基于时空知识图谱的古城叙事地图设计与实现

作为人类文明的见证,古城文化遗产让文明记忆更加鲜活,城市生活环境得以延续。叙事地图结合了地图学及叙事学对于空间信息、时间信息的表达优势,不仅是近年来地图学的新兴方向,也为古城文化遗产展现提供了新型空间叙事载体。论文针对古城叙事地图表达需求,从地理学时空视角出发,研究了古城叙事地图的组成要素及其结构与关系,构建了古城叙事地图知识图谱。在此基础上,以清江浦古城为例,设计了古城叙事地图的架构,基于清江浦遥感影像、照片、史志等多源资料,利用倾斜摄影测量与三维实景建模技术构建了古城典型景观建筑模型,设计与实现了多尺度、多载体的古城叙事地图。本研究提出的基于时空知识图谱叙事地图设计思路、基于遥感影像等多源资料的古城景观模型构建技术以及多尺度、多载体的古城文化遗产景观复现方法为古城历史文化遗产研究提供了参考。     

PIR传感网数据的几何代数建模与行为分析

现有基于PIR（Passive InfraRed）传感器数据的人体行为研究主要局限于运动时空分布、聚类等,对行为轨迹的重建和语义特征的解析相对较少,亟需发展新的建模与行为分析方法。本文尝试利用室内区域PIR传感器监测数据进行时空轨迹重构及其所揭示的运动语义特征研究。本文引入几何代数理论方法,构建传感器场景网络,实现了几何代数空间下动态网络的表达与路径计算,分析了人体运动特征及语义特征,建立最小语义单元,实现了空间数据到语义特征的转化,并可对个人和群体运动的空间区域特征和拓扑特征分析提供支撑。论文将传统PIR传感器网络分析从以几何、统计等为主的信号提取,转变为基于几何代数系统中不同类型代数结构的生成与转化问题,为诸如PIR传感网数据分析一类的非确定问题的求解提供了新的思路和数学基础,可为物联网GIS的构建提供借鉴。     

1965～2005年西北太平洋边缘海区海面变化记录的ENSO信号及其时空分异特征

海面变化记录中隐含着全球和区域变化的重要信息,对这些信号的分离、提取并揭示其变化特征,是深入理解海面变化机制的前提和基础.基于西北太平洋边缘海区10个验潮站1965～2005年月均验潮序列,利用二阶统计量盲源识别（SOBI）方法进行信号分离,结合EMD方法提取海面变化记录中ENSO信号,进而应用小波分析方法探讨了ENSO信号的时空分异特征.结果表明：各站位验潮序列记录了不同类型、不同强度ENSO事件,并表现出显著的时空分异特征,低纬海面对ENSO的响应明显较中高纬强烈;受洋流、地形等要素影响,海面变化对ENSO事件的记录存在型变;海面变化同样揭示了ENSO事件的尺度变化特征,自20世纪80年代以来,坎门以南各站位对ENSO的响应显著增强,其尺度从4年左右逐渐扩展到2～8年,反映了ENSO强度及频率的变化;海面变化记录的强ENSO事件发生前后,在特定尺度上出现相位的反向变化,支持了强ENSO事件的发生可能与尺度间相互耦合与叠加有关的研究结论.     

基于几何代数的多类型约束路网最优路径分析算法

针对现有交通规划中最优路径算法难以同时集成多种不同类型约束的不足,提出了一种多类型约束下最优路径统一求解的几何代数算法。基于几何基编码的网络表达模型,实现了对节点、边、路径等网络对象及权重和约束条件的统一表达。建立了基于几何邻接矩阵外积的路径延拓、遍历与筛选机制,实现了路径延拓过程中网络拓扑关系和权重结构的同步计算。在此基础上,构建多约束条件下最优路径生成算法。最后,以江苏道路网络为例对算法的正确性进行验证,结果显示,该算法可较好地支撑同时包含数值型、节点型及结构型约束条件下最优路径的计算,可为复杂GIS网络分析提供理论与方法支撑。     

盐城麋鹿生态旅游区游客变化特征及预测

生态旅游区的发展受到诸多确定性因素和随机性因素的共同作用,并反映于旅游区游客观测序列。通过构建游客序列分析框架,提出了游客序列分析的理论模型。并以江苏盐城麋鹿生态旅游区为例,集成多种数学方法,进行了游客序列的分解、调整和综合预测的实证 分析。运用Tramo/Seats 方法进行季节调整分析可有效提取时间序列各组分,从而获得了不同尺度的作用模式,所获得的去噪序列为预测研究提供了基础资料。基于ARIMA 模型、Winter 加法模型、Winter 乘法模型和Tramo/Seats 模型的综合预测表明,麋鹿生态旅游区未来两年年平均新增游客数量在1.95-3.14 万人次之间。各方法预测结果间的差异与其建模思路及实现方法有关,因此集成多种方法进行预测,并进行对比分析,有助于获得对游客波动变化更为全面的认识,同时所提供的多种可能预测方案,可为生态旅游区容量控制、旅游环境资源的保护与开发及旅游区的管理决策提供参考依据。     

地图学的未来是场景学吗?

信息化与时空大数据时代的到来为地图学的表达和分析能力提出了新的需求。现有地图学的理论难以支撑上述需求,在建模要素、信息处理、表现形式等方面仍存在明显不足。本文以地理场景这一新地图学概念为基础,论述了地理场景的内涵和特点,阐述了从地图向场景转化的必要性和主要技术途径,并提出了用于应对新时代地图学发展需求的数据模型、计算模型和表达模型。数据模型方面可从基于地理信息六要素集成表达的几何代数统一数据模型进行突破;计算模型则可利用多元信息求解的数学空间,构建相应的映射、关联及算子化求解策略;最后提出了兼顾时空分布、演化过程和要素相互作用的场景自适应综合与多模式展示的表达模型发展方向。     

地理实体分类与编码体系的构建

地理实体是政府管理的基础单元,是各类信息聚合的凝聚核。地理实体的构建是"数字城市"和"智慧城市"建设的重要内容。本文针对地理实体分类体系的多样性、粒度划分的层次性、描述表达的完备性,以及实体编码的唯一性等关键问题,提出了面向"智慧城市"建设的地理实体科学分类体系,应用需求驱动的地理实体颗粒度分割体系,地理视角的地理实体描述体系,以及顾及地理实体空间分布、时间过程的唯一身份编码体系构建的设想与思路,为地理实体建设工程的顺利实施提供理论依据和方法途径。     

语义轨迹建模与挖掘研究进展

语义轨迹是时空轨迹和语义信息融合的产物。除了含有时空信息以外,语义轨迹包括移动对象自身的运动状态（如速度、方向）、环境（如气温、空间拓扑关系）和社交关系（如好友关系、社交活动）等多方面信息。挖掘语义轨迹可以深入地发现个体或群体移动行为的意图、习惯、情感等高阶语义内容,从而深层次发现个体或群体移动行为的模式、关系和规律等。因而,相较于时空轨迹,语义轨迹在语义性、解释性、可行性等方面更符合决策分析应用的实践需求,具有更重要的研究意义和应用价值。本文对语义轨迹挖掘的关键技术进行了综述。首先,介绍语义轨迹的基本概念,并且根据语义元素类型的不同总结了4种常见的定义形式。其次,归纳了语义轨迹建模的基本阶段,包括预处理、轨迹分段和语义富化。由于语义轨迹无法像时空轨迹那样从位置感知设备中采集获得,因此语义轨迹是通过建模技术得到的,主要通过将语义信息和时空轨迹相融合生成相应的语义轨迹。然后,介绍语义轨迹挖掘的主要任务,包括语义轨迹模式挖掘、语义轨迹聚类、语义轨迹分类、语义轨迹异常检测等。针对每一项挖掘任务,介绍了有关的基本原理和相关算法,总结了主要的关键技术和挑战。最后,探讨了语义轨迹挖掘现存的研究难点和未来研究方向。从模型定义、语义标注技术、多源数据建模等方面,讨论了语义轨迹建模的重要研究问题;从语义轨迹数据管理、分类和预测、流式数据挖掘、隐私保护、多粒度挖掘、评价方法等方面,探讨了语义轨迹挖掘的未来研究问题。     

GIS时空分析系统的Clifford代数设计与实现

以Clifford代数为理论基础与数学工具,构建了时空分析原型系统：①在兼容多类常用GIS数据格式的基础上,根据Clifford代数空间构建的思想,对现有时空数据模型进行扩展,实现了时间、空间与属性的一体化表达;②定义了可支撑多维度时空分析的几何、度量等Clifford代数算子库;③基于插件的时空分析模型算法构建及集成框架,实现了高维邻域分析、网络分析以及时空栅格数据分析等地学分析算法。实验结果显示,根据Clifford代数所构建的时空分析系统可有效支撑多维时空分析。     

基于ArcGIS Engine的旅游流时空分析系统设计与应用

 针对现有旅游流研究所面临的数据来源多样复杂、理论及模型分布分散、过程特征解析及重建复杂,以及表达困难等问题,以ArcGIS Engine为开发平台,从时空特征分析入手,构建适用于旅游流表达与分析的多源时空数据组织与存储体系,实现多源研究数据的整合与集成。同时设计了旅游流时空分析的模型集成框架,集成典型分析模型,实现了旅游流时空特征、过程,以及相互作用分析与可视化表达。另构建可反映旅游流研究思路与流程的旅游流时空特征解析与表达系统,并以江苏省13个地级市的旅游流为例进行实证分析。结果显示:本文所构建的系统可揭示旅游流及其相关要素的时空演化特征与相互作用关系,并能实现旅游流时空特征与过程解析结果的可视化表达。