时空大数据在空间优化中的应用

空间优化提供资源、实体等的高效配置与最佳空间组织方案,是地理学的重要研究领域。大数据背景下,各类蕴含时空信息的时空大数据能反映地表各要素的空间格局特征与演变过程,为空间优化提供强大的数据支撑。基于国内外时空大数据、空间优化研究成果,分析大数据发展历程、特征、定义及其影响,概括时空大数据的定义与特征,总结出对地观测、社会经济、物联网、互联网与社交网等5类时空大数据;在宏观(全国)、中观(省域)、微观(市县)3个尺度下,综述现有研究中的各种空间优化;将时空大数据在各类空间优化中的应用归纳为城市(镇)体系空间结构分析、自然生态环境监测、土地利用分析等7大类,并分别梳理了国内外的相关应用研究。该综述可为时空大数据、空间优化相关研究提供参考。     

序列状态的林业资源时空数据模型研究

对林业地理实体时空演变过程进行分析,认为林业地理实体的演变总体上是渐变和突变交替的时空过程,而且各专题属性和空间分布的演变类型和演变频率不尽相同。在此基础上,提出由序列快照和事件方法组合而成的序列状态时空表达方法,以状态集表达时空对象在生命周期内的演化历程,并针对林业数据的特点,采用面向对象的数据组织方式设计了林业资源时空数据模型。模型可对不同演变类型进行组合,并实现了对渐变和突变的统一表达,另外,模型也允许采用不确定数据以加强对渐变过程的表达。通过原型系统验证了模型的可行性。     

现实与赛博空间数据相结合的城市活动事件时空建模

城市活动事件(如文化、娱乐、体育等事件)的规模与影响力是城市经济文化发展的重要体现,其发生的全过程对城市现实空间与赛博空间都会产生巨大影响,从现实空间与赛博空间对城市活动事件的演化感知、动态建模与时空分析,具有重要的理论研究与应用价值。提出了一种结合现实空间交通数据与赛博空间社交媒体数据的城市活动事件时空建模分析方法,从事件进行中的交通轨迹,探测识别与事件显著相关的城市时空区域和交通流,分析现实空间事件热度的时空变化;从事件发生全过程的社交媒体数据中,探测分析赛博空间事件热度的时空变化;通过将现实空间和赛博空间的融合,建立城市活动事件时空模型,刻画事件全过程中城市地理空间与城市行为空间的时空演变特征。以2015年周杰伦"魔天伦2.0"世界巡回演唱会(武汉站)事件为例,采用武汉市出租车GPS轨迹数据和微博数据,对演唱会的事前、事中、事后实现城市地理空间与行为空间全过程建模与时空演变分析,并与单一数据源事件刻画模型进行比较,结果显示本方法能更合理地结合现实空间和赛博空间刻画城市活动事件。     

城市人口时空分布估计研究进展EI北大核心CSCD

城市人口是构成城市的社会主体,是城市发展中最为活跃的因素。城市人口时空分布是城市管理需要掌握的重要信息。正确、精细化的城市人口分布数据对于城市运行与规划、城市经济发展和人民生活具有极为重要的意义,因此城市人口时空分布估计是城市地理学需要解决和研究的热点问题之一。本文以城市人口时空分布估计的关键点为核心,从以下几个方面展开综述:①空间分布单元划分方法,即城市人口分布的空间划分方式;②主要的模型和方法,从模型思想发展过程和估计对象的角度总结了6类方法并进行详细阐述;③估计结果在城市发展中的主要应用。在此基础上,本文指出了目前人口时空分布研究在空间单元构建、建模数据、建模思想和结果验证上存在的问题,同时探讨了未来的研究方向。     

基于面向对象的土地利用动态演变时空数据组织方法

以面向对象方法为基础,对城市土地利用动态演变过程中的时空数据进行组织和表达,分析了城市土地利用动态演变规律及其驱动因子的影响情况,构建了基于面向对象的城市土地利用动态演变时空数据模型,并对其时空数据库进行构建,进而为土地管理部门提供土地规划的科学依据。     

融合时序数据和面板数据的LSTM-RBF城区面积预测模型

城市扩展模拟预测是将城市时空演变规律应用于城市规划建设决策的重要基础,也是城市研究的热点。现有研究主要分为两类:一类是从城市时空演变角度出发采用异速增长等模型利用时序数据预测;另一类从城市扩张驱动力角度出发采用各类神经网络或多元回归模型结合面板数据进行预测。这两类算法均从单一方面对城市扩张做出解释,缺乏对城市时空演变规律和驱动因素双方面的综合考虑。本文提出了融合时序数据和面板数据的LSTM-RBF城区面积预测模型,该模型通过将长短期记忆(LSTM)网络和径向基函数(RBF)网络相结合,实现了时间序列城区面积和经济、人口等驱动力数据双方面支持下的城区面积联合预测,提高了城区面积预测的精度,为城区面积预测提供了一种新颖有效的方法,能够为城市时空演变研究服务于城市土地利用和规划制订提供技术支持。     

人群时空行为与城市昼夜人口空间集聚分析——以武汉市为例

城市是人口和资源在时空上的聚集,昼夜人群空间集聚是其中最基本、最主要、最频繁的人口时空变化模式,是理解城市复杂演变的基础微观机制。由于缺乏先进的技术手段,往往无法真实地记录和量测城市人口的个体流动与整体趋势,人们对城市昼夜人口空间集聚的了解仍然十分有限。本文基于城市人群时间地理特征,从城市大数据中挖掘并模拟城市人群的社会时空行为,在此基础上计算并分析城市昼夜人口集聚时空分布。对武汉市主城区的昼夜人口集聚分析表明：(1)人口密度与分布面积具有幂律关系,符合Clark模型;(2)傅里叶变换可有效地揭示人口分布空间变化的主方向和延伸程度;(3)中心城区夜间人口较白天人口分布更为集聚,研究区昼夜间人口流动主要以城区内部流动为主。归纳出城市昼夜人口集聚差异具有5种模式：交通线、三明治、光晕、椒盐和单体模式,这些模式与城市演化及空间格局有密切关系,其中交通线模式是研究区人口昼夜差异最大的一种模式。     

重庆市主城区城市路网演变分析及与城市扩张耦合性研究

研究结合重庆市主城区2011-2017年高分辨率遥感影像和相关地形图、规划资料及交通专题资料信息等,提取城市路网和城市建设用地数据,基于GIS操作平台,采用空间核密度方法分析主城区城市路网时空演变特征,探索城市路网空间分布规律,以街道(镇)为研究单元分析城市道路与城市用地扩张之间的耦合关系,为合理规划交通道路布局,促进城市扩张与道路网络的协调发展提供了重要参考依据。结果表明,主城区城市路网分布具有空间不均衡性特征,路网演变有明显的方向性,以东西两翼带状区域变化为主,路网密度变化集中在低密度区。与城市用地扩张相关性研究中发现,城市路网是城市扩张的主要驱动力之一,路网中密度区域对城市扩张的驱动效应最明显。     

基于夜光遥感的山东省城市时空格局演化分析

基于1993年、1998年、2003年、2008年、2013年由美国军事气象卫星计划/线性扫描系统(defense meteorological satellite program/operational linescan system,DMSP/OLS)获取的山东省夜间灯光数据,结合山东省社会经济统计数据,采用夜间灯光强度、城市扩张速度和区域发展指数,从夜光辐射遥感数据的视角分析了山东省二十年的城市时空分布规律和扩展模式.研究结果表明了夜光数据与城市区域发展指数的强相关性,揭示了山东省城市时空格局的演化过程.     

从Geomatics到Urban Informatics

我国正处在新型城镇化、工业化和信息化的关键时期,城市面临着复杂的经济、社会与生态可持续发展问题。面向城市的地球空间信息学（Geomatics）与互联网、云计算技术持续融合,产生了城市时空大数据,成为了智慧城市的重要战略资源。随着地球空间信息学和信息学、城市科学不断深入交叉融合,城市信息学（Urban Informatics）逐步形成,并正在成为测绘地理信息科学的重要发展方向。城市信息学是以统一的时空基准为框架,以空间信息为载体,以信息技术为支撑,动态采集城市信息并进行处理、分析与服务,支持绿色、低碳、可持续城市发展的交叉学科。本文分析了城市信息的内涵及其与地球空间信息学的相互关系,论述了城市信息学具有动态演变、数据驱动、众源学习、协同决策、学科交叉等典型特征,在此基础上,总结了若干影响学科发展的关键科学问题,最后展望了城市信息学的发展前景。     

智慧城市时空大数据与云平台建设技术研究

建设智慧城市是一项国家战略,也是贯彻落实十九大关于建设"数字中国、智慧社会"精神的有力举措。智慧城市时空大数据与云平台具备时空大数据获取、挖掘分析、泛在服务能力,能够将时空信息渗透至城市发展、百姓生活的方方面面,是智慧城市的"基石",可以为政务数据、民务数据、运营数据和感知数据时空化提供支撑;依托时空大数据与云平台的大数据分析能力,结合各业务部门需求还可以深挖行业专题数据,能够为领导决策提供专业、权威的时空数据服务。本文按照国家相关规范,详细介绍智慧城市时空大数据与云平台的建设目标与任务、技术路线、关键技术等方面内容。     

车辆GPS轨迹加油行为建模与时空分布分析

车辆加油行为不仅反映了能源的消耗和补充情况,同时也是能源需求和能源配置的重要指标,传统基于小样本问卷的加油行为调查方法无法揭示城市宏观加油行为的时空分布特征。本文采用时空GPS轨迹大数据,对城市加油行为进行了描述与建模,并分析了其时空分布规律。该方法采用车辆与道路距离、平均速度、时间间隔、轨迹点间距4个指标,对加油行为进行了描述并建模;分析了在一定时间间隔采样下,加油行为轨迹4个指标的具体时空特征;最后以武汉市出租车GPS轨迹数据为例,探测并分析了武汉市出租车加油行为与时空分布规律。试验结果表明,本文方法可有效探测和分析城市加油行为,并能够揭示能源空间配置低效情况。     

基于地图的城市演变的空间信息提取方法

针对城市建成区演变研究中的定量描述要求,本研究收集利用宁波市各不同时期地图资料,在对图上特征地物进行判读分析的基础上,采用对历史地图进行空间定位、纠正、配准和主题信息提取等处理方法,获取了宁波城市建成区时空演变分析所需的关键数据。虽然受到不同时期地图本身的制约,但该方法拓展了研究时间跨度,丰富了研究数据来源,值得在城市演变研究中推广使用。     

时空数据的组织与应用研究

时空数据是智慧城市各个领域实现智能化的关键性支撑技术,智慧城市的建设离不开时空数据。本文以智能应用为导向,提出了时空数据的组织模型,构建了智慧城市时空大数据计算、分析、服务框架,实现了时空数据全生命周期的高效管理与智能应用。     

武汉市人口增长与空间分布格局演变

为揭示城镇化背景下武汉市人口时序增长趋势和人口空间分布格局演变特征,本文基于1990年第四次、2000年第五次、2010年第六次全国人口普查和2014年武汉市人口普查数据,运用统计学原理和GIS空间分析方法,分析了武汉市人口增长的时空变化规律;应用人口密度空间分布的数学模型,得到武汉市人口空间分布格局的演变趋势。人口增长研究表明:1990年以后,武汉市人口数量迅速增长,总体上形成了中心聚集、外围扩散的空间发展格局。空间分布研究表明:1)武汉市的人口密度分布更加符合Clark模型,主城区Smeed模型拟合效果更好。近25年来,武汉市城镇化进程迅速,人口向主城区聚集。随着时间发展,主城区逐步呈现初级阶段的郊区化。2)武汉市主城区人口空间分布已经出现多中心化的趋势,并且已经有两个街道发育成为人口次中心。研究结果可为武汉市人口相关决策的制定和城市结构调整提供参考依据,有助于认识我国中部崛起城市的发展规律,为其他城市的发展和规划提供参考和借鉴。     

融合多源遥感数据的长株潭城市群碳排放时空差异分析

碳排放时空分布监测与评估是城市可持续发展的重点研究课题之一。面向长株潭城市群碳排放的时空分布和差异分析,本文基于NPP-VIIRS夜间灯光影像和不透水面数据,结合县级碳排放数据,构建长株潭城市群碳排放估算模型,并定量分析了长株潭城市群碳排放时空分布特征及变化趋势。结果表明:①不透水面、夜间灯光均值和总值数据能够反映长株潭城市群区域碳排放水平;②2013—2017年长株潭城市群碳排放具有聚集性,主要分布在长株潭城市群北部的中间区域,碳排放区域逐年扩大但强度减弱;③2013—2017年长株潭城市群碳排放变化趋势为中心区域呈现负增长,城市扩张的边缘区域承接了部分碳排放量。本文融合多源遥感数据对2013—2017年长株潭城市群县级碳排放进行估算与监测分析,揭示了长株潭城市群碳排放时空分布变化规律,可为该区域碳减排和区域可持续发展提供科学参考。     

一种基于对象和快照的混合地表覆盖时空数据存储模型

时空数据模型是数据库和时空数据分析研究热点之一。由于时空数据变化类型多、分析计算复杂及应用范围广,一种观点认为建立通用的时空数据模型具有高度复杂性。本文针对地表覆盖变化时空数据建库和时空分析应用需求,提出了基于对象和快照的混合时空数据模型。该模型用面向对象描述地表覆盖的斑块对象时空过程,组织管理斑块对象时空事件和空间、属性信息,同时用快照描述地表覆盖整体时空分布,组织管理栅格快照,两者通过基于时间和空间位置的逻辑关联关系形成混合模型。模型在表达对象自身变化的时空事件类型基础上,增加了不同分类对象之间互相转变的时空事件表达。该模型既可以用于对地表覆盖历史观测数据组织存储建库,又可以用于支持时空统计分析、时空演变模拟和时空数据挖掘。通过对黑龙江地区地表覆盖时空数据建库、查询检索、整体格局演变分析和斑块变化时空过程检索与表达的试验,验证了模型的有效性。     

智慧城市时空大数据云平台建设探讨

随着社会经济及城市建设的不断发展,建立智慧城市成为城市转型与国家可持续发展的有力举措。智慧城市时空大数据云平台具备数据获取、挖掘分析、时空数据服务等能力,为智慧城市的智能化带来可能。本文分析了传统智慧城市存在的问题,阐述了大数据时代智慧城市建设的技术路线及关键技术等方面的内容。     

基于RS技术的20年来厦门城市热岛格局变化研究

应用IB算法反演厦门市地表温度,整合1996—2013年Landsat-5和Landsat-8卫星影像数据,定量分析厦门市城市热岛的时空变化。结果表明,近20年来厦门市建成区空间分布发生了巨大的变化,热岛的时空演变和建成区的密集度分布基本吻合。     

三维时空一张图应用与探索

以石景山区为例,充分挖掘数据内涵,提出了三维的时空数据整合和融合方法.基于三维框架形成了多源时空一张图,实现了多源数据融合及深度应用,实现城市时空历史动态演变,建成全区统一的二、三维一体化的综合分析平台,统一了全区地理信息资源服务标准,提供了自然资源业务的"三维管理视图",满足了管理部门对时空数据的应用需求,并在此基础上提出相关建议.