河系几何相似性的层次度量方法

已有的线群目标几何相似性度量方法主要基于数理统计的思想,通过统计整体变化信息计算几何相似性,缺少对局域特征的表达,并不适用于具有高度分形特征的河系。为此,本文将河系几何特征划分为3层次的信息特征：单条河流的形状特征、局部区域的结构特征、全局范围的分布特征。首先,结合角链码法与Hausdorff距离计算单条河流的形状相似度;然后,根据 “二八定律”确定局部特征区域,通过坐标系转换计算M： N的河系局域结构相似度;最后综合整体描述子得到全局分布相似度,并在该基础上,构建差异指标进行河系多尺度相似性计算与综合质量评价。实验表明,该方法的计算结果优于均值指标法,能有效应用于制图综合的质量评价。     

基于拓扑谓词的空间拓扑关系相似性度量模型与应用

空间拓扑关系相似性度量是空间数据相似性度量的重要组成部分,它是空间数据检索和空间场景相似查询的基础和关键。本文旨在建立一种能够同时度量简单和复杂拓扑关系间的相似性度量模型。首先,以9个拓扑谓词提出一种简单拓扑关系间相似性度量方法,即定义简单拓扑关系之间距离为两个9交集矩阵之间的距离,从而得到简单拓扑关系之间的相似度。然后,综合考虑实体集合间的数量相似度和维数相似度,建立实体集合间的简单拓扑关系相似性度量模型,并在上述实体集合间简单拓扑关系相似性度量的基础上,采用分解-组合的策略先将复杂拓扑关系分解为若干个局部拓扑关系,通过组合局部拓扑关系之间的相似度,直至建立复杂拓扑关系间的相似性度量模型。实验表明,制图综合中的选取对空间实体集合之间拓扑关系相似度的影响最大,其他因素影响较小,因此,其能以拓扑关系相似度来度量制图综合对拓扑关系的改变程度。     

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。     

空间遥感环境考古的地学分析

空间遥感考古在我国方兴未艾,其起步虽然较晚,但发展很快。该技术已广泛地应用于城市考古、地面专题考古(含遗址)、环境考古等领域。下面我们就若干环境考古中的遥感调查作一些分析研究。1 长江下游空间遥感考古 过去有的古书曾这样认为:“江南乃荆蛮之地,汉以后才得到开发”,很多历史书和有关专著也有类似见解:称江南为“蛮荒”、“蛮夷之地”、“三苗、淮夷聚居的场所”等等。     

分形定量选择遥感影像最佳空间分辨率的方法与实验

遥感影像观测尺度是遥感信息提取研究的重要内容之一,也是遥感信息提取的焦点。以往,遥感影像尺度特征的分析大多基于地统计学,其主要体现遥感影像中的线性特征,而实质上遥感影像中既存在线性特征,又存在非线性特征。因此,在深入剖析遥感影像尺度效应及分形特征机理的基础上,本文探讨了分形理论定量选择遥感影像最佳空间分辨率（也称最佳像元观测尺度）的方法。以IKONOS全色影像的建筑用地、耕地、林地为研究对象,分别使用FBM、DBM、TPM 3种分形维数计算模型,实现了3种地物在不同空间分辨率下分形维数的计算。实验结果表明,每种地物的分形维数是随空间分辨率的增大,总体呈下降趋势,且在某些特征空间分辨率上会出现拐点。从遥感影像尺度效应分析可知,遥感影像空间格局随尺度的不同,其内部结构也不同。且随着尺度的增大,很多细节将会被忽略,影像的粗糙度也随着降低。而分形维数是目前为止描述对象自相似性和不规则度的唯一基本量化值,其直观上与物体表面的粗糙程度相吻合。因此,这些拐点对应的分形维数对地物的最佳空间分辨率的选择具有一定指示意义。通过本文研究可知,使用分形理论方法研究遥感影像最佳空间分辨率（或最佳像元观测尺度）,打破以往观测尺度方法研究范畴,从不同角度去分析遥感影像观测尺度问题对GIS研究与地学应用具有一定的理论和指导意义。     

克隆选择算法的线状要素图形简化模型

 线状要素作为占据地图图形80%以上的地图目标,其自动概括是制图综合的一个重要内容。线状要素图形简化是其制图综合的一个主要手段。本研究以克隆选择算法的基本原理,分析对线状要素数据进行压缩时图形简化的约束条件,顾及线状要素的几何精度和形状特征,设计相应的编码机制、变异机制和亲和度函数,提出一种新的线状要素图形自动简化模型。同时,结合不可行解修复机制,提高图形简化的精度。最后,将该模型与道格拉斯算法、遗传算法的简化结果作对比,实验表明,在相同的几何精度内,文中提出的线状要素图形简化模型,在保持线状要素图形形状方面表现更佳。     

基于DEM的5节点二阶差分坡度算法模型与实验分析

 坡度作为最基本的地形因子,是构建地学分析模型的基础数据,基于格网DEM的坡度计算模型的精度分析一直是地学分析的重要研究内容。本文通过分析计算坡度的 差分模型误差来源及特征,提出了一种新的模型——5节点二阶差分模型。其基本思想是顾及多距离邻近点高程信息,采用5×5分析窗口,建立单倍格网和两倍格网的差分计算线性组合模型。并通过数学分析的理论推导证明该模型可以显著提高计算精度。实验选取典型数学曲面并对其采用不同的分辨率(1m和5m)进行离散化精度验证。计算结果表明,与现有的差分模型相比,5节点二阶差分模型可以显著提高坡度的精度,对应于两种分辨率的DEM,该模型计算坡度的精度可以分别提高7×10⁴倍、3×10³倍以上,表明该模型对于高分辨率DEM数据更为适用。本研究不仅丰富了数字地形分析的方法体系,为相关地学模型分析提供更精确的坡度数据,而且为将来改进地形曲率因子等计算模型提供了一定的参 考和借鉴。     

推荐《遥感图像应用处理与分析》专著的创意新版

《遥感图像应用处理与分析》专著,由中国科学院中国遥感卫星地面站戴昌达、姜小光、唐伶俐三人撰写,是一本有助于促进我国卫星遥感应用事业进一步发展的、颇具创意的好书。该书上、中篇是作者多年从事遥感应用研究实践中感悟到的有关遥感机理和遥感图像应用处理与分析所涉及的基本原理、关键技术。下篇各章节分别介绍在一些重要应用领域开展遥感图像应用处理与分析研究的进展及其实际效果,写得很有特色。     

《遥感专题分析与地学图谱》即将出版发行

《遥感专题分析与地学图谱》一书 ,即将由科学出版社出版发行。中国科学院遥感应用研究所名誉所长陈述彭院士为该书热忱赋序。该书重点介绍了以地球信息科学和遥感信息科学为应用研究基础 ,引入地学、景观学等知识 ,通过地学综合分析 ,揭示空间图像形成机理 ,有效地提取目标信息 ,构建图谱的基础理论和方法。另外 ,作者总结了其在该领域长期工作实践中 ,运用地理相关分析和信息融合技术 ,对自然资源与环境要素农业自然条件系列成图、资源评价制图 (含土地、水文、生物等 )和环境动态监测 (含城市环境 )进行遥感信息分析与制图的研究 ;最后简述了图像图形编辑设计与制版一体化的应用工艺。     

面要素空间信息量的度量方法研究

 地图是空间信息的载体,地图空间信息的度量是地图信息传输理论的一个基础问题。地图空间信息主要包括地图要素的空间信息和要素分布的空间信息。地图空间信息是由要素的几何形态结构来体现,即要素的空间信息通过其几何形态特征描述。为此,本文以面要素为研究对象,提出一种以几何形态结构特征的面要素空间信息量度量方法。首先,从空间认知角度对面要素结构进行凸包分解,构建凸包树的面要素表达方法。然后,采用层次化策略,分别从结点的元素、邻域和整体三个层次来描述面要素几何形态结构,将面要素空间信息分解为几何形态信息和分布结构信息,结合面要素空间信息量的认知分析,给出了几何形态和分布结构特征的定量描述指标,并发展了基于几何形态结构特征的面要素空间信息量计算模型。最后,通过一组实验计算,进行了案例验证分析。     

空间面群目标几何相似度计算模型

本文针对空间面群目标提出了一种几何相似度计算模型。首先,利用拓扑关系概念领域图定义了面群之间的拓扑关系相似度;然后,对不同类型的面状目标选用合适的"降维"方法处理为"线群"目标,利用方向均值定义线群之间的方向关系即面群目标的方向相似度,以及利用"环形方差"定义线群目标之间的距离关系即面群目标的距离相似度。最后,结合面群的长度和平均长度、面积和平均面积,面密度及紧致度,建立了面群目标几何相似度计算模型,以对面群目标相似度进行整体度量。该模型综合考虑了空间面群目标的几何特征和空间关系特征,并对其作了适当的权重分配。从时间邻近度和尺度邻近度角度,本文设计了2个实验,结果表明,相似度计算结果与地物特征比较一致,符合人们的直观空间认知。     

面向区域增量更新的等高线群混合相似性度量模型

等高线是一种以曲线群簇展现地表起伏形态的表达方式,多源等高线数据之间的相似度能够反映地形地貌的变化程度,因此等高线群的相似性度量是地形图更新、多源数据融合及制图综合领域的关键环节之一。当前的等高线相似性度量方法主要基于要素的单一拓扑特征或几何特征,由于地理空间数据的复杂性和地理要素变化的多样性,这种通过计量多源数据数据单一特征之间的相似与差异程度的方法并不能完整表达多源数据之间的异同,在变化复杂区域、图幅边界区域以及等高线分布密集区域会导致不一致问题。因此,本文引入空间相似度理论,综合探讨了等高线群的相似性层次结构;研究了拓扑特征和几何特征在等高线群相似性度量中的关系和作用机理,构建了等高线群相似性层次结构;讨论了其中各个影响要素的相互关系和相似性度量方法,提出了一种基于拓扑特征和几何特征的区域等高线群混合相似性度量模型,并利用层次分析方法求解各级相似元的权重系数。通过模拟实验和真实数据实验对本文方法的可靠性和有效性进行验证,结果表明：本文提出的等高线群混合相似性度量模型能够定量描述不同尺度不同来源等高线群之间的相似与差异程度,并具有较好的有效性和可靠性;根据本文的混合相似性度量结果和更新阈值之间的关系,对满足更新要求的变化区域实施局部更新,且精度检验表明论文方法能够为等高线数据的更新应用提供可靠依据。     

Douglas-Peucker算法全自动化的多尺度空间相似关系方法

地图综合本质上是空间相似变换,研究Douglas-Peucker算法及其参数的设置,实质是研究算法的最佳距离阈值与尺度变化间的定量关系,但目前二者关系未知,导致参数设置及化简结果的选择主观性强。为此,提出以多尺度线要素空间相似关系为契合点,利用阈值参数寻优原理确定二者间定量关系,以实现基于DP算法线要素的全自动化简。结果表明：① 二次函数是描述最佳距离阈值与尺度变化间定量关系的最优函数;② 针对来源于相同地理特征区,如长江下游平原,的线要素可行,利用同一最佳距离阈值可实现基于DP算法线要素的全自动化简,且化简结果与已有成果数据吻合度较高;而来源于不同地理特征区域,如长江下游平原和江淮平原,的线要素,用同一最佳距离阈值化简是不合理。因此,应选择不同的最佳距离阈值,以实现不同地理特征区域线要素的DP算法全自动化简。     

基于综合特征分析的多源空间数据相似检索

在遥感不同波段、不同分辨率、不同时相、不同尺度和不同平台等情况下,观测获得的多源空间数据集成的数据库中,提取感兴趣的局域目标图像是海量数据库管理的关键问题之一。本文提出一种统计法的纹理描述与频谱法的纹理描述相结合,纹理特征和空间关系相结合的方法进行多源空间数据相似检索。统计法纹理描述采用共生矩阵的描述符,而频谱法纹理描述采用树状小波分解(小波包)的纹理描述符。通过对多源遥感数据库的检索比较,表明此方法比单一纹理特征方法具有更高的应用价值。     

一种地图点群空间分布特征的局部分维分析方法

以分数维为分析指标的分形几何理论,为地图点群目标的空间复杂性分析提供了一种定量方法。但是研究表明,地图点群目标的分形性质往往表现出局部的非均匀特性,因此主要以研究对象整体分维估值为主的分维分析方法难以描述这种变化。本文在分维扩展方法的基础上,提出了一种基于滑动窗口的局部分维分析方法--元分维模型,并通过实践证明该方法可以有效地揭示地图点群空间分布特征的差异,从而为地图点群目标的空间分布特征分析提供了一个新的思路。     

地理空间信息的M-R曲线扩展分析

分形理论在地理空间信息的复杂性分析中具有广泛的应用前景,但是强调完全自相似为基础的单一分形维数,难以描述复杂变化的地理目标特征。本文研究表明,与分形维数相比,M-R曲线所包含的更丰富的地理空间特征信息使之成为更值得关注的分形分析对象。在此基础上,本文初步阐述了M-R曲线的性质与地理空间意义,并进一步探讨了M-R曲线的扩展分析方法,包括M-R曲线的函数拟合与分维谱分析。最后以小比例尺地图中河流数据为例,分析了我国长江、黄河两大河流的空间形态特征及其规律。实验表明,在小尺度范围内长江具有更丰富的细节变化,黄河则在更大的尺度上表现出复杂性。     

全球六边形离散格网的几何最优化设计与空间度量

全球离散格网系统（Discrete Global Grid System,DGGS）是一种新型的空间数据模型。它采用特定的方法进行地球表面的同构离散化,提供了一种无缝无叠的多尺度的全球格网结构。DGGS使用格网的地址编码运算代替传统的坐标计算来处理各种空间操作。本文以六边形DGGS为研究对象,提出了一种用于评价格网几何均匀性的新型最优化目标函数,设计了以启发式全局优化方法为核心,结合数值投影变换方法,构建六边形的DGGS。另外,针对DGGS目前的短板问题——空间度量,研究了DGGS上基于格网方法的面积度量、长度度量和角度度量,旨在发展一套全球六边形离散格网上的空间度量体系。