基于复杂网络聚类的最优选址模型

最优选址在社会经济活动中非常重要。传统的网络聚类分析以空间两点之间的直线度量距离,而不是以空间最短网络路径作为聚类条件,无法找到复杂网络的最优选址中心。基于最短路径的复杂网络聚类模型,探索复杂道路网络中的最优选址。模型通过迭代法获取近似最优解,二分邻域分割法逼近最优解分布区,应用邻域下降法达到最优选址点。实验结果表明:本模型与穷举-Dijkstra算法相比,计算精度相当,计算速度提高了约23倍以上。模型以复杂网络聚类为基础推导,为复杂网络选址、聚类提供了一种新的理论与方法。     

一种顾及属性的游程编码“交”运算方法与实验

考虑到基于直接编码的栅格数据在计算效率和存储能力上的不足,提出一种便于代数操作的游程编码数据结构,以优化基于直接编码栅格数据的代数运算.介绍了基于该数据结构的游程"交"运算的实现方法,并在算法实现过程中完成游程属性的各种代数运算.算法实现思路为:将栅格场中任一行游程集合以链表的形式存储,将欲执行代数运算的新游程单元与对应栅格行游程集合执行游程"交"运算,并在插入删除游程结点的过程中完成属性值的代数运算.该算法通用性较强,在数据精度及计算效率方面比直接栅格编码方法具有优势.     

基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型

城市生态用地规划是城市生态系统保护的重要基础和前提。针对传统空间规划方法的不足,提出基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型。研究对蚁群优化算法的空间禁忌策略、选择策略进行改进,考虑了城市生态用地的生态效益和空间集约性,在规划目标函数中引入生态适宜性、空间紧凑度和最邻近距离指数,并设计最邻近距离指数的栅格计算方法。以广州市为例,分别模拟城市生态用地占广州市面积15%,30%和50%情景下的生态用地规划方案,取得了较好的效果。研究表明：基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型能够合理的对城市生态用地的空间布局进行配置,明显提高了城市生态用地生态效益和空间集约性。     

多条件约束应急疏散路径分析的几何代数方法

面向突发事件的应急响应与疏散路径分析的需求,基于几何代数构建多目标约束应急疏散路径分析方法,利用多重向量实现了多维地理场景建模及路径距离计算.其中利用几何基进行网络编码,构建多维地理网络拓扑结构的几何代数邻接矩阵表达,建立了基于几何代数的最短路径算法,进而构建多目标约束的应急疏散模型.基于德国Waldbruecke村三维场景中污染物扩散条件下的应急疏散分析表明,该方法可较好地支撑阈值限制条件下网络路径的动态生成,可为虚拟场景中应急疏散的决策与模拟提供理论与技术支撑.     

旅游扶贫重点村空间可达性分布特征及影响因素研究

在国家提出乡村振兴和旅游扶贫政策的大背景下,为了发挥旅游交通在区域发展中的带动作用,为旅游扶贫重点村建设和加快区域脱贫提供理论依据,文章以湖北武陵山区258个旅游扶贫重点村为研究样本,运用栅格成本加权距离算法与地理加权回归模型(GWR)对其旅游交通可达性及影响因素在空间上影响程度及作用方向的差异进行了探究。研究发现：湖北武陵山区内旅游扶贫重点村的平均可达时间为1.82 h,区域整体可达性相对较差,出行成本较高;从自然及人文2个视角对旅游扶贫重点村可达性的影响因子进行提取,各个影响因子在区域上作用大小的排序为：距最邻近县市最短路径>高程>周边旅游资源禀赋>距河流最短距离>距周边景区最短距离>坡度,距河流最短距离及周边旅游资源禀赋与可达成本呈负相关关系,其余因素均与可达成本呈正相关关系;距周边景区最短距离与坡度值大小的单位变化对可达成本空间差异的影响不显著。     

矢量数据向栅格数据转换的一种改进算法

地理信息系统的发展与空间数据结构的优化密不可分,栅格数据与矢量数据之间的高效转换是GIS的关键技术之一。由于栅格数据十分有利于空间分析中的叠置分析,因而通常需要将矢量数据转换成栅格数据。该文分析对比了地理信息系统的两种基本数据结构,在总结已往矢量数据转换为栅格数据方法的基础上,依据边界代数多边形填充算法的基本原理,结合绘图作业时采用的正负法,提出了一种改进的折线边界(数据串)跟踪方法。该算法原理简单,不需进行复杂的距离比较运算,运算速度快,并且通过简单的角度判断保证了填充的精度。     

一种适用于逻辑回归模型评价浅层滑坡易发性的网格尺度划分方法 ——以2019年福建省三明市群发浅层滑坡为例

滑坡易发性评价是滑坡防治研究的重要内容之一.在逻辑回归模型中,常用网格单元作为滑坡易发性评价单元,具有划分简单,回归效率高的优点.然而,在构建模型时直接将研究区的栅格数据转换为矩阵,每个栅格表示一个评价单元,存在滑坡样本不平衡,滑坡地形参数指标不能反映真实的滑坡地形等问题,造成评价效果统计显著性低.本文以2019年福建...     

基于隐马尔科夫模型和动态规划的手机数据移动轨迹匹配

针对手机数据属性信息少、时空采样率较低、采样不均匀、定位精度低的特点,该文提出了一种基于隐马尔科夫模型和动态规划的移动轨迹匹配方法(HMM-DP4MT)。该方法通过设定搜索半径以提高计算效率;结合轨迹距离和方向信息计算发射概率,基于不同搜索半径和定位标准差的匹配结果确定参数最优值;利用Manhattan距离代替欧氏距离,建立了融合最短路径距离和道路等级的转移概率模型,分析了道路等级约束对匹配结果的影响;基于动态规划搜索移动轨迹在拓扑路网中的全局最大似然匹配路径。利用同步采集的手机数据和GPS轨迹数据进行验证,结果表明,模型在简单路网区域和较复杂路网区域的精确率和召回率均高于85%,在极端复杂路网的精确率和召回率略低,但仍高于75%,能够满足交通应用对用户移动路径精确度的需求。     

KDSG-DBSCAN:一种基于K-D Tree和Spark GraphX的高性能DBSCAN算法

DBSCAN是一种基于密度的聚类算法,其能从包含噪声点的数据集中发现任意形状的聚类并且无需预先设定聚类个数,因此得到了广泛应用。但随着数据规模的增大,迭代式的点间距离计算导致经典单机串行DBSCAN算法的性能显著下降,使之无法满足实际应用的效率需求。为此,该文提出一种性能改进的分布式并行聚类算法——KDSG-DBSCAN。该算法利用K-D Tree邻域查询减少点间距离计算次数,利用图连通算法优化局部类簇合并过程,并基于Apache Spark MapReduce平台实现了计算过程的并行化。通过4组对比实验,分析了KDSGDBSCAN、经典DBSCAN与未使用图连通的KDS-DBSCAN算法的执行效率、KDSG-DBSCAN各子阶段执行时间占比、不同数据规模下KDSG-DBSCAN的扩展性以及不同计算节点数量和CPU核数下KDSG-DBSCAN的扩展性。结果表明,KDSG-DBSCAN算法具有良好的可扩展性和加速比。     

面向行人空间认知的路径描述自动生成算法与模拟实验

路径描述是人类心理空间表征外化的方式之一,与人们的日常生活息息相关。针对目前行人导航无法满足行人空间认知偏好多样性的问题,首先通过认知实验验证了参与者在确定自身位置时选取地标所考虑的主要因素为可视性和距离;然后结合行人的步行方向发展了一种基于地标可视性、地标与行人之间的距离以及步行方向的地标选取模型,并以该模型为基础提出一种以行人为中心的定性路径描述自动生成算法;最后,采用C++编程语言实现了基于路径描述自动生成算法的模拟程序。模拟实验表明,该算法能根据行人步行方向和位置的变化,实时调整相应的路径指示信息。因此,该文提出的算法可提供以行人为中心的路径描述动态生成服务,以满足行人空间认知偏好多样性的需求。     

一种基于栅格的加权Voronoi图构建普适方法

Voronoi图是空间分析的一个重要工具。该文将Voronoi区域视为流域,将栅格加权距离视为高程,提出一种顾及非空间属性的能够与ArcGIS无缝集成的Voronoi图生成方法。首先,根据Voronoi图的原始定义直接计算栅格的最小生成元加权距离,并仿D8算法思想,确定每个栅格的流向。然后,提取所有只有流出没有流入的栅格,并对栅格边界进行去噪处理和矢量化,得到Voronoi区域公共边,并生成附生成元属性的加权Voronoi图。最后,基于ArcEngine实现了任意生成元的带有非空间属性的加权Voronoi图。通过对比实验表明,该文所提出的方法能够高精度构建包含任意生成元的加权Voronoi图。     

分布式水文模拟汇流方法及应用

对于必须考虑汇流过程的分布式水文模型而言 ,其汇流模型可以分解为三个层次来讨论 :第一个层次是单元划分 ;第二个层次为汇流路径 ;第三个层次则是基于该汇流路径的汇流演算模型。基于栅格的分级运动波汇流模型是根据栅格DEM的网格单元水流流向来划分栅格等级 (汇流带 ) ,然后应用运动波模型进行逐级汇流演算。文中从可操作性的角度对栅格分级方法和运动波汇流模型进行了分析讨论 ,最后根据潮白河流域 1 981～ 1 990年资料进行了日径流过程模拟分析 ,说明该方法在理论上是合理的 ,并在应用中取得良好的模拟效果。     

基于邻域高程比对算法的月表撞击坑自动提取研究

月表撞击坑的精准自动提取是月球地貌特征研究的基础。该文基于坑缘部位相对突起的形态特征,利用月球勘测轨道器相机(LROC)提供的100m分辨率数字高程模型(DEM)数据,采用邻域高程比对算法对撞击坑进行自动识别。该方法首先确定坑缘轮廓位置,继而采用数学形态学方法进行噪声过滤、细化连接和自动识别坑缘处栅格。在月海和月陆地区提取实验结果表明:该方法对简单型撞击坑和复杂型撞击坑的提取率在64.7%以上,对边缘退化型撞击坑的提取率为63.6%;对比目视解译结果,提取准确率在74.5%以上;所提取撞击坑与自然形态吻合较好,偏移距离在400m以内的坑缘栅格数占81.5%以上。     

栅格空间中三维地学实体拓扑关系表达的K6N9-I模型

论述栅格空间中三维地学实体拓扑空间关系研究的理论基础和现实意义,基于数字拓扑理论定义了栅格实体的6邻域内部I6、6邻域边界B6和k阶6邻域E6k,并以此分别替换9-I模型中实体的内部I、边界B和外部E,形成一种适用于栅格空间三维实体拓扑关系描述和分析的新9-I模型,即k阶6邻9-I模型(K6N9-I)。以基于规则六面体表达的地学实体为研究对象,通过扩展关系数据库SQL形成空间关系查询语言,实现了栅格空间中三维地学实体拓扑关系的定性表示和定量计算。以若干地学实体为例进行了初步实验,表明该模型实用方便,且在复杂地学实体的度量、方位等空间关系研究方面亦有较好的应用前景。     

海湾型半城市化地区空间形态演化模拟

元胞自动机（CA）是模拟城市土地利用演变过程的有效工具,转换规则和元胞邻域是元胞模型的核心。综合考虑元胞邻域的距离衰减效应,基于模拟退火算法（SA）挖掘最优的转换规则,文章构建了一种考虑邻域衰减的城市演化模型（SA-NDCA）。模型以负幂指数函数作为元胞邻域的衰减曲线表示元胞邻域的距离衰减效应;运用模拟退火优化算法计算城市CA模型模拟结果与样本点的累积差异,在目标解空间快速搜索以提取最优的转换规则;最后以厦门市半城市化地区为研究案例,模拟了研究区域1995―2010年期间的城市空间形态演化,通过混淆矩阵和Kappa系数评价了模型的模拟精度,1995―2010年期间的建设用地模拟精度为68.5%,总体精度达到86.2%,Kappa系数达到66.3,取得了较好的模拟效果。利用提出的SA-NDCA模型,成功模拟了研究区2010―2020年期间的城市空间形态演化,结果显示,所预测的演化情景与中国当前实施的新型城镇化战略十分契合。     

空间玻尔兹曼熵的研究进展与应用

区域性、综合性、复杂性是新时代地理学的三大特征,其中复杂性研究是地理学飞跃的新路径。熵作为系统复杂性的核心指标,其研究、推广和应用对新时代的地理学有着重要意义。近年来地理学中熵的研究热点为玻尔兹曼熵（玻熵）。玻熵的概念最早提出于1872年,是著名的热力学第二定律的核心,但玻熵在地学的应用长期停滞在探讨层面。其瓶颈在于缺乏针对空间数据计算玻熵的模型和方法,但该瓶颈在近5年得以突破。本文从玻熵的热力学概念与地理学推广难题、空间数据的玻熵计算模型、计算方法、实际应用4个方面进行及时且系统地综述。主要结论有：① 目前的研究热点集中在空间栅格数据的玻熵,已研发出针对定性和定量型栅格数据的计算模型;② 算法百家齐放,已呈现出基于边缘总长度、基于Wasserstein距离、基于多尺度层次的三大类算法;③ 已形成景观生态学和遥感图像处理两类应用;④ 未来研究需重视针对更多类型的空间数据的算法、使用玻熵替代香农熵验证先前研究中的结论、拓展玻熵应用等。     

基于改进PSO算法的农村居民点空间优化布局研究

农村居民点空间布局优化是一个复杂的综合评价过程,具有不确定性、多条件、多规则约束的特点。为实现农村居民点规划布局的科学化与智能化,提出云模型改进的PSO优化算法,以最小总迁移距离、最大聚集度、最大适宜性为目标建立多目标优化函数,运用云不确定性推理和云的数字特征对PSO算法中的修补规则进行转换,按照修补规则确定每个粒子的优化方向的中心方位,从而增加该中心方位对每个居民点单元的牵引力作用强度,进而改进其速度变化方向,实现农村居民点集约化过程中的定量空间布局优化。实例验证结果表明,改进后的PSO算法较标准PSO算法更能获取合理、可行、科学的空间优化布局结果,而且运行效率有明显提高,能为农村居民点空间规划提供科学依据。     

“一带一路”地区生态承载力评估系统设计与实现

生态承载力评估需要多源海量数据支撑,耗费大量时间成本与人力成本。该文以"一带一路"地区为例,以冗余存储、按需计算、多尺度表达为主要手段,提出了栅格数据区块存储与分析方法,并开发了生态承载力评估系统架构,实现了多种数据的存储、分析和表达,解决了大范围生态承载力评估中低效率、高成本等问题。栅格数据区块存储与分析方法可有效提高生态承载力评估效率,并在用户所需尺度上快速展现生态承载力评估结果,且该方法中算法的空间复杂度对运算速度影响较大,而时间复杂度对运算速度影响较小;预警推送和自动化报表功能可快速生成生态承载力状态及其变化结果,从而提高生态承载力评估的实时性、高效性和便捷性。     

复杂体目标之间三维拓扑关系描述模型

三维空间拓扑关系是空间关系研究领域的重要问题。该文分析了三维空间拓扑关系的研究进展和存在的问题,以点集拓扑理论为基础,提出用于描述复杂体目标之间三维拓扑关系的点邻域模型,以15种点邻域结构涵盖三维空间中两个体目标之间任意一点的归属关系,基于点邻域结构设计了描述体目标之间三维拓扑关系的编码。典型三维拓扑关系实例的比较分析表明,对于9IM模型所能区分的三维拓扑关系,点邻域模型均可区分;对于一些复杂的9IM模型无法区分的三维拓扑关系,点邻域模型仍然给出了唯一的描述结果。因此,点邻域模型区分出的复杂体目标之间拓扑关系的种类更多,对三维拓扑关系的描述更加精确。     

顾及风向和风速的气温空间插值方法

当前气温插值方法多将高程、经纬度等作为影响因素,无法解决风向、风速对气温空间分布的影响问题。该文提出一种顾及风向和风速的气温空间插值方法:1)根据气象观测站点的风向、风速数据进行插值,生成连续的风场表面;2)基于该风场数据利用高斯扩散模型构建成本表面;3)利用Dijkstra最短路径算法计算观测点与待求点的累计移动成本最短路径(SPOCMC);4)将SPOCMC作为协变量进行薄盘光滑样条插值以实现气温插值。为验证该方法的有效性和可靠性,选取山东省109个气象观测点样本数据,以SPOCMC、DEM和SPOCMC-DEM分别作为协变量对气温数据进行薄盘光滑样条插值,结果显示:SPOCMC-DEM法的MAE和RMSE均值(分别为0.517、0.779)略低于SPOCMC法(0.583、1.016),显著低于DEM法(0.809、1.231),表明添加SPOCMC作为协变量可有效提高气温空间插值的准确性。在江苏省与贵州省的插值实验结果证明了该方法的普适性。