构造地理要素趋势面的尺度转换普适性方法探讨

当前的遥感科学面临着遥感数据获取能力与数据应用能力之间突出的供需矛盾。尺度问题作为遥感科学中的关键问题,既限制了遥感作为一门科学向系统性、普适性的发展,又限制了遥感应用能力的发展。本文对定量遥感中的尺度问题进行了梳理,包括:遥感与传统站点观测之间的不一致、不同尺度遥感产品之间的不一致、机理模型的尺度适用问题,以及遥感产品与用户需求时空尺度间的不一致。对遥感中的尺度转换方法展开了讨论,总结了尺度转换的关键问题在于原数据信息量不足时引入额外信息和保留关键信息两方面。提出了构造地理要素趋势面的基本构想,搭建了一个具有普适性的尺度转换方法框架。核心内容是充分利用地表环境要素时间、空间上的信息作为先验知识,通过关联遥感观测新信息和先验趋势面生成指定时空尺度的地表要素产品。     

遥感数据产品真实性检验不确定性分析研究进展

不确定性分析是遥感产品真实性检验最重要的部分,本文以叶面积指数LAI为例,从测量、模型以及蕴含在测量和模型中的尺度效应3个方面分析产品真实性检验过程的不确定性来源,并针对问题提出减小其不确定性的办法。对于相对均一的地表,地面测量的空间代表性比较好,可不考虑地表空间代表性引起的尺度效应和蕴含在模型中的尺度效应引起的不确定性。针对异质性地表,分为两种情况:若模型是线性的,蕴含在模型中的尺度效应可以忽略,只需要考虑测量的不确定性、模型本身的不确定性、以及地面测量的空间代表性引起的尺度效应;若模型是非线性的,则测量、模型和蕴含在测量和模型中的尺度效应引起的不确定性都需要考虑。     

地理信息科学中尺度概念的诠释与表达

本文对地理信息科学的尺度概念、尺度效应、尺度变换等进行了总结,提出了尺度外延与内涵联合表达的3×3尺度矩阵,深入剖析了尺度矩阵中的9个尺度子概念。基于尺度子概念的相互作用,讨论了粒度与广度的依存关系,以及时间粒度、语义粒度分别与空间粒度联合表达的基本规则。针对空间关系尺度在空间分析、空间推理中的重要意义,提出并建立了拓扑关系粒度、方向关系粒度、距离关系粒度的计算方法。在完整诠释地理信息科学中的尺度概念基础上,提出了未来关于尺度问题研究的3个方向:尺度概念形式化、尺度效应与不变性、尺度变换与知识发现。     

基于GL30人口空间化尺度适宜性探究

人口统计数据的空间化能真实地反映人口空间分布情况,对研究人口分布的区域差异及其发展过程起指导作用,在此过程中,空间化格网尺度效应影响着模型的精度。为探究人口空间化的尺度适宜性问题,本文以四川省为研究区域,基于全球地表覆盖数据(Globle Land 30,GL30)及其派生的网格数据,对四川省2010年人口普查统计数据进行了人口空间化模型的尺度效应探究。通过基于人口密度、地表覆盖类型实现了研究区域的二次分区,实现了模型精度的提高。在此基础上,探究了县级尺度上在30 m、240 m、450 m、660 m、870 m、1 080 m 6个网格尺度上人口空间化的精度,得出县级尺度上在450 m网格尺度下,人口空间化精度最优。     

融合地物类别信息的NDVI尺度转换模型构建及 MOD13 Q1产品真实性检验

提出融入中高空间分辨率遥感影像精确地类识别信息,以改进传统的Chen NDVI尺度转换模型的方法,并基于两个模型共同进行MODIS 250 m 16 D合成植被指数产品MOD13 Q1(MODIS/Terra Vegetation Indices 16-Day L3 Global 250m SIN Grid)真实性检验。研究以地类丰富的厦门市作为研究区主体,并以30 m Landsat8陆地成像仪OLI(Operational Land Imager)影像作为验证数据,实践了上述方法。实验结果表明:MOD13 Q1产品总体质量较好,但是存在偏高估计的问题,尤其是对人工地物更为明显,在实际应用中应予以关注;融入精细地类信息的改进Chen NDVI模型相比较融入粗略地类信息的传统Chen NDVI模型,升尺度转换结果无显著差异,但是前者在精细、定量刻画"不同地类对NDVI尺度效应影响"方面更有优势,这对遥感地表参数尺度效应研究具有重要的启示意义。     

“遥感尺度效应和尺度转换”论坛简报

正尺度问题随着研究对象而变化。海量、多时空尺度的对地观测数据,为地理科学提供了地理大发现以来极为重要的机遇,若不解决尺度问题,必将影响地球科学研究的进一步推进。2013年9月,李小文院士发表论文《定量遥感尺度效应刍议》,试图推动解决遥感在定量研究和应用过程中遇到的尺度效应问题。论文     

不同分辨率影像反演植被覆盖度的参数确定与尺度效应分析

选择新疆古尔通班古特沙漠南缘的石河子地区作为研究区,针对统计回归模型需要大量实测数据,而像元二分模型(dimidiate pixel model,DPM)参数难以确定的缺点,提出了利用统计回归的结果反推像元二分模型参数来建立研究区遥感反演植被覆盖度的方法。运用该方法研究了利用TM和MODIS遥感影像数据分别反演植被覆盖度的参数化方案;同时,还研究了采用不同遥感数据源和不同反演模型时研究区植被覆盖度信息提取中存在的尺度效应。     

两种普适性尺度转换方法比较与分析研究

着重阐述了地表空间信息尺度转换的必要性和方法.首先从尺度转换成因分析入手,介绍了两种普适性的尺度转换模型,即泰勒级数展开模型和计算几何模型,并对这两个模型的适用性进行了分析.借助叶面积指数的反演,针对林地、农田、水体3种不同下垫面的试验样区进行了模型的分析比较.结果表明,在拥有小尺度(高分辨率)数据时,泰勒级数模型能够很好的刻画尺度效应,使得尺度效应改正后的相对误差小于1%,获取更为准确的地表参数反演值.遥感尺度转换方法、技术为获取不同尺度的地学信息,为资源调查和环境灾害监测等相关领域的应用提供真实可靠的多尺度数据支持.     

叶面积指数遥感尺度效应与尺度纠正

由于地表空间异质性的普遍存在,遥感反演模型的非线性必然会导致不同分辨率观测的遥感结果不一致,从而产生遥感产品尺度效应。本文研究了遥感产品尺度效应概念、模拟方法和定量计算模型,并利用锡林浩特草原研究区的实测数据,对尺度效应模型和方法进行了定量计算与验证分析。首先,基于不同升尺度方法与多尺度遥感成像机理之间的机理联系,通过“先反演再平均”与“先平均再反演”之间的差异,可计算“高”分辨率与“低”分辨率之间的遥感产品尺度差异。其次,分别以红光、近红外两波段反射率和归一化植被指数(NDVI)为自变量,对叶面积指数(LAI)非线性遥感模型进行泰勒展开,研究了模型非线性、遥感数据空间异质性对LAI遥感产品尺度差异的影响,发现高阶项可忽略,利用二阶导数项和遥感数据方差项可定量计算遥感产品尺度差异,经过二阶导数项纠正后的尺度差异相对偏差从5.6%分别降低到0.78%和1.45%。最后,分析了LAI遥感产品尺度效应的特征规律,得出以下结论:随着植被覆盖的增大,同等遥感空间异质性的LAI遥感产品尺度差异越大,且红光波段比近红外波段的尺度差异敏感性高近2个数量级;对于绝大部分陆地植被区域,存在“低分辨率低估”尺度效应,且遥感产品尺度差异的主导要素为LAI模型非线性,NDVI变量自身非线性对尺度效应贡献占23.5%;对于湿地类植被与水体混合情形,NDVI变量非线性的贡献为主导贡献,出现“低分辨率高估”尺度效应,必须利用红光、近红外两波段的二阶导数项非线性尺度差异,才能解释这一类型的LAI遥感产品尺度效应。本文建立了具有一定普适意义的遥感产品尺度效应定量模拟与尺度纠正方法,对推动定量遥感的尺度问题研究有一定参考价值。     

小波变换派生DEM尺度下推适宜性范围探讨

基于DEM进行地形分析时,DEM尺度的转换会引起地形属性的变化。基于小波变换派生多尺度DEM数据,利用选取的地形参数对其数字地形分析适用性进行研究。通过分析DEM尺度转换中的地形分析效应变化趋势,探讨小波变换派生DEM多尺度数据的适宜性范围。     

最短路径算法:分类体系与研究进展

最短路径算法是计算机科学与地理信息科学等领域的研究热点。本文首先讨论了平面图的搜索策略，然后从问题类型、网络类型和实现方法3方面对最短路径算法进行了系统的分类，从理论上比较了近年来所提出的各具有较高效率的串行最短路径算法的时间复杂度，并对国内外一些相关研究进行了综合评述，结合城市交通网络的实验结果，作者对几种应用最为广泛的串行最短路径算法的运行效率进行了分析和评价，最后对最短路径算法在实时化和并行化方面的发展进行了讨论。     

广西城市交通地理信息数据库标准研究

交通地理信息系统的有效运行离不开交通地理信息数据的支撑,为规范广西城市交通地理数据库的内容、数据结构,促进广西交通地理数据共享,有必要制定地方交通地理信息数据标准。对广西交通地理信息数据库标准的编制方法进行了探讨和研究,对交通地理信息分类与编码规则、属性数据结构、数据库结构设计等关键问题进行了阐述,并总结了在标准编制过程中应用的关键技术,标准研究成果在南宁市交通行业信息系统中得到了应用。     

我国地理信息标准化综述

地理信息标准化是实现地理信息共享的关键问题之一,近年来我国在地理信息标准化方面已取得了长足进展。论述地理信息标准化的重要性,对我国几个五年计划所发布的地理信息标准作了简要回顾,对《国家地理信息标准体系》进行较为详细的介绍,并为我国的地理信息标准化工作提出相关建议。     

中南大学地理信息科学专业建设的探索与实践

教育部“双万计划”强调建设面向未来、适应需求、引领发展、理念先进、保障有力的一流专业。本文阐述了中南大学地理信息科学专业结合学校定位与专业特点,因材施教、兼具特色的专业建设之路,探索并实践了一系列举措,专业发展取得了长足进步。     

公益性地图自适应快速制作技术

近年来,国家对测绘成果公益性地图快速保障服务工作的要求越来越高,表现为对高现势性、高质量、高效率、灵性化地理信息服务的需求越来越迫切,因此,研究公益性地图自适应快速制作技术也成为迫切要求。本文针对这一需求,基于公益性地图制作关键环节,根据制图范围和图幅尺寸等制图因子,确定比例尺和投影、版面和地图整饰、数据等地图自适应快速制作关键问题及其解决方法。     

一种本体驱动的空间信息集成方法

地理空间数据集成是地理信息科学研究的一个重要内容。本文引入地理本体的思想,提出了基于地理本体的空间数据的组织方法,构建了基于本体的空间数据集成框架。本文运用上述方法,通过对烟草地理本体的建模,建立了客观反映烟草地理实体各个层次体系的概念模型,再根据烟草概念和已有地理数据集之间的映射关系,构建基于地理本体的烟草空间数据库,从而实现数字烟草多源空间数据的一体化集成与管理,以及数字烟草空间信息的共享与互操作,达到了很好的应用效果。     

基于空间建模的公共安全情报分析初探

空间建模及分析作为情报分析的主要技术手段之一,在欧美等国家得到了广泛实践和应用.本文在地理信息科学的主要空间模型基础上,进行了公共安全情报分析应用的研究和实践,并应用于警用地理信息系统建设中,为我国公安机关“情报信息主导警务”提供实战参考.     

城市建成环境存量的空间计算：进展及展望

城市建成环境是人类赖以生存的人造环境,城市建成环境存量是指城市中建筑物和基础设施的材料质量。反演城市建成环境存量的空间分布,是数字城市建设的新方向,它能够帮助我们了解城市发展模式,更加有效管理城市资源和废弃物等,对发展城市循环经济、实现城市的可持续发展有着十分重要的意义。本文详细介绍了城市建成环境存量空间计算的3种方法（自上而下、自下而上和遥感计算方法）的理论基础和发展现状,总结了目前的几中方法都存在着过度依赖统计数据、无法兼顾研究区域大尺度和高空间分辨率等问题。在地理大数据时代,更多的数据源为存量的计算带来了新的研究方向。本文总结了新数据源的优势,并展望了结合地理大数据和机器学习方法的存量计算方法,为城市建成环境存量的空间计算提供了一种新的思路。