地学领域数据网格的构建与其应用案例分析

网格是20世纪90年代中期发展起来的新技术,它把互联网上分散的资源融为有机整体,实现资源的全面共享和有机协作。本文简单介绍了信息领域网格的起源和发展过程,并对几种网络计算技术进行了比较分析。进而将网格技术引入到地学领域,对地学数据网格作了初步的需求分析,阐述了构建地学数据网格的思路。最后,以人地系统科学数据网格为例,分...     

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。     

协同GIS软件体系结构研究

分布式的异构地学信息处理与分析,需有支持协同工作的GIS平台。但是现有的GIS基础平台大都只具有部分协同功能,真正意义上的协同GIS基础平台尚未出现。本文结合计算机支持协同工作的相关理论,提出协同GIS的体系结构,分析了协同逻辑在协同GIS体系结构中各部分的特征和作用,并论述了所涉及的研究内容。     

自适应可视化研究综述

介绍了形式化描述自适应可视化的四类模型,即用户模型、资源模型、数据模型、问题域/任务模型。在分析了自适应可视化(在地学信息可视化中)应用现状的基础上,对地学信息自适应可视化的研究趋势进行了展望。     

空间数据计算模式分析与应用

随着传感器和其他数据采集技术的不断进步以及对地观测网络的建设和启动,空间数据的高性能处理和分析成为摆在地学工作者面前的瓶颈。本文以此为出发点,按照不同地学领域(陆地、大气、海洋)的空间数据载体的形态的不同,将空间数据划分为反映固态基质信息的陆地空间数据,反映液态基质信息的陆地水文空间数据,反映液态基质信息的海洋流体空间数据和反映气态基质信息的大气流体空间数据四类,并对每类数据的最小单元问题进行了初步的分析。本文详细阐述了地学空间计算的涵义,并根据计算行为模式及计算的侧重点的不同,将地学计算过程分为深度计算过程与主动计算过程(即“数据→特征→知识”的一般计算过程),并就此进行了阐释。以基于特征的遥感信息提取和目标识别工作为例,对上述理论进行了说明和验证。最后对空间数据计算模式相关问题进行了总结,并对以后的研究做了展望。     

地学现象三维空间模拟-以点源烟气扩散为例

探讨地学现象三维空间模拟的方法。将地学现象所在的三维空间以规则六面体格网形式离散为一个个相互连接的格网单元,运用相应地学模型计算规则六面体各顶点的属性值,再用MC方法追踪形成等值面,以此来表示地学现象的三维空间状态。以点源烟气扩散中烟气的三维浓度模拟为例,验证了这一空间模拟方法的有效性和直观性。     

地学论文字母书写和标示的一般规则

为准确地表达地学领域的各项科技含义,在地学论文的正文、表格和插图中,外文及汉语拼音字母使用得非常普遍。本文就地学论文字母正确书写和标示的一般规则,参照现颁国家标准及有关规范,分别按正、斜体,大、小写等四种情况,分列明细予以介绍。     

地质科学大数据背景下的矿体动态建模方法探讨

三维地学建模的理论与方法在大数据时代该如何发展,是当下这一领域研究人员非常关注的问题。从现代三维地学建模的重要方法——隐式建模的角度,对三维地学建模方法与地质大数据系统的有机集成、以及如何利用大数据技术提高地学建模的效率和质量等问题进行了探讨。初步提出了一套基于地质科学大数据的三维地学建模方法和流程,包括:地质大数据的搜集、主题大数据系统的搭建、地质特征要素的深度挖掘和三维地学模型的动态构建。同时,也指出了大数据背景下高质效三维地学建模的关键在于:研究实现充分顾及地质对象和地质科学大数据特点的地学人工智能、机器学习、数据挖掘及空间推断方法。通过一个典型矿体建模的应用实例对所提方法的可行性进行了验证。      

图形化的地学耦合建模环境与原型系统设计

耦合建模是近年来地学研究使用的重要方法.建模框架是应用较多的一类地学耦合建模环境.由于要求研究者完成耦合模型的程序编码,在一定程度上降低了它的可用性,同时也带给使用者更多的负担.本文以建模框架ESMF作为基础,对构建完全图形化的地学耦合建模环境中的问题和解决方法进行探讨.主要包括:根据确定的耦合模式及其隐含的模型调用和...     

群组目标空间方向关系建模

已有的空间方向关系描述模型大都针对空间单个目标,对于群组目标空间方向关系计算模型却鲜有研究和论著。为此,提出适用于群组目标空间方向关系的定性描述与定量计算模型。首先,群组目标空间方向关系定性描述模型利用带约束的Delaunay三角剖分与动态阈值“剥皮”法求得了源目标群分布边界多边形;然后,以方向关系矩阵模型为依据对其方向关系进行了定性描述与建模;其次,运用数学形态变换理论对参考目标群进行“膨胀”,求解“膨胀”后的参考目标群与源目标群的交集;最后,在此基础上结合地学信息图谱相关理论实现了群组目标空间方向关系的定量计算与建模。实验表明,群组目标空间方向关系定性描述模型较好地顾及了群组目标的空间形态对空间方向关系的影响,能够对空间方向关系做出较为准确的定性判断;群组目标空间方向关系定量计算模型实现了群组目标空间方向关系的精确定量描述,且能够以形象直观的方式对群组目标空间方向关系进行可视化表达。2种模型较好地解决了群组目标空间方向关系的描述与计算问题。     

基于多智能体的城市洪涝灾害动态脆弱性计算模型构建

随着全球气候变化加剧和城市化进程的发展,暴雨洪涝灾害对城市社会经济活动造成的影响越来越严重。作为量化灾害影响程度、社会经济损失与风险评估的重要方法,城市洪涝灾害脆弱性研究对洪涝灾害风险管理与规划具有重要意义。目前,城市脆弱性的内涵进一步延伸,脆弱性指标体系不断丰富,所取得的研究成果能够反映一定时期内城市洪涝灾害脆弱性的整体特征,却无法同时有效地解决城市洪涝灾害脆弱性的空间非均匀性问题和动态计算问题。本文从脆弱性的动态特征出发,提出了城市洪涝灾害动态脆弱性计算方法,建立了城市洪涝灾害脆弱性量化模型与面向洪涝灾害脆弱性计算的多智能体模型,形成了基于多智能体的城市洪涝灾害脆弱性计算方法。在NetLogo平台上,利用智能体模型对浙江省丽水市城区的动态脆弱性进行了仿真模拟。研究结果表明该模型有助于发现不同时空条件下城市存在的“脆弱区”,为城市洪涝灾害脆弱性的时空分异特征分析、区域脆弱性的精细化评价提供方法支撑,能够为缓解措施的实施和洪涝灾害的精细化管理提供有效指导。     

Efficiency pattern and spatial strategy of ports in Yangtze River Delta Region

This paper measures the efficiency of ports in the Yangtze River Delta Region (YRDR) in 2008 and 2013 using port berth quantity, quay length, and human resources as input indicators, using cargo and container throughput as output indicators, and considering traditional (foreign trade dependence and industrialization level) and modern environmental factors (traffic line density, financial development level, and informatization level). To achieve such aim, this study constructs a multi-stage data envelopment analysis model (DEA) that identifies effective port decision-making units (DMUs) and generates a highly accurate conclusion by eliminating the interference from the exogenous environment and random errors. First, the external environment significantly affects port efficiency, with the traditional environmental factors showing huge fluctuations and the modern environmental factors producing great benefits. Second, the efficiency of ports in YRDR has increased from 2008 to 2013 primarily because of their pure technical efficiency. Third, the weighted standard deviation ellipse (SDE) analysis results reveal that the efficiency pattern of ports significantly deviates from their throughput pattern, while the center of SDE of port efficiency moves from the eastern coastal regions to the northwest regions. Based on these findings, this paper proposes spatial development strategies for YRDR, such as creating an unblocked environment where spatial elements can freely circulate, intensifying port-city joint development, implementing differentiated policies, and focusing on the spatial collaboration of port efficiency.     

支持时空耦合计算的HTM-ST日地空间系统数据组织模型

数据组织模型是对科学数据进行有效管理、共享与应用的基础。日地空间物理学科通常采用基于语义标注的传统数据组织模型,但是该模型忽略了数据间的时空关系,难以支持大规模数据处理与关联分析,应建立一种支持时空计算的数据组织模型,从而有效支持当前日地空间物理领域对数据快速发现、精细结构识别、耦合关系研究与时空演化分析等方面的应用需求。鉴于此,本文提出了HTM-ST离散化时空数据组织模型,该模型在层次三角网格的基础上,在时间维度通过等长剖分进行扩展,从而形成离散化的时空剖分,采用时-空耦合编码将高维的剖分单元组织到一维空间中,并基于上述剖分结构与编码算法在HBase环境下设计了模型的存储方案。本文利用多颗极轨卫星的能量粒子探测数据实现了该数据组织模型的原型示范系统,并设计了基于该模型的时空查询算法和地方时全球数据插值算法,用于对该模型进行实验验证。实验分析表明,HTM-ST模型具有高效性和鲁棒性,可以作为面向时空关系的日地空间物理数据组织与存储基础。     

因子分析模型在环境污染专题制图中的应用

因子分析模型是用少数不可观测的变量来解释原始变量问相互关系的一种数学模型.本文采用因子分析模型,对我国各地区大量工业及生活排放污染物数据进行了计算分析,得到了各地区单项污染和整体污染分析结果,最终在全国环境污染专题地图中得以应用.实验证明,因子分析模型能简化数据结构,减少信息冗余,发现环境污染的主要因素,为各地区环境整治提供了科学、准确的量化指标.     

移动Agent 在集群系统中的应用研究

从任务级的角度，在基于主／从模式的集群系统中引入了移动Agent技术，建立了基于移动Agent的并行计算模型。基于该模型，对移动Agent之间的通信接口、容错机制和负载平衡策略等问题进行了研究。     

深圳市快速抑制COVID-19疫情的非药物干预措施效果评估：基于智能体的建模研究

在2020年COVID-19第一波疫情中,通过一系列非药物干预措施,国内许多城市实现了疫情的快速抑制。对这些交叉叠加的多项干预措施进行单项措施的效果评估,识别出关键的防控策略,能够为未来的疫情防控提供重要的经验与科学依据。本研究以深圳市为例,利用融合了多源时空轨迹大数据的空间显式智能体模型评估深圳市快速抑制第一波疫情的各项非药物干预措施效果,识别出核心措施与辅助措施。模拟结果显示,在深圳市第一波疫情中,单项干预措施有效性从高到低依次为居家令、综合隔离、佩戴口罩与分批复工。其中,居家令或综合隔离均能有效抑制疫情的大范围暴发,被本研究称之为核心措施;佩戴口罩或分批复工则只能从不同程度上降低总体感染规模并延缓疫情峰值,并不能抑制疫情暴发,被本研究称之为辅助措施。考虑到社会经济成本以及常态化防疫中人群依从性降低,本研究建议在COVID-19 散发疫情防控中将核心措施与辅助措施相结合,重点实施各项隔离措施,同时将外出佩戴口罩作为疫情常态化防控手段。此外,本研究展示了结合时空大数据与智能体模型精细化模拟城市内部传染病扩散过程的优势：不仅能在城市内部高精度推演疫情发展过程,而且能够支撑评估面向个体及各类型出行活动的非药物干预措施实施效果,为制定针对性、精细化的“时间-空间-人群”防控策略提供重要的科学依据。     

一种面向海量浮动车数据的地图匹配方法

浮动车数据已广泛应用于交通监管、智能出行、城市规划等领域,地图匹配是浮动车数据关键技术之一,保障匹配算法精度的同时提高匹配效率,是面向海量浮动车数据地图匹配方法的难点。本文提出一种基于HMM（Hidden Markov Model）的地图匹配模型,相对传统模型尝试了多个方面的改进：在发射概率计算中引入航向角变量,并探讨了该变量对模型精度的影响;以格网对路网进行划分,构建哈希索引,实现候选路段快速查找;采用路径无权距离替代路径实际距离,并对路网进行预处理,根据浮动车有限时间内的活动范围构建路段转移矩阵,实现路段转移概率快速计算,以减小路径匹配算法时间复杂度。将模型应用于北京出租车轨迹数据匹配结果表明,对于采样时间间隔在1~120 s的浮动车数据模型切实可行。在满足匹配精度应用需求的前提下,模型效率有了较大幅度提升,能有效应用于海量浮动车数据地图匹配。     

一种改进的基于背景差算法的运动车辆检测方法

针对背景固定的交通监控视频中的运动车辆检测问题,提出了一种改进的基于背景差算法的运动目标检测方法。该方法改进了混合高斯模型,对图像进行了平滑滤波预处理,并利用形态学滤波方法对二值化的前景图像进行后处理。该方法提高了背景模型的环境适应能力,能够很好地适应背景改变和光照等变化。同时,也改善了视觉效果,使前景检测误差值降低了14％,可为后续交通参数的提取提供更为精确可靠的图像数据信息。     

Regolith thickness modeling using a GIS approach for landslide distribution analysis,NW Himalayas

Regolith thickness is considered as a contributing factor for the occurrence of landslides. Although, mostly it is ignored because of complex nature and as it requires more time and resources for investigation. This study aimed to appraise the role of regolith thickness on landslide distribution in the Muzaffarabad and surrounding areas, NW Himalayas. For this purpose regolith thickness samples were evenly collected from all the lithological units at representative sites within different slope and elevation classes in the field. Topographic attributes (slope, aspect, drainage, Topographic Wetness Index, elevation and curvature) were derived from the Digital Elevation Model (DEM) (12.5 m resolution). ArcGIS Model Builder was used to develop the regolith thickness model. Stepwise regression technique was used to explore the spatial variation of regolith thickness using topographic attributes and lithological units. The derived model explains about 88% regolith thickness variation. The model was validated and shows good agreement (70%) between observed and predicted values. Subsequently, the derived regolith model was used to understand the relationship between regolith thickness and landslide distribution. The analysis shows that most of the landslides were located within 1–5 m regolith thickness. However, landslide concentration is highest within 5–10 m regolith thickness, which shows that regolith thickness played a significant role for the occurrence of landslide in the studied area.     

基于向量空间模型附加词义特征的句子相似度研究

向量空间模型常被用于计算两个句子的相似度,通过将两个句子转换为词项向量,然后计算两个向量的夹角余弦值,就可以得出两个句子的相似度分数。传统的向量空间模型没有考虑到句子中词语之间的相似度,这就使使用近义词的两个语义相近句子得到的相似度分数较低。提出了一种带有词义特征的向量空间模型,在传统的向量空间模型中引入词语之间的相似度,从而使计算出的两个句子的相似度分数更加准确。