一种地图点群空间分布特征的局部分维分析方法

以分数维为分析指标的分形几何理论,为地图点群目标的空间复杂性分析提供了一种定量方法。但是研究表明,地图点群目标的分形性质往往表现出局部的非均匀特性,因此主要以研究对象整体分维估值为主的分维分析方法难以描述这种变化。本文在分维扩展方法的基础上,提出了一种基于滑动窗口的局部分维分析方法--元分维模型,并通过实践证明该方法可以有效地揭示地图点群空间分布特征的差异,从而为地图点群目标的空间分布特征分析提供了一个新的思路。     

地理空间信息的M-R曲线扩展分析

分形理论在地理空间信息的复杂性分析中具有广泛的应用前景,但是强调完全自相似为基础的单一分形维数,难以描述复杂变化的地理目标特征。本文研究表明,与分形维数相比,M-R曲线所包含的更丰富的地理空间特征信息使之成为更值得关注的分形分析对象。在此基础上,本文初步阐述了M-R曲线的性质与地理空间意义,并进一步探讨了M-R曲线的扩展分析方法,包括M-R曲线的函数拟合与分维谱分析。最后以小比例尺地图中河流数据为例,分析了我国长江、黄河两大河流的空间形态特征及其规律。实验表明,在小尺度范围内长江具有更丰富的细节变化,黄河则在更大的尺度上表现出复杂性。     

地学现象的分维与标度关系——以中国大陆山系为例

分形理论产生以后,已经在许多领域里取得了较为广泛的应用,但是在分形维数的计算方面仍存在一定的问题,最根本的问题之一是大量相关研究往往忽略了标度问题的影响,而将计算出的分维结果随意比较。本文则是以中国大陆山系为例,对地学现象的分维与标度的关系进行了研究,得出:(1)中国大陆山系的分形性质是客观存在的,其分形性质是不以测算标度而出现变化的,是始终存在的;(2)虽然在不同的测算标度下,中国大陆山系的分形性质始终是客观存在的,但是随着测算标度范围的变化,中国大陆山系的分维也会相应地出现一定的变化,即中国大陆山系客观存在的分形性质是绝对的,而分维则是一个相对的值,是随着测算标度而出现变化的;(3)分维不仅随着测算标度的变化而出现一定的变化,而且,分维是测算平均标度的函数,即D=f(r)(式中:r为测算平均标度,D为分维)关系成立;(4)因为分维值会随着不同标度范围的变化而出现相应的变化,所以,如果要进行分维之间的比较,则应选择相同的标度范围和标度值点。     

2000-2014年中国重特大煤矿事故时空分布分形特征

本文汇总整理了2000-2014年中国发生的472起重特大煤矿事故,获得其空间分布状况;基于分形理论,利用网格法统计不同网格尺度下覆盖重特大煤矿事故的非空网格中的事故数量,计算煤矿事故的全国、三大自然地理区以及干湿分区的分维值,分析其空间分布分形特征;利用R/S方法研究15年来重特大煤矿事故发生的时间分形特征。研究表明,从全国范围来看,重特大煤矿事故具有较好的空间分形特性,但不同区域的重特大煤矿事故的分形特性却具有很大差别。15年来发生重特大事故数量及事故死亡人数逐年下降,由R/S分析得到的Hurst指数表明事故时间序列的分形特征客观存在,并且年发生事故数量及事故死亡人数量减少趋势。     

分形定量选择遥感影像最佳空间分辨率的方法与实验

遥感影像观测尺度是遥感信息提取研究的重要内容之一,也是遥感信息提取的焦点。以往,遥感影像尺度特征的分析大多基于地统计学,其主要体现遥感影像中的线性特征,而实质上遥感影像中既存在线性特征,又存在非线性特征。因此,在深入剖析遥感影像尺度效应及分形特征机理的基础上,本文探讨了分形理论定量选择遥感影像最佳空间分辨率（也称最佳像元观测尺度）的方法。以IKONOS全色影像的建筑用地、耕地、林地为研究对象,分别使用FBM、DBM、TPM 3种分形维数计算模型,实现了3种地物在不同空间分辨率下分形维数的计算。实验结果表明,每种地物的分形维数是随空间分辨率的增大,总体呈下降趋势,且在某些特征空间分辨率上会出现拐点。从遥感影像尺度效应分析可知,遥感影像空间格局随尺度的不同,其内部结构也不同。且随着尺度的增大,很多细节将会被忽略,影像的粗糙度也随着降低。而分形维数是目前为止描述对象自相似性和不规则度的唯一基本量化值,其直观上与物体表面的粗糙程度相吻合。因此,这些拐点对应的分形维数对地物的最佳空间分辨率的选择具有一定指示意义。通过本文研究可知,使用分形理论方法研究遥感影像最佳空间分辨率（或最佳像元观测尺度）,打破以往观测尺度方法研究范畴,从不同角度去分析遥感影像观测尺度问题对GIS研究与地学应用具有一定的理论和指导意义。     

基于分形理论的地形复杂性量化方法

地形的复杂性是地表崩塌、山体滑坡、泥石流等自然灾害的主要影响因素之一,近年来对地形复杂性的定量研究十分活跃,分形方法是其中主要的研究方法之一,但是目前的研究大多以沟壑分形、等高线分形、元分形等为主,难以对区域地形的整体复杂性进行定量描述;利用基于相对高差的地形分形研究方法,对三个形状和面积基本一致,地形起伏特征各不相同的区域,以相同的网度兼顾特殊地形位置布设样品点,统计样品点及其相对高差信息,并进行分形分析,分析结果表明,样品点的相对高差信息基本包含了其所在区域的地形特征信息,地形的相对高差信息服从分形分布,其分维值的变化趋势与地形复杂性相反,由此提出将其分维值的倒数定义为地形复杂性指数,地形复杂性指数的变化趋势与地形复杂性一致,它很好地拟合了地形的实际特征,定量地刻划了地形的复杂程度。     

基于RS和GIS的甬台地区城市建设用地扩展特征研究

以多时相Landsat MSS,TM 和ETM卫星影像为数据源,利用遥感和GIS手段,提取宁波、台州2市5个时相(1979,1990,1995,2000和2005年)城市建设用地信息,分析了城市建设用地扩展的时间特征、形态特征、空间特征并通过其与人口、GDP因素的相关分析研究其扩展的动力机制.结果表明:①1979年以来,甬台地区城市建设用地总体扩展速度表现为先升后降,而城市建设用地总体扩展强度则表现为不断提高的趋势.②甬台地区城市建设用地的空间结构存在明显的分形特征,城市建设用地空间结构分维逐渐增大,城市建设用地空间复杂性增加,城市建设用地趋向不稳定.③甬台地区城市扩展与社会经济发展具有明显的相关性.     

闽台建设用地图像数据空间特征分形对比研究

利用2002年闽、台ASTER影像数据,运用分形几何学理论、数理统计方法,对闽台建设用地分布的空间特征进行分析。研究结果表明,分维值是定量刻画土地利用类型空间格局的重要参数,对遥感影像中直接提取土地利用类型的图形因子进行不同区域土地利用分形结构的差异研究,具有快速、方便、准确的性质。闽、台建设用地斑块的空间分布具有分形特征,其空间形态受自然和人文两方面因素,特别是地形地貌和交通的影响十分明显。同时台湾建设用地的平均斑块面积、分维值和规模大的斑块比重均高于福建,反映了闽、台建设用地空间特征的区域差异,这对闽、台两地,特别是福建省加强建设用地规划,合理配置空间资源,及福建省加强中心城市建设和交通规划等方面具有重要的指导意义。     

顾及地类转换差异的城市空间扩展元胞自动机模型及应用研究

元胞自动机模型已经成为城市空间扩展模拟研究的重要方法之一,并得到广泛应用。然而,现有的城市扩展元胞自动机模型仍存在不足。由于元胞状态设置较为简单,从而使模型转换规则中对不同用地类型向城市用地转换的差异与强度考虑不够。基于此本文在元胞自动机模型的框架下,设计了多元结构的元胞状态及转换规则,提出了顾及地类转换差异与强度的城市扩展元胞自动机模型。在计算非城市用地向城市用地转换的转换概率时,该模型考虑了3个方面的概率：① 地形地貌、经济发展等城市发展的驱动因素对城市用地扩展的影响概率,该概率采用logistics方法进行计算;② 邻域元胞的用地类型对中心元胞转换概率的影响,该概率采用扩展摩尔型方法进行计算;③ 不同类型的非城市用地（本研究中包括耕地、林地和裸地3种类型）向城市用地转换的强度,该概率由模拟基期土地利用数据与目标年份土地利用数据的叠加,得出不同类型的非城市用地在此时间段内向城市用地转换的规模,进而确定不同类型的非城市用地向城市用地转换的强度。最后,将以上3种概率的乘积作为元胞转换的概率。通过转换概率与转换阈值的对比判断中心元胞是否在下一个阶段转换为城市用地。经过迭代计算,不断增加城市用地元胞的数量。当模拟城市用地的结果与目标年份的城市用地规模差值在一定的范围内时停止模拟,得出最终结果。模型构建完成后,本文以长株潭城市群核心区为例进行了模拟实验。以2001年该地区的土地利用数据为基期数据,模拟2010年该地区的城市用地规模和空间分布。研究结果表明,根据本文提出的模型模拟的城市扩展结果与真实数据相比具有较高的一致性。模拟结果正确率达到68.66%,比基于传统logistics回归的元胞自动机模型的模拟精度提高了4.25%,Kappa系数为0.675。该模型较好地模拟了长株潭城市群核心区城市扩展,在城市空间扩展模拟中具有较好的适应性与有效性。     

山东寺庄金品位参数统计和分形特征及其对矿化信息

采集寺庄金矿区82个钻孔的金品位数据4597个,按照100m的标度分析其在垂向上的均值、标准差、变异系数和大于工业品位的矿石所占比例等统计参数,对比其在垂向上的分形分维值特征,发现如下规律：寺庄金矿区深部矿体明显优于浅部矿体,以-700- -800m区间为矿化中心,垂直分布至少500m以上;通过围岩蚀变分带特征、矿石组合特征、井下脉体相互穿插关系和金品位分形分维值研究,说明该区金成矿时间上至少经历了3次地质成矿作用的叠加,其中显著成矿作用发生在后2次,在空间上深部（-1000m以下）具有较大的找矿潜力;金     

分形理论在地学中的应用

本文介绍了分形理论及地质变量分形关系,阐述了各种地质现象和过程的分形特征,指出其在地学领域中应用前景。     

城市生长与形态双维分形模型改进及应用

分形方法是测度城市生长与形态演化的重要方法,然而其标度区范围的自然识别依然存在瓶颈。本文采用二阶导数识别半径法标度区界线,结合经典计盒法模型提出改进的双维分形标度律测算方法,以郑州市为案例区验证模型的精度与效度,综合解析郑州城市空间形态结构的生长演变特征。结果显示:① 利用二阶导数自动识别半径法标度区界线可显著提升分形模型拟合效果,拟合精度R²由0.920提升至0.996以上;② 郑州城市空间结构存有双标度现象,城市生长扩张并非标准环形波状推进,半径法模型仅在“城市中心边缘—建成区内侧”的环状范围拟合有效,城市结构可能存有自仿射生长或随机多分形特征;③ 1982—2020年郑州城市形态演化为明显的中心蔓延模式,职能用地的空间配置整体均匀程度偏高,功能分异程度较低,存有城市景观较紊乱,系统效率不高的隐患。本研究对半径法分形模型中拟合精度难以提升的应用瓶颈作出了突破性尝试,为城市生长模拟与城市空间结构演变分析提供了一种新方法,丰富了城市分形研究。     

Fractal Character of China Bedrock Coastline

Fractal theory was applied to a preliminary discussion of the fractal character and formation mechanism of the coastline of the bedrock coast of China on the basis of GIS ( Geographical Information System). Some significant conclusions were drawn : ( 1 ) The fractal dimensions of the coastline and linear structures of Liaodong Peninsula are 1.0093 and 1.0246 respectively, those of Shandong Peninsula are 1.019 and 1.021 respectively, etc. (2) The fractal dimensions of coastlines of Liaodong Peninsula, Shandong Peninsula, Zhejiang and Fujian-Guangdong tend to increase with the spatial change from north to south. (3)The regional linear structures( including faults)control the basic trends and fractal dimensions of coastlines as a whole in the regions of the bedrock coast of China : the more the controlling effect of linear structures, the smaller the fractal dimensions of coastlines. (4)The substantial constituents of coast and biologic function both play an important role in affecting the fractal dimensions of coastlines of Liaodong Peninsula,Shandong Peninsula, Zhejiang, Fujian-Guangdong and Taiwan Island.     

分形城市研究进展：从几何形态到网络关联

城市是人类文明最主要的聚集地,也是一个开放复杂演化巨系统,认识其空间复杂性成为城市科学研究的热点和前沿。城市研究正呈现“从位置和场所向关联和流,从物质空间向城市网络空间”的转向。人类对城市的认识也从“空间是机器”转向“城市有机生命体”。分形是大自然的语言和地理学第四代语言,是挖掘城市空间自组织规律的有效工具,在揭示城市有机体复杂演化机制方面发挥重要作用。目前分形城市研究以指标构建和实证分析为主,缺乏系统的梳理和回顾;内容上侧重几何分形,复杂城市网络视角下的结构分形研究薄弱。本文简要回顾了近30余年来分形城市研究的发展历程,梳理了分形城市研究脉络：从城市形态的几何分形到城市结构与关联的网络分形,从静态分形特征到动态异速生长,并展望了分形城市未来研究方向。     

A NEW INDEX OF QUANTITATIVE STUDY ON THE DRAINAGE GEOMORPHY SYSTEM

Ｆｒｏｍｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｎｉｎｅｔｅｅｎｔｈｃｅｎｔｕｒｙｔｏｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｔｗｅｎｔｉｅｔｈｃｅｎｔｕｒｙ，Ｄａｖｉｓ（１８９９）ｐｒｏｖｉｄｅｄｅｒｏｓｉｏｎａｌｃｉｒｃｕｌａｒｔｈｅｏｒｙ，ｔｏｏｋｇｅｏｍｏｒｐｈｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｅｃｔｏｎｉｃｆｏｒｃｅｓａｎｄｔｉｍｅ，ｄｉｖｉｄｅｄｇｅｏｍｏｒｐｈｉｃｇｒｏｗｔｈｉｎｔｏｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｓ：ｙｏｕｎｇ，ｍｉｄｄｌｅａｇｅｄａｎｄｏｌｄ，ａｎｄｔｈｅｎｒａ…