基于Bayes网络的多粒度时空对象地理过程演化建模——以新安江模型为例

多粒度时空对象具有多粒度、多类型、多形态、多参照系、多元关联、多维动态、多能自主特点,可用于直接描述从微观到宏观的现实世界.基于时空对象建模理论构建多尺度地理对象耦合演化的集成表达是多粒度时空对象模型支撑地理分析与建模的关键.本文基于多粒度时空对象建模理论,在概率图和条件概率表的基础上发展了一种基于Bayes网络的地理...     

基于FLUS模型的大都市区土地利用优化模拟——以深圳市为例

采用深圳市2010年、2015年和2016年的土地利用现状数据,运用FLUS模型对自然发展情景、生态安全情景和生态优化情景3种情景下2030年深圳市土地利用结构和空间布局的变化进行模拟。研究结果表明:以2010年为基期模拟2015年土地利用布局的kappa指数为0.862,模拟结果较为理想。3种情景下深圳市2030年土地利用布局既有共性也存在差异。生态优化情景在禁止建设区把部分生产性用地转变为具有重要生态功能的林地,在限制建设区严格控制新增建设用地,在集中连片的控制区内限制生产活动,比自然发展情景和生态安全情景更能达到城市建设和生态保护的双重目标。     

基于高时相遥感影像的洪水演进模型参数优化方法

种子点蔓延算法是洪涝演进过程模拟仿真的主要方法之一,其中,洪水演进模型参数由于受到不同地理环境影响而发生改变,具有一定的不确定性,进而导致洪涝模拟结果可靠性不高。随着高分4号卫星的发射,其具有高时间分辨率特性的影像将成为洪涝模拟、灾情评估的第一手资料。本文在模拟仿真过程中,接入高时效卫星影像并提取淹没范围和洪水体积,通过与模拟仿真产生的淹没范围和洪水体积进行比对,迭代调整洪水演进模型参数μ值、速度V,进而提高模拟结果的准确性。选取云南华坪山洪为典型案例,验证了本文方法的可行性与可靠性,为快速灾情评估和预防决策服务提供更为科学的依据。     

基于贝叶斯机器学习的生态模型参数优化方法研究

参数优化方法是准确估计生态模型参数、降低其不确定性的有效手段。本文提出一种基于贝叶斯机器学习的No-U-Turn Sampler（NUTS）生态模型参数优化方法。NUTS是一种高效的参数优化方法,每次取样中利用递归算法生成候选参数集（二叉树）推断参数的后验信息,如果满足约束条件“非U型回转”,不断构建子树更新参数;否则,记录本次抽样的“最优”参数集,并开始下一次取样,直到获取足够样本。该算法在每次取样中充分优化参数,避免因随机游走行为产生冗余抽样,提高了参数优化效率。本文以千烟洲亚热带人工针叶林碳通量模拟为例,基于Pymc3框架利用NUTS参数优化方法实现了碳通量（Net Ecosystem Exchange,NEE）模型参数反演,并与Metropolis-Hastings（MH）方法进行对比。结果表明,本文算法的参数值达到稳定波动时的抽样次数减少了85%左右,参数优化效率提升3倍左右。参数优化后,2种NEE模型中7个参数不确定性降低10%~53%。此外,NEE模拟效果明显提升,模拟值与实测值的R²分别提高23%和17%,RMSE分别降低3%和4%。综上所述,本文提出的参数优化方法对生态领域的参数估计或数据同化工作具有一定的借鉴意义。     

基于SLEUTH模型的城市空间增长模拟研究--以焦作市为例

利用1988,1992,2001,2008年4个时相的遥感影像和GIS技术获取历史数据,采用SLEUTH模型,对焦作市未来城市空间演变进行研究。结果显示：SLEUTH模型重现了焦作市1988~2008年城市空间演变形态,模拟结果与实际情况比较吻合,充分证明SLEUTH模型具有普适性,通过校正能较好地描述城市增长的自然规律;预测模拟了2009~2020年城市空间增长,城市扩展趋势是新扩展中心出现边缘式扩展,向周围地区蔓延,在交通轴线连接下,形成组团式布局。研究结果为研究区城市发展及政府制定规划提供了科学决策依据。     

基于改进的参数活动轮廓模型的图像分割方法

参数活动轮廓模型（SNAKE模型）被广泛应用于医学图像分割中。传统的SNAKE模型对初始轮廓非常敏感,必须给定在图像边缘附近,否则容易陷入局部极小而无法收敛到真实轮廓处。提出一种基于距离变换的距离势能模型作为自适应外力,能很好地引导SNAKE逼近真实边界而不依赖于特定的初始轮廓的位置。实验结果表明：该算法快速有效,能在更大的范围内捕捉图像特征,是一种有效的图像分割的算法。     

基于Dyna-CLUE改进模型和SD模型耦合的山区城镇用地情景模拟研究——以岷江上游地区为例

山区城镇扩张受山区地形和山地灾害等因素限制,而常用的土地利用模型难以有效表达这一特征。本文通过对Dyna-CLUE（Dynamic Conversion of Land Use and its Effects Model）模型进行改进并结合系统动力学（System Dynamic,SD）模型,充分发挥这2个模型在微观土地分配,及宏观情景模拟上的优势,很好地表达了山区地形和山地灾害等因素对山区城镇扩张的限制作用,为山区城镇扩张情景模拟提供了一个有效的方法。以岷江上游地区为例,根据研究区历史统计数据构建山区城镇用地SD模型,模拟低速发展、惯性发展和高速发展3种不同发展情景下城镇用地的需求,结合Dyna-CLUE改进模型,预测了对应情景下2011-2030年的城镇用地范围,并探究其对其他土地利用类型的影响。结果表明,发展速度越快,城镇主体越快达到地理限制区域的上限,并开始沿山间平地向两端扩张。耕地受山区城镇扩张的影响要远远超出其他土地利用类型,离城镇越近受影响越大。随着城镇扩张的加剧,其对自然环境的影响也逐渐增大。模型模拟结果能为山区城镇用地规划、评估由城镇扩张造成的生态环境问题和制定相应的对策提供有效的技术支撑。     

土地利用演化信息图谱的研究——以北京市顺义县为例

自 1998年陈述彭先生提出地学信息图谱这一新概念来 ,国内已有许多学者做了不少地学信息图谱的研究工作 ,但对“地学信息图谱”的研究 ,利用遥感图像开展地区时间系列的发展研究还是新的探讨。     

MIKE BASIN支持下的流域水文建模与水资源管理分析——以西藏达孜县为例

基于ArcView GIS平台,利用流域水资源规划管理软件工具MIKE BASIN,以西藏达孜县为试验区,采用50×50m格网DEM数据,开展拉萨河流域内的地表水的产汇计算,并进行流域水资源合理配置研究。本文建立了流域供需水的空间分析网络,对各汇流区进行流域模拟分析,研究结果以直观的专题图表显示,为本区的流域水资源管理提供了可视化的研究框架。     

基于TELEMAC-2D模型的城区水库溃坝洪水数值模拟——以广州市龙洞水库为例

针对城市水库下游地区地形复杂、建筑物密集的特点,以广州市天河区龙洞水库为例,采用基于不规则网格的TELEMAC-2D模型,构建二维溃坝洪水演进模型并开展数值模拟,将模拟结果与LISFLOOD-FP、WCA-2D模型的模拟结果进行综合对比。结果表明：当模拟历时大于15 min后,TELEMAC-2D模型模拟的下游淹没区内淹没总水量与溃口流量过程线所计算的累积洪水量基本相等,二者相对误差仅为0.26%,在3种模型中误差最小;3种模型模拟的洪水演进规律基本一致,且模拟的最大水深空间分布相关性均不小于0.92,表明模拟结果科学合理;TELEMAC-2D模型可对建筑物密集区域的地形进行局部网格加密处理,能更精细地表征城区的复杂地形情况,模拟效果较LISFLOOD-FP和WCA-2D模型更好。研究结果可为城区水库溃坝洪水数值模拟、溃坝洪水预警预报以及相关防洪减灾等工作提供科学的参考依据。     

基于CA模型的城镇空间扩展预测 ——以昆明市为例

城市空间扩展一直以来都受到多重因素的影响。文章以昆明市主城区为例,利用CA模型分别从单一坡度因子以及经济、人口、坡向、坡度等多因子两个方面分析昆明市主城区历年的土地利用数据,探讨城镇空间扩展模型建立所存在的问题,并提出解决办法。     

基于单参数海底模型的匹配场处理仿真研究

为了改善匹配场处理性能,提出将浅海单参数模型引入匹配场处理。通过设置仿真环境,基于遗传算法对浅海单参数模型以及液态半无限模型进行反演仿真。结果表明:真实海底的复杂性以及先验信息的缺乏使匹配场反演面临地声参数失配问题;在一些匹配场应用中,单参数模型在参数敏感性、耦合性方面具有优势,结果更稳健;匹配处理便捷性随地声参数个数减少而提高。     

基于土地利用分类模型和重力模型耦合的人口分布模拟——以武汉市人口数据为例

将土地分类模型和重力模型耦合形成新模型,并以武汉市人口数据为例,用耦合后的新模型模生成武汉市人口网格数据.经数据验证表明,耦合后的新模型在计算精度方面有了较大的提高.     

普通Kriging法的参数设置及变异函数模型选择方法——以福建省一月均温空间内插为例

通过对普通Kriging法理论的深入理解,在ARCGIS和GS+软件平台上,以福建省一月均温为例,进行了深入的探索性空间数据分析,从数据的特征和规律出发探讨了普通Kriging插值法主要参数设置的依据和变异函数模型选择的方法。并用研究所获得的参数和变异函数模型对福建省一月均温的空间分布进行模拟,为合理的空间插值提供了一种较为清晰的思路。     

基于PSR模型的区域土地利用可持续性分析——以山东省济南市为例

山东省济南市是我国中部地区最为重要的城市之一。近年来,随着经济的不断发展,济南市土地可持续性利用问题成为了学术界研究的热点之一。该文主要运用了PSR模型,从压力-状态-响应3个方面选取了9个指标,构建了土地利用可持续性评价指标体系及模型,对山东省济南市进行了评价。研究结果表明,济南市土地利用可持续性整体上有了一定的提高,在未来发展中,济南市要始终注重耕地保护,用养结合,提高土地的可持续利用程度。     

季度降水分布函数的对比分析——以宜宾市为例

降水量的发生概率是天气预报及旱涝灾害等灾害风险评估的重要组成部分,希望通过对宜宾市季度降水量分布函数的研究,为当地的防灾减灾及农业生产提供一定的科学依据.利用四川省宜宾市1960～2010年51年的降水量数据资料,分别应用正态分布、对数正态分布、伽马分布和皮尔逊-Ⅲ分布函数对该地区的降水分布特征进行研究.在此基础上,利用最小离差平方和准则进行4种分布函数的拟合优度检验.结果表明:4种分布函数均能拟合宜宾季度降水量分布;伽马分布、正态分布、对数正态分布及P-Ⅲ分布分别为宜宾市春、夏、秋、冬各季降水量的最优拟合分布函数.     

季度降水分布函数的对比分析——以宜宾市为例

降水量的发生概率是天气预报及旱涝灾害等灾害风险评估的重要组成部分,希望通过对宜宾市季度降水量分布函数的研究,为当地的防灾减灾及农业生产提供一定的科学依据.利用四川省宜宾市1960～2010年51年的降水量数据资料,分别应用正态分布、对数正态分布、伽马分布和皮尔逊-Ⅲ分布函数对该地区的降水分布特征进行研究.在此基础上,利用最小离差平方和准则进行4种分布函数的拟合优度检验.结果表明:4种分布函数均能拟合宜宾季度降水量分布;伽马分布、正态分布、对数正态分布及P-Ⅲ分布分别为宜宾市春、夏、秋、冬各季降水量的最优拟合分布函数.     

城市形态演化的粒子群智能随机元胞模型与应用——以上海市嘉定区为例

城市形态演化是一个非线性的复杂时空动态过程,认识、理解和模拟此变化过程,有助于探索城市扩展的机理。地理元胞自动机(CA)因其较强的复杂系统模拟和预测能力,越来越多地应用于城市形态的演变研究。CA自下而上的结构特性,与粒子群智能(PSO)由底层单元交互而呈现系统全局的自组织性,本质上是一致的。本研究将两者结合,以模拟结果和真实形态的差异最小化为基础,利用粒子群智能,以快速随机搜索的方式,获取CA参数的优化组合和模型结构,从而建立了一种粒子群智能地理元胞自动机模型(PSO-CA)。以上海市嘉定区为案例,通过较长时段的历史数据对PSO-CA模型进行校正,成功模拟了该区域1989-2006年的城市形态演化过程,并进行了2010年发展预测。与传统地理CA模型比较,PSO-CA模型模拟结果的精度更高。     

利用改进的SCS水文预警模型提升山洪灾害风险应急制图的时效性——以长江经济带为例

山洪灾害防治是我国当前防汛减灾的薄弱环节,开展山洪灾害预警是防御山洪灾害最有效的方式之一,应急制图可为山洪灾害预警信息发布和决策部署提供有力的技术支撑。对于突发性强、时空过程变化剧烈的山洪灾害,常规应急制图方法的时效性难以满足实际需求。本研究利用参数少、结构简单的SCS模型能快速分析计算山洪灾害发生的可能性,结合“模型计算-应急制图-辅助决策”框架,以提升山洪灾害风险应急制图的时效性。2020年主汛期长江流域遭遇1998年以来最严重的汛情,迫切需要开展山洪灾害风险应急制图研究,本文以长江经济带为研究区开展研究。研究结果表明：(1)通过改进SCS模型,对划分的每个子流域进行气象数据的山洪灾害风险计算,并且通过构建前期基础数据库、快速数据处理工具,设计标准制图模板,提高了模型计算及应急制图效率,保证了应急制图的规范性,单幅应急专题图制图时间提升至约50 min;(2)将实时模型计算与应急制图结合,并且通过采用每日24 h降雨预报数据,实现专题图动态持续更新;(3)研究有效应用于2020年汛期长江经济带山洪灾害防御工作,累计制作150幅山洪灾害风险专题图支撑国家应急管理决策部署,取得了良好的...     

具有空间结构的Lotka-Volterra模型的参数反演方法

根据Lotka—Volterra模型具有时空结构的特点，结合卫星定轨理论，提出一种非线性反演的实用方法，这种方法原理可用于一般系统连续时空数学模型的反演问题。