湖南省公路网络分形特征及其影晌因素研究

针对传统测度方法对交通网络分布的形态特征和复杂性描述困难,以及交通网络分布影响因素的定量研究较少等问题,该文以分形理论为基础,借助ArcGIS软件,测算了湖南省全域公路交通网络的长度维数、分枝维数以及所辖14个地市州各级公路交通网络的相似维数及权维数;运用SPSS软件,研究了公路交通网络分形特征的影响因素。结果表明:湖南省公路交通网络分形特征明显,长度维数大于分枝维数,密度优于通达性;张家界市的权维数最低,其余地市州介于1.034～1.114之间,公路交通网络地区差异不大,覆盖相对均衡;区域尺度上公路交通网络权维数与地形起伏度之间存在较强的负相关关系,与GDP等社会经济指标相关性不大。相关成果可为湖南省交通网络布局优化提供决策参考。     

基于分形Voronoi图的城市空间分布特征数据挖掘——以山西省为例

本文引入以城市中心性强度为权重的加权Voronoi图,结合城市空间分布特征与周长—面积分形维数,研究了山西省地级市2009—2013年城镇发展的稳定性和均衡性,探究城市空间分布特征的时空数据挖掘;提出基于中心性强度为尺度的分形维数,尝试探究山西省地级市中心性强度的分形特征,分析山西省中心性强度的变化。研究表明:山西省2009—2013年各地级市间影响范围差距有减小的趋势,空间影响范围呈现上下波动的态势,山西省东部城镇发展趋势较好,西部城镇发展态势较弱,由周长—面积分形维数可得:2009—2013年山西省整体发展态势较不稳定;本文提出的基于中心性强度为尺度的分形维数主要处于1到2之间。     

基于遥感影像的南通市海岸带变迁分析

基于GIS、RS技术,提取了南通市1986-2016年的6期海岸线,从海岸线的类型分布、长度消长、空间变迁、分形维数等多个角度,对南通市海岸带变迁进行分析。结果表明,近30年来,南通市海岸线变化显著,长度累计增长67.78km,岸线类型主要是自然岸线向人工岸线转化;南通市海岸带主要以向海扩张为主,陆地面积增长约637.237 7km2,海岸带地貌类型转变明显,主要表现为大面积滩涂转变为盐田、养殖池和建筑用地。使用网格法计算了南通市各时期海岸线的分形维数。总体来看,分形维数保持缓慢增大趋势,2006年以后开始显著增加,说明海岸线趋于复杂,大规模的近海工程建设是分形维数变化的主要因素。基于分析结果认为,人类的近海活动是造成南通市海岸带变迁的最主要的驱动力因素。     

重庆市主城区城市空间扩展遥感监测研究

以2000~2013年多源遥感影像为数据源,结合专题资料,根据一定的判别原则提取了重庆市主城区4个时相的城区范围。通过对主城区城市扩展强度、城市用地增长弹性系数的计算,分析了城市空间扩展的时空变化情况;通过对主城区城市扩展空间象限方位、分形维数、紧凑度、重心转移的计算,分析了城市外部形态特征的演变。结果表明,重庆市主城区外部城市空间形态保持健康稳定的发展趋势;城市空间形态变化受政策和制度因素引导和调控;城市空间扩展形态受多种影响因素综合作用。     

基于分形纹理的遥感影像土地覆盖的分类方法研究

提出一种基于分形理论和改进模糊C均值聚类的遥感图像非监督分类方法,该方法尝试将图像的光谱信息和纹理特征相结合。将图像进行主分量变换,根据第一主分量计算图像的布朗运动的各方向的分形维数,差分盒维数和"空隙"等纹理特征作为分类依据。采用改进的模糊C均值聚类,并用混淆矩阵方法评定分类结果精度。通过对试验区的分类试验,说明该方法对改善土地覆盖分类精度行之有效。     

基于GIS的城市地下排水管网分形特征探讨

城市地下管网是城市基础设施中的重要组成部分,是现代城市高效率、高质量运作的基本保证。地下管网虽难以用传统几何形式表达其几何特征,但其具有一定的随机特征和自相似性,可以用分形几何学进行研究。现总结前人研究成果和经验,利用GIS技术,将分形理论和GIS技术相结合,应用基于分形理论的网络覆盖评价指标——分形维数,采用网格维数计算方法,分别计算渭南市及其各分区地下排水管网分形维数,分析其分布特征。     

辽宁省特色小镇空间结构分形及优化研究

运用聚集维数、网格维数、关联维数等地理数学方法,结合ArcGIS10.2软件研究空间结构特征及优化.研究发现:①辽宁省特色小镇空间聚集作用较强,西柳镇中心性明显,对其他特色小具有一定的吸附作用并在附近存在多分形特征;②在发展过程中特色小镇具有集中于线状区域的趋势.系统空间演化是以局部区域部分城市为节点,通过内部道路系统要素进行能量传递而形成的分形特征;③牛鸭维数β=0.9819趋近于1,表明辽宁省特色小镇之间的交通通达性较好;④加强特色小镇之间的合作、提高交通网络通达度、构建旅游空间格局对优化空间结构有重要影响.基于分形理论探寻空间结构特征及优化,为辽宁省构建特色小镇产业群提供参考.     

城市交通网络分形维数的不确定性估计、控制与分析

长度-半径维数模型作为描述城市交通网络复杂不确定性现象的一种分形分维方法,其自身存在的不确定性往往被忽视,且相关研究更是鲜见报道。故针对该模型在分形维数测算全过程中存在的不确定性问题,本文率先开展了系统剖析、定量估计和质量控制研究。首先对数据源、矢量化处理、测算中心、尺度选择、以及分维数模型估计等一系列环节进行了不确定性估计与分析,其中首次给出了分形维数在一定置信水平下的不确定性度量区间,并依据误差传播理论对误差的传递和累积进行了描述;然后着重提出了基于LMed S(Least Median of Squares)的质量控制方法。最后通过对拉萨市的算例实验表明:道路的矢量化过程、测算中心和测算尺度的选择都会导致分维的不确定性;并在对数据质量进行控制的基础上,通过置信区间对长度-半径维数模型的不确定性进行了在一定概率水平下的首次度量;同时结合区域现状对研究结果给出了合乎实际的解释。本文在描述表征不确定性问题的分形几何和分形维数的基础上,系统地揭示了其自身不确定性的本质,不仅进一步丰富了分形分维理论,为控制其质量奠定理论基础,而且可为城市交通网络分形维数的地学应用提供可靠的科学依据。     

GIS支持下的辽宁省海岸线分形特征研究

为加强对辽宁省海岸线分形分维的认识与理解,以2017年辽宁省调查统计岸线为基础数据,采用网格法计算了辽宁省及其沿海6市海岸线的分形维数,对其几何学特征和空间分布规律进行了研究。结果表明:辽宁全省及沿海丹东、大连、营口、盘锦、锦州和葫芦岛6市调查统计岸线具有分形性质,分维遵循分形地貌学中的合并原理,分维值分别为1.143 1、1.108 5、1.163 4、1.116 1、1.110 3、1.105 4和1.101 3。沿岸用海活动改变了原有岸线的自然形态,一定程度上导致辽宁全省及沿海各市海岸线的分维值都有所增加,其中盘锦市、营口市海岸线的分形维数变化最大,大连市海岸线分形维数变化最小。     

应用MapX组件实现Bouligand维数算法

随着地理学从定性向定量的发展,地理学研究中逐渐引入了分形理论.描述分形的特征是分形维数,但现有的地理信息系统软件不能直接用于计算分形维数,研究者需要借助地理信息系统软件进行二次开发实现相应的功能.设计了经常使用的Bouligand维数的算法并借助MapX组件实现了该算法,并通过实例论证了该算法的准确性.     

分形理论在城市交通网络时空演变特征研究中的应用--以上海市为例

以上海城市交通网络为例，通过不同行政区域交通网络的分维值测算，研究了分形特征的空间变化；利用上海全域及典型行政区交通网络不同时代的分维，研究了分形特征的时间演化。结果表明，上海城市交通网络的分形特征在空间域上城区内域明显复杂于外域，在城市发展主轴方向上表现为由内向外分维测度值的降低；而在时间域，近期的交通网络分形复杂度明显高于早期，反映了城市发展与形态演化的时间过程。     

一种支持城市路网交通关系自动化的智能模型

针对车载导航、地图网站等应用中路网要素之间交通关系维护的难题,提出一种支持路网要素交通关系自动化的智能过程模型,将路网要素交通关系自动化过程理解为由路网要素间的空间和语义关系、规则集和控制系统组成的产生式系统.该产生式系统可在路网要素空间和语义信息基础上,通过定义可扩展的交通关系规则集,自动化地生成符合应用需求的路网要素间的交通关系.此外,在该产生式系统中引入触发器概念监控和响应几何网络及其交通关系规则集的变更,实时更新逻辑网络中的连通关系信息,实现几何网络、规则集和逻辑网络三者的一致性.同时,提出路网要素交通关系处理的控制策略和关键流程,并对该智能网络模型的有效性进行了验证.

Abstract：

Maintaining the traffic connectivity relations between road features has always been a time consuming task for in-vehicle navigation, map website, and other traveling service related applications. Such a task has been commonly conducted artificially and inevitably inefficient, yet makes data quality control difficult. Considering the intrinsic rules of traffic connectivity formed by the geometrical structures, spatial and semantic relationships between road features in city road networks, an intelligent processing model is set forward in this paper for traffic connectivity automation. It is argued that traffic connectivity automation between road features is fundamentally a production system composed of the spatial and semantic relations between road features, connectivity rules and control system. With the implementation of an extendable connectivity rule set, the traffic connectivity relations between road network features are built automatically based on the spatial and semantic information of road network. The trigger concept is adopted to monitor and respond the changes in geometrical network and connectivity rules, and then dynamically updates the traffic connectivity between road network features in logical network so as to guarantee the consistence between geometrical network, connectivity rules and logical network. A series of control strategies and a conducting engine are developed to maintain the traffic connectivity relations. A case study conducted on a real road network verifies the effects of the proposed intelligent model.     

Stroke构造、移位一体化的道路网示意化方法

针对当前常用示意性地图生成方法中往往存在简化程度不够、未考虑长度信息以及时间效率低等问题,提出了stroke构造、移位一体化的道路网示意化方法。该方法在对道路网进行stroke划分构造的同时,直接对其进行渐进式的移位示意化及拓扑检查。同时本文还提出利用相似分形维数来定量比较并验证不同示意化方法的有效性。试验表明,本算法在考虑原始线形的基础上,示意化过程简单,时间效率较高,减少了拓扑冲突问题,保证了拓扑一致性及路网的均衡分布,具有较好的清晰度和认知度。     

基于网络分析法的武汉市景观生态网络格局特征分析

从网络分析法的角度对武汉市水系网络、道路网络、绿地网络及其复合网络构成的景观生态网络格局进行分析。根据总体景观生态网络格局特征、分区统计景观生态网络格局特征、分等级统计景观生态网络格局特征分析结果显示,道路网络和绿地网络的α指数、β指数、γ指数都明显好于水系网络,相比较而言,三网复合网络都有比独立网络更好的连接度,分区统计结果显示,主城区复合网络的三项指标均处于最高,网络连通度最好,分等级统计结果显示,等级道路网络的α指数、β指数、γ指数均高于全部道路网络,等级水系和等级绿地网络的α指数、β指数、γ指数均低于全部水系和全部绿地网络。     

结合引力场理论的道路自动选取方法

针对复杂网络模型被广泛应用于道路选取的研究中,少有方法顾及道路网对偶图中多级邻居节点的影响,导致对道路的重要性评价缺乏准确性和可靠性的问题。该文将道路网对偶图节点的结构特征值视作质量,将节点间的最短距离视作距离,结合引力场方程实现道路自动选取,较好地将道路网对偶图中多级邻居节点的影响纳入到道路重要性的计算中,从而实现对道路重要性的准确评估。通过对兰州市城关区的路网进行实验,结果表明本文方法所选取的路网较好地保持了原始道路网的整体结构、覆盖范围、密度分布、拓扑特征和连通性。     

道路网的实况连通度指标

在综合分析评价了现有的道路网连通度指标定义的基础上,总结了其存在的局限性,即缺乏连通度时态变化信息。为克服这一局限性,从时态的视角对道路网连通度指标进行了全新的定义,结合道路网交通状况的时态变化,提出了一种能在时间上动态反应道路网连通度变化的指标——道路网的实况连通度指标,最后通过一个计算实例进行了实证分析。道路网连通度的时态变化得到了验证。     

两种道路选取策略的比较研究

道路选取是根据比例尺的要求,在道路网中保留相对重要道路、舍弃相对次要道路的地图综合操作。从概念层和操作层对两种不同的道路选取策略进行了比较。一种是删除后更新策略,即删除一条道路后更新其他道路的重要度;另一种是删除后不更新策略,即删除一条道路后不更新其他道路的重要度。以常用的stroke重要度排序法为道路选取方法,运用长度、连通度、接近度和中介度的加权来描述道路的重要度,采用相似性、误删率、漏删率等定量指标以及定性的目视判别评价选取结果。以深圳市1∶1万道路网和1∶5万道路网作为研究数据进行了实验。理论上删除后更新策略优于删除后不更新策略,然而实证表明删除后不更新策略在常用定量评价指标上优于删除后更新策略,在定性评价方面则各有优劣。     

基于GIS的青岛市中心城区道路网络可达性研究

针对青岛市中心城区交通网络建设不完善的问题,研究了该区域路网的综合可达性,并提出了相应的解决方案。基于GIS平台,建立了青岛市中心城区路网模型;选取最小阻抗(时间和距离)、交叉口服务指数、路网密度和路网连通度作为关键评价指标,分别从路网距离关系、路网结构合理性、路网密度和路网发育程度4个方面分析了该区域的路网可达性;在此基础上,建立了青岛市中心城区路网综合评价模型。研究结果表明,该区域的路网以多中心多圈层形式分布,整体可达性良好;西南区域路网密度低,南部外围区域机动性差,南部地区可达性较差,应不断加强该地区的基础设施与路网建设。     

遥感尺度内涵及遥感像元尺度效应分析的改进分形方法

本文首先分析了遥感影像尺度的三层次内涵。重点针对遥感像元尺度,分析了遥感像元尺度效应及其分形机理,由于现有分形方法没有考虑影像本身尺度(空间分辨率),造成尺度间分形维数的比较时像元尺度效应变化难以有效反映,本文针对此问题提出了基于表面积的加窗分形布朗运动和加窗双层地毯两种改进分形方法。为验证改进分形方法的可靠性,采用了不同像元尺度下系列监督分类进行验证。试验结果表明,每种地物的分维数都随着空间分辨率的降低或像元尺度的缩小,呈总体下降趋势,在某些特征尺度上会出现预示着某些地物结构的拐点,这些拐点对观测该区域地物具有一定指示意义。系列监督分类精度也一定程度上证明了以上两种改进分形方法在分析尺度效应中的可行性。因此本文的方法对于分析遥感像元尺度效应和探索地物尺度聚合规律具有一定的理论意义。