区域农牧业可持续发展决策支持系统研究

以区域农牧业可持续发展为研究对象,采用地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)的"3S"技术和数据库技术,建立了区域资源环境、社会经济空间和属性数据库.通过计算机技术、GIS技术和数据库技术构建了区域农牧业可持续发展决策支持系统,集成了耕地利用评估模型和草地建设管理模型,并进行了山西省雁门关生态畜牧经济区的实证研究.区域农牧业可持续发展决策支持系统将为农业结构调整、农牧业可持续发展提供决策支持.     

基于地理处理建模的珍稀特有植物空间分布识别方法

基于ArcGIS地理处理建模与模型集成技术,提出一种在生态环境GIS中整合植物生境建模的实现方法.依据提取经验知识中的生境因子建立模型,提供交互工具在电子地图上勾画调查范围,再由系统驱动生境模型完成植物空间分布识别.最后,对珠峰自然保护区3种珍稀特有树种分布进行了模型识别应用实验.结果表明:基于地理处理的生境建模在大量基础资料匮乏的情况下,可对物种保护规划、资源量调查和估算、巡护路线制定等提供辅助和参考.同时,结合GIS实现建模工具集成,在模型运行效率、模型的交互性与可扩展性、模型集成的灵活度等方面都具有一定优势,在实地调研条件有限的情况下具备较强的可操作性和实用性.     

特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应解析的理论框架及技术路径

特大城市群地区是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区,担当着世界经济重心转移承载地的历史重任,但在发展过程中面临着日益严重的资源与生态环境的胁迫压力。开展特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的研究,是未来10 年地球系统科学研究的前沿领域和高优先研究主题。本文系统解析了特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的基本理论框架。首先从理论上分析了特大城市群系统各自然要素和人文要素交互作用的非线性耦合关系及耦合特征,科学辨识近远程主控要素作用下城市群系统内外部各要素相互作用的胁迫强度、近远程耦合机理与规律,总结特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合圈理论,进一步构建多要素—多尺度—多情景—多模块—多智能体集成的时空耦合动力学模型,研发特大城市群地区可持续发展优化智能调控决策支持系统;其次从方法上将特大城市群地区视为一个开放的复杂巨系统,在建立同一标准化共享数据库的基础上,采用多要素—多目标—多模型—多情景环境下的城镇化与生态环境交互耦合集成技术方法、大数据支持下的城镇化与生态环境交互耦合技术方法,构建多尺度—多技术—多智能体集成的城镇化与生态环境交互耦合技术框架,按照分析时空演变特征—寻求主控要素—辨识耦合关系—揭示胁迫机制—发现耦合规律—筛选调控变量—求解临界阈值—进行调控试验—完成情景模拟—提出优化方案—完成情景模拟—提出优化方案—实现国家目标这样一条技术路径,提出解 决问题的整体优化方案。本文旨在为特大城市群地区由问题集中区转为可持续发展区提供理论指导和方法支撑。     

一种基于拓扑三角形集的地上下空间数据集成方法

地上下空间数据集成是数字城市、数字矿山与数字岩土工程建设中地上下无缝集成建模的关键.在空间数据集成内涵分析的基础上,讨论了地上下空间数据集成的机制与原理,提出地上下空间数据集成的初步方案.通过对Open GIS简单要素规范进行扩展,强调"体"的引入对三维空间数据集成的重要性,针对地上建筑、地形和地层建模分别采用CSG、CD-TIN和GTP模型的特例.提出了对CSG+CD TIN+GTP模型数据进行集成的数据组织结构;并且设计了一种基于拓扑三角形集(TTS)进行地上下空间数据集成的技术框架,提出集成模型数据表达的方法.结合某城市地上下空间建模应用实例,给出基于TTs进行地上下空间数据集成与建模的效果.     

区域可持续发展DSS的几个关键技术问题探讨

决策支持系统（DSS）是多项计算机技术的综合运用。文章探讨了分布式网络技术、定性定量相结合的模型管理技术、定性推理与模糊决策技术、信息融合技术、综合集成技术、研讨技术等在区域可持续发展决策支持系统中的应用,提出虚拟化区域可持续发展决策支持系统（V-DSS）的工作模式,并探讨了V-DSS在中国沿海地区的应用。     

农业生态环境数字信息系统的建立及应用

阐述了中国三北地区农业生态环境恶化的严重性,提出了农业生产内部环境和农业生产外部环境的概念,为进行农业生态环境研究指出了新的方向。从数字地球的角度讨论了应用数字化方法开展农业生态环境研究的必要性。在建立农业生态环境系统概念模型和指标体系的基础上,建立了农业生态环境数字信息系统。将农业生态环境模拟系统与GIS耦合,进行数字信息技术集成,实现了农业生态环境研究的信息化、数字化、模型化及可视化。借助于用户界面可对有关的农业生态环境问题进行检索、咨询。通过变量调控、优化决策,可以达到调整系统结构,提高系统功能,促进农业可持续发展的目的。     

城镇化与生态环境耦合动态模拟模型研究进展

按照地理学科发展趋势,对城镇化与生态环境耦合的研究将由定量描述转入动态模拟。目前,城镇化与生态环境耦合动态模拟模型呈现多元化。论文系统梳理了其中4类常见的动态模拟模型,包括城镇化与生态环境耦合系统动力学模型、基于人工智能算法的城镇化与生态环境耦合动态模拟模型、基于土地利用变化的城镇化与生态环境耦合动态模拟模型以及基于多模型集成的城镇化与生态环境耦合复合模型。主要结论如下：系统动力学模型被广泛应用于城市复杂系统、城市转型和可持续发展以及城镇化与生态环境单要素耦合的动态模拟之中,但存在空间解释不足以及忽视系统自适应性等问题;人工智能算法(ANN和BN)在自学习、自组织、自适应系统或不确定性系统模拟中具有显著优势,并被应用于城市扩张、环境变化、资源需求以及生态脆弱性的识别之中,但应用面相对狭窄且限制条件偏多;土地利用变化模型(CLUE/CLUE-S、CA和MAS)局限于从土地城镇化视角模拟城镇化与生态环境耦合;基于多模型集成的复合模型实现了各模型之间的优势互补,已成为城镇化与生态环境耦合动态模拟模型的发展趋势。今后,应从技术和理论2个层面实现城镇化与生态环境耦合动态模拟模型的进一步发展,并加强对微观过程的模拟。     

环境保护与经济计划决策支持系统模型研究

模型是DSS的核心部分, “经济发展与环境保护辅助决策支持系统”从经济决策行为所带来的经济状态变化对环境的影响为出发点, 研究了环境与经济相互关系状态的评价、分析及优化决策三大类模型, 并对主要模型、系统结构和模型运行过程进行了介绍。     

资源与环境模型标准文档库及其与GIS集成

论述了中国资源与环境模型标准文档库的结构和内容。通过研究总结数学模型及其研究现状发现，中国资源与环境模型标准文档库建设需要完善尚有缺陷的数学模型、创建尚缺少的数学模型；通过归纳现有数学模型与地理信息系统的现有集成方法发现，目前的集成方法不能满足区域可持续发展集成模型的需要，据此讨论了数学模型与地理信息系统有效集成需要深入研究的内容。最后，提出了通过大量案例研究，形成区域可持续发展集成模型和中国资源与环境模型标准文档库2个软件包的可行研究思路。     

中国城市化过程中生态环境研究的文献计量分析

中国城市化过程中生态环境研究成果丰富,总结其演变过程利于把握该领域现状与趋势。本文从城市化文献视角对中国城市化过程中的生态环境研究在研究成果、研究子领域、研究主题、理论和方法等方面进行总结。结果表明,从2005年起中国城市化文献中关于生态环境的研究呈加速增长的态势;资源领域的国土资源和产业子领域,生态领域内经济子领域和环境领域内气候和城市环境子领域受到了较多的关注;＂土地利用＂和＂热岛效应＂一直是最热的关键词,分别占全部关键词出现频次的0.15%和0.09%,＂热岛效应＂和＂气候变化＂则是近期热点;主要理论涉及生态学、数理模型、资源与环境经济学、环境科学等,其中生态足迹理论从2002年起一直占据主流,STIRPAT模型、环境库兹涅茨曲线等综合理论模型是近期热点理论;依方法来源和主要应用领域将1992-2011年主要方法分为4类,即统计类（65.17%）、系统类（13.11%）、机理类（11.79%）和测评类（9.93%）。灰色系统分析和R/S分析近年来常见的方法。由此得出主要结论：中国城市化研究对城市土地利用、城市热岛、气候变化和水资源等大尺度的生态环境问题更加重视,对城市环境健康等微观尺度生态环境问题关注相对不足;以STIRPAT和多种土地利用变化模型为代表,综合自然和经济理论采用系统建模方法评价和模拟城市化过程中的生态环境效应将是未来研究的重点。     

GIS与土壤溶质运移模型结合研究进展

地理信息系统对土壤溶质模型研究而言，使用者的要求与GIS所能提供的功能之间，还存在巨大的差距。出于对环境问题的关注，土壤中水分及溶质运移的规律及其对环境的影响，成为当前研究的热点。随着对土壤溶质运移模型研究的深入，一方面由于田间土壤特性具有很大的空间变异；另一方面，在实际应用中，往往溶质运移的宏观特征而非微观特征，具有更重要的意义。将溶质运移模型与GIS技术结合，定量研究空间尺度的溶质运移，成为溶质运移研究的必然发展趋势。由于计算机软硬件技术的发展，GIS正处于一个高速发展的时期。将GIS与溶质运移模型相结合，或者进一步，以GIS理论和技术为基础，建立基于GIS的溶质运移模型，将对溶质运移的规律及其对环境的影响，做出更深入和准确的描述。     

地球系统空间格网及其应用模式

全球变化与地球系统科学研究涉及跨圈层、跨投影带的中-大-超大尺度问题,对全球地学信息系统(GGIS)、全球空间格网(GSG)及数字地球提出了新挑战。在剖析GSG研究现状的基础上,指出需从地球系统整体上设计一个多领域普适的全球三维空间格网———地球系统空间格网(ESSG),以支撑全球变化及地球系统科学研究。结合领域特点,提出了构建ESSG的8项基本要求,并基于球体退化八叉树格网(SDOG)设计并实现了一种满足该要求的SDOG-ESSG模型;介绍了SDOG-ESSG模型在地球系统空间数据集成、三维建模、多尺度表达、对象变化表达、数据检索与云服务、过程模拟及空间环境安全规划与可视化决策等方面的7种典型应用模式。     

一种空间建模环境及其在生态经济系统中的应用

空间建模和模拟已成为生态系统研究的重要手段,其中SME(SpatialModelingEnvironment)是一个有广泛应用前景的空间建模环境之一。本文首先对SME的结构和功能及其在生态经济系统中应用的两个典型实例进行了介绍,然后介绍了在甘肃省高性能网格计算中心的曙光TC1700高性能计算系统上已建立的SME空间建模环境及其运行验证情况,最后就SME在黑河流域生态系统研究中的应用作了简要展望。     

流域系统综合模拟与情景分析——自然地理综合研究的新范式?

在全球环境变化和经济快速发展的背景下,经济发展与资源环境保护之间的矛盾日益激化,为解决或减弱这一矛盾,管理者需要新的知识体系和科学的决策工具。自然地理综合研究以自然地理要素空间变化及交互过程为主要研究内容,肩负着提供管理者所需新知识体系和科学决策工具的责任。流域作为空间上相对封闭的自然地理单元,其相对独立性为管理者的决策提供了天然的空间单元。流域内各地理要素的空间分布及其过程的交互机理自然成为管理者解决日益激化的矛盾所需的新知识体系,而流域系统综合模拟恰恰为建立这样的知识体系提供了极为有效的研究方式;在管理者评价各种决策的成效时,必须知道各种决策所产生的经济和环境效益,基于流域系统综合模拟的情景分析为管理者提供了所需要的科学决策工具。因此,从解决经济发展与资源环境保护之间矛盾的角度出发,流域系统综合模拟与情景分析应该成为新时代背景下自然地理学综合研究的新范式。文章结合2个小流域情景分析的研究案例,探讨了以流域系统综合模拟与情景分析为核心的现代自然地理综合研究需要解决的科学挑战,即流域系统综合模拟的系统化、空间化、定量化、易用化和决策化。     

基于MODIS遥感定量反演的松嫩平原生态环境要素

以MODIS遥感影像为基础,在各种气象参数和遥感空间建模的支持下,应用定量遥感反演技术,获取了松嫩平原植被覆盖度、土壤湿度、陆面温度和植被净初级生产力四种生态环境要素的空间分布栅格影像。通过应用GIS空间分析功能,总结了各种生态环境要素的空间分布规律,并对植被覆盖度与土壤湿度、陆面温度和植被净初级生产力之间的相关性分别进行了定量研究。     

安徽省级资源环境空间信息服务系统研究与开发

研究建立一个结构规范、服务便捷的省级资源环境空间信息网，实现资源环境空间信息的网络共享和服务已经是迫在眉睫。安徽省资源环境空间信息网首次在省政府网络上实现了资源环境空间信息的快速访问，具有数据最大、覆盖面全、类型多样的特点，并且采用SuperMap国产GIS软件进行开发，运行稳定、安全可靠，具有很好的可扩展性。系统地介绍了安徽省资源环境空间信息网的系统结构、数据库建设、数据更新和系统的主要功能。     

多元统计回归及地理加权回归方法在多尺度人口空间化研究中的应用

对统计型人口数据进行格网形式的空间化可更直观地展示人口的空间分布,但不同的人口空间化建模方法和不同的格网尺度在表达人口空间化结果方面存在差异。本文在人口特征分区的基础上,引入DMSP/OLS夜间灯光对城镇用地进行再分类,采用多元统计回归和地理加权回归方法(GWR),开展人口统计数据空间化多尺度模型研究,生成1 km、5 km和10 km等3个尺度的2010年安徽省人口空间数据,并对3个尺度下2个模型结果进行精度评价与比较。结果表明：人口空间数据精度不仅与建模所用方法关系密切,还受到建模格网尺度大小的影响。基于多元统计回归方法的模型估计人口数与实际人口的平均相对误差值随着尺度的增加而降低,而基于GWR方法获得的人口空间数据误差值随着尺度的增加而升高。整体来看,基于GWR方法的1 km研究尺度的人口空间数据平均相对误差最低(22.31%)。区域地形地貌条件与人口空间数据误差有较强的关联,地貌类型复杂的山区人口空间数据误差较大。     

我国环境生态形势研究的一种方法

在分析国内外环境生态形势研究现状的基础上,结合我国的环境生态形势特征,综合自然、社会、经济因素,构建了评价我国环境生态形势的指标体系,建立各指标计算的数学模型,在地理信息系统和数据库管理系统支持下以全国县域为单元进行多因素综合性定量研究,采用指标权重的地域计算方法来反映区域差异,得出了全国各县的环境生态形势指标值,并绘制出我国环境生态形势图。     

长江经济带绿色生态廊道建设研究

长江及其流域生态环境保护是长江经济带建设的基础和重要的支撑保障。长江横贯中国东中西三大地带,水量丰沛、水生态系统服务价值巨大。长江经济带生态区位重要,生态系统类型多样,生物多样性丰富,自然与人为因素影响下的生态环境变化呈现明显的区域差异。本文在系统分析长江经济带生态环境现状特征的基础上,总结了长江经济带面临的灾害威胁大、环境污染重和生态退化快等主要生态环境问题与威胁,提出了建设长江经济带绿色生态保障工程体系,加快形成开发集约集中、生态自然开敞的国土空间开发格局,加大生态系统完整性和连通性建设与保护力度,强化节能减排和流域环境综合治理,以及率先建立和完善生态文明制度体系等生态环境保护总体策略,确保长江经济带成为“水清地绿天蓝”的绿色生态走廊。     

长江经济带开发与保护空间格局构建及其分析路径

长江流域经济—社会—生态系统完整,是中国国土空间开发最重要的东西轴线,在区域发展总体格局中具有重要战略地位。当下,为应对全球经贸格局重组、国家与区域经济社会转型以及资源环境约束趋紧等新形势,国家提出依托长江黄金水道,构建横贯东西、辐射南北、通江达海、经济高效、生态良好的中国经济新支撑带,这就要求长江经济带形成人口资源环境协调的均衡化开发与保护格局。本文基于“点—轴”、分区式与多中心网络式等空间组织结构,明确空间格局的推演逻辑与思路。进而,在区域差异性分析与空间开发适宜性评价基础上,认为长江经济带需重点构建以“一轴两翼,三区六廊”为主体的开发格局、以“六大片区”为主体的农业发展格局、以“五大屏障”为主体的生态安全格局,并提出不同区域差异化发展导向、路径与制度建议,以及今后长江经济带空间结构需进一步研究的主要科学问题。