元分维曲线滑动窗口尺寸自动判定方法与应用

基于地图目标在空间形态上存在的内部差异性和邻近趋同性,在其分形分析中引入了元分维模型的思想。该模型是对传统分形分析的方法扩展,在其建立过程中滑动窗口决定着空间单元的局部影响范围,因此该窗口尺寸成为元分维模型构建的重要参数之一。在前期基于地图目标元分维模型的研究中,滑动窗口大小主要通过人为判断选取,没有考虑地图目标本身的形态结构特点,缺乏科学的定量化指标判定原则,因此存在随意性和执行效率低等问题。本文以地图线目标的元分维模型,即元分维曲线为主要研究对象,通过对其分维扩展的尺度分析,在倒置的Logistic模型函数拟合的基础上提出了一种自动确定滑动窗口尺寸的定量方法,并将该方法应用到对长江河道形态特征的分析研究中,验证了其可行性和合理性。     

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。     

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。     

基于层次分析法的多尺度点群目标相似度计算

计算不同尺度下空间目标的相似性是GIS研究的热点问题之一。点群是地理空间群组目标的一种,研究其相似性可对空间群组目标的计算机制图结果进行评价。以往的理论研究主要从影响点群目标的单一因子出发,对影响点群目标的简单因子进行分析,并以此提出相应计算模型。为了研究点群目标在不同尺度下的相似性问题,本文在前人研究的基础上,整合了影响点群目标相似性的主要因子（包括拓扑关系、方向关系、距离关系、分布范围和分布密度）,并分别提出拓扑相似度、方向相似度、分布范围相似度、距离相似度分布和密度相似度的计算模型,从整体上把握计算点群目标的相似性。通过层次分析法,赋予5种因子相应的权重,最后集成不同尺度下点群目标相似度的总体计算模型。经过计算验证,该方法能较准确地计算不同尺度下点群目标的相似程度,为制图综合质量做出评价。     

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。     

新疆西滩金矿床金品位分维D值及其意义

利用分形理论研究了新疆西滩金矿金品位分布的分维结构特征，并对分维Ｄ 值的地质意义进行了讨论。研究表明，较小的分维值及具有多标度分形，是形成富矿的有利条件。     

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。     

GPS连续观测站低频拟合残差序列空间分布的分形特征

在剔除粗差的基础上,以GPS连续站低频拟合残差时间序列在站心坐标系下的空间分布作为研究对象,运用分形理论中测度关系求分维方法求得全国27个连续站残差空间分布的分维及其无标度区间,并讨论了落入无标度区间的点占总点数的百分比情况|同时,利用相关系数及F检验方法对无标度区间内是否符合线性特征进行显著性检验。主要结果如下：1）除DXIN、QION和XIAA三个连续站残差序列无标度区内线性相关系数在0.99～0.995之间外,其他24个台站无标度区间内的线性相关系数都在0.995以上|27个连续站无标度区内线性回归F检验在α=0.005时全部拒绝不符合线性分布的零假设(H0:b=0),表明GPS残差序列在无标度区内符合分形特征,即具有较高的自相似性特征。2）除BJFS、LUZH和XIAM三个连续站无标度区间内的点数占各自总点数的40%左右外,其余24个台站无标度区间内的点数占各自总点数的50%甚至60%,说明残差序列中符合分形规律的点约占自身总点数的一半或以上,表明自然分形规律在残差序列中占有一定的权重。3）27个连续站在无标度区间内的分维值在1.71～1.97之间,即各台站分维值为非整数值且存在着差异性|另外,在构建涉及指数的GPS观测模型或噪声模型时,如果选取其分维值作为各自的模型指数,则有可能减少模型的系统误差。     

论矿床的分形性质

地壳中元素和矿化分布的不均匀性是一个普遍规律。从超大型矿床→大型矿床→小型矿床→矿点、矿化点（或高异常点）的分布，是近似于从有限稀硫分布逼近无穷多且无限稀硫分布。因此可以把矿床的分布看成是随机康托集（Cantordust）在空间上的分布。浙江中生代热液萤石、银、铅锌矿床的分形丛集分布存在于两个尺度范围内，分形丛集的分维数为0．196～0．40（1～20km）和1．161～1．219（20～750km）。矿床的频度—大小分布也是分形的，其储量分形分布的分维数为：萤石（中国）D=2．13；萤石（浙江）D=2．34；银（浙江）D=1．63；铅锌（浙江）D=2．27；钨（中国）D=2．16；铜（世界）D=2．55。我们认为，矿床储量的分形分布，对于各种标度的成矿作用可能是一个普遍性的特征。根据矿床的频度—大小分形关系，有可能对一地区大于某一指定储量的潜在矿床数作出预测。     

基于交通轨迹数据的三维动态噪声地图

噪声信息具有空间传播和随距离衰减变化的特征,采用三维动态可视化形式表达噪声地图可以体现该特征。本文针对噪声的空间分布与强度变化提出一种噪声地图表达的方法,基于Bertin符号参量分析,以具有高度可变的方柱并配以深浅变化的颜色作为噪声符号,动态传递噪声信息。为进行多尺度地图展示,在不同地图等级下设有相应细节层次的符号尺寸和定位排列方式。噪声地图以Web端Mapbox为展示平台,基于交通噪声模型和GPS轨迹数据,对上海黄浦区某区域一时间段内的噪声情况进行模拟表达,实现噪声数据的立体动态化显示。三维动态的表达扩展了噪声数据的表现维度,多维度、多参量的立体动态符号不仅可准确刻画噪声的分布,而且从视觉观感上提高了受众的兴趣度和专注度,这为研究噪声的热点分布、传递趋势等空间规律提供了可视化参考。     

空间点集自动概括方法的优化设计

在考虑空间点集整体结构的前提下,从系统的观点和人类视觉的角度出发,把空间点集划分成三个子集:边界点子集、聚集中心子集和内部点子集。对于边界点子集采用并改进Delaunay三角网方法确定边界点以及边界点的取舍;对于聚集中心,采用模糊聚类分析方法确定中心点子集的组成。最后在确定边界点子集和聚集中心子集的前提下,设计内部点子集自动化简的最优化方法。     

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。     

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基于网络空间点模式的餐饮店空间格局分析

餐饮业是城市经济发展的重要指标,运用合适的方法来研究城市餐饮业的空间格局特征,对城市规划、商业选址和经济发展等具有重要意义。本文以广州市海珠区为例,基于餐饮店POI（兴趣点）数据,利用核密度估计法分析餐饮店的空间分布特性,采用网络核密度法探究其热点路段的分布情况,并利用网络双变量K函数法,分析餐饮店分布与公交站和居民小区的相关性。结果表明：海珠区餐饮店总体分布呈现“西密东疏”的空间格局,具有多中心的空间分布特征;江南中街道餐饮店分布的热点路段主要集中在江南西路和江南大道中沿线,其密度随着与该沿线的距离增加而衰减;在较小范围内,餐饮店的分布与公交站具有显著的聚集关系,而与居民小区不具有显著的聚集关系。对于沿道路分布的空间地理点对象,利用网络空间点模式分析可得到较好结果。     

A study on landscape mosaic structure in urban-rural area in Northwest of China with RS and GIS

At the study area of Xigu District in Lanzhou City, using RS & GIS as tools we apply Diversity, Dominance, Fragmentation, Isolation and so on to study the quantitative, fractal and spatial characters of landscapes structures in the four sub-regions divided by the morphological features. Using the Fractal Theory to establish the fractal structure models, we analyze the complexity and stability of various landscapes distribution with fractal dimension value. The spatial distribution characteristics of landscape mosaic structure are also expounded. At the end of the paper we discuss the relevant problems on the main factors which control and effect on the spatial pattern of landscapes as well as on landscape optimization and management. Foundation item: Under the auspices of the National Natural Science Foundation of China (No. 40171069). Biography: XU Jian-hua (1965 - ), male, a native of Gansu province, professor. His research interest includes Geo-computation and GIS.     

地图概括中空间目标几何信息传递模型研究

地图概括是实现多比例尺地图生产和更新的一种重要理论方法。目前,国际国内制图学界对地图概括的研究主要集中在发展地图概括算法方面,在地图概括的质量评价方面的研究还很少。为此,本文以信息论为理论基础,以地图概括中空间目标几何信息的传递问题为研究对象,以相应空间目标几何信息的传递效率来度量地图概括中单个空间目标的概括质量。首先,建立了地图概括的空间信息传递模型,描述不同比例尺地图之间空间信息的传递过程。进而提出了地图概括过程中空间目标(即:线和面目标)几何信息的传递模型,并且对地图概括中空间目标几何信息的传递状况进行了评估,给出了具体的计算和实现方法。最后,通过实验初步验证了地图概括中空间目标几何信息传递模型的可行性。     

乌鲁木齐都市圈城镇体系发展的分形特征研究

本文首先用分形理论的集聚维数和关联维数探析了乌鲁木齐都市圈城镇体系发展的空间分形特征;然后,运用2007年和2011年的社会经济统计数据,结合分形理论的齐夫模型,运用等级规模维数并通过与中国其他都市圈的比较,研究了乌鲁木齐都市圈城镇体系发展的等级规模变化分形特征。结果表明,乌鲁木齐都市圈城镇体系集聚维数和关联维数分别为1.060和0.882,说明乌鲁木齐都市圈已经形成了以乌鲁木齐为中心呈凝聚状态分布的空间自组织体系,各城市之间相互联系比较紧密,相互作用较强。2007-2011年间,社会消费品零售总额等级规模维数变小,说明差异呈现扩大趋势,而非农业人口、GDP、一般预算财政收入等级规模维数变大,说明差异呈现缩小趋势。与其他都市圈相比,乌鲁木齐都市圈空间和规模结构还不成熟,中心城市首位性强,对周边城市带动能力弱,等级规模差异大,有待进一步优化。