多时间序列求关联维D_2

在利用Ｇ．Ｐ．法由单一时间序列计算关联维Ｄ_２的基础上，引入矩阵范数，提出了多时间序列数据联合计算关联维Ｄ_２的算法。这一算法是Ｇ．Ｐ．法的推广。验算结果表明这一算法正确、可行，能提高计算结果的可靠性。     

基于PCA方法的GPS台站时间序列分析

基于10 a以上的全球GPS台站数据,利用主成分分析法及其他数据处理方法,对台站时间序列进行预处理和结果分析,研究其中的非线性周期规律,探讨时间序列的主要影响机制。结果表明,主成分分析法可以将台站残差时空矩阵分解成若干正交成分,GPS台站时间序列的东西方向具有线性漂移趋势,全球大部分GPS台站都存在非线性周期规律,周年项和半周年周期占据主导地位。     

库岸滑坡地下水位时间序列混沌特征识别与PSO-LSSVM模型预测

地下水位预测对滑坡稳定性分析具有重要意义,三峡库区库岸滑坡地下水位时间序列在季节性强降雨和周期性库水位涨落等诸多因素影响下呈现混沌特征。在对地下水位序列进行相空间重构的基础上,采用饱和关联维数法和最大Lyapunov指数法对其混沌特征进行验证。再用预测性能优秀的最小二乘支持向量机(LSSVM)模型对其进行预测,并用粒子群算法优化选取LSSVM模型的参数,以克服LSSVM模型参数选取困难的缺点。以三峡库区三舟溪滑坡前缘STK-1水文孔日平均地下水位序列为例进行了混沌分析,分别运用粒子群优化的LSSVM模型(PSO-LSSVM)和BP神经网络模型对STK-1水文孔地下水位进行了预测。结果表明库岸滑坡地下水位序列存在混沌特征,PSO-LSSVM模型预测结果的均方根误差为0.193m,拟合优度为0.815,说明预测效果较理想,且PSO-LSSVM模型预测精度高于BP网络模型,具有较强的实用性。      

时间序列分析在变形监测的应用

变形监测只是手段,为施工决策者提供数据以及科学合理的预报才是其真正的目的,数据处理与模型的建立则是两者的关联点。     

基于时间序列聚类方法分析北京出租车出行量的时空特征

受城市资源配置、区域功能分化的影响,城市中居民的出行往往呈现出特定的模式和规律,而这种出行模式的背后反映出城市的功能结构。城市车辆GPS导航的广泛使用,以及车辆轨迹数据的大量获取,为分析城市居民出行模式及理解城市功能结构提供了数据支撑。本文以道路分割城市得到的地块为研究单元,利用北京市一个月的出租车轨迹数据,对北京居民的出行模式及城市功能格局进行分析。在轨迹数据分析中,本文从轨迹数据中提取每个地块的出行量时间序列信息,然后采用结合时间序列距离度量和时间序列自身相关性的聚类方法,对出行量时间序列数据进行聚类分析,从而研究乘客出行的时空分布特征,最后结合北京市POI数据,探讨了不同区域乘客出行规律和区域功能类型的相互关系。结果表明,出租车出行量时间序列模式在工作日和周末间存在明显差异。此外,工作日的2个出行高峰与通常的通勤早晚高峰不同。由出行量所得的区域聚类结构,除具有重要交通枢纽功能的地块外,总体上以市中心为圆心大致呈同心圆分布,且距离市中心越远出行量越小。研究结果对于分析北京市居民出行行为、辅助城市交通规划具有一定的意义。     

地表环境参数时间序列重构的方法与应用分析

卫星传感器数据提取的地表环境参数是全球变化和区域资源环境研究的重要信息源.时间序列数据的重构旨在利用多种统计和数值分析方法,模拟参数的季节/年度变化规律,从而插补缺失观测值,优化时间序列数据,为相关研究提供更加完备的基础数据.目前,数据重构主要应用在植被指数、叶面积指数、地表能量平衡参数等,重构的方法包括阈值法、滤波方...     

GPS高程时间序列降噪分析的改进EMD方法

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)降噪过程中不能直接确定分界本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)的K值,以及当高频噪声IMF分量个数少于低频IMF分量个数时,利用低频信号重构实现降噪的计算量较大等问题,提出一种新的EMD降噪方法。采用平均周期与能量密度乘积指标的方法来自动确定分界IMF的K值,将高频噪声IMF分量进行重构,然后用原始信号减去重构噪声,从而达到降噪的目的。利用模拟数据和BJFS站的实测GPS高程时间序列数据进行验证。实验结果表明,该方法能够直接确定分界IMF的K值,降低计算量,在GPS高程时间序列降噪中较传统EMD方法更可靠。     

环境负载对GNSS坐标时间序列噪声特性的影响研究

基于中国大陆构造环境监测网络的连续GNSS观测数据,选取云南省25个测站的坐标时间序列研究地表质量变化对建立噪声模型的影响。计算陆地水负载、大气压负载和非潮汐海洋负载引起的测站非线性变化,采用极大似然估计对不同噪声组合进行分析,分别建立负载改正前后各GNSS测站的最优噪声模型,同时估计速度的不确定度。结果发现,云南省GNSS测站各分量的噪声特性主要表现为闪烁噪声+白噪声(FN+WN);环境负载改正能够改变坐标时间序列的最优噪声模型;用加入环境负载改正后建立的最优噪声模型估计各测站的速度不确定度,对于E、N、U分量,分别有72%、80%、68%的测站的速度不确定度变小。     

小波分解改进电离层VTEC时间序列预报模型

介绍了小波分解法改进时间序列预报模型的原理。以IGS发布的2013年VTEC数据为例进行逐点建模,选用db4小波对5 112个格网点VTEC序列进行分解,并对各小波分量进行时间序列预报和重构,进而对VTEC进行预报。对一般方法和改进方法预报偏差的比例变化及全球范围内各格网点的预报值RMSE进行比较。结果表明,改进法预报的高精度点比例及其预报精度均优于一般方法。     

天山地区GPS连续站高程时间序列分析

利用UNAVCO提供的天山地区境内外GPS连续站的观测数据,处理得到各站高程时间序列。进行最小二乘线性拟合,提取速度场,并消除原始序列的线性趋势。然后对时间序列进行谱分析以及小波多分辨率分析。可以看出,天山地区在过去10余年间呈现整体隆升趋势,各个观测站之间抬升的一致性较好,并且各站都表现出明显的季节性变化。     

基于拓扑结构分形维的道路选取方法

计算了复杂网络中单个节点的信息维数、体积维数和度体积维数,提出一种基于结构分形维的道路选取方法,考虑了道路网连通方式的多样性与差异性特征。实验结果表明,相比基于路划长度、中介中心性、邻近中心性、度中心性4种单指标道路选取模型,该方法能更好地保持路网整体结构、局部关键特征和拓扑连通性;并且与相应标准比例尺地图保持更高的一致性。     

基于分形理论的地形复杂性量化方法

地形的复杂性是地表崩塌、山体滑坡、泥石流等自然灾害的主要影响因素之一,近年来对地形复杂性的定量研究十分活跃,分形方法是其中主要的研究方法之一,但是目前的研究大多以沟壑分形、等高线分形、元分形等为主,难以对区域地形的整体复杂性进行定量描述;利用基于相对高差的地形分形研究方法,对三个形状和面积基本一致,地形起伏特征各不相同的区域,以相同的网度兼顾特殊地形位置布设样品点,统计样品点及其相对高差信息,并进行分形分析,分析结果表明,样品点的相对高差信息基本包含了其所在区域的地形特征信息,地形的相对高差信息服从分形分布,其分维值的变化趋势与地形复杂性相反,由此提出将其分维值的倒数定义为地形复杂性指数,地形复杂性指数的变化趋势与地形复杂性一致,它很好地拟合了地形的实际特征,定量地刻划了地形的复杂程度。     

基于分形维度法的都市区城市蔓延分析——以广佛为例

根据1957与1982年两个时期的地形图并结合1995与2008年的遥感卫星影像提取城镇建设用地专题信息,利用ArcGIS建立广佛都市区城镇建设用地数据库,采用分形维度的计算方法,对广佛都市区城市蔓延的情况进行测度和分析。结果表明广佛都市区三个发展阶段城镇建设用地面积增长速度并不均匀,具有加速发展的特点。四个测度年份的分形维数分别为1.645 4,1.628 5,1.558 6和1.527 0,均在1～2之间,分形维数呈递降趋势,总体下降了0.118 4,城市发展模式由紧凑型逐渐向松散型演变,存在城市蔓延情况,而且城市发展模式以年均0.14%的速度从紧凑型向松散型演变。广佛都市区城市蔓延的地域分异较为明显,具有较强的空间集聚性和中心向心性,广州和佛山毗邻地区以及中心城区是城市蔓延的活跃区和集中区,1982-1995年间研究区内蔓延速度比1995-2008年间要快。通过深入分析发现,经济快速发展、城市人口的持续增长、交通道路网络的建设是广佛都市区快速扩张和城市蔓延的基本动力因素之一,开发区土地扩张,进一步加剧了无序扩张和城市蔓延。     

一种地图点群空间分布特征的局部分维分析方法

以分数维为分析指标的分形几何理论,为地图点群目标的空间复杂性分析提供了一种定量方法。但是研究表明,地图点群目标的分形性质往往表现出局部的非均匀特性,因此主要以研究对象整体分维估值为主的分维分析方法难以描述这种变化。本文在分维扩展方法的基础上,提出了一种基于滑动窗口的局部分维分析方法--元分维模型,并通过实践证明该方法可以有效地揭示地图点群空间分布特征的差异,从而为地图点群目标的空间分布特征分析提供了一个新的思路。     

闽台建设用地图像数据空间特征分形对比研究

利用2002年闽、台ASTER影像数据,运用分形几何学理论、数理统计方法,对闽台建设用地分布的空间特征进行分析。研究结果表明,分维值是定量刻画土地利用类型空间格局的重要参数,对遥感影像中直接提取土地利用类型的图形因子进行不同区域土地利用分形结构的差异研究,具有快速、方便、准确的性质。闽、台建设用地斑块的空间分布具有分形特征,其空间形态受自然和人文两方面因素,特别是地形地貌和交通的影响十分明显。同时台湾建设用地的平均斑块面积、分维值和规模大的斑块比重均高于福建,反映了闽、台建设用地空间特征的区域差异,这对闽、台两地,特别是福建省加强建设用地规划,合理配置空间资源,及福建省加强中心城市建设和交通规划等方面具有重要的指导意义。     

分形定量选择遥感影像最佳空间分辨率的方法与实验

遥感影像观测尺度是遥感信息提取研究的重要内容之一,也是遥感信息提取的焦点。以往,遥感影像尺度特征的分析大多基于地统计学,其主要体现遥感影像中的线性特征,而实质上遥感影像中既存在线性特征,又存在非线性特征。因此,在深入剖析遥感影像尺度效应及分形特征机理的基础上,本文探讨了分形理论定量选择遥感影像最佳空间分辨率（也称最佳像元观测尺度）的方法。以IKONOS全色影像的建筑用地、耕地、林地为研究对象,分别使用FBM、DBM、TPM 3种分形维数计算模型,实现了3种地物在不同空间分辨率下分形维数的计算。实验结果表明,每种地物的分形维数是随空间分辨率的增大,总体呈下降趋势,且在某些特征空间分辨率上会出现拐点。从遥感影像尺度效应分析可知,遥感影像空间格局随尺度的不同,其内部结构也不同。且随着尺度的增大,很多细节将会被忽略,影像的粗糙度也随着降低。而分形维数是目前为止描述对象自相似性和不规则度的唯一基本量化值,其直观上与物体表面的粗糙程度相吻合。因此,这些拐点对应的分形维数对地物的最佳空间分辨率的选择具有一定指示意义。通过本文研究可知,使用分形理论方法研究遥感影像最佳空间分辨率（或最佳像元观测尺度）,打破以往观测尺度方法研究范畴,从不同角度去分析遥感影像观测尺度问题对GIS研究与地学应用具有一定的理论和指导意义。     

图像分析计算水系分形维数的改进方法与应用

水系分形维数的计算与分析,有助于深入理解其与地貌发育、流域径流和侵蚀产沙等过程之间的关系。从分形维数的计算原理,提出了一种在MATLAB环境下,能够同时计算水系计盒维数和信息维数的方法,改进了现有通过图像分析计算分形维数的不足。采用已知分形维数的规则分形集进行验证,结果表明:该方法单独对图像载体上的目标图形(关注区域)进行处理,不受其与整幅图像的比例的限制能够自动确定最佳的对目标图形进行网格分割覆盖的递减等分条件,计算精度高利用元胞数组实现了网格的自动分割,程序紧凑,可读性增强。最后以泾河、北洛河水系为例,说明了该方法的应用过程。本研究为水系分形维数的科学计算提供了新的思路。     

基于TM影像属性和形态特征的土地覆被制图方法

本文以浙江省中南部地区不同时相30m分辨率的2景TM影像为基本数据,采用面向对象的方法实现了研究区的土地覆被制图。首先,在eCognition软件中采用多尺度分割算法,以光谱信息、纹理特征、几何特征等实现研究区的对象分割,使分割后的对象边界与实际地物边界尽量保持一致,通过建立多层次地物特征规则,进行最优分割尺度下的遥感多层次识别分类;然后,分析可用于分类的属性特征和形态特征,通过对这些特征的统计值对比分析,选取了对象的紧致度、长宽比、MNDWI、LBV等特征构建了决策树模型,实现了研究区1：25万的土地覆被分类;最后,采用目视解译和野外样本2种方式对分类结果进行精度验证,其中,目测随机样点评价得到的总体精度为87.66%,野外样本点评价得到的总体精度为83.38%。研究表明：面向对象的分类方法不仅具有较高的精度,而且图斑与实际地物边界能较好地吻合,很好地避免了混合像元误分的现象,同时能消除像元分类的“椒盐现象”。     

图像机理方法提取水体信息的应用分析

在以Landsat ETM+为数据源,详细分析水体与背景地物的地表反射率及波谱特征的基础上,对比阈值法、谱间关系法、指数模型法和条件函数四种方法在城镇水体和山区水体提取上的差异.对两个研究区试验结果表明:MNDWI比值模型的水体提取精度最高,信息量相对完整,其他四种方法在细小水体的提取效果上也不如MNDWI.为验证结论的准确性,本文选取了福建省不同时期、不同地区的不同水体类型进行试验.其中城镇与山区的水体提取方法的优劣结果与上文的结论一致.湖泊与河口区的水体与前两种类型的水体的地表反射率值曲线不同,但这两个区域的水体与其他地物的MNDWI的反差值在几种提取方法中为最大.反差值越大越有利于水体与背景地物的区分.MNDWI在这两种水体类型的提取上也取得较好的效果.试验表明相对其他四种方法,MNDWI比值模型能够便捷、快速、准确地提取水体信息,且具有较强的适应性.     

基于地基GPS的新疆地区大气可降水量时空分布特征

利用中国大陆构造环境监测网络的GPS观测资料,结合ERA-Interim模型气压和温度,解算2016年新疆地区GPS测站的大气可降水量,分析该地区大气可降水量的空间分布和季节性变化。结果表明:1)GPS和探空观测获取的大气可降水量具有较好的一致性,均方根误差约为2.7mm;2)新疆地区全年平均大气可降水量在7.0～13.0mm之间,且海拔每升高1km,其含量减少约1.4mm,当测站海拔相近时,大气可降水量随纬度的升高而减少;3)大气可降水量季节性变化明显,夏季为12.0～23.2mm,冬季为1.4～5.5mm,春、秋季大气可降水量差异不大且变化范围介于夏、冬季之间。