GIS-T中动态对象时空操作算子设计

交通地理信息系统(GIS-T)是在传统静态GIS基础上加入几何空间网络概念及线的叠置和动态分段等技术,并配以专门的交通建模手段而组成的专业信息系统[1].现代交通管理与服务要求GIS-T具有对时空数据进行处理、分析和应用的能力.     

时空数据模型综述

虽然相对传统的GIS数据模型而言,人们对时空数据模型的研究起步较晚,但是大量的时空数据模型已经被提出了.在综述已有时空数据模型时,就如何区别时空数据模型的异同,众多研究人员和学者更多地是比较模型优缺点或罗列和陈述各模型针对某一案例的实践和应用,而没有阐述模型间的本质区别,没有过多地解释模型扩展及其关联性,也就无法跟踪已有模型的扩展、变异和发展趋势,最终导致在选择模型的应用、实践和整合其他非一时空数据模型时,不能做出最优抉择.与众多相关时空数据模型的综述文献不同,本文进一步提升和归纳已有模型,主要集中叙述众多相关时空数据模型的扩展和关联性,阐述模型间的本质区别,呈现模型的演变过程,从而为人们在应用和实践时空数据模型时提供科学的指导,为模型的扩展和新模型的研究提供理论依据和参考.     

一种基于事件的双序列时空数据模型

针对现有时空数据模型研究中存在的诸多不足,特别是基于事件的时空模型缺乏以空间对象个体为单位的时空变化贯穿式表达能力等缺点,提出一种基于事件的双序列时空数据模型,将状态变化与空间对象的变化用双重序列表达,用序列存储对象的变化解决了现有时空数据模型基于空间对象个体时空变化信息表达能力弱的问题。实验表明,该模型可有效用于时空数据管理。     

动态GIS数据对象模型探讨

动态地理信息系统(Spatial-Temporal Geographical Information System)是GIS的必然发展趋势,是实现动态数字地球的关键技术。静态3D GIS的技术已经成熟,而将时间维加上后形成4D的TGIS还处于数据模型研究阶段,主要原因是超海量数据的存取和查询问题仍然没有完全解决。在对已存在的数据模型进行探讨并在此基础上进行深度综合研究,提出了新的观点:结合快照模型的简单易行性和面向对象模型的方便灵活性,同时避开快照模型的不一致性和冗余性,以及面向对象的复杂性,形成复合的基于快照方式的面向对象模型。它将是一种实用的TGIS数据模型,在对时间属性的处理方面采用独到的方法:首先按照时间片进行分层,建立一个基数据,然后通过快照方式产生缓冲数据,经过比较形成一个以对象变化为主的带有时间戳的新数据层,最后再通过其变化函数将离散的时间层连接起来,形成一个有机连续的数据库。这样,在数据存储方面,节省了很多空间;在查询分析方面,使以对象变化分层的数据算法更容易实现,同时可以实现对象的历史回放功能。此理论方法有效地对TGIS难点进行大胆探讨并通过自动元胞机理论(CA)予以证明。     

基于Web的空间OLAP研究

OLAP（在线分析处理）是空间信息集成，查询与分析的重要领域和手段，基于Web的OLAP需要解决体系结构，空间数据仓库构建，多维数据模型，WebGIS，数据挖掘等诸多理论和工程问题，体系结构规定了系统开发和应用的模式，多维数据模型中定义了基于数据仓库的度量和维度结构，是OLAP和某些数据挖掘模型的基础，是数据仓库应用的重要手段，传统的体系架构，多维数据模型和OLAP技术在处理穸间数据过程中具有较大的局限性，文章尝试探讨在Internet环境下，在传统多维数据模型中引入空间维度，度量中指向空间聚合结构的空间数据索引及其空间算子集合，从而构造出空间多维数据模型，并在模型物理实现的基础上，试验了空间立方体的Web OLAP操作，可以预测，空间OLAP研究将成为GIS研究的热点，具有极大的应用价值。     

黄土丘陵小流域土壤水分空间预测的统计模型

在6个土层和10次土壤含水量测定的基础上,利用土地利用与地形等6类20个环境因子变量,建立了黄土丘陵区小流域土壤水分空间预测的6种多元线性回归模型,并提出了5类13个指标对模型进行了评价与比较。研究表明,各模型组之间的差异较大,以直接回归模型组为最优,PCA线性转换回归模型组次之,DCA非线性转换回归模型组最差。在每一组内,模型之间的差异相对较小,以变量全部入选模型稍优于变量逐步筛选模型。6种模型中,通用多元线性回归模型的拟合性最好、预测精度最高,但模型结构最为复杂、需要的环境因子最多;多元线性逐步回归模型不仅拟合性和无偏性方面很好,而且结构最为简单、需要的环境变量最少,因而为最优模型     

黄土丘陵小流域土壤水分

在6个土层和10次土壤含水量测定的基础上,利用土地利用与地形等6类20个环境因子变量,建立了黄土丘陵区小流域土壤水分空间预测的6种多元线性回归模型,并提出了5类13个指标对模型进行了评价与比较.研究表明,各模型组之间的差异较大,以直接回归模型组为最优,PCA线性转换回归模型组次之,DCA非线性转换回归模型组最差.在每一组内,模型之间的差异相对较小,以变量全部入选模型稍优于变量逐步筛选模型.6种模型中,通用多元线性回归模型的拟合性最好、预测精度最高,但模型结构最为复杂、需要的环境因子最多;多元线性逐步回归模型不仅拟合性和无偏性方面很好,而且结构最为简单、需要的环境变量最少,因而为最优模型.     

面向地学过程的计算可视化研究--以洪水演进模拟为例

在对包含过程事件的地理系统进行分析的基础上,区分并定义地理系统动态变化中的两类对象:基座对象和事件对象,并对两类对象的特征,进行了讨论.依据两类对象的划分,探讨了基座对象数据模型和事件对象数据模型的特征,并从人与模型计算、人与三维图形图象的实时互动要求,提出建立视景数据模型的必要性,并说明对象数据模型和视景数据模型的相互关系.在此基础上,对计算可视化环境系统进行了框架设计,并应用Visual C++和OpenGL,自行开发了一个原型系统GeoVision,以洪水演进模型的计算与可视化为案例,进行了初步试验.     

基于全球剖分模型的空间信息编码模型初探

为解决由于不同GIS数据模型中同一空间实体的编码不惟一而导致数据共享困难及标识的静态性和无空间位置等问题,鉴于全球剖分模型的全球连续性、多层次性以及剖分面片地址码的全球惟一性,该文提出了基于全球剖分模型的全球空间信息剖分编码(GeoDNA)模型,并设计了该编码模型的系统架构,试图实现全球空间信息的全息表达。通过对遥感影像中的空间实体进行编码试验,表明全球空间信息剖分编码模型将大大增强空间信息的维护与共享能力,加快信息的查询与检索速度,在区域性的应急反应上具有很强的理论和实用价值。     

基于特征的土地利用空间数据库模型

目前普遍使用的基于图层的空间数据库模型存在许多问题。基于特征的空间数据库模型是一种新的空间数据存储模式,它在很大程度上代表了GIS的发展方向。采用超图数据模型分析、设计和描述土地利用特征在概念和逻辑层次的提取与定义,建立土地特征分类体系,进行基于特征的土地利用空间数据库建模。     

离散线性水文系统模型及其参数估算*

本文介绍了连续和离散线性水文系统模型以及它们之间的对应关系,论述了离散线性水文系统模型的稳定性,其参数之间的对应关系,着重说明了现有常用几种水文模型均是离散水文系统模型的特例,提出了离散线性水文系统模型参数确定的四种方法,并给出了算例。     

基于时间链的公交网络数据模型研究

该文基于实际公交出行过程考察公交网络的特点,指出传统公交网络的局限性,并从公交出行时间链角度提出一种新的公交网络数据模型。该模型综合考虑公交出行中相对时间和绝对时间问题,将影响公众出行决策的所有因素折换成时间因素统一进行考虑和计算,给出基于XML的数据交换格式,并实现基于时间链的城市公交换乘信息的查询。     

长江口水域多光谱遥感水深反演模型研究

利用Landsat-7 ETM 遥感影像反射率和实测水深值之间的相关性可以探测水深。该文介绍单波段、双波段比值和多波段3种线性回归模型以及动量BP人工神经网络水深反演模型。选择长江口北港河道上段作为研究区,利用上述模型,分两种情况进行水深反演:一是以河道全部历史样本建模;二是将河道按自然水深划分为浅水区和深水区分别建模。结果表明:神经网络模型预测精度高于线性回归模型;水深分区后线性回归和神经网络模型预测误差均有所减小。     

土地利用变化的多尺度空间自相关分析——以内蒙古翁牛特旗为例

用传统统计学方法模拟和解释土地利用变化的前提条件是研究分析的数据在统计上必须独立且均匀分布。但是空间数据相互之间通常具有依赖性 (即空间自相关),某一变量的值随着测定距离的缩小而变得更相似或更为不同。由于经典线性回归方法未能抓住数据的空间自相关特征,而空间自相关包含一些有用的信息,为了克服这一缺点,利用Moran的I系数自相关图来描述研究区土地利用变化的空间自相关,并且建立了不仅考虑回归而且又考虑空间自相关的混合回归-空间自相关回归模型 (即空间滞后模型)。研究得到：① 研究区土地利用变化模型中不但自变量之间而且因变量之间存在空间正自相关,这表明土地利用变化数据的空间自相关很强;② Moran的I系数随着尺度的变粗而减小,这是由于数据平均时的滤波特性和Moran的I系数对距离的非线性特征造成的;③ 经典线性回归模型的残差也表现出正相关,这表明标准的多元线性回归模型未能考虑土地利用数据所存在的空间依赖性;④ 混合回归-空间自相关回归模型 (即空间滞后模型) 的残差未存在空间自相关,并且有更好的拟合度;⑤ 相对于经典线性回归模型,混合回归-空间自相关回归模型 (即空间滞后模型) 对于存在空间自相关性的数据来说有着统计上的合理性,而经典线性回归模型未能考虑这些因素。     

交通发展区位测度的理论与方法

交通建设所引致的区位条件改善对促进各类生产要素集聚和地方经济发展,重塑区域空间结构具有重要作用,因此,交通区位的测度一直是地理学的核心议题之一。随着交通网络的不断发展与完善以及新技术、新模式、新因素和新业态的出现,地方传统区位条件被重构,个人出行理念和模式发生了一系列变化。① 交通区位的测度逐渐从依托空间位置和交通设施发展水平的传统地理区位扩展到依托网络连通性、可靠性与出行便捷性的“流空间”新区位;② 研究对象从关注不同地方的区位特征扩展到关注群体出行规律和个体行为差异的微观区位选择;③ 研究内容从交通设施网络的可达性扩展到基于“门到门”的全链条出行服务;④ 大数据挖掘技术和GIS-T技术的发展也使得交通区位的测度朝着更加精确化和精准化的方向迈进。     

区域可持续发展的评价方法与理论模型研究述评

评述了区域可持续发展评价方法与模型研究的现状,将现行评价模型归纳为概念模型与线性组合模型两大类,分析了两大类模型的特点并对已有的一些模型进行了评价,指出了目前在可持续发展评价方法上存在的两大误区,即过分强调模型的普适性和精细性。认为可持续发展评价方法和理论模型的建立应重视时效性和实用性,并考虑到人类认识的阶段性,分步推进。     

基于网格细分技术的三维地质模型光滑方法研究

针对粗糙的三维地质模型,利用网格细分技术,生成加密光滑的三维模型。分析网格细分技术在三维地质建模中的应用需求以及Loop细分和改进的蝶形细分技术,为保持地质体之间公共面数据的一致性,对"改进的蝶形细分法"做了进一步改进,增加了对边界约束的处理。探讨利用细分技术生成多分辨率模型,通过试验验证了该方法的有效性。     

基于3S与模型方法的湿地景观动态变化研究述评

湿地景观格局及其动态变化研究是湿地生态学和景观生态学研究的热点。该文总结和探讨基于3S技术与模型方法的湿地景观格局及其动态变化研究,包括研究尺度与区域选择、景观数据获取与处理、景观分类体系构建及指数模型与动态模型的选取与应用等;结合湿地景观格局与动态变化的研究内容,评价湿地景观格局的分异特征、变化过程及其驱动机制等,指出当前湿地景观格局与动态变化研究中存在的问题及改进建议。     

科尔沁地区农业生产及其可持续发展定量分析

建立适用于沙漠化地区、包括自然条件、经济要素、技术措施和社会投入等要素、能准确反映农业生产关系的全要素生产数学模型,以奈曼旗为例,通过问卷调查识别影响沙漠化地区的主要因素,利用线性回归确定以1980年为分界的两个生产阶段的农业生产模型。分析表明,前一阶段以耕地、劳动力等经济要素投入为主要增产措施,关键驱动因素为劳动力,后一阶段主要以灌溉、施肥等技术投入作为主要增产措施,关键驱动因子为水利灌溉。现阶段,耕地、劳动力、耕畜等可控经济要素已经或即将达到投入上限,在降水、干旱天气等自然要素的影响下,技术措施的生产率也呈现下降趋势。从总体上看,各项投入要素的规模效益开始递减,现有生产方式必须得到有效改善,才能满足农业可持续发展的需求。     

土壤侵蚀模型研究中的几个问题

土壤侵蚀模型是定量研究土壤侵蚀的有效工具,探讨土壤侵蚀模型研究中的有关问题对于土壤侵蚀模型的发展及相关研究具有重要意义。从模型的过程模拟、模型时空尺度变异、模型验证和不确定性几方面对模型研究现状及局限进行了归纳和分析,认为:不同过程的模拟及其模拟方法的不同导致了各具特色的土壤侵蚀模型的出现;大多水蚀模型是对不同时空尺度上的水流及相应侵蚀过程进行模拟预测,在不同的时空尺度上,不同的侵蚀过程占主导地位;现实过程和现象的复杂性、观测方法和手段的限制以及模型的自身的局限性是导致土壤侵蚀模型预测的不确定性的主要原因;与GIS结合的强预测力、低数据要求的模型是土壤侵蚀模型发展的趋势。