地理尺度转换若干问题的初步探讨

大量研究证实,地理学研究对象格局与过程及其时空特征均是尺度依存的,随着研究工作的不断深入,尺度问题越来越展示出其重要性。针对地理学各个分支学科都不同程度存在诸如概念模糊、转换模式不统一、转换效果评价缺乏客观标准等与尺度相关问题,本文对一些有关尺度转换的议题进行了探讨。在评述了尺度及其转换研究的地理学意义后,着重阐述了地理学尺度研究理论框架的内容和对象,提出了地理科学中需要解决的10个关键尺度问题,并给出了初步的解决方案。     

地理学的一般问题

地理学的理论和方法K902006020980地理尺度问题中不确定性原理的假设探讨=A hypotheticinvestigation about the uncertainty principle in the geographyscale/孟宝,张勃…∥地理与地理信息科学.—2005,21(6).—29~32阐述了尺度的概念,尺度转换的内容和方法,分析了尺度问题中的不确定性,初步探讨了尺度问题中不确定原理.指出,现实世界中客观事物或现象的不确定性,导致人们在各认识领域中的信息和知识多是不精确的,而将不精确的信息和知识用于研究时,使得原本不确定的事物和现象更加模糊.图1参15(白世英)HBK9012006020981西方生产性服务业…     

地理数据尺度转换方法研究进展

尺度问题在地理学、生态学和水文科学等众多领域都具有非常重要的地位。近年来,随着对地观测技术和地理信息科学的飞速发展,解决地理数据的尺度转换问题成为目前地理信息科学及相关研究中的热点和难点问题之一。在地理信息科学相关领域中,地图学和遥感科学研究人员从尺度概念的理解到尺度转换的理论和方法都做了大量的研究,对解决地理数据空间特征的尺度转换做出了重要的贡献。在地理数据属性特征的尺度转换研究领域,地理信息科学研究者提出的面域插值方法是解决此问题的主要方法之一。同时,在社会经济科学领域,“小区域统计学”也发展了一套相关的理论和方法,试图解决统计单元的变更问题。文章在全面回顾和比较不同研究领域解决“尺度转换”问题方法的基础上,重点介绍面域插值方法和小区域统计学的基本原理及其典型应用。     

遥感尺度转换研究进展

造成遥感问题复杂化的重要原因之一就是不同遥感测量方式获取的数据及地面测量数据在尺度上的不一致。在应用不同尺度的遥感数据时,尺度转换显得格外重要。该文阐述了遥感尺度转换所解决的问题,并针对国内外研究现状,分别论述基于像元和基于对象的遥感尺度转换的研究进展,对各种尺度转换方法的转换效果进行分析。最后对遥感尺度转换研究的发展趋势与前景进行展望。     

论DEM地形分析中的尺度问题

DEM及其地形分析具有强烈的尺度依赖特征。本文以黄高原地区的研究为例,结合地学建模和地学模拟的需求,重点讨论DEM地形分析中的尺度问题。文中从DEM建立与应用出发,首先建立了DEM地形分析中的尺度概念体系,剖析了各类尺度之间的关系,其次讨论了尺度所引起的各种地形分析效应问题,最后探讨了DEM地形分析中的尺度转换类型和方法。     

空间尺度转换数据精度评价的准则和方法

空间尺度问题是地理学、生态学和水文学等多个学科的基础科学问题之一。空间数据尺度转换是将数据从一个空间尺度转换到另一个空间尺度的过程, 它是尺度科学研究的重要内容之一。对尺度转换后的成果数据深入分析, 提炼尺度转换成果数据精度评价的原则、指标以及模型方法, 这对正确选择和应用尺度转换成果数据具有重要意义。在详细评述尺度和尺度转换研究概念、内容和主要进展的基础上, 本文主要从数据处理、地图学角度出发, 提出了空间数据尺度转换精度评价的3 项基本准则, 即保持构成信息守恒、保持面积信息守恒、保持区域空间格局和形态信息守恒。继而据此将当前常见的指标进行了梳理和归并;根据上述准则和指标, 结合GIS 方法、常规统计方法、地统计方法等, 给出了上述评价指标的计算模型及其应用方法和典型案例。最后指出, 在实际应用中需结合研究目标, 针对性选择尺度转换效应函数, 通过开展模型模拟和对比分析, 最终确定合适的尺度转换方法。     

土壤侵蚀模型研究中的几个问题

土壤侵蚀模型是定量研究土壤侵蚀的有效工具,探讨土壤侵蚀模型研究中的有关问题对于土壤侵蚀模型的发展及相关研究具有重要意义。从模型的过程模拟、模型时空尺度变异、模型验证和不确定性几方面对模型研究现状及局限进行了归纳和分析,认为:不同过程的模拟及其模拟方法的不同导致了各具特色的土壤侵蚀模型的出现;大多水蚀模型是对不同时空尺度上的水流及相应侵蚀过程进行模拟预测,在不同的时空尺度上,不同的侵蚀过程占主导地位;现实过程和现象的复杂性、观测方法和手段的限制以及模型的自身的局限性是导致土壤侵蚀模型预测的不确定性的主要原因;与GIS结合的强预测力、低数据要求的模型是土壤侵蚀模型发展的趋势。     

栅格数字地形分析中的尺度问题研究方法

栅格数字高程模型（DEM）固有的尺度特征给以栅格DEM为基本输入的数字地形分析带来各种尺度问题。对栅格数字地形分析中涉及的尺度进行梳理,以分辨率和分析窗口为重点,对栅格数字地形分析中的多尺度表达、尺度效应、适宜尺度选择、尺度转换等尺度问题及其相互关系进行阐述;分别介绍各类尺度问题的现有定量研究方法,尤其对尺度效应定量刻画和适宜尺度选择方法,根据不同方法计算定量指标所利用的信息类别进行分类归纳;最后讨论了其中有待进一步开展研究的几方面工作。     

栅格数字地形分析中的尺度问题研究方法简

栅格数字高程模型（DEM）固有的尺度特征给以栅格DEM为基本输入的数字地形分析带来各种尺度问题。对栅格数字地形分析中涉及的尺度进行梳理,以分辨率和分析窗口为重点,对栅格数字地形分析中的多尺度表达、尺度效应、适宜尺度选择、尺度转换等尺度问题及其相互关系进行阐述;分别介绍各类尺度问题的现有定量研究方法,尤其对尺度效应定量刻画和适宜尺度选择方法,根据不同方法计算定量指标所利用的信息类别进行分类归纳;最后讨论了其中有待进一步开展研究的几方面工作。     

定量遥感尺度转换方法研究进展

首先对遥感科学和气象学、水文学、生态学、地理学和的尺度概念及其转换方法进行了区分。其次对遥感数据空间尺度转换方法的国内外研究进展情况进行了系统梳理,重点比对了目前空间尺度转换常用6种转换方法：统计转换法、分类转换法、数据融合转换方法、分形分析法、基于局域动态模型的转换方法和基于物理意义尺度转换方法及其各自所属方法的优点和缺点。再次以遥感时间尺度转换应用最为广泛的地表蒸散发和农业旱情监测等2个领域为例,对遥感时间尺度转换方法进行了总结。最后预测了今后定量遥感尺度转换研究可能的研究重点,以期为今后更好地开展尺度效应和尺度转换研究工作提供参考。     

土地变化科学中的尺度问题与解决途径

尺度问题是土地变化科学中的关键问题。总结国内外近10年来土地变化研究中尺度问题的进展表明:土地变化研究中的尺度问题多集中于数据处理、格局与过程的表征、驱动力的影响、模型运用、生态环境效应以及土地政策与可持续管理等方面。尺度问题主要产生于地理现象的异质性、地理系统的等级性、响应与反馈的非线性、干扰因素的影响及主观认识的局限等。土地变化中尺度问题研究的一般途径为尺度选择-尺度分析-尺度综合;尺度选择时应该以问题为指向,数据为基础,选择适宜的尺度;尺度分析中需要从更大尺度和更小尺度同时开展分析,找出重要的变化动态,防止信息的遗漏或夸大;尺度综合是认识全球与地方关系的纽带,可将其分为尺度上推和尺度下推,在尺度综合中方法是主导,目标是寻找各尺度之间的"连通性"。模型有助于深刻理解土地利用系统动态,发展嵌套式模型是目前尺度综合研究中的重要内容。     

时间地理支持下的核密度估计研究进展

时间地理核密度估计是经典核密度估计(KDE)基于时间地理的一种扩展,主要是将标准核函数的定义域扩展至时间地理的时空可达域,以通过增强定义域在时空方面的物理意义来避免非零密度被分配到可达域之外的问题。时空可达域包括时空碟和由时空碟复合而成的潜在路径区域(PPA)。这2类可达域用作核函数的定义域能解决上述问题,但也带来了新的问题。基于时空碟构建的核函数能叠加成PPA上的概率密度,但敏感于时空碟的时间点。而基于PPA构建的核函数相较于理想布朗桥模型缺乏双峰特性,且也不能生成时空碟上的概率密度函数。因此,时间地理与KDE相结合的研究还处于应用前的理论探索阶段,论文的目标就是对这一进程进行梳理并引出未来的发展趋势。论文围绕时空轨迹不确定性量化这一目标,首先回顾了时间地理与核密度估计的不同功用,然后对两者相融合的意义、框架和模式进行了阐述。最后,认为时间地理的可达域代替核密度估计的定义域是改进时空轨迹不确定性测度的重要手段,但距离目标的落地还有一定的距离。     

On the Issues of Scale,Resolution, and Fractal Analysis in the Mapping Sciences*

Scale and resolution have long been key issues in geography. The rapid development of analytical cartography, GIS, and remote sensing (the mapping sciences) in the last decade has forced the issues of scale and resolution to be treated formally and better defined. This paper addresses the problem of scale and resolution in geographical studies, with special reference to the mapping sciences. The fractal concept is introduced, and its use in identifying the scale and resolution problem is discussed. The implications of the scale and resolution problem on studies of global change and modeling are also explored.     

区域土地利用转型诊断与调控的分析路径

土地利用转型正表现为城乡地域系统演变的重要特征,土地利用转型分析的意义在于发现土地利用形态转变指示的土地利用问题。本文尝试解析了区域人地耦合关系下的土地利用形态转型逻辑,系统阐释了区域土地利用转型的诊断分析路径,重点探讨了乡村土地利用转型问题诊断与调控途径。研究指出：① 区域土地利用转型侧重考察土地变化趋势性转折对应的土地利用方式的转变要求,阐释转型分析所指示的土地利用问题及其表现特征,以此找寻转型调控的应对策略。② 应依据尺度和梯度分异方式揭示区域土地利用转型特征,理解不同尺度上转型调控的融合过程,研判区域土地利用转型调控措施。③ 土地服务供给变化是引发乡村土地利用显性形态和隐性形态转型发生错位的关键原因,土地利用显性形态与隐性形态之间的互适关系,则反映了土地利用形态空间关系构成的问题特征。④ 基于乡村地域尺度和梯度分异原则、基于城乡融合发展背景、重构农村土地权利体系和开展国土空间规划是探索乡村土地利用转型调控的四个重要分析路径。⑤ 不同尺度区域土地利用转型认知与转型调控对策的融合仍需要进一步拓展,而激活乡村土地资源要素是调控乡村土地利用转型的关键途径。     

城市分形中心与占优标度区选择

用回转半径法研究城市分形特征时,中心点位置的选择至关重要。以反映城市基础设施情况的兴趣点(point of interest,POI)作为基础数据,分析中心点位置对标度区识别的影响。将POI几何中心、重心、密度中心、中心城区几何中心和重心5种统计中心作为待选中心,给出辐射范围、核心密度与分形维数、中心漂移度等标度区相关指标,提出判断占优标度区的POI数量最大化原则。通过统计中心与地标中心标度区对比,确定城市分形中心和占优标度区。省会城市及直辖市标度区分析结果显示:统计中心各有优劣,占优中心总体上更倾向于POI几何中心和密度中心,地标中心有时优于统计中心;密度中心对应的占优标度区半径维数较低,若半径维数太低则容易陷入局部密度中心;中心漂移度指标表明可能存在更好的分形中心选择方案。     

Representing geographical objects with scale‐induced indeterminate boundaries: A neural network‐based data model

The degree of uncertainty of many geographical objects has long been known to be in intimate relation with the scale of its observation and representation. Yet, the explicit consideration of scaling operations when modeling uncertainty is rarely found. In this study, a neural network‐based data model was investigated for representing geographical objects with scale‐induced indeterminate boundaries. Two types of neural units, combined with two types of activation function, comprise the processing core of the model, where the activation function can model either hard or soft transition zones. The construction of complex fuzzy regions, as well as lines and points, is discussed and illustrated with examples. It is shown how the level of detail that is apparent in the boundary at a given scale can be controlled through the degree of smoothness of each activation function. Several issues about the practical implementation of the model are discussed and indications on how to perform complex overlay operations of fuzzy maps provided. The model was illustrated through an example of representing multi‐resolution, sub‐pixel maps that are typically derived from remote sensing techniques.     

Applied Geography and New Geographies

Scale and resolution have long been key issues in geography. The rapid development of analytical cartography, GIS, and remote sensing (the mapping sciences) in the last decade has forced the issues of scale and resolution to be treated formally and better defined. This paper addresses the problem of scale and resolution in geographical studies, with special reference to the mapping sciences. The fractal concept is introduced, and its use in identifying the scale and resolution problem is discussed. The implications of the scale and resolution problem on studies of global change and modeling are also explored.