面向过程的时空数据模型研究

根据近20年来时空数据模型的研究现状、存在问题及其原因剖析,以连续渐变地理实体的表达、组织和存储为研究对象,提出面向过程的时空数据模型。根据连续渐变地理实体的内在特性,将其分级抽象为过程对象系列,进一步探讨过程对象及过程对象间逻辑关系,并设计其UML模型结构及物理存储结构。通过抽象的过程对象隐式地记录地理实体动态变化机制,及自定义的过程对象存储表提供演变机制的函数接口模式,实现连续渐变地理实体的过程化组织、存储与动态分析。最后,以海洋数据的过程化组织与分析为例,构建时空过程模型原型系统(海洋过程对象—关系数据库系统与功能分析平台),验证和评价该模型的实用性。     

基于案例推理的海洋涡旋特征信息空间相似性研究

目前对海洋涡旋的分析主要采用水团、近海海流分析和数值模拟方法,这些方法结合不同的区域资料已经有过很多成功的研究。但面对日益增长的多源、大面积海洋遥感数据,在快速自动化提取海洋涡旋的空间信息方面还存在很多难题。因此该文针对海洋涡旋空间信息的快速定量分析问题,提出了基于案例推理(Case-Based Reasoning,CBR)的海洋涡旋空间相似性研究方法。该方法首先采用多源数据(遥感数据、遥感反演数据、观测数据等)进行历史涡旋案例定量分析,并构建基于CBR的海洋涡旋案例表达模型和历史案例库;继而采用“基于重心矢径的序列分析方法”进行历史涡旋空间相似性分析,并结合典型的海洋涡旋区域给出具体实例。研究结果表明该方法是可行的。     

基于N-KD树的空间点数据分组算法

随着科学技术的进步,地理空间数据的分析处理面临着数据量膨胀和计算量高速增长的双重挑战,为了解决海量数据处理速度慢的问题,本文针对空间分布不均匀的点数据,从数据并行的角度,以保持数据的空间邻近性及保证数据分组后各组数据量负载均衡为目标,提出基于N-KD树（Number-K Dimension Tree）数据动态分组的方法,其是一种面向实时变化（数据量和数据空间范围变化）的空间数据动态分组方法。该方法借鉴K-D树的创建和最临近点搜索的思想,通过方差判断数据分布稀疏程度,利用最临近点搜索方法处理边界点,实现空间范围的不均等切分,保证数据分组后各组数据量基本均衡。试验表明,该方法具有较好的动态分组效果与较高的计算效率;支持各种分布状态的空间点数据的分组;分组后各组数据量负载均衡;分组算法本身有支持并行、支持分布式协同工作模式的特点。     

基于密度的线数据分组算法研究

目前,地理空间数据面临着由于数据量膨胀和计算量高速增长而引起算法效率低的问题,采用"分而治之"的数据分组策略提高运算效率已成为研究的热点。面向分布不均匀的线数据,本文提出了基于密度的线数据分组算法(简称LGAD)。首先,算法通过查找高密度区提取样本线段,保证了分组算法的起点落到高密区;其次,考虑线空间拓扑关系的复杂性,引用水平、垂直和夹角距离度量线段间距离,创建样本线段与其他线段的距离矩阵;最后,以距离矩阵和最优选择方法实现数据负载均衡分组。实验结果显示,对数据分组和分组后数据进行线段聚类的2个过程中,该算法体现了较好的时间优势,与串行计算相比,在分组数为2-12 时,平均比率达4.3,提高了应用的响应速度,具有较好的实际意义。     

基于MODIS谱纹信息融合的海洋溢油检测方法

鉴于仅依赖光谱特征或纹理特征的传统溢油检测算法的信息检测精度较低的问题,本文提出了一种新的光学遥感数据的谱纹海面溢油检测方法。谱是光学遥感数据的油膜敏感波段图像,纹是利用灰度共生矩阵计算获得的图像纹理特征,将这些特征相结合,引入支持向量机方法（Support Vector Machine,SVM）,建立谱纹海面溢油检测模型。本文以2006年渤海溢油事故为例,利用中等分辨率成像光谱仪MODIS的光学遥感数据对溢油进行检测,MODIS的第2波段为油膜敏感波段,所以,第2波段图像即为选取的谱特征,经过对各个纹理特征的分析得到,均值、对比和相关3个特征量可作为溢油提取的纹理特征。检测结果的总体精度达91.23%。试验结果表明,将MODIS图像的光谱特征和纹理特征相结合,可有效地对渤海海洋油膜信息进行检测,并具有很强的抑制噪声能力。     

极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享研究

本文以SOA开放式架构与OGC标准规范,提出了极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享服务体系。服务体系以"模型服务"为核心,探讨了模型服务接口和模型服务的互操作问题。为了简化极地海冰-海洋参数遥感反演模型的分布式共享过程,提出了极地海冰-海洋参数遥感反演模型共享服务平台的概念。共享服务平台处于模型与模型应用客户端之间,可以实现两者之间的数据转化和功能协同,以及实现模型算法与其他功能的分离,使模型开发者可以专注于模型算法的设计和实现。最后,以海冰密集度遥感反演模型和冰间湖识别模型为例,实现了极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享方法。     

中国陆地海岸线尺度效应研究(英文)

Spatial scale is a fundamental problem in Geography. Scale effect caused by fractal characteristic of coastline becomes a common focus of coastal zone managers and researchers. In this study, based on DEM and remote sensing images, multi-scale continental coastlines of China were extracted and the fractal characteristic was analyzed. The results are shown as follows. (1) The continental coastline of China fits the fractal model, and the fractal dimension is 1.195. (2) The scale effects with fractal dimensions of coastline have significant differences according to uplift and subsidence segments along the continental coastlines of China. (3) The fractal dimension of coastline has significant spatial heterogeneity according to the coastline types. The fractal dimension of sandy coastline located in Luanhe River plain is 1.109. The dimension of muddy coastline located in northern Jiangsu Plain is 1.059, while that of rocky coastline along southeastern Fujian is 1.293. (4) The length of rocky coastline is affected by scale more than that of muddy and sandy coastline. Since coastline is the conjunction of sea, land and air surface, the study of coastline scale effect is one of the scientific bases for the researches on air-sea-land interaction in multi-scales.     

基于大数据的极端暴雨事件下城市道路交通及人群活动时空响应

随着全球气候变化加剧,极端降雨增多,暴雨内涝灾害频发,严重威胁城市的可持续发展。快速掌握暴雨给城市交通及人群的影响,有助于提高灾害应急管理水平和事件响应能力。利用实时动态的交通路况信息和手机定位请求数据,通过一种融合STL时序分解技术与极端学生化偏差统计检验的时间序列异常探测方法,监测和分析暴雨内涝灾害事件中,城市道路交通和人群活动的时空响应特征,并以2018年7月16日发生在北京的极端暴雨事件为例开展实证研究。研究结果显示,在降雨集中的早、晚高峰两个时段（8—9时、18—19时）,市区的拥堵道路数量超出往常水平最高可达150%,异常检测分析显示拥堵道路数量和交通拥堵指数均达到异常甚至极端水平。人群活动的异常响应分析结果显示,暴雨事件引起定位请求量异常升高、异常点增多,且异常点的空间分布与1 h前的降雨量分布存在较高相关性。以上结果不仅证明了大数据及异常检测方法对于快速洞察暴雨事件对城市交通及人群影响的有效性,也为城市暴雨内涝灾害的应急响应与管理提供了新的技术手段。     

全球气候变化下南海诸岛保护优先区识别分析

全球变化下,珊瑚礁保护区是保护生物多样性、增强珊瑚礁对气候变暖抵抗力的有效方式,而维持珊瑚礁弹性是其核心内容。针对珊瑚礁最具有威胁性的热压力因子,基于南海1982—2009年卫星观测海表面温度（SST）数据和CMIP5加拿大地球系统模式CanESM2模型预估的2006—2100年南海SST数据构建热压力强度模型,从维持珊瑚礁弹性的角度识别IPCC RCP 4.5和RCP 8.5情景下南海诸岛保护优先区。结果表明：RCP 4.5和RCP 8.5情景下13%左右的南海诸岛珊瑚礁识别为保护优先区。根据热压力强度与珊瑚抵抗力及避难所关系,西沙群岛七连屿和晋卿岛近年观测与未来预估的热压力强度均比较低,在保障其服务功能的基础上建议实施完全保护;东沙群岛东沙环礁和中沙环礁排洪滩近年观测急性热压力强度较高但未来预估热压力强度较低,建议实施50%禁止利用保护;中沙群岛黄岩岛近年观测和未来预估的急性热压力强度均比较低,建议实施50%多用途保护。南沙群岛有14%左右的珊瑚礁识别为保护优先区,根据其热压力强度可实施30%~100%禁止利用保护或30%~50%多用途保护。RCP 4.5和RCP 8.5情景下的南海诸岛保护优先区及保护对策,可为维持珊瑚礁生态弹性及应对全球气候变化提供重要的参考价值。