时空过程网络可视化模拟与分析服务——以溃坝洪水为例

洪水溃坝等复杂灾害现象的时空过程模拟分析,是当前国际地理信息科学热点研究方向之一。随着网络的普及化,公众对GIS时空分析模型的网络实时集成和可视化分析提出了迫切的需求。本文以溃坝洪水为例开展了时空过程网络可视化模拟与分析服务研究,利用Web GL、HTML5、Ajax、Web Service、GPU并行计算等技术手段,通过探讨溃坝洪水时空模型计算优化、网络三维可视化模拟与动态交互分析等关键技术,研发了原型系统并进行应用实验。实验结果表明,本文研究成果有助于实现时空过程信息的网络发布,在线影响分析及动态可视化服务,可为分布式网络环境下溃坝洪水等时空过程信息管理和应急决策提供科学依据和技术支持。     

历史GIS的研究现状和发展趋势

历史地理信息系统（历史GIS）属于地理信息系统（GIS）与历史学相结合的交叉研究领域,它有机地集成了GIS的技术方法、地理学家的空间视角和历史学家的时间视角,量化历史时期的地理过程并构建相应的时空模型,为面向未来的科学预测提供研究基础。历史GIS兴起于20世纪90年代中期,给GIS学科、历史地理学和历史学都带来了新的研究机遇与活力,并表现出强劲的发展势头,但也存在一些尚待解决的问题。近年来,历史GIS向社会提供了日益丰富的历史地理信息服务,并逐渐跨越系统的技术层面,向着科学层面纵深发展。本文通过对国内外相关文献的梳理与分析,回顾了历史GIS产生的背景,从数字化、数据模型、数据库建设与系统开发、空间分析和可视化5个方面综述了国内外历史GIS的研究现状。最后,从历史资料的空间化与数字化、历史地理时空大数据、历史地理空间框架构建及历史地理信息服务、历史地理时空过程及模型构建、历史地理信息科学和技术学科体系的形成等角度展望了历史GIS的发展趋势,以期为历史GIS未来的发展提供新的研究思路。     

“全空间信息建模分析方法与应用研究”专栏导言

全空间信息系统(PIS)概念的提出是为了适应在多领域观测和计算技术快速发展的背景下,地理信息科学在基础建模和计算分析研究方面的挑战和未来发展方向。全空间信息建模分析方法涵盖了多源地理大数据支持下的多粒度时空对象建模和多维度时空耦合分析方法的拓展。多粒度时空对象建模的提出是为了适应观测和研究范畴、数据的时空维度、计算分析方式与方法以及应用问题的研究视角等方面不断发展,以实现客观世界到计算机世界直接映射的建模目标。     

高性能GIS研究进展及评述

互联网技术的发展使地理信息技术得到了前所未有的发展和应用,地理信息计算呈现出计算速度快、运行效率高、应用多样化的发展特征。而随着计算机硬件性能飞速提升,传统的GIS数据处理方式并不能与之匹配,各种缺陷与弊端逐渐显现,亟待更高效的数据处理方式。目前,以并行集群计算技术和分布式网络技术为代表的高性能计算的出现,为这些问题的解决带来了新思路,并逐渐发展形成了新一代的多核并行高性能计算系统。当前,如何利用新型硬件体系结构带来的计算能力,研究新一代高性能GIS计算系统,解决现在所面临的时空数据密集和计算密集问题成为重要挑战。高性能计算是基于一组或几组计算机系统组成的集群,通过网络连接组成超级计算系统以加强数据处理、分析计算性能的一种技术。在实际应用中,逐渐形成Hadoop,Spark和Storm 3大主流分布式高性能计算系统,它们三者各具优缺点。本文从高性能GIS算法、并行GIS计算、内存计算和众核计算4个方面梳理、归纳总结了高性能GIS的技术体系,分析了每类高性能GIS技术特征,综合分析、评述了近年来高性能GIS的研究进展,并对高性能GIS未来发展进行展望,为更完备、高效的高性能GIS体系的建立、发展和应用提供参考。今后,并行GIS计算、高性能计算模式和分布式存储仍然是GIS技术领域发展的重要方向,通过高性能GIS系统可有效地解决时空数据密集、计算密集和网络通讯密集等问题,大大提升GIS地理分析效率。     

全球地理信息系统(G2IS)架构体系初探

随着人们对全球GIS的需求不断增加,现有的地理信息系统在技术上已不能适应,因此,建设新一代全球GIS成为当前GIS发展的客观要求。本文基于地球剖分理论,以计算机集群技术、时空一体化技术和虚拟现实技术为辅助技术,提出了关于全球地理信息系统(G2IS)的架构体系的初步设想,认为新一代全球地理信息系统将成为GIS发展的一个重要方向。     

语义轨迹建模与挖掘研究进展

语义轨迹是时空轨迹和语义信息融合的产物。除了含有时空信息以外,语义轨迹包括移动对象自身的运动状态（如速度、方向）、环境（如气温、空间拓扑关系）和社交关系（如好友关系、社交活动）等多方面信息。挖掘语义轨迹可以深入地发现个体或群体移动行为的意图、习惯、情感等高阶语义内容,从而深层次发现个体或群体移动行为的模式、关系和规律等。因而,相较于时空轨迹,语义轨迹在语义性、解释性、可行性等方面更符合决策分析应用的实践需求,具有更重要的研究意义和应用价值。本文对语义轨迹挖掘的关键技术进行了综述。首先,介绍语义轨迹的基本概念,并且根据语义元素类型的不同总结了4种常见的定义形式。其次,归纳了语义轨迹建模的基本阶段,包括预处理、轨迹分段和语义富化。由于语义轨迹无法像时空轨迹那样从位置感知设备中采集获得,因此语义轨迹是通过建模技术得到的,主要通过将语义信息和时空轨迹相融合生成相应的语义轨迹。然后,介绍语义轨迹挖掘的主要任务,包括语义轨迹模式挖掘、语义轨迹聚类、语义轨迹分类、语义轨迹异常检测等。针对每一项挖掘任务,介绍了有关的基本原理和相关算法,总结了主要的关键技术和挑战。最后,探讨了语义轨迹挖掘现存的研究难点和未来研究方向。从模型定义、语义标注技术、多源数据建模等方面,讨论了语义轨迹建模的重要研究问题;从语义轨迹数据管理、分类和预测、流式数据挖掘、隐私保护、多粒度挖掘、评价方法等方面,探讨了语义轨迹挖掘的未来研究问题。     

时空轨迹相似性度量方法综述

时空轨迹数据是记录移动对象时间和空间的位置序列,它是研究移动对象最为重要的数据来源。时空轨迹数据的分析挖掘是空间数据挖掘的一个研究热点,它包括轨迹检索、轨迹分类、模式挖掘、异常检测等。在分析挖掘过程中,轨迹之间的相似性度量是一个关键问题。本文研究时空轨迹相似性度量方法,首先从理论意义和应用价值的角度分析时空轨迹相似性度量的重要性,然后根据度量方式的不同将时空轨迹相似性度量方法分为两大类:基于轨迹点的相似性度量方法和基于轨迹段的相似性度量方法。由于基于轨迹点的各种相似性度量方法的应用场景和对相似性的定义不同,再将其细分为全局匹配度量法和局部匹配度量法。对时空轨迹相似性度量方法进行分类的同时,也对各个类别中常用的相似性度量方法进行了详细阐述,分析它们的优缺点及应用场合,为时空轨迹分析挖掘提供参考。     

浅析GIS技术的研究方向与发展趋势

从结构和功能上分析了当前GIS技术的概念,对当前GIS研究中的主要研究方向和前沿技术作相应的介绍和分析,重点对目前正在快速发展的三维GIS技术研究的内容和方法做了进一步的分析和探讨,运用对GIS研究内容、方向、重点逐个分析介绍的方法,得出GIS研究方向和发展趋势的相应结论.     

多维动态GIS系统与应用评述

多维动态GIS一直是国际GIS学术界研究的热点问题之一.在总结ISPRS2008(北京)国际会议上与此相关的研究论文基础上,重点就GIS多维动态空间建模方法、球面可视化表达与拓扑描述、技术分析与应用等方向的研究成果及存在问题进行了评述与分析.     

时空轨迹分类研究进展

时空轨迹分类旨在为一条轨迹预测类别。时空轨迹分类在城市规划、个性化用户推荐等方面具有重要应用价值,其过程主要包括轨迹数据预处理、特征提取、建立分类器3个阶段。本文综述了近年来时空轨迹分类的研究进展,首先对时空轨迹分类的过程进行概述;然后将时空轨迹分类算法按特征提取的方式分为基于运动特征的轨迹分类算法、基于分类规则的轨迹分类算法和基于图像信号分析的轨迹分类算法3类,分别论述了这些算法的基本思想和优缺点;之后对现有的轨迹分类算法从数据来源、分类器、特征提取方式等方面进行对比分析;最后讨论现有的时空轨迹分类算法面临的挑战。     

中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室

正资源与环境信息系统国家重点实验室成立于1985年,是我国首批建成的国家重点实验室之一,是我国地理学领域第一个国家重点实验室。作为我国地理信息系统事业的开拓者、倡导者和实践者,实验室为中国地理信息科学的建立和发展作出了奠基性的重大贡献。2010年和2015年实验室连续2次在科技部组织的国家重点实验室评估中被评为优秀。目前实验室学术委员会主任为杨元喜院士,实验室主任为苏奋振研究员。实验室定位与研究方向:实验室紧扣地理信息科学领域发展前沿与趋势,面向国家重大应用需求,定位于地理信息科学理论方法、前沿技术与应用研究。主要研究方向如下:(1)时空数据分析与地理大数据挖掘:面向陆地表层系统和智慧城市研究,通过智能传感器技术、室内外定位技术、野外台站等收集数据;建立融空间大数据、模型计算、知识推理于一体的定位分析方法体系,形成时空数据挖掘、地理系统格局与过程分析的模型。     

空间综合人文学与社会科学研究综述

地理信息科学与哲学、历史、文学、艺术、社会学、经济学、政治学、管理学等人文学与社会科学进行了全面的深度融合。一方面,地理信息科学领域的学者积极拓展研究领域,为人文学与社会科学领域的学者提供空间化、可视化的技术手段;另一方面,人文学与社会科学领域的学者积极学习和掌握地理信息技术,在研究中积极引入空间思维和空间可视化方法。同时,一些适用于人文学与社会科学研究者的开放平台、代码和工具不断涌现。本文在对空间综合人文学与社会科学的最新进展进行全面总结的基础上,探讨了空间人文学与社会科学研究的思路和框架,并分别对该框架各分支的研究进展进行了梳理和评述,包括：历史GIS,文学GIS,语言学GIS,GIS与哲学、人类动力学、人文地理学等;以及GIS与政治学及国际关系学,GIS与管理学、空间计量经济学、社会地理计算、空间社会网络与空间交互网络、犯罪地理学、健康地理与公共卫生学等。接着,本文对空间综合人文学与社会科学的研究方法进行了分析,包括：空间思维与空间计量、认知心理学与空间认知、空间可视化与虚拟地理分析、平台研发等。最后,对空间综合人文学与社会科学研究的关键问题和未来发展方向进行了展望。     

时空事件聚类分析方法研究

时空事件聚类分析是当前聚类分析研究领域最前沿的一项主要内容,在疾病预警与控制、气候变化、地震预测及犯罪行为分析等领域具有重要的应用价值。本文一方面针对时空事件聚类分析的研究现状与最新进展进行归纳总结;另一方面选取四种代表性的时空事件聚类分析方法(时空重排扫描统计,ST-DBSCAN,WKN,STSNN)从聚类质量与用户操作两个方面进行试验分析,对同一方法针对不同类型数据集,以及不同方法针对同一数据集的聚类效果进行了对比分析。最后,在实验分析的基础上对现有时空事件聚类分析的优缺点及适用性进行了归纳总结,并指出了需要进一步研究的若干问题。     

面向人类行为研究的时空GIS

人类时空行为是地理学、物理学、规划学、流行病学等多学科共同关注的研究主题。时空GIS面向地理时空数据的建模与分析需求,注重时间与空间的一体化表达,为人类行为特征分析与规律探索提供基础方法支撑。然而,现有时空GIS在人类行为时空过程表达以及人类行为与时空场境交互分析等方面存在不足。本文通过深度融合时间地理学理论,提出一种面向人类行为研究的时空GIS方法,以丰富与完善现有的时空GIS方法体系。在深入解读时间地理学中“情境”、“企划”等核心概念的基础上,本文分别从情境要素存在性动态表达、情境要素相关性动态理解及情境要素变化的动态感知等方面探讨拓展现有时空GIS方法的可行性。     

基于自组织映射法的时间序列土地利用变化的时空可视化

精细尺度下多时间序列土地利用时空演变分析是当前研究的一个趋势,本研究基于2005、2007、2009、2011、2013年5期土地利用数据采用自组织映射方法分析了北京市乡镇级多时间序列土地利用的时空演变规律,实现了乡镇尺度下多时间序列土地利用数据的时空一体化表达和对比分析。通过构建自组织映射神经网络,利用其聚类和降维可视化功能对5个监测时期的土地利用数据同时进行训练,在其输出面板可以发现不同土地利用类型的分布聚集模式以及相互之间的结构比例关系,并对输出神经元进行二次聚类以及土地利用变化轨迹分析,展示出北京市乡镇级5个监测时相的土地利用时空演变规律。结果揭示出北京市平原区、山区及二者过渡的山前结合带的各自不同的土地利用时空变化轨迹与模式：北京市平原区向高建设用地比例的土地利用结构方向演变,山区向高林地比例的土地利用结构方向演变,而山前结合带的土地利用时空演变较为复杂。     

论地理信息系统概念与内涵的演变

简要论述了GIS的基本概念以及几个与GIS相关的概念,并进一步讨论了GIS与组织和社会的关系:如空间数据基础设施、地理图书馆、地理计算、地理信息科学、OpenGIS规范、数字地球等,着重阐述了GIS的组织属性和社会属性,并进一步从第三世界GIS应用、技术传播的角度指出GIS面对的挑战。作者认为:(1)学者对于GIS的认识非常多元化,其概念与内涵也处于不断演化之中;(2)在信息社会,地理信息系统仍然是一个充满未知的、值得深入研究的领域,GIS研究仍面临科学的、实践的挑战;(3)超越技术,从更宽的视野观察和研究GIS,如从GIS与组织、GIS与社会、技术传播等角度研究GIS,对于中国和发展中国家的GIS事业既有学术价值,又具备实践意义;(4)考虑到组织和制度因素的重要性,有必要站在中国的社会背景中,重新审视地理信息的概念、内涵和其社会属性。     

一次具有信息时代特色的国际地图学术会议

本文对第17届国际地图学会议的特点,国际地图展览的特色,当前国际地图学最新进展与发展趋势作了分析与论述。这些进展与趋势主要是:计算机制图与可视化;电子地图集与地图集信息系统;计算机制图与出版系统一体化;计算机地图概括(制图综合);GPS、RS、GIS、地图方法与多媒体技术的应用和地球信息科学的发展。     

网格GIS的应用架构及关键技术

本文以网格计算在 GIS的应用为主线 ,分析阐述了当前网格计算在 GIS领域中的应用及其所面临的主要问题 ,结合中间件技术 ,给出了网格 GIS的应用架构 ,并列举了所需的几项关键技术。特别就当前 GIS所面临的共性问题进行了分析 ,根据软件可重用原理 ,在分析现有网格技术发展的基础上 ,指出了基于 GML语言应用 WebService技术的中间件分布式架构是 GIS软件发展的一个主要方向及解决当前 GIS领域中所存在问题的最佳方式 ,并讨论了其实现过程。     

GIS的基本技术与发展动态

GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科结合的技术。其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。     

数据共享与学科交叉研究——浅析社科领域的GIS系统应用

随着GIS产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及,GIS已然发展成为一个以领域应用为主的信息产业.纵观现今GIS技术的科研应用领域,大多数领域的应用都集中在其有很强空间属性的自然科学范畴中,而在同样需要时空属性支持的哲学人文社会科学领域却为数不多.因此,为了增强对哲学人文社会科学领域研究中与时空属性相关的支持,研究G...