信息高速公路与地理信息系统──综述地理科学的信息革命

国家信息基础设施(NII)是一个能为全球广大用户提供大量信息及信息服务的计算机网络系统,其雏形Internet已连接了全球150多个国家和地区,并提供了诸如新闻广告、电子邮件、远程对话等一系列服务.中国也已经以“金桥工程”为起步开始实施中国国家信息基础设施计划.国家空间数据基础设施作为其组成部分之一,其核心是WebGIS的建设以及地理空间数据的标准与规范化.同时信息高速公路建设为GIS的发展也创造了新的条件,促进了WebGIS等的发展,改变了GIS集成方式,拓宽了GIS应用领域,并将推动地理科学的信息革命.     

地理空间数据本质特征语义相关度计算模型

关联数据是跨网域整合多源异构地理空间数据的有效方式,语义丰富的关联是准确、快速发现目标数据的关键。根据地理空间数据在空间、时间、内容上的语义关系,提出地理空间数据本质特征语义相关度计算模型。通过构建本质特征的关联指标体系,分层次逐级计算地理空间数据的语义相关度。与传统的语义相关度计算方式不同,以地理元数据为语料库,充分考虑地理空间数据的特点及空间、时间、内容在检索中不同的重要程度,分别采用几何运算、数值运算、词语语义相似度计算和类别层次相关度计算的方式,构建地理空间数据的语义相关度计算模型。该模型具有构建简单、适用于多源异构数据、充分结合了数学运算和专家经验知识等特点。实验表明：模型能够有效地计算地理空间数据本质特征的语义相关度,并具备一定的扩展性。     

基于地理实体的面向对象矢量模型设计

空间数据模型是GIS实现地理空间数据组织、表达、分析、处理和应用的基础。针对基于要素的地理实体矢量描述方法的不足,从地理空间信息一体化管理角度,提出面向对象矢量模型(OOVM),探讨模型体系结构、空间对象的描述方法和空间数据管理模式。该模型利用面向对象的技术,将地理实体抽象为不同的空间对象,并将各空间对象的标识符、属性与方法封装在一起,便于网络环境下地理空间信息的存储和分布式管理。以公司信息管理为例,设计了基于OOVM的分布式空间数据组织过程,为空间数据库的建设和数据共享提供新的方法和思路。     

城市空间数据基础设施研究

城市空间数据基础设施(USDI)是“数字城市”建设的关键环节,该文分析了城市地理空间数据的应用特点及目前地理空间数据共享存在的问题,围绕地理空间数据共享与互操作,从机构体系、空间数据资源、政策法规与标准体系、数据交换与服务体系等方面,对城市空间数据基础设施进行研究。     

我国地理信息产业的发展现状及思考

文章讨论了地理信息和地理信息产业的涵义,以及发展我国地理信息产业的重要性,对我国地理信息产业的现状进行了思考与分析,并提出了建议。认为我国地理信息产业面临机遇与挑战,通过扶持国产GIS软件,制定空间数据标准和交换格式标准,扩大地理信息技术服务的应用领域,珍惜人才,重视教育,我国的地理信息产业将有很大的发展空间。     

一种空间数据文件的强制访问控制模型及其实现

随着网络技术的飞速发展,空间数据的共享越来越便利,致使空间数据安全问题日益突出。作为空间数据共享的源头,空间数据生产部门亦提高了空间数据的共享门槛。为了解决空间数据的安全问题,促进即时共享,该文提出了一种面向空间数据文件的强制访问控制模型,并基于该模型实现了一套原型系统。该系统具有较高的安全性,并达到了空间数据文件使用可控性的目的,为降低空间数据的共享门槛提供一条有效的解决途径。     

基于SOA的空间数据起源研究

随着网络环境下空间信息服务数量和种类的不断增多,空间数据的使用和转换日趋频繁,空间数据产品的可信度成为困扰用户科学地使用空间数据产品的难题.空间数据起源记录了空间数据产品的衍生过程,是数据可信度评估的重要参考因素,对空间数据产品的维护与更新、空间信息处理工作流的检测和优化等有着重要意义,有助于提升空间信息服务应用的水平.该文介绍了空间数据起源的概念,分析了当前国内外在该领域的研究进展,针对空间数据起源的采集、管理和服务等问题,提出了基于面向服务体系架构SOA的空间数据起源系统原型框架,为分布式环境下空间数据起源系统化的管理和研究奠定了基础.     

基于知识标注的地理信息语义服务框架研究

基于空间语义学基础理论,将传统的地理信息服务技术与新兴的语义服务技术相结合,建立地理信息语义服务框架及知识标注方法体系,并应用于地理空间信息服务处理中,提供智能化、自动化的地理信息服务发现、组合与触发策略;设计基于文本挖掘算法的半自动知识标注引擎,提高服务处理自动化程度,实现包含丰富语义信息的地理空间语义服务的发布;建立基于规则和推理引擎的地理信息服务匹配与发现机制,提高服务发现效率;建立地理信息服务语义标注与服务匹配评价方法,采用基于空间关联规则的标注正确性评估策略,验证知识标注价值。     

空间数据溯源建模与语义计算方法研究

正地理空间数据是重要的基础性资源,在众多领域有着广泛的应用。如何对空间数据产品追踪溯源,一直是地理信息领域研究的基础问题。随着空间数据基础设施的发展,地理空间数据以不可预知的方式被广泛且频繁地分发和处理,使得对空间数据溯源的研究变得尤为重要。特别是近年来,众源技术的出现改变了地理信息的生产与消费模式,加快了数据更新与传播速度,拓展了当代地理信息科学的发展方向,深刻影响了地理信息产业化模式。在自发地理信息与专业地理信息融合应用的背景下,及时     

地理空间大数据存储管理的地理网络地址研究

针对地理空间数据大数据分布式网络存储管理的地理网络位置搜索问题,从地理网络地址的域名角度,基于2n一维整型数组的全球经纬度剖分格网(GeoSOT)框架提出一种具有地理涵义的空间信息存储网络空间域名地址,即Geonet域名,以统一标识地理空间数据的空间区域位置与计算机存储网络的电子方位,实现用户访问的区域范围、地理空间数据所属地域范围与空间信息存储主机之间的一致性空间关联。     

基于Web Service的空间数据共享平台

分析传统GIS软件存在的数据共享、集成困难和应用间互操作复杂的问题,提出了基于Web Service的数据共享平台的简单原型和实现技术。阐述如何基于开放的规范和协议构建开放的数据存储一体化模型,并在此基础上,提出了分布式环境下基于Web Service数据节点集群、互操作方案,以及上层充一的应用开发模式,包括提供以面向对象的思想定义的、构建上层应用的组件支持。重点研究了在空间数据文本化之后数据的索引、查询问题,提出了结合元数据和GML的两阶段数据查询方案。并对该平台下空间数据的语义共享方式做初步探讨。     

网格GIS及其在数字油田中的应用探讨

数字油田是解决当前油田智能化管理问题的最好途径。该文分析了当前油田建设中所面临的问题,结合油田在勘探开发中的实际需要,特别就当前数字油田建设中所面临的共性问题,在分析现有油田技术及发展需求的基础上,指出了基于中间件的分布式网格GIS技术是解决当前数字油田领域中所存在的问题的最佳方式,并讨论了其实现过程。     

面向"数字城市"多源数据的空间数据立方体空间度量研究

叙述了面向“数字城市”多源数据的空间数据立方体空间度量的基本定义;描述了空间度量的聚集概念,并结合具体的图例阐述了点状、线状、面状空间度量的聚集过程;解释了空间数据立方体维上钻、维下翻、维层次上钻、维层次下翻的空间度量聚集操作基本原理。     

基于企业服务总线的网格GIS集成研究

在面向服务的分布计算架构中,企业服务总线(ESB)提供了服务间智能化集成、管理、中介和交互功能。在利用网格架构的面向服务体系结构中,总结如何利用ESB灵活、开放的集成异构多源的GIS平台和数据源。整体架构基于OGSA,服务集成采用ESB,网格门户和实际GIS平台通过ESB连接,形成基于总线消息驱动的智能化服务集成网格系统。该系统将在Internet平台上广泛互联现有的GIS资源,实现GIS"单系统映射"。通过细粒度服务搭建和配置,生成GIS实例,直接而简单地满足具体的业务需求。     

北京社会治安公共安全空间结构及其影响机制——以城市110警情为例

维护社会安全与稳定是城市公共安全研究的重要课题,随着社会经济转型和城市空间结构变化的影响,北京市的社会治安公共安全呈现出明显的空间规律和特点。本文基于2006-2011年北京市110警情治安数据,结合GIS的空间密度分析方法,刻画北京社会治安公共安全的空间格局,并进一步探讨其空间分异机制。研究发现:①北京社会治安公共安全状况明显改善,犯罪空间形成小集聚多分散的演化特征,形成了多个警情高发的集聚区;②北京公共安全空间变化具有明显的偏向性和差异性,形成西北—东南的极化现象。③不同的犯罪类型其空间分布特征也不同,不同的犯罪类型都存在明显的、各具特色的空间分异特征。④从社会治安公共安全空间分异机制来看,经济功能区、人居环境、交通、流动人口和居民居住环境安全感等要素差异会引发不同的犯罪类型和形成不同的犯罪集聚区。本研究可为首都社会治安防控的空间管理策略和城市公共安全政策制定提供参考。     

长三角城市群生态安全评价与时空跃迁特征分析

采用“压力?状态?响应”模型、突变级数法和探索性时空数据分析方法,对长三角城市群26市生态安全状况进行定量测度和定性评价,分析了各城市生态安全空间格局和时空跃迁的演变特征。结果表明：① 2005—2015年长三角城市群各市生态安全状况有所好转,但大部分城市处于较不安全和较安全水平区间,总体生态安全水平不高。② 长三角城市群中部和东南部城市生态安全水平的空间结构稳定性更好;南通市具有最大的空间依赖性,而上海市表现出最小的空间依赖性;LISA（Local Indications of Spatial Association）时间路径移动方向的分析则表明长三角城市群在生态安全演变上体现出较强的空间整合性。③ Moran’s Ι 的空间凝聚度 $ {K}_{t} $=0.698,即不发生类型跃迁的概率为69.8%,表明长三角城市群各城市生态安全水平存在一定的格局变动但自身相对位置不易发生改变。探讨区域生态安全的协同增长机制,可为长三角城市群生态安全问题的诊断与调控提供理论基础,同时也可为其他城市群的可持续发展提供参考与借鉴。     

空间数据统计分析的思想起源与应用演化

系统总结了空间数据统计分析的发展历程,并分为五个时期：① 早期孕育（计量革命之前）,其重要思想是19世纪初德国的区位论;② 计量革命（1950-1960年代）,主要是经典统计学的应用和理论探索;③ 空间统计学（1970-1980年代）,重点是空间点数据、面数据和空间连续性数据的分析;④ 成熟与扩散（1990-2000年代）,空间数据统计分析发展成熟并快速向其他领域扩散;⑤ 时空大数据（2010年以后）。换句话说,计量革命开始后的空间数据统计分析大约每20年有重要的新技术或方法出现,到现在已经具有成熟、系统化的方法和显著的社会效益。而在当前的时空大数据时期,其发展需要计算机科学家、统计学家和地理学家等不同学科领域人员的共同努力。     

Optimizing an index with spatiotemporal patterns to support GEOSS Clearinghouse

A variety of Earth observation systems monitor the Earth and provide petabytes of geospatial data to decision-makers and scientists on a daily basis. However, few studies utilize spatiotemporal patterns to optimize the management of the Big Data. This article reports a new indexing mechanism with spatiotemporal patterns integrated to support Big Earth Observation (EO) metadata indexing for global user access. Specifically, the predefined multiple indices mechanism (PMIM) categorizes heterogeneous user queries based on spatiotemporal patterns, and multiple indices are predefined for various user categories. A new indexing structure, the Access Possibility R-tree (APR-tree), is proposed to build an R-tree-based index using spatiotemporal query patterns. The proposed indexing mechanism was compared with the classic R*-tree index in a number of scenarios. The experimental result shows that the proposed indexing mechanism generally outperforms a regular R*-tree and supports better operation of Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) Clearinghouse.     

面向地貌学本源的DEM增值理论框架与构建方法

数字高程模型（DEM）在表达地貌形态、认知地表过程、揭示地学机理等研究中发挥着基础性的作用,是重要的地理空间数据模型,广泛地应用于地学分析与建模中。但是,传统DEM具有属性单一的天然缺陷,难以支撑面向地学过程与机理挖掘的地球系统科学研究。亟待在传统DEM的基础上实现其数据模型的增值,服务于新地貌学研究范式和新对地观测技术背景下的数字地形建模与分析。立足于以上问题,本文构建了DEM增值的理论框架,主要包括DEM增值的概念、内涵、内容、类别、不同增值类别之间的相互关系,以及此理论框架的研究意义和应用范畴。提出了DEM增值的构建方法,包含：① 强调地上地下一体化、时间空间相耦合的DEM空间维度和时间维度增值方法;② 重视地下、地表和地上物质构成,形态属性耦合的物质属性和形态属性增值方法;③ 顾及自然过程、人工作用的地物对象、地貌形态的地物要素和形体要素增值方法。最后,分别以数字阶地模型、数字坡地模型和数字流域模型为例,阐释DEM在面向地貌学本源问题时的不同增值方法及应用场景。期望通过对DEM进行维度、属性和要素3个层面的增值,实现现代对地观测技术背景下数字高程模型表达方法的突破,并支撑知识驱动的数字地貌问题分析。     

Extended FRAG-BASE schema-matching method for multi-version open GIS Web services retrieval

The OGC Web Service (OWS) schemas have the characteristics of a complex element structure, are distributed and large scale, have differences in element naming, and are available in different versions. Applying conventional matching approaches may lead to not only poor quality, but also bad performance. In this article, the OWS schema file decomposition, fragment presentation, fragment identification, fragment element match, and combination of match results are developed based on the extended FRAG-BASE (fragment-based) schema-matching method. Different versions of Web Feature Service (WFS) and Web Coverage Service (WCS) schema-matching experiments show that the average recall of the extended FRAG-BASE matching for the schemas is above 80%, the average precision reaches 90%, the average overall achieves 85%, and the matching efficiency increases by 50% as compared with that of the COMA and CONTEXT matcher. The multi-version WFS retrieval under the Antarctic Spatial Data Infrastructure (AntSDI) data service environment demonstrates the feasibility and superiority of the extended FRAG-BASE method.