全球六边形离散格网的矢量线数据绘制精度控制

全球离散格网系统是一种新型的地球空间数据模型,是平面格网模型在球面上的扩展。由于六边形的几何结构优势,经常被用于球面离散格网的构建。在平面格网向球面映射过程中,因球面的不可展性,格网上的距离和方向都会发生巨大变化,导致矢量数据球面格网化绘制的精度无法得到保证,这成为矢量数据在全球离散格网显示的一个重要瓶颈,直接制约了球面格网上空间度量关系的建立。本文针对全球六边形离散格网上矢量线数据的绘制问题,研究了平面-球面映射过程,对直线方向影响的统计变化规律,对矢量线数据的格网化表达进行了精度控制,使得平面格网上的矢量绘制方法,能在球面格网上进行高精度的绘制,并保证矢量数据的球面格网绘制误差严格控制在当前层次格网的一个单元内,为格网化数据的高精度显示和格网空间度量的建立奠定了理论基础。     

正八面体的六边形离散格网系统生成算法

全球离散格网系统是一种面向全球的新型多分辨率数据建模与表达解决方案。与三角形和四边形格网相比,六边形格网具有对称性好、采样效率高、一致相邻等特点,更利于地球空间信息的建模、整合与分析。本文提出一种能生成各种六边形格网系统的算法,将正八面体上的相邻三角面组合为“四边形逻辑结构”,建立三轴离散斜坐标系,描述不同六边形剖分产生的多分辨率格网。其采用面向对象的思想设计了软件模型,通过实验验证了算法的可行性,分析了算法的效率。结果表明,该算法采用统一的数学模型描述正八面体上各种类型六边形剖分产生的离散格网系统,对应的软件模型,将不同格网系统的共性特征和个性特征分离,便于维护和扩展,具有一定的灵活性。     

正二十面体六边形全球离散格网编码运算

全球离散格网系统是指把地球表面按照一定规则离散分割成多分辨率层次结构的格网单元,广泛应用于海量多源空间数据的组织、管理和分析中。六边形全球离散格网具有优良的几何特性,非常适合于空间数据的处理,如何进一步提高六边形全球离散格网编码运算的效率仍是当前研究的重点。本文采用正二十面体施耐德投影四孔径六边形全球离散格网模型,基于六边形三轴坐标与编码的二进制数的对应关系构建四孔六边形的基础编码结构,将二十面体划分为32个基础六边形,并将之分为3种基础六边形剖分瓦片,在每个六边形剖分瓦片采用基础编码结构进行编码,建立了四孔六边形全球离散格网编码,同时设计了并实现了四孔六边形编码与六边形三轴坐标之间的快速转换,基于此构建了一种高效的四孔六边形全球离散格网编码运算方案,包括编码的算数运算、空间拓扑运算和邻域检索运算及跨面运算。与现有的六边形全球离散格网编码运算方案相比,本文的方案进一步提高了编码算数运算、空间拓扑运算和邻域检索运算的效率,编码加法运算是HLQT的2～3倍,邻域检索运算分别是HLQT的3～5倍和H3的2～3倍,且受格网编码层次的影响较小,编码的跨面邻域检索运算时间略高于面内的运算,可以为全...     

全球离散格网系统结构要素一体化编码与生成方法

全球离散格网系统是用于构建数字地球的一种有效空间数据组织框架,其中,三角形、四边形和六边形等多种单元形状的格网已在各领域广泛应用。各具特色的格网满足了各专业领域的应用需求,但也因其格网类型的差异而阻碍了跨领域的数据共享,同时单一格网在面向多领域科学问题上存在一定的局限性,因此实现多类型离散格网系统之间的互操作功能具有重要的研究意义。不同类型格网结构要素相互转换机制的建立,是实现异构格网数据集互操作的关键。本文针对这一问题,首先,研究了三类全球离散格网系统结构要素的统一特征及格点和格元的相互关系,进一步揭示了其等差圈层的分布模式;其次,以球面四元三角网为例,建立了格点的等差圈层编码,随后,根据格点与格元的关系提出了基于格点索引的全球离散格网一体化编码与生成方法;最后,利用该方法生成了河南省地表高程的格点模型、三角形格网模型、菱形格网模型和六边形格网模型,并验证了其正确性和可行性,为全球离散格网的互操作机制提供一种新思路。     

基于单元复制的通用化离散格网系统生成算法

本文提出一种基于单元复制的通用化格网系统生成新算法。其核心是采用"简单单元复制+有效区域控制"。首先,建立坐标系,确定待计算剖分格网系统的种类,从而确定格网剖分类型的3个关键因素。在此基础上,确定各类多尺度格网有效控制边界。然后对多尺度格网进行合适的数学变换,计算单一三角面格网系统单元节点坐标,并建立不同层级单元节点的关联关系。最后,以六边形格网为例展开验证,直接生成正二十面体表面格网。实验结果证明,该算法具有很好的通用性,可以通过调整相应的起算参数,生成各类多尺度格网。避免了传统定制算法的局限性,实现了统一化生成各类格网系统的目标,为不同剖分类型全球离散格网系统间互操作性问题研究提供了一种解决思路。     

一种基于移动窗口的城市绿度遥感度量方法

针对城市绿度空间分布特征难以描述且合理性难以度量的问题,在基于多光谱遥感数据和激光雷达数据（LiDAR）获取高精度城市建筑物与绿地信息的基础上,本文提出一种基于移动窗口的城市绿度遥感度量方法。其通过遍历研究区像元,建立了移动窗口内的城市绿地面积与固定窗口面积之间的关系,计算了中心像元的绿度指数,并与传统的格网法、缓冲区法进行了比较。研究结果表明：该方法建立的绿度指数,能很好地反映城市居民在区域内接触城市绿地的概率及其空间分布特征,与格网法和缓冲区法相比,有效避免了格网法产生的边缘效应,并解决了缓冲区法空间不连续性的问题,实现了区域范围内任意点的城市绿度度量。该方法为城市绿地度量、城市规划、管理提供了一种新视角。     

气候变化情景下淮河上游流域氮排放预测研究

淮河流域是水体遭受营养盐污染较严重的地区,本研究选择淮河上游的淮滨流域（淮滨站以上,流域面积1.6万km²）为研究对象,首先构建了淮滨流域SWAT水文水质模型,然后利用2011—2017年淮滨站实测的月径流和月氨氮浓度对SWAT模型进行了校正与验证,最后基于全球气候模型（GCM）气象数据,预测了未来30年（2020—2029年、2030—2039年、2040—2049年）不同气候变化情境（RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5）下的径流、氨氮浓度和非点源总氮负荷。结果发现,径流在校正期和验证期的Nash-Suttcliffe系数均为0.79,氨氮在校正期和验证期的Nash-Suttcliffe系数均高于0.5,表明模型的适用性良好。研究发现本研究区施肥量与土地利用类型是非点源氮负荷空间分异的主导因素。2020—2049年,不同气候变化情景下,本研究区的降水量和气温均为增长趋势。假如保持基准期（2011—2016年）污染排放强度,仅考虑气候变化影响,流域内非点源污染总氮负荷将比基准期最多增加31.8%,流域出水口淮滨站的年均氨氮浓度将最多减小42.6%。本研究可以为气候变化下淮滨流域的水文水质管理提供科学支撑。     

基于时空知识图谱的空间分析方法研究

受数据量和数据种类影响,传统空间分析中跨图层运算问题是造成效率低下的关键因素.知识图谱作为一种新型的数据结构,"图"的思想能够有效应用于空间地理信息数据的存储.利用时空知识图谱框架,结合全球离散格网系统和Google S2算法将地理空间数据存储于地理格网中,以图谱检索的方式替代传统空间分析过程,降低了时间复杂度,可以有效提高空间分析检索效率.以便民生活圈中地理实体变化作为典型空间分析案例,比较了传统多图层空间分析和时空知识图谱检索方式的分析效率.结果表明,基于时空知识图谱的检索方法比传统多图层空间分析存在着一个量级的提升,这对于解决地理信息系统空间分析效率问题具有参考意义.     

正六边形格网DEM下的等高线生成算法及质量评价

正六边形格网由于各向同性、邻接等效、拟合精度高等优点,被作为规则格网DEM数据结构的格网单元,已应用到流向分析、谷地线提取等数字地形分析中,但是其质量检测评价仍没有得到很好的研究,DEM的质量直接影响到后续数据分析结果以及相关决策的正确性与可靠性。使用常规的方法如检查点法、剖面法只能在局部评价DEM的误差情况,无法全面的评价DEM的质量。而等高线能够反映地形地貌的整体情况,因此等高线回放法通过分析回放等高线的质量,进而检测评价DEM的质量,是评价DEM质量的一种相对全面准确的方法。因此,本文将顶点高差标记法应用到六边形DEM格网结构中,为正六边形规则格网DEM提出了一种等高线生成算法,并对正六边形格网DEM的数据质量进行评价和分析。首先,本文利用生成等高线拓扑正确性、与原始等高线贴合度以及弯曲特征保持情况3个指标以评价六边形格网结构下的基于顶点高差标记法所追踪的等高线,其具有无自相交等拓扑错误、与原始等高线贴合度高、弯曲特征保持情况良好等特点,证明了该算法的可行性。此外,本文将该生成方法应用到不同规则格网DEM质量对比中,即基于顶点高差标记方法分别生成四边形DEM和六边形DEM的等高线,并基于上述3个指标对比六边形DEM和四边形DEM生成等高线的质量,从而进行六边形DEM和四边形DEM的质量差异比较,实验比较表明,在相同分辨率下,六边形DEM回放的等高线与原始等高线的贴合度更高,弯曲特征保持情况更好,并且随着分辨率的降低,其贴合度降低幅度较小,弯曲特征丧失较少,并未出现尖角化、形状过度变形等情况,因此六边形DEM的质量优于四边形DEM,并且随着分辨率降低,六边形DEM的精度折损程度更小。     

等时线模型支持下的深圳市综合医院空间可达性测度分析

可达性是在空间分布格局、设施约束等综合条件下的空间决策问题,等时线模型为该决策分析可提供方法支持,它是以时间地理为框架,用时间成本来衡量时空可达性的重要模型。面向兴趣点（Point of Interest, POI）可达性分析通常包括2种形式：① 基于“供给”角度从特定POI出发的服务可达分析;② 基于“需求”角度从任意空间位置出发获得最近服务的便利度分析。目前的研究从“供给”角度探求特定POI的服务范围居多,对“需求”角度的等时线分析关注不够。本研究针对这一缺陷,开展面向服务需求的兴趣点可达性等时线分析,考察任意位置达到某类服务设施最近点的时间代价。在几何度量方法上,本研究利用了网络空间Voronoi图模型,与传统欧氏空间Voronoi图相比,本方法顾及了街道网络对空间通达的直接影响。本研究发现了等时线的形态、坡度等特征能够反映POI的疏密分布和道路网的通达性。     

GIS的不同次区域之间相似性度量

 GIS属性相似度量有相似系数及以空间位置的空间自相关。这2种方法都不能计算全域为背景的次区域相似性问题,而以隶属函数的粗糙度量很好地解决了这个问题。本文利用粗糙集计算了GIS的离散型数据的次区域相似度量。利用邻域粗糙集计算了连续属性值的上下近似逼近,并利用邻域信息粒子计算连续属性值的粗糙隶属问题,从而计算连续属性值次区域相似度量问题。本文方法能度量次区域而不是全域或单个元素之间的空间相关与自相关问题,考虑了全区域背景下的GIS相似问题。并针对GIS连续属性值,利用距离函数和邻域粗糙集来划分连续属性的上下近似,以及分类问题,提出一种基于邻域信息粒子的粗糙隶属函数。最后利用粗糙相似度量公式度量GIS次区域的相似问题。     

分布式空间拓扑连接查询优化处理算法

针对传统分布式数据库查询应用于分布式空间数据库查询带来的传输和处理代价高的问题,本文结合已有分布式跨边界片段连接优化方法,深入研究了分布式空间拓扑连接查询处理,提出跨边界连接优化的空间查询优化算法,丰富了传统的分布式查询的关系代数等价变换规则。同时,针对不同片段连接类型的分布式空间查询全局优化策略,实现了分布式空间查询分解与数据本地化,从而优化分布式查询中的数据传输所付出的高昂代价。最后,提出了结点归并、连接归并树、执行结点、执行计划树等分布式查询优化方法,利用相应归并和优化算法将全局空间查询转化为各个场地局部空间数据库的具体执行计划,消除分布式查询中的冗余计算,优化查询计算策略,从而解决分布式空间查询中的处理代价高的问题。通过分布式空间查询实验表明,本文的算法能够较好地提高分布式空间查询的性能。     

基于CYGNSS数据的星载GNSS-R水体分布探测方法研究

利用CYGNSS（cyclone global navigation satellite system）采集的GNSS卫星反射信号,提出一种基于星载GNSS-R的水体分布探测方法。首先对CYGNSS低轨卫星星座采集的GNSS反射信号进行处理,获取地表反射率数据;再按0.01°×0.01°的空间分辨率将研究区划分为格网,剔除异常值和无效值后,利用区域均值算法重新计算各格网的反射率,并利用格网样本方差和标准差作为衡量指标,采用随机游走图像分割算法进行水体分布探测;最后利用本文提出的方法分析刚果盆地的水体分布情况,并利用MODIS数据对结果进行评估。结果表明,星载GNSS-R具有较强的水体分布探测能力,进一步拓展了GNSS-R的应用场景。     

海洋功能区划管理信息系统

海洋开发利用和保护已成为全球的热点。如何合理地利用海洋资源是未来社会经济可持续发展的重大问题。海洋功能区划是为实现海洋资源、社会经济可持续发展的重要举措。海洋功能区划管理信息系统是在地理信息系统的支持下,以海洋功能区划数据、基础地理数据和遥感数据为地理实体对象,集知识、分析、决策和服务为一体的系统。该系统从应用角度为空间数据管理和信息共享提供了一种可行的解决方案。本文以福建省海洋功能区划管理信息系统的建设为例,对系统的总体结构、功能、数据库和系统集成等方面进行了探讨。     

线状空间数据传输的几何相似性度量算法与实验分析

 同一地物在不同比例尺或者不同来源的地图上通常存在着相似性,对于图形几何形似性度量方法的研究有利于地图编制、查询、匹配、更新。线状地物要素在地图中占有很大的比例,因此,本文以线状空间目标为例,在前人的基础上给出了线状空间数据的几何图形相似性度量模型:(1)以差异距离作为相似性特征的位置相似度;(2)以分形维数作为相似性特征的形状相似度;(3)以长度或者周长作为相似性特征的大小相似度。相对于(3)大小相似度而言,(1)位置相似度、(2)形状相似度综合考虑了几何图形整体统计的方法和局部几何特征结构。完成多尺度传输的线状空间数据几何相似性度量实验,并对数据传输量与几何相似性度量方法进行比较,实验结果表明:基于广义Hausdorff距离模型的中位数Hausdorff距离的位置相似性对于空间数据渐进性传输具有稳定性和可行性。最后,总结了本文的研究成果,并展望了该方向进一步研究的若干问题。     

基于空间抽样的区域地表覆盖遥感制图产品精度评估——以中国陕西省为例

地表覆盖数据是研究气候变化、生态环境、地理国情和人文经济等方面不可或缺的基础信息,因此其质量的优劣将直接影响相关决策的可靠性。本文针对我国研制的首套30 m分辨率全球地表覆盖数据产品,通过分析其海量、多维、非均质等空间特点,对传统的制图产品精度评估方法提出了改进：以地表类型进行分层抽样,样本量的计算采用优化模型并以地类所占面积比为权重逐层分配,样本的布设则考虑层内对象之间的空间相关性,在地表数据自然分布的基础上,通过分析空间相关性指数来提高样本的代表性和精度评估结果的可靠性。因此,本文提出针对区域地表覆盖遥感制图产品的空间分层抽样方法,其将精度评估分成抽样方案（样本的定量估计）和布设方案（样本的空间布设）2个部分,并以中国陕西省地表覆盖产品为例进行区域精度评估实验分析,从全区7大类地表类型数据中抽取1467个样本,经过样本检验与精度计算,该区域产品的总体精度为79.96%,Kappa系数为0.74。实验结果表明,本文提出的基于空间抽样的精度评估方法可行可靠,实验区域产品质量较好,并为后续针对全球范围的地表覆盖产品精度评估方法提供了参考。     

全球尺度下遥感与地理信息系统一体化软件平台研建进展

地理信息科学与技术在全球变化和地球系统科学研究中,正发挥越来越重要的作用.而在全球尺度下开展分析,必须发展用基于3维坐标进行分析,而且要具备全球尺度上的地表信息提取能力,并支持全球尺度的空间分析与应用的软件.介绍了在Google Earth基础上,开发的遥感和地理信息系统一体化软件平台:全球制图者(Global Map...