一种基于关键帧动画的时空数据动态可视化方法研究

以时空数据可视化表达为研究对象,提出一种以地理现象真实时间为串联,以关键帧及线性插值动画为手段的动态符号逻辑模型。将地理实体不同时态的特征以图形符号表达并作为关键帧;在关键帧之间根据需要使用插补算法生成多个中间时刻的图形符号,并模拟表达该时刻地理实体特征,这个过程称为中间帧生成;采用地图动画时间串联各个关键帧和中间帧,并按时间顺序和一定约束规则连续播放,形成动画符号,实现时空数据的几何特征和属性特征随时间变化的动态可视化。     

基于时空主题模型的微博主题提取

已有地理主题模型没有考虑不同区域对微博主题影响程度的差异性,同时他们将时间要素离散化,难以得到连续时间上的微博主题强度。提出了一种顾及连续时间及区域影响力因素的时空主题模型。该方法将城市划分为多个区域,依据各兴趣点类型及数量对区域赋予权重以表达区域社会功能对微博主题的影响程度,基于稀疏增量式生成模型表达微博主题分布,利用Beta分布描述主题在连续时间中的强度,最终通过Gibbs采样得到时空主题模型各参数。实验表明,本文方法能发现连续时间上微博主题的演变,与已有地理主题模型相比,能更加准确地提取微博主题。     

基于PETRI网的土地变更时空过程建模

通过对以往时空数据建模过程记录的不足分析,提出利用时间Petri网和层次扩展的子过程对时空过程进行建模,能显式表达时空数据以及时空变化过程,由位置/状态和变迁连接时空过程.并以土地变更业务为例详细分析整个过程,认为此建模过程能很好的表达现实世界的时空过程.     

基于线平衡点的时空演化分析

时空演化分析是时空数据挖掘和知识发现的研究热点之一。为实现定量表达线要素地理属性的时空演化特征,在力矩平衡原理的基础上,提出一种基于线平衡点的时空演化分析定量表达方法。该方法将地理属性力矩定义为线要素上各点地理属性值与该点到平衡点的线上距离的向量乘积,然后利用物理学力矩平衡计算公式求得力矩平衡点的位置。当不同时刻各点的地理属性值发生变化时,平衡点位置亦随之不断移动,进而利用平衡点与均质平衡点的偏移向量以及相邻时刻之间平衡点的转移向量,定量地表达线要素地理属性的时空演化特征。最后,通过实验验证了该方法的可行性以及有效性。     

新一代国家基础时空信息数据库建设的思考

针对新时期新需求对内容更加丰富、现势更加鲜活、表达更加直观、产品更加易用、服务更加便捷的新一代国家基础时空信息数据库的需要，该文梳理了国家基础时空信息数据库建设现状与新时期的总体发展要求，分析了新时期各行业的应用需求，提出了新一代国家基础时空信息数据库建设未来研究方向，探讨了主要实现路径。该文可为后续国家基础时空信息数据库建设与发展提供参考。     

一种基于改进蚁群算法和顾及时间上下文的个性化旅游线路规划方法

为解决旅游线路规划中时间上下文的限制和游客旅游偏好等问题,构建顾及时间上下文和游客旅游偏好的旅游线路规划数学模型。提出一种改进的最大最小蚁群算法MMAS(Max-Min Ant System),采用混合信息素更新策略,改进伪随机比和轮盘赌注相结合的状态转移策略,提出基于时空棱柱模型的局部搜索优化方法。为验证算法的有效性,利用携程网景点数据与高德实时路况数据进行实验。实验结果表明,该方法比对比算法有更好的性能,能有效地规划出较好的旅游线路。     

基于多粒度的时空数据模型构建研究

在时空数据模型的基础上引入时空量化的思想,将对象进行空间和时间的多粒度形式化表达,同时结合面向对象和基态修正模型的设计理念,提出了一种基于多粒度的时空数据概念模型和逻辑模型的构建方法,实现对时空数据分层多粒度的组织与管理。     

气象监测数据的时空特征分析与建模

尝试对美国爱荷华州东部66个气象观测站1951～2000年的月均最低气温数据进行时空特征分析和建模。将时空数据分解为时空趋势和时空残差两部分，使用非线性时间序列模型模拟气温的时空趋势，分析模型参数和残差的时空特征，探索时空数据建模方法。案例研究表明研究区域内所有站点的时间序列特征较一致，可采用一个趋势性和周期性模型表达。同时残差部分具有一定的时空自相关特征，建议开发一个简单方法进行时空数据插值。     

面向地理空间信息的轨迹模型及时空模式查询

轨迹数据处理与分析是目前空间信息和数据库等相关领域的研究热点之一。本文从Stop-Move轨迹模型出发,通过集成地理空间上下文信息来建模轨迹数据,并研究轨迹时空模式的查询处理技术。首先分析Stop/Move对象与点/线/面地理空间要素之间的时空关联关系,据此提出显式表达该关联语义的地理关联轨迹模型,在此基础上利用关系-对象数据库技术,为地理关联轨迹模型设计独立于应用的关系模式,接着定义轨迹时空模式查询,并提出基于地理关联轨迹关系模式的SQL处理框架,最后以典型性检索请求为例,讨论分析位置-时间、位置-顺序和位置-关系等三类轨迹时空模式查询的纯SQL处理技术,并以样例轨迹数据验证了本文方法的可行性。     

基于GOCI数据的胶州湾水体透明度遥感反演及日变化研究

透明度是描述海洋和湖泊水体光学性质的一个重要参数。利用2017年5月16日胶州湾航次的现场实测数据和GOCI卫星影像,采用2种半分析算法Doron11和Lee15对水体透明度进行反演。研究表明,Lee15算法在胶州湾海域表现较好,透明度反演值与实测值之间的决定系数为0.98,均方根误差为0.02 m。选择当日8幅GOCI影像,利用Lee15算法反演获得胶州湾水体透明度日变化的时空分布特征。空间分布上,海域整体透明度较低(0～4 m),从湾内到湾外透明度呈现出逐渐增大的趋势。时间变化上,湾内水体透明度的变化受潮汐影响明显,湾外和湾口的变化由太阳天顶角主导,海域平均水体透明度的变化由太阳天顶角和潮汐共同作用。根据各采样点实测水体透明度与现场同步测量的其他环境因子的统计分析,胶州湾水体透明度的变化是多个环境因子共同作用的结果,与水深存在较强的正相关,相关系数达0.84,与其他环境因子均呈负相关关系。     

基于时间语义的地籍管理信息系统数据组织与实现

地籍管理信息系统属于GIS范畴,具有很强的时态特性,如何高效地组织时空数据是系统成败的关键。本文在分析地籍管理信息系统必要性以及时间概念及其具体含义的基础上,引入时间语义,提出基于时间语义的数据模型。根据语义对地籍管理信息系统的时空数据组织方法进行了研究。并根据地籍管理对模型的要求,分别从时间点、时间段角度对历史信息进行查询和回溯,验证了模型的可行性。     

Recent Literature

Development of a temporal geographic information system (GIS) and spatio-temporal data modeling are key to incorporating time into geographic information science. This paper describes how to design and develop temporal GIS that will work with spatio-temporal data represented in various data models, and it introduces a prototype temporal GIS with a case study. In temporal GIS, the integration of multiple spatio-temporal representations is based on common spatial and temporal reference systems. In other words, a map window of temporal GIS visualizes spatio-temporal data valid at the same time within one spatial area. To achieve such visualization, separate data editing and query modules are required for each spatio-temporal data model (STDM). In the temporal query interface, after a user specifies a time, the system automatically hires correspondent modules to retrieve spatio-temporal data valid at that time. Besides temporal queries common to all STDMs, each module may provide additional temporal query capabilities specific to that STDM. In the case study, I implement a prototype temporal GIS for three STDMs. The examples of query and visualization, which use three datasets (census data, land use/land cover, and elevation data) demonstrate the prototype temporal GIS can integrate multiple temporal representations.     

时态信息可视化模型研究及实现

时间问题是地理学中一个基本的研究问题。随着空间技术和现代信息基础设施的飞速发展,使得空间信息具备了较强的时态特性,传统静态地图中的可视化表达方式已无法满足时态信息的动态表示需求,如何在空间格局上和基于时间维的动态演化过程中,提供时态信息模拟结果的可视化分析和表达,是不可忽缺的一个环节。针对当前时空数据模型较多,而可视化研究相对较少的现状,在充分研究时态信息特点的基础上,研究了可视化动态过程所涉及的相关模型,包括概念模型、时空耦合模型以及预测模型等。     

面向地理信息大数据的时空事件关系可视化分析框架

不同类型的地理信息大数据蕴含了丰富的时空关系，反映个体或者群体时空事件之间的变化模式，在资源、环境、交通等领域的智慧应用中起到关键性作用。然而，地理信息大数据拥有的多尺度和多语义特性，在挖掘地理信息大数据的时空关系时会存在许多困难。如何有效地构建多尺度多语义时空关系，并直观地表达这些时空关系是一个重大挑战。本文设计了一种时空事件关系可视化分析框架，通过定义事件间时空关系的描述，设计了一种多视图协同的可视化分析方法，结合时空关系的可视化协同交互，实现地理信息大数据时空事件可视分析。基于时空轨迹数据，通过试验说明该方法可以探寻时空事件及背景间的时空关系，实现时空事件的交互可视分析。     

The British Cartographic Society Awards 2006

Abstract

While graphic variables in 2D maps have been extensively investigated, 4D cartography is still a widely unexplored field. In this paper, we investigate the usefulness of 4D maps (three spatial dimensions plus time) for cartographically illustrating spatio-temporal environmental phenomena. The presented approach focuses mostly on explorative research rather than on enhancement and extension of existing methods and principles. The user study described in the paper shows that 4D cartography is not a well-explored research area and that many experienced map users try to apply their knowledge from 2D maps to 4D dynamic visualisations. Thus, in order to foster the discussion within the community, we formulated several basic research questions for the area of 4D cartography, which range from methods for representing time in 4D visualisations and understanding the temporal context to finding generic methods to achieve optimized temporal generalisation and a consistent definition of graphical variables for 3D and 4D.     

一种时空数据静态可视化表达方法

本文简要介绍了时空数据可视化的必要性,以及目前人们采用的时空数据可视化方法,并分析了这些方法的局限性,提出了一种将年轮(annual ring)作为时空载体,结合视觉变量对面状地物的属性数据进行静态可视化的方法。该方法将面状地物的同心环按照类似树木年轮的生长特征进行划分,作为空间和时间的载体,不同时期属性数据映射到相应的同心环中,同心环的厚度和色彩的差异揭示了属性数据的变化。最后以武汉市城市管理网格化平台的统计评价数据为例实现了对比率量表数据的时态可视化表达。本文所提出的静态时空可视化方法将面状地物的空间、属性和时间紧密地结合在一起,克服了以往静态可视化方法中时间-空间、时间-属性相分离的不足,试验证明了这种方法在实践中的可行性。     

多级格网时空索引

在时空数据库中,地理实体模型包括地理对象空间信息和时态信息。为了快速查询实体的空间和时间信息,这就需要一个高效的时空索引机制。本文在分析和参考目前几种时空索引方法的基础上提出了一种新的时空索引方法———多级格网时空索引,并介绍了多级格网时空索引的算法。     

遥感影像时—空融合的“点”—“线”—“面”质量评价

遥感影像时—空融合可集成多源数据高空间分辨率和高时间分辨率互补优势,生成时间连续的高空间分辨率影像,在遥感影像的动态监测与时序分析等方面具有重要应用价值。然而,现有多数研究往往基于单一数据产品对时—空融合算法进行评价,而在实际生产应用中,需要验证算法在多种遥感产品数据的融合表现;此外,目前研究大多基于"单点时刻"进行评价,忽略了时—空融合在"时间线"上的有效验证。本文提出遥感影像时—空融合的"点"—"线"—"面"多角度综合质量评价策略,基于Landsat TM和MODIS影像,建立了时—空融合系列数据集,包括地表反射率、植被指数和地表温度,并在此基础上从单时相("点")、时间序列("线")、多种数据产品("面")多个角度对4种典型融合算法进行定性和定量的综合评价。结果表明,基于不同产品类型的数据集更能充分验证算法性能,且结合单点时刻和时间序列的评价更加客观。     

Modeling Dynamic Polygon Objects in Space and Time: A New Graph-based Technique

The analysis of dynamic spatial systems requires an explicit spatio-temporal data model and spatio-temporal analysis tools. Event-based models have been developed to analyze discrete change in continuous and feature-based spatial data. In this paper, a spatio-temporal graph model is described that supports the analysis of continuous change in feature-based polygon spatial data. The spatio-temporal graph edges, called temporal links, track changes in polygon topology through space and time. The model also introduces the concept of a spatial-interaction region that extends a model's focus beyond short-term local events to encompass long-term regional events. The structure of the spatio-temporal graph is used to classify these events into five types of local polygon events and two types of spatial-interaction region events. To illustrate its utility, the model is applied to the ecological question of how patch size influences longevity in underwater plant communities in Chesapeake Bay, USA. Both a short-term local analysis and a longer-term regional analysis showed that patches of plants, or groups of patches, larger than one to two hectares in size were more likely to persist than smaller patches or groups of patches. Overall, the spatio-temporal graph model approach appears applicable to a variety of spatio-temporal questions.     

Mapping the Brazilian Amazon fluvial sensitivity index to oil spills with Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data

It is important to understand the Solimões River seasonal hydrological cycle and its dynamics to support systematic environmental monitoring efforts in the Amazon region. These are essential to the contingency response to possible accidents in the existing oil transportation network. This study seeks to map the environmental sensitivity to oil spills in the surroundings of Coari city, Amazonas State (AM). A computational method was employed representing the seasonal inundation phenomenon fluctuations, together with data from the Digital Elevation Model generated by the Shuttle Radar Topography Mission. These were matched with Coari fluviometric time series information and a Japanese Earth Resources Satellite-1 (JERS-1 SAR) geo-referenced mosaic of the Global Rain Forest Mapping Project. In this context, a mathematical morphology technique (watershed) integrated with all aforementioned data applying MatLab and ArcGIS computing resources generated results that enabled a better spatio-temporal understanding of the Amazon seasonal dynamics. Thus, the principal product of the research was the Coari fluvial oil spill sensitivity index map based on segmented inundation levels obtained with the proposed methodology.