面向复杂地理场景的日照分析算法研究

在现实世界的复杂地理场景中进行日照分析模拟,必须考虑众多真三维地形/地物的遮挡因素,传统的日照分析方法难以得出高效、准确的结果。该文面向复杂地理场景的真三维地形/地物要素,设计了相应的日照遮挡分析算法,并以太阳光线的空间局限性为基础,构建了均匀格网-AABB-kd-树的场景组织方式,可以准确、快速地计算出日照时数,有效地实现了算法加速。     

城市异速标度研究的起源、困境和复兴

系统总结了城市异速标度研究的学术源流、量纲困境和现状特征,重点探讨了城市化异速标度分析的前景和意义。异速标度是城市研究的基本理论方法之一,该方法起源于20世纪50年代的生物学和一般系统论。由于量纲难题,城市异速分析经过一段时间的研究热潮之后趋于冷落;由于分维概念的引入,异速标度关系摆脱了量纲困境;由于相关领域的推动,城市异速分析方法复兴。异速生长和异速标度分析在城市形态、城市生态、城市性态、城市动态以及城市体系等诸多领域都有应用。如今,异速生长正在与分形和自组织网络理论相互融合,发展成为基于一般标度律的城市过程和格局的集成分析方法。由于城市化与城市形态、城市体系等方面的密切相关,异速标度分析极有前景的一个发展方向可能是城市化研究。城市化异速分析可望将不同类型的城市异速标度研究成果组织成一个完整的逻辑框架。     

流域地形景观系统的复杂网络描述

人工作用下流域地形景观系统研究是流域地貌水文研究的重要内容。该文采用复杂网络理论研究黄土高原丘陵沟壑区小流域系统,借助数字地形分析方法从DEM数据中提取网络要素,建立流域地形景观复杂网络模型;选取度、平均路径长度、集聚系数等指标,分析得到网络具有小世界特征,网络中度-度关联性呈现负相关性,负地形中沟谷网络呈现无标度特征;地理尺度对流域地形景观网络拓扑结构影响不大,在人工作用下的地形景观网络呈现平均度减小、集聚系数增大;网络中关键节点的变化影响着网络拓扑结构,改变了小流域系统的地貌水文特征。复杂网络理论为研究流域地形景观系统演化提供了一种新方法。     

中国土地利用/土地覆盖的多尺度空间分布特征分析

研究了我国土地利用影响因素及其空间规模相关性,采用数理统计与ＧＩＳ手段从多个规模尺度上探讨了我国土地利用的空间分布特征。其结果对全国以及各级政府进行土地利用规划、制定相应的土地开发与利用政策等具有一定的参考意义。     

基于分形理论的江苏省城市规模分布与异速生长特征

以江苏省1996～2008年城市非农业人口和建成区土地面积为主要数据,借助分形地理学中的城市位序一规模分布法则和异速生长定律及其广义分形性质,对全省城市规模分布演化规律、结构容量和城市人口-面积异速生长标度指数、退化关系进行探讨。结果表明：全省城市体系发育较为健全,规模序列结构正处于集中向分散过渡的时期,大中城市成为城...     

中国国土面积究竟有多大?——标度对称与中国陆地面积的分形分析

海岸线的长度依赖于测量尺度,因此没有确定的测量结果:尺度越小,测量的长度值越大。国境线的测量也具有类似的尺度依赖性。这种性质与分形性质有关。分形的本质是标度对称性,而对称性意味着某种不可观测量。由于标度对称性的存在,一些地理现象的基本测度(如长度、面积)无法准确计算。中国、美国等国家的国土面积大小都没有确切的数据:在版图没有任何变动的情况下,不同时期、不同机构的测量结果不一致,有时甚至大相径庭。本文借助分形模型和标度对称思想探讨这一问题。假定一个国家包括漫长的海岸线,则其国土可以分解两部分:主体部分可以用Koch岛模型刻画,岛屿部分则可以用Pareto分布描述。这两部分叠加的结果是,国土总面积随着测量尺度的减少而逐步增加。因此,中国政府可以正式公布国土面积的最新测量数据,而不必继续担心由此引发的国际政治争端。     

作为CAS的复杂城市地理系统的SOC性质

将城市作为复杂适应性系统(CAS)研究其自组织临界性(SOC)具有重要的理论意义和实践价值,这方面的探索工作刚刚开始。本文从城市的地理空间角度出发,论证城市是一种复杂适应性系统。城市在本质上是不可还原的,我们可以根据积木的机制将城市分解,但分解的结果对解释城市的复杂行为丝毫没有帮助。由于城市和城市体系都具有分形结构、服从Z ipf定律,且具有1/f噪声的特征,由此判断城市地理系统具有自组织临界性质。自组织临界性与复杂性适应性立论的视角不同,但可以统一于“混沌的边缘”这一概念。     

水资源复杂适应配置系统的理论与模型

在对水资源配置系统的复杂性及其复杂适应机理分析的基础上，应用复杂适应系统理论的基本原理和方法，构架出了全新的水资源配置系统分析模型，同时对系统的动力机制、主体行为特性和系统状态的评价方法进行了描述，形成了一个较为完整的研究体系，用于分析水资源配置系统的演化规律，并应用这种分析方法对南水北调工程对受水区水资源配置的影响进行了简要的研究。     

基于灯光数据的京津冀城市多标度异速分析

城镇体系的时空演化是一个复杂的动力学过程,具有无尺度性,其特征可以采用异速标度指数定量描述。论文以京津冀为例,基于1992—2013年夜间灯光数据的校正结果,提取城镇夜间灯光信息,采用多标度异速分析方法,分析京津冀城镇体系的相对发展特征及其空间分异格局。研究发现：①京津冀大城市的增长空间局限日益显著。虽然大城市如京津唐的绝对发展水平高,但接近环境承载量的极限,22 a间增长快速的是大城市交接地带的小城市(如三河、迁安、廊坊等)。②相对增长速度快的城市从东北到西南呈现带状分布——政府选择发展的“雄安新区”就在这个轴带上。由此可以得出两个结论：其一,京津冀城市演化的趋势相对均衡化,空间结构异质性逐步减弱,整个城镇体系的发展趋于相对平衡状态;其二,大、小城市“两极”贯通或许是增强城镇体系功能的有效途径。京津冀的空间格局优化不能仅仅考虑主要的、规模大的中心城市,而应该基于等级结构协调整个城镇网络体系。     

京津冀城市用地形态的双分形特征及其演化

区域城乡一体化的标志之一是城镇体系结构的一体化,这个过程可以从标度的角度进行描述和评价。分形是标度分析的重要方法,地理空间无尺度分布特征的典型参数是分维。论文以京津冀城镇体系为例,利用遥感图像的解译数据和人口普查数据开展分形分析、位序-规模分布分析和异速标度分析,用以解释1995—2013年间京津冀城镇体系演化的过程。结果表明,京津冀城镇体系及其演化的特征有：①京津冀空间结构和位序-规模分布都表现为自仿射双分形结构;②京津冀区域的城市人口-城区面积异速标度退化为假线性关系;③随着城镇体系的演化,自仿射的双分形结构逐步向自相似分形结构演化。由此得出结论：其一,京津冀城镇体系存在结构性的不协调因素。其空间结构和等级结构具有二元化特征,但演化方向却呈现内在结构一体化的显著趋势。其二,大城市用地不够集约。城市边缘区的无序扩张导致土地利用铺张浪费。地方政府和规划专家可以有意识地利用城镇体系演化的这种特征和趋势制定管理措施和优化规划方案。     

自然地理要素空间插值的几个问题

资源管理、灾害管理、生态环境治理以及全球变化研究的需要强化了部分自然地理要素空间插值研究的重要性。这些要素空间插值的核心是建立充分逼近要素空间分布特征的函数方程。对于给定的区域与要素样本值 ,插值函数可以有多种模型形式。各类模型的精度受其理论基础、模型算法、时空尺度效应、样本数据属性等因素的综合影响。通过对国际主要插值研究成果进行分析 ,文章认为各类模型插值精度的差异缘于模型对插值要素空间变异性与空间相关性的反映 ,具体应用中 ,只有对已知样本数据进行变异性与相关性分析才能选出适当的插值方法。     

2014—2019年中国秸秆焚烧火点的地理特征分析

客观、精细地刻画秸秆火点的地理空间分布特征,对科学引导作物秸秆焚烧和提高行政监管效率具有重要意义。基于2014—2019年中国区域内Satsee-Fire火点数据集和地形、社会经济数据建立的中国秸秆火点数据库和自然-人口-经济数据库,本研究采用GIS分析工具和数理统计方法,剖析了中国秸秆火点在地形、公共交通和人口-经济三方面7个因子之下的空间格局特征,结果表明：① 秸秆焚烧现象集中发生在高程低于250 m、坡度低于8°的区域,而位于北向坡和南向坡的秸秆火点数分别占总数的42.65%、37.36%。② 秸秆焚烧现象在机场和铁路禁燃区内呈不同的空间格局特征。距机场愈远秸秆焚烧行为愈普遍,机场禁燃区的秸秆焚烧有近六成发生在距机场11~15 km处;而铁路禁燃区内的秸秆火点分布较为均衡,总体呈内部圈层较外部区域略微密集态势,空间上火点密度整体随纬度增加而逐步增加,山西、内蒙古、河北及东三省铁路禁燃区火点数占总数的76.88%。③ 近七成的秸秆火点发生在人口密度低于250人/km2的县域,而58.17%的秸秆火点发生在年GDP低于100亿元的县域;秸秆焚烧现象与县域人口密度、GDP水平存在负相关关系,即县域人口密度愈大、县域经济愈发达,发生秸秆焚烧的现象愈为鲜见。     

GIS支持下不同生态背景的土地利用空间特征分析

在遥感与地理信息系统技术支持下 ,分析了不同生态背景下的我国土地利用、土地覆盖特征的空间分布。具体表现为对不同温度带、不同降雨带、不同高程带上的土地利用的时空特征进行了研究分析 ,结果表明 :总体上我国的土地主要分布在寒温带以下、降雨<2 5 0 mm的干旱带、高程在 1 0 0 0～ 3 5 0 0 m的地区。其中耕地主要分布在中温带、降雨在 40 0～ 80 0 mm的半湿润带、高程在 1 0 0 m以下的低平原区 ;林地分布在中温带、降雨为 40 0～ 80 0 mm的半湿润带、高程在 1 0 0 0～ 3 5 0 0 m的中山区为最多 ;草地主要分布在寒温带以下、降雨 <2 5 0 mm的干旱区、高程 1 0 0 0～ 3 5 0 0 m的中山区 ;建设用地则主要分布在暖温带、降雨 40 0～ 80 0 mm的半湿润带、低平原区 ;未利用地主要分布在寒温带以下、降雨 <2 5 0 mm的干旱区、高程在 1 0 0 0～ 3 5 0 0 m的中山区。     

信阳地区城乡聚落体系的分形几何特征

以信阳地区为研究区，探讨其城乡聚落体系的空间分布规律，证明乡镇聚落体系与城市体系遵循相同的分形模式，并借助分维，分析了系统的结构问题，指出其未来优化的方向。     

交通网络空间结构的分形维数及其测算方法探讨

分形维数是刻画交通网络空间结构的有效参数,本文系统地论证了反映交通网络分形特征的三种基本分维：一是长度－半径维数,由回地径和相应网络长度的双对数关系定义,其数值反映交通网络密度从中心城市中向腹地的变化特征;三是分枝数目－半径九,由回转半径和相应网络分枝数目的双对数关系定义,其数值反效能网络的区域“渗透”能力和复杂程度;三是空间关联维数,由码尺长度和空间关联函数的害虫指数关系定义,其数值反城市体系空     

黑河流域地理观测分析——复杂性科学视角（英文）

Since 2005,dozens of geographical observational stations have been established in the Heihe River Basin(HRB),and by now a large amount of meteorological,hydrological,and ecological observations as well as data pertaining to water resources,soil and vegetation have been collected.To adequately analyze these available data and data to be further collected in future,we present a perspective from complexity theory.The concrete materials covered include a presentation of adaptive multiscale filter,which can readily determine arbitrary trends,maximally reduce noise,and reliably perform fractal and multifractal analysis,and a presentation of scale-dependent Lyapunov exponent(SDLE),which can reliably distinguish deterministic chaos from random processes,determine the error doubling time for prediction,and obtain the defining parameters of the process examined.The adaptive filter is illustrated by applying it to obtain the global warming trend and the Atlantic multidecadal oscillation from sea surface temperature data,and by applying it to some variables collected at the HRB to determine diurnal cycle and fractal properties.The SDLE is illustrated to determine intermittent chaos from river flow data.     

中国集贸市场的历史发展与地理分布

文章概述了不同历史时期中国集贸市场发展的特点及其地域分布差异,指出合理规划布局和加强市场管理是培育和发展我国集贸市场的两个着力点。     

地理国情分类区划模型构建及实证研究——以河南省为例

地理国情分类区划是认知和分析地理国情的有效途径,是研究认识地理国情类型特征、组合及其演变趋势的区域差异和地理国情空间分异的基础。本文通过对地理国情普查的基本统计数据进行分析,制定了地理国情分类区划的指标体系;基于多维尺度分析和聚类分析,构建了地理国情分类区划模型。选择河南省地理国情普查数据,对其进行分类区划实验。通过对地理国情数据进行多维尺度分析,根据分析的可视化结果,可直观地确定地理国情的分类区划数,并将此设置为初始的聚类数;在此基础上进行k均值聚类,可实现河南省地理国情的分类区划,通过对各聚类簇中指标数据特征进行分析,并根据各聚类簇中心对区划各类型进行定义和解释,最后对聚类结果进行空间化表达。结果表明：河南省地理国情可划分为指标数据极值区、指标数据低值区、指标数据中值区和指标数据高值区4类,且根据空间集聚性分析,可判断分类区划的空间集聚效应显著,各区划类型间相互包容和渗透,集聚呈4条西南?东北的条状带。该项工作可为统筹地理国情与区域可持续发展,制定切实可行的区域发展政策提供科学依据。     

Analyses of geographical observations in the Heihe River Basin: Perspectives from complexity theory

Journal of Geographical Sciences - Since 2005, dozens of geographical observational stations have been established in the Heihe River Basin (HRB), and by now a large amount of meteorological,...     

Videogames, visuality and screens: reconstructing the Amazon in physical geographical knowledge

In this article we attend to an emergent practice of visualising GIS data in physical geography using the graphics engine of a videogame, Crysis. We suggest these modes of image-making aid the possibility of imagining and disseminating complex geographical data differently by re-contextualising seemingly abstract mathematical information within a human horizon of embodied meaning. Furthermore we argue these ways of imagining are closely linked to the technology and phenomenology of screens which make the presentation of these images possible. We close by reflecting on the possibility that these technologies are shifting the grounds of vision and the geographical imagination of users.