段数据源有限、缺乏挖掘滑坡灾害空间分布特征及其诱发因素的有效方法等问题,以位于三峡库区的中国重庆市万州区为研究区,基于地形、地质和遥感影像等多源数据,首先提取了22个滑坡易发性评价因子,并对这些因子进行多重共线性检验;然后采用合成少数类过采样技术(synthetic minority oversampling technique, SMOTE)解决滑坡和非滑坡样本比例不平衡问题,建立输入训练集;最后构建卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)模型,定量预测滑坡易发性,生成滑坡易发性分区图。采用受试者工作特征曲线分析评价结果,测试数据集模型精度达89.50%,说明该模型是一种高性能的滑坡易发性评价方法。     

基于卷积神经网络的区域滑坡易发性评价:以三峡库区万州区为例

开展区域滑坡易发性评价是滑坡气象预警与风险评价的关键。针对目前诸多易发性研究未考虑滑坡发生与邻接环境有关的情况,本文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的区域滑坡易发性建模框架。以三峡库区万州区为例,选取坡度、坡向等12个因子构建评价指标体系,通过信息量法分析因子对滑坡发育的影响程度,采用二维矩阵构建数据集,运用CNN进行易发性建模,得到易发性评价图,同时探究构建样本时二维矩阵的大小对精度的影响。研究结果表明,越靠近水库带越易发生滑坡,水系和人类工程活动对于滑坡发育具有较大影响;CNN模型精度为0.925,相比机器学习模型精度明显提升;增大构建样本时的二维矩阵可提高精度。CNN模型在多维空间数据处理方面具有优势,它考虑了滑坡位置及其邻接环境的影响,是一种准确可靠的区域滑坡易发性评价方法。     

径向基函数神经网络用于小比例尺道路网选取

针对小比例尺道路网专题数据少、语义信息缺乏的特点,该文根据小比例尺道路网已有的语义几何属性和拓扑结构,构建一系列参数作为选取依据。将道路网选取抽象为分类问题,提出一种使用径向基函数神经网络和多参数进行道路网选取的方法。相比时下较常用的反向传播神经网络,径向基函数神经网络具有更高效的学习性能。利用径向基函数神经网络的非线性映射能力,对样本进行训练和验证,并选择不同结构类型(放射式、格网式和自由式)的道路网进行选取实验。结果表明,该方法在小比例尺道路网选取研究中具有可行性,且在自动获取选取参数的同时提高了选取精度。     

径向基函数神经网络用于小比例尺道路网选取

针对小比例尺道路网专题数据少、语义信息缺乏的特点,该文根据小比例尺道路网已有的语义几何属性和拓扑结构,构建一系列参数作为选取依据。将道路网选取抽象为分类问题,提出一种使用径向基函数神经网络和多参数进行道路网选取的方法。相比时下较常用的反向传播神经网络,径向基函数神经网络具有更高效的学习性能。利用径向基函数神经网络的非线性映射能力,对样本进行训练和验证,并选择不同结构类型(放射式、格网式和自由式)的道路网进行选取实验。结果表明,该方法在小比例尺道路网选取研究中具有可行性,且在自动获取选取参数的同时提高了选取精度。     

径向基函数神经网络在卫星钟差预报中的应用

卫星钟差预报在全球卫星导航系统(GNSS)中起着重要作用.将径向基函数(RBF)神经网络应用于卫星钟差预报中.为避免网络过学习状态的发生,充分利用有限的训练样本数据,采用交叉验证法(CV)训练网络.以GPS为例进行短期(24 h)预报实验,并与灰色系统模型进行对比分析.结果表明:交叉验证法可以明显提高网络的泛化能力,RBF神经网络模型的预报精度以及稳定性均优于灰色系统模型.     

融合自编码与密集残差网络的滑坡易发性评价

针对滑坡易发性评价中编录样本受限、特征信息利用不足，导致预测效果不理想的问题，该文提出融合栈式自编码与密集残差网络的滑坡易发性评价方法。将传统自编码网络进行栈化，重构原始数据以强化特征表达；在卷积神经网络中引入跳层连接，通过密集连接的方式构建一种密集残差网络模型提取数据的深层特征。该文以四川省雅安市为研究区开展滑坡易发性评价，将所提模型与逻辑回归模型、CPCNN-RF模型、U-net模型进行了对比分析。实验结果表明：该方法取得最佳精度，受试者工作特征曲线下的面积为0.883,在一定程度上能够较好地适应小样本预测，易发性制图结果更为准确可靠。     

熵指数融入支持向量机的滑坡灾害易发性评价方法——以陕西省为例

滑坡灾害易发性评价可为滑坡灾害风险管理、国土空间规划及滑坡监测提供科学依据。针对现有滑坡灾害易发性评价模型无法消除易发性评价指标因子在量纲、性质等方面的差异,尚未考虑易发性评价指标因子与滑坡灾害相关性,以及精度较高的经典机器学习模型训练效率较低、参数选取困难等问题,引入熵指数(index of entropy,IOE)和粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法,提出IOE融入支持向量机(support vector machine, SVM)的滑坡灾害易发性评价方法。首先,基于滑坡灾害易发性评价指标因子,利用IOE模型计算SVM的调节因子;然后,采用PSO算法迭代求解SVM最优解,根据SVM二分类得到的隶属度来区分滑坡灾害易发性;最后,以陕西省作为实验区,从滑坡灾害易发性分区图、分区统计及评价模型精度3个方面将所提方法与SVM方法进行了对比,实验结果表明所提方法的准确性、可靠性优于SVM方法。     

基于SVM方法提取植被信息的研究

利用遥感影像准确地提取植被信息一直是遥感技术应用研究的重要内容,现提出基于支持向量机(SVM)分类的方法从ETM+多光谱数据中提取植被信息,利用目前常用的线性核函数、多项式核函数、径向基(RBF)核函数、Sigmoid核函数等四种核函数对研究区分别进行了提取研究,通过比较最终确定径向基函数(RBF)核函数有着最佳的提取效果。     

旋转森林模型在滑坡易发性评价中的应用研究

以三峡库区万州段为研究区,从多源空间数据中提取29个致灾因子作为区域滑坡易发性分析的评价指标,在数字高程模型基础上采用集水区重叠法划分斜坡单元,构建旋转森林集成学习模型,定量预测滑坡空间易发性,并生成滑坡易发性分区图。在易发性分区图中,高易发区占11.6%,主要分布在万州主城区和长江及支流两岸;不易发区占45.6%,主要分布在人类工程活动低、植被覆盖度高的区域。采用受访者工作特征曲线和曲线下面积对旋转森林模型的滑坡易发性进行评价,结果显示该模型的预测精度为90.7%,其预测能力优于C4.5决策树。研究表明,应用旋转森林进行滑坡易发性评价具有预测能力强、精度高等优点。     

顾及样本优化选择的多核支持向量机滑坡灾害易发性分析评价

滑坡灾害易发性分析评价对地质灾害的防治与管理具有重要意义。针对滑坡灾害样本选择策略,单核支持向量机多特征映射不合理的问题,本文提出顾及样本优化选择的多核支持向量机(multiple kernel support vector machine,MKSVM)滑坡灾害易发性分析评价方法。为了保证样本平衡性并提高负样本的合理性,采用相对频率比(relative frequency,RF)综合评价各状态对于滑坡灾害易发性影响的重要程度,实现各评价因子状态的合理划分;利用确定性系数法(certainty factor,CF)计算各评价因子各状态分级影响滑坡灾害的敏感性,并在此基础上进行加权求和得到各栅格单元的滑坡灾害易发性指数,在滑坡灾害易发性指数极低和低易发区内随机选择与滑坡灾害点数目一致的非滑坡灾害点作为负样本数据。利用MKSVM对各特征空间最优核函数进行线性组合,解决了单一核函数映射不合理的问题,提高了模型的分类准确率和预测精度。以湖南省湘西土家族苗族自治州为研究区,从滑坡灾害易发性分区图、分区统计及评价模型精度3个方面对CF样本策略的MKSVM模型、CF样本策略的单核SVM模型、随机样本策略的MKSVM模型、随机样本策略的单核SVM模型进行了对比分析。结果表明,4种模型的受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic,ROC)下的面积(area under curve,AUC)分别为0.859、0.809、0.798、0.766,验证了CF样本策略的合理性、有效性及MKSVM模型的可靠性。     

神经网络在卫星钟差短期预报中的应用研究

本文针对卫星钟差的特点,提出了基于神经网络的卫星钟差短期预报模型,给出了基于径向基函数(RBF)网络进行卫星钟差预测的基本思想、预测模型和实施步骤,并对比分析了神经网络模型与灰色系统理论模型的区别.为验证本文提出的预报模型的可行性和有效性,利用GPS卫星钟差数据进行钟差预报精度分析,并与灰色系统模型进行对比分析.仿真结...     

层次分析法的黄河上游滑坡易发性评价

针对黄河上游龙羊峡至积石峡段滑坡灾害分布易发性评价与区划成图问题,该文以ArcGIS为平台,联系评价区的实际特点,选取地貌类型、地层岩性、降雨、断层、坡度为评价因子,运用层次分析法(AHP)确定各评价因子的权重,建立研究区滑坡易发性评价模型,结合GIS的空间分析功能实现研究区内滑坡灾害的易发性区划。结果表明,滑坡灾害主要集中在龙羊峡库区右岸和群科-尖扎盆地。区划结果与野外实际调查基本吻合,为今后GIS应用于地质灾害区划提供了思路,同时可为区内地质单位进行灾害监测提供基础数据和依据。     

基于不同模型和单元的滑坡易发性评价比较

基于地理信息系统的滑坡灾害空间预测研究发展迅速,出现了多种滑坡空间预测模型。在总结滑坡灾害空间预测研究现状的基础上,简要介绍了决策树和支持向量机2种模型的基本原理。以秭归县一个研究区为例,选取11个滑坡影响因子,采用2种不同的研究单元,分别建立了决策树和支持向量机模型并对滑坡易发性作出了评价。结果表明针对同一模型,面向对象单元的滑坡易发性评价精度优于栅格单元;针对同一数据单元,支持向量机模型的滑坡易发性评价精度优于决策树模型。     

基于多种深度学习算法对卫星钟差预报的效果分析与对比研究

针对卫星钟差预报模型的普遍适用性低，以及预报模型中星载原子钟类型和建模特点结合不充分等问题，提出了四种适用于非线性处理的神经网络模型来预报卫星钟差.首先对钟差数据进行预处理；然后通过基于萤火虫算法(firefly algorithm, FA)优化反向传播(back propagation,BP)神经网络(FA-BP neural networks,FA-BPNN)模型、Elman循环神经网络模型、径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络模型以及基于卷积神经网络-长短期记忆(convolutional neural networks-long short term memory,CNN-LSTM)网络模型对1 d和7 d的钟差数据量建立模型；再采用武汉大学国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)数据分析中心(WHU)的GPS精密钟差数据进行钟差预报；最后从不同建模数据量及不同批次卫星的同一类型原子钟和不同批次卫星的不同类型原子钟的角度，将预报效果进行分析与对比.结果表明：1)四种模型在建模特点上，1 d的钟差数据量建...     

基于高光谱数据和RBF神经网络方法的草地叶面积指数反演

基于中国农业科学院在呼伦贝尔草原实测的120组草地冠层光谱反射率及相应的叶面积指数(LAI)数据,在进行主成分分析(PCA)实现降维处理的基础上,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络方法对草地LAI进行了高光谱反演研究.PCA结果表明,前9个主成分的累积贡献率达到了99.782％,能包含原光谱数据的绝大部分信息.将120组LAI及相应的9个主成分样本数据随机分为校正集数据(90组)和预测集数据(30组),分别用于神经网络模型的建立和LAI的预测.所构建的神经网络模型的模拟结果表明,RBF神经网络模型对校正集样本的模拟准确率达到100％(RMSE =0.009 6,R2 =0.999);预测集样本的实测LAI和模拟LAI之间的均方误差和决定系数分别为0.218 6和0.839,取得了较好的模拟效果,有效提高了传统的多元线性回归方程(RMSE =0.416 5,R2=0.570)的计算精度.     

新源县汇水域单元滑坡灾害易发性评价

针对滑坡灾害易发性难以定量评价的问题,提出了以汇水域为基本统计单元,层次分析法与信息量法相结合的滑坡易发性评价模型。该模型是在综合分析已有监测数据的基础上,建立了坡度、黄土分布、土地表覆被、水系、断层、高程、地表粗糙度、坡向等8类要素与滑坡稳定性的相关性,根据评价结果将滑坡易发性划分为5个不同的等级。基于新疆新源县滑坡易发性评价的实验结果表明,该模型评价结果与滑坡实际分布情况相符,能够准确对不同汇水域灾害易发性进行分级评价,可以为相关部门进行防灾、预警提供一定的数据支持。提出了一种主观判断与客观分析相结合的方法,回答了"什么地方最容易发生地质灾害"的问题。     

学习向量量化神经网络在多波束底质分类中的应用研究

利用多波束测深系统获取的反向散射强度数据，应用学习向量量化（learning vector quantization，LVQ）神经网络分类方法实现了对海底砂、砾石和基岩等底质类型的快速、有效的识别。通过比较，证明了该方法能较好地区分出不同海底底质类型。