银川平原湿地时空变化信息的可视化分析

针对在湿地动态变化监测中,经典的土地利用转移矩阵无法实现湿地类型变化信息的定位可视化表达的问题,提出了一种新的时空变化信息的可视化分析方法。利用由空间单元和时序单元集成的时空复合单元建立转移图谱单元分类体系,较好地记录每一个图谱单元湿地类型的起始和终止状态,实现了湿地时空变化信息的定位表达;基于遥感制图和地学图谱的湿地空间演变规律特征图谱,采用图表和图谱的形式展示湿地类型变化的数量及空间位置变化信息,实现了湿地时空变化的可视化表达。基于银川平原湿地的实验结果表明:该方法能够清晰、直观地显示1999—2013年期间银川平原湿地的时空变化,能够为该地区合理利用湿地资源提供科学的理论依据。     

地学信息图谱研究

地学信息图谱具有图形与谱系的双重特性,是由大量地学数字信息经过图形思维与抽象概括,并以计算机多维与动态可视化技术,显示和揭示地球系统及各要素和现象空间形态结构与时空变化规律的一种手段与方法。本文分别论述了:①图谱的基本概念;②地学信息图谱产生和发展背景;③地学信息图谱的分类;④地学信息图谱建立基本过程与步骤;⑤地学信息图谱应用实例———区域可持续发展虚拟系统;⑥地学信息图谱的意义与展望。     

人群时空行为与城市昼夜人口空间集聚分析——以武汉市为例

城市是人口和资源在时空上的聚集,昼夜人群空间集聚是其中最基本、最主要、最频繁的人口时空变化模式,是理解城市复杂演变的基础微观机制。由于缺乏先进的技术手段,往往无法真实地记录和量测城市人口的个体流动与整体趋势,人们对城市昼夜人口空间集聚的了解仍然十分有限。本文基于城市人群时间地理特征,从城市大数据中挖掘并模拟城市人群的社会时空行为,在此基础上计算并分析城市昼夜人口集聚时空分布。对武汉市主城区的昼夜人口集聚分析表明：(1)人口密度与分布面积具有幂律关系,符合Clark模型;(2)傅里叶变换可有效地揭示人口分布空间变化的主方向和延伸程度;(3)中心城区夜间人口较白天人口分布更为集聚,研究区昼夜间人口流动主要以城区内部流动为主。归纳出城市昼夜人口集聚差异具有5种模式：交通线、三明治、光晕、椒盐和单体模式,这些模式与城市演化及空间格局有密切关系,其中交通线模式是研究区人口昼夜差异最大的一种模式。     

多尺度时空数据的集成与对象进化模型

多尺度时空数据集成的根本目的是增加信息量.本文通过对时空对象变化过程的分析,指出对象进化的结果不仅是特征的变化,还包括机制的变化,其直接动力是对象行为,其根本原因是其内在机制,时空事件起着对象间信息通道的作用,据此提出对象进化模型,该模型可作为多尺度时空数据集成的结构性基础,在反映时空现象的演变过程,特别是异构演变过程,以及在这个过程中产生的因果关系的同时,还可以保留时空数据的不同时间尺度和空间尺度特点,从而达到增加时空数据库的信息量的目的.文中给出了该模型基于关系型数据库的一个结构示例.根据多空间尺度数据的特点,本文最后还提出了一个时空数据组织体系,用于指导数据访问过程.     

基于GIS技术的土地利用空间结构变化研究

以长丰县为例,采用遥感、地理信息系统和计算机模拟技术,以地学信息图谱理论方法、地理信息系统时空复合体模型为依据,提出了土地利用空间结构研究方法 ;研究了长丰县土地覆被变化情况,并对长丰县空间格局图谱进行了分析;通过研究分析得出土地利用发展趋势,为促进长丰县的合理发展提供理论基础。     

基于GIS的长白山景观格局演化信息图谱分析

景观格局是若干生态系统的综合体,受地貌、气候和其他外界多种因素的干扰,是模拟和预测地理要素变化趋势的基础。地学信息图谱理论为景观格局研究提供新的方法。基于RS和GIS技术,分析了20世纪70年代后期以来长白山地区景观格局图谱的时空变化规律。利用1977年MSS、1985年、1999年TM影像时间系列的遥感数据,建立空间信息库,选取景观/斑块类型面积、斑块所占景观面积的比例、平均斑块面积、斑块个数、破碎度指数、分维数、优势度指数等指标,对长白山景观空间格局的动态演变进行了分析。分析了长白山地区近30年来的景观结构变化,建立长白山景观格局演化的信息图谱。景观格局与过程的变化表明,人为活动对景观格局产生的影响,已成为景观格局变化的主要驱动因子。     

城市热岛空间格局及其变化的图形信息特征分析

热岛效应是城市化进程中产生的特有环境问题。基于Landsat TM/ETM+（1989、2001、2007、2013年）遥感影像完成哈尔滨地面亮温定量反演、标准化和等级划分等处理,并分析城市热岛空间分布特征和时空演变规律。基于地学信息图谱理论,定量分析24 a间热岛效应图谱信息变化特征,探究城市热岛格局的时空演变进程和形成机制,揭示城市化进程与热岛效应之间的响应关系。结果表明,随着哈尔滨城市化进程加速,4级热岛效应呈递增趋势,面积比例分别为4.36%、5.69%、6.29%和7.12%,主要分布在道外区和铁路沿线地带;植被和水体区域的地面温度较低,其边缘温度更低;反复变化型面积最大,后期变化型面积最小,面积比例分别为33.30%和7.30%。地学信息图谱分析可为城市热岛效应随城市化演变趋势提供准确、丰富的信息,对全面分析城市热岛的形成和发展具有重要的意义。     

能源富集区产业结构时空差异及演化

针对能源富集区产业结构时空差异与演化分析不足的问题,该文运用利用HHI指数、空间基尼系数和产业结构差异系数对1995—2014年陕甘宁蒙能源富集区产业结构的时空格局差异及演化特征进行研究。结果表明:1995—2014年能源富集区第二产业比重第三产业比重第一产业比重,表现为"二三一"产业结构模式,是典型的以第二产业为主导的产业结构;1995—2014年陕甘宁蒙能源富集区第一产业集聚程度围绕0.04呈现小幅度变化趋势,第二、三产业的集聚程度下降趋势明显;通过考虑经济总量的分析,发现各次产业相对量仍呈集中态势,得出陕甘宁蒙能源富集区县域三次产业相对集中的结论;能源富集区三次产业结构的空间差异性不显著,年际变化较小,能源富集区需要加快推进产业结构优化升级以带动经济的可持续发展。     

MODIS影像植被时空变化分析——以吉林省为例

利用2000至2006年的MODIS-NDVI影像数据,通过年最大NDVI随时间的变化斜率和对变化趋势的分区统计、重心分析及空间自相关分析,探索近年来吉林省植被的时空变化规律。吉林省大多数区域NDVI呈现出稳定或增加趋势,反映出吉林省植被生态系统有所恢复。植被变化趋势具有明显的空间分异特征,东部主要为稳定型,西部主要为增长型,局部区域有衰退迹象,主要分布在吉林省东南角和西南角、长春市市辖区及沿河沿湖地区。空间自相关分析表明,植被变化过程在研究区域内具有较强的空间正相关,即变化趋势在空间上具有趋同性,集聚现象明显。     

GIS支持下的景观图谱研究

地学信息图谱具有图形与谱系的双重特性,是显示和揭示地球系统各要素和现象时空变化规律的一种手段与方法.在GIS支持下,以宁夏固原县为例,利用其1990年和2000年两期土地利用类型图作为主要信息源,探讨景观图谱分析方法.     

遥感数据时空尺度对地理要素时空变化分析的影响

地理要素的时空变化分析对于了解和掌握地表的规律性有着重要的作用。利用地面站点观测、实地调查等传统方式获取数据,对地理要素进行时空变化分析是最常用的方法。但该类方法往往表现的是"点尺度"观测,不能在大尺度情况下准确地反映地表的时空变化信息。遥感卫星能以一定的时间间隔获得空间连续的对地"面尺度"观测数据,然而其特定的空间和时间分辨率使其获取的地表信息仍十分有限。同时地表的空间异质性和个别地表短时间内的快速变化,使得利用遥感数据对地理要素进行时空变化分析时,时空变化分析结果会随观测尺度而发生改变。本文从空间尺度和时间尺度两方面综述遥感数据时空尺度对地理要素的时空变化分析产生的影响和原因,并针对这些问题总结了减小时空尺度对结果不确定性影响的现行方法。可以通过多源遥感协同观测和反演、尺度转换、空间建模等方法减小空间尺度引起的不确定性;通过联合多时相遥感数据的方法减小时间尺度引起的不确定性。在实际应用中,应根据所观测地理要素的实际情况,综合分析选择合适的方法。     

协同遥感信息与统计信息的人口空间格局分析

针对人口空间格局分布分析不足的问题,借助遥感信息与基本统计信息,引入人口地理集中度、探索性空间数据分析和地理加权回归模型,定量地分析了特征因子在市域范围上的空间异质性。人口集中指数与Moran指数能有效地反映空间事物之间的密切作用关系,在产业空间分布中能较好地评价集聚效应,反映空间分布状态。以长江经济带为研究区域,对人口空间分布进行了研究,得出了“圈层集中-东西对立-南北差异-四周分散”的分布特征,并从经济、社会、环境、土地利用方面分析原因,为人口合理增长和资源分配提供了参考。     

市域尺度货物运输碳排放时空变化及因素分析

针对货物运输导致碳排放成为温室气体主要来源之一的问题,该文综合货物运输车辆的微观温室气体排放及时空变化,从市域尺度分析货物运输碳排放的时空变化规律。利用微观排放模型计算了2000年、2005年、2010年和2015年全国286个城市货物运输碳排放的空间分布及其变化,并应用地理加权回归模型探究城市化不同层面因素对碳排放时空分布变化的影响。结果表明:货物运输碳排放具有显著的空间集聚特征,且高排放地区的集聚规律更加显著;地理加权回归模型精度明显高于普通线性回归模型,经济变量、人口变量、货运强度变量与货物运输碳排放存在显著正相关关系。该研究可为中国各市级区域制订节能减排政策提供量化的科学依据。     

集聚型空间点模式结构信息提取研究

空间点模式是一个2维离散点集,点集中的每一个元素代表地球表面一个点状目标的空间位置。当2维离散点集具有集聚特征时,称其为集聚型空间点模式,它与空间聚类、制图综合和空间分析的许多具体应用紧密相关。如何提取集聚型空间点模式的结构信息(集聚子群的个数和对应的集聚中心)是其中尚未彻底解决的问题。作者以几何概率为理论基础,提出测度正方形区域内2维离散点集分布特征的H函数并推导其解析表达式,运用H函数设计和实现了集聚型2维离散点集结构信息提取的通用算法。利用该算法处理一个由居民地坐标数据得到的具有集聚特征的空间点模式,提取出其结构信息并进行可视表达。分别以该空间点模式中的各离散点为顶点和发生元生成Delaunay三角网和Voronoi图,在Delaunay三角网中保留面积最小的前1/10、前1/100三角形的顶点,在Voronoi图中保留面积最小的前1/10、前1/100邻近多边形的发生元,将可视表达的点集结构信息分别与依据Delaunay三角网和Voronoi图得到的结果进行对比分析。结果表明,运用H函数能够有效地提取出集聚型空间点模式的全局性结构信息,而Delaunay三角网和Voronoi图虽然能够反映其局部密度,但在提取全局结构信息时存在局限性。     

ArcGIS支持下的土地利用时空数据库设计与功能实现

时空数据模型是时态地理信息系统(TGIS)的核心,它能够有效组织和管理时态地理数据,但由于其复杂性,目前仍然是一个非常具有挑战性的课题。本文介绍了与时空数据模型相关的研究概况,包括时空数据模型的研究进展、时空数据库中的时间和时空拓扑关系,探讨了土地利用时空数据模型的设计和功能实现,阐述了时空数据模型中变化的概念,在此基础上利用基态修正模型的思想,对模型的框架进行了设计,并给出了变化信息的提取方法,利用ArcGIS丰富的空间分析功能对变化土地利用信息进行了提取,最后给出了时空数据库结构的设计。     

县域经济发展水平评价及时空格局演变——以河北省为例

针对河北省县域经济发展特点和时空变化规律的问题,该文将GIS技术与定量分析方法相结合,选取2000年和2010年的15个能够反映河北省县域经济发展状况的指标,采用熵值法系统地测算了河北省136个县的经济发展水平,并利用空间自相关分析法分析了河北省县域经济发展空间格局的演变特征。研究结果表明:河北省县域经济发展依然存在明显的南北差异,并已形成"一线+两点"的经济空间格局;2000—2010年,Moran指数不断下降,高-高集聚区和低-低集聚区的县域数量与土地面积不断减少,河北省县域经济集聚效应减弱,经济发展渐趋均衡。     

新疆地区空气质量时空分布特征分析

以新疆2015-2017年AQI日均值监测数据为基础,利用数学统计和GIS空间分析方法,探析了新疆空气质量时空分布特征,从而直观地描述了大气污染地域分布差异;利用全局与局部空间自相关分析,进一步揭示了全区大气污染空间集聚特征。研究表明,新疆空气质量月、季节演变呈周期性U型波动规律,地区大气污染存在"南高北低"的显著差异;2015-2017年主要污染区域格局并未发生太大变化;受地形影响,地区空气质量具有显著的空间自相关结构,空间集聚与分布特征一致。     

基于主题模型的地理环境时空数据隐含语义理解

文本是战场信息的重要数据模态,从中挖掘地理环境时空语义信息是机器理解战场环境的重要方法,有助于扩展战场环境的空间认知与理解.本文设计一种基于主题模型,反映地理时空因素与事件主题之间语义关系的计算方法,通过信息抽取,挖掘主题要素相关信息,形成不同主题分类及其对应的特征词汇分布;将事件主题与地理时空语义特征建立联合分布模型,自动发现时间、空间与事件主题之间的相关性,从而生成地理时空隐含的语义主题.通过试验验证并结合应用实践,得到如下结论:利用事件主题与位置信息的关联,并应用空间分析方法探寻不同主题的时空分布规律,可为新事件的位置预测及趋利避害对策制定提供基础,从而拓展传统的地理事件主题分析.     

智慧城市时空信息云平台建设方案研究

推进智慧城市建设是城市加快实现创新驱动、转型发展的重要手段,是城市信息化新一轮加速发展的必然要求。智慧城市建设是在数字城市地理空间框架中引入时间概念,把各时期的地理信息都按需反映出来,发展为时空信息数据库和时空信息云平台的建设,它是动态的、实时的。基于此,分析研究了智慧城市时空信息云平台的建设方案。     

高分遥感驱动的精准土地利用与土地覆盖变化信息智能计算模型与方法研究

通过对地观测可在影像空间上全面反映地表地理现象、格局及演化过程,基于遥感数据提取的土地利用与覆盖变化（LUCC）产品为分析地理要素空间分布规律及其变化机制提供全覆盖、定量化和快速更新的本底信息。本文以高分辨率遥感视觉特征（图）与多源多模态观测机理特征（谱）相互耦合的图谱认知理论研究为基础,提出了精细地理图斑空间结构（精）上融合定量指标反演模型（准）的精准LUCC简称P-LUCC（Precision LUCC）的概念,并依据“五土合一”的地理学思想构建了分层感知、时空协同与多粒度决策于一体的P-LUCC遥感信息智能提取与综合地理应用方法,提出并解析了其中视觉感知的深度学习、外部知识逐步融入的迁移学习以及增量式的自组织强化学习等3类机器学习模型的协同计算机制。基于此,进一步设计了“分区控制—分层提取—分级迁移—功能重组”为途径的高分辨率遥感P-LUCC信息产品生产线系统,并以苏州市高新区为应用区域针对土地利用（LU）图斑的形态、类型以及土地覆盖变化（LCC）的指标等内容开展了P-LUCC产品精度、生产效率的综合分析,展望了基于P-LUCC信息产品开展专题应用研究的新思路。