地学信息图谱研究及其应用

地学信息图谱综合了景观综合图的简洁性和数学模型的抽象性,它是现代空间技术与我国传统研究成果结合的产物,它可反演过去、预测未来。在分析地学信息图谱、生态系统发展战略、DLU土地利用战略、数学模型与地理信息系统集成等研究成果的基础上,提出了一个区域可持续发展虚拟系统。在这个虚拟系统中,如何将区域可持续发展的有关信息转换为征兆图、诊断图和实施图是其核心理论问题。数学模型计算机程序自动生成软件和开放式地理信息系统的研究成果表明,这些理论问题在不久的将来是可以解决的。也就是说,这个区域可持续发展虚拟系统的进一步研究,能够形成一个可操作的、实用的决策支持系统。     

地学信息图谱的基础理论探讨

文章在分析地学信息图谱的发展现状的基础上,从基本概念与特点、研究内容与目标、研究意义等几方面来阐述地学信息图谱的基本理论,最后对地学信息图谱的发展前景进行了展望。     

中国山地垂直带信息图谱的探讨

通过构建山地垂直带谱数据结构,实现了垂直带谱数字化,增强了垂直带谱的可视化;提出了垂直带谱的三级体系：以基带区分一级带谱,以特征垂直带区分二级带谱,以垂直带组合结构、优势垂直带及垂直高度及宽度区分三级带谱;概括出山地垂直带谱的7种变化模式：同构模式、结构递减模式、突变模式、纬向递减模式、经向减升模式、阶梯递增模式和高原叠加模式;归纳出垂直带谱的5种生态类型：与自然地带相联系的顶极带谱、与主要山地相联系的基本带谱、与特殊地生态现象相联系的过渡／特殊带谱、与人类干扰相联系的扰动带谱,以及与强烈人类活动相联系的次生带谱。深入比较和分析垂直带信息图谱,可以揭示更多的地学信息。     

云南山地土壤垂直带信息图谱分析

地学信息图谱是一种以图形方式显示地理事物或现象空间形态结构、揭示时空变化规律的手段与方法。为了实现基础地理信息数字化,推动"数字山地"研究的开展和区域可持续发展,在地学信息图谱理论和ArcGIS软件环境支撑下,利用云南省第二次土壤普查资料、1∶25万电子地图和DEM数据等建立了云南省土壤垂直带信息图谱,实现了山地土壤垂直带的数字化显示及其与地理位置的链接。基于空间维度的土壤信息带谱显示,在纬度方向上土壤带谱滇西比滇东复杂,且长度随纬向递增;在经度方向上,热带区域的土壤垂直带谱结构相对较简单,亚热带区域的土壤垂直带谱结构、长度趋于一致,温带高原气候区的土壤垂直带谱结构最为丰富和复杂,且再次体现了相同基带上发育的土壤带组成基本相似的规律,但各区内部随经度变化规律不明显。     

地学信息图谱的理论和方法

首先阐述了地学信息图谱的科学概念及其内涵界定,即从"谱"到"图谱"再到"地学图谱",最终引出"地学信息图谱"的定义、特点及其关键科学问题.随后阐述了地学信息图谱的理论基础和标准化模式,说明地学信息图谱的理论基础有地学基础、认知基础和地学信息机理3个方面;地学信息图谱的标准化模式包括标准式样和组成结构、分类标准、提炼模式、建模标准、集成和应用模式等.在此基础上,进一步研究了地学信息图谱的归纳和提炼方法,说明了其一般步骤,并着重强调了人工目视归纳和提炼、GIS和RS工具辅助归纳和提炼、全自动化归纳和提炼等反映地学信息图谱研究水平由低到高的3种不同层次的归纳和提炼方法.再次,介绍了知识创新工程领域前沿项目"地学信息图谱"在区域和中国地学信息图谱研究方面的进展,包括区域尺度的黄土高原地貌形态与土壤侵蚀信息图谱、中国宏观尺度的水网信息图谱和综合景观信息图谱等内容.最后,展望了地学信息图谱对地球科学和地球信息科学的发展的推动意义,分析了它在地学中应用前景. 等.在此基础上,进一步研究了地学信息图谱的归纳和提炼方法,说明了其一般步骤,并着重强调了人工目视归纳和提炼、GIS和RS工具辅助归纳和提炼、全自动化归纳和提炼等反映地 信息图谱研究水平由低到高的3种不同层次的归纳和提炼方法.再次,介绍了知识创新工程领域前沿项目"地学信息图谱"在区域和中国地学信息图谱研究方面的进展,包括区域尺度的黄土高原地貌形态与土壤侵蚀信息图谱、中国宏观尺度的水网信息图谱和综合景观信息图谱等内容.最后,展望了地学信息图谱对地球科学和地球信息科学的发展的推动意义,分析了它在地学中应用前景.     

澳门城市遥感信息图谱

探讨遥感信息图谱的概念、特性、作用与研究内容.用RS GIS技术建立澳门20世纪城市演变图谱,并在此基础上分析了澳门城市在20世纪中的演变特点与未来的演变趋势.     

区域交通网络分形的DBM特征--交通网络Laplacian分形性质的实证研究

城镇体系在理论状态下的三角点阵格局暗示着现实中的交通网络在一定时空条件下具有ＤＢＭ模型的某些特征。从形态分析和维数对比两个方面论证了区域交通网络扔Ｌａｐｌａｃｉａｎ分形性质,认为可用ＤＢＭ模型模拟城镇体系－交通网络的形成和演化过程,从而揭示其动力学机制。     

基于地学信息图谱的福建省生态环境脆弱性分析

以地学信息图谱理论为指导,借鉴其它学科图谱研究的理论和方法,经过图谱思维的抽象概括,结合福建省脆弱生态环境的现状和存在的问题以及今后合理利用和保护的方向,提出建立脆弱生态环境信息图谱的指标体系,对福建省各县市的生态环境脆弱性进行评估,并进行规律和模式的挖掘,形成对区域生态环境更深层次的认识,探讨地学信息图谱在福建省脆弱生态环境建设中所能发挥的作用.     

基于地学信息图谱的土地利用动态变化研究——以山东省龙口市为例

阐述了地学信息图谱的内涵及其概念模式.选择山东省龙口市为例,在遥感和地理信息系统技术支持下,利用2002年数字遥感图像和1996年土地利用图及其自然和社会经济统计数据,建立了龙口市土地利用动态变化信息图谱,并根据图谱从空间和时间两方面分析龙口市土地利用动态演变过程,最后结合马尔科夫模型对其未来的演变趋势进行动态预测.研究表明:自1996年以来,龙口市土地利用发生了大幅度变化,耕地面积减少5 383.48 hm2,园地和建设用地面积各增加33 729.62 hm2和2319.91 hm2;同时土地利用结构发生明显变化,主要表现在耕地和园地之间的转化,耕地和园地向建设用地的转化.预测表明:在未来的几十年内,耕地面积仍将继续减少,建设用地面积还会逐年增加,园地仍为该市的主要用地类型.     

黄河三角洲新生湿地土地利用变化图谱

在陈述彭先生提出的地学信息图谱理论和方法基础上,构建了土地利用图谱模型,在黄河三角洲新生湿地四期土地利用数据提取的基础上,合成了土地利用系列图谱,分别是1956～1984年,1984～1991年,1991～1996年三个时序。本文从黄河三角洲新生湿地土地利用强度变化、土地利用结构变化和土地利用格局变化三个方面进行了土地利用变化图谱分析,为地学信息图谱在土地利用变化研究中的应用提供了典型案例和实证。     

从航空运输看中国城市体系的空间网络结构

航空运输是研究城市体系空间结构较为独特但又越来越重要的一个视角。本文以航空港客运量和每周航班数为基础 ,通过分析航空网络的结构特点来揭示中国城市体系的结构框架 ,并依据航空网络结构形态以及国内外航空联系的变化预测未来城市体系空间结构的可能演变。     

多中心城市群土地利用/覆被变化地学信息图谱研究——以长株潭城市群为例

多中心城市群具有交通网络发达、功能联系密切、空间多维复合等特征,其土地利用/覆被变化（LUCC）是一个相当复杂的过程。采用地学信息图谱方法,探索城市群LUCC数量结构与时空格局一体化耦合机理,研究用地变化与区域发展互动关系,有助于深入揭示多中心城市群土地利用时空演变规律,为同类城市群的国土空间规划和健康发展提供参考。本文以典型案例长株潭城市群为例,构建1995—2015年四个时期地学信息图谱,并耦合重心转移模型,在总体量化分析基础上,重点从城际与城乡视角深入解析城市群土地利用时空变化特征和一体化发展态势。研究结果表明：① 土地利用总体动态加速演变。四期建设用地扩张年动态度分别为1.06、4.10、2.21和7.39,转移强度动态增加,耕地和林地呈加速减少态势。② 城际与城乡地类图谱转移呈现多维演变。图谱“15（耕地→建设用地）、25（林地→建设用地）、45（水域→建设用地）”重心由株洲城区（Ⅰ 期）向长沙城区（Ⅱ 期和Ⅲ 期）再向湘潭城区（Ⅳ期）迁移,经历“相对均衡-长沙加速崛起-有机均衡”和“城市加速集聚-城乡相对均衡”演变过程。③ 近年来,城际转移强度差异缩小,转移结构分异增加,区域主体功能逐步凸显。同时,外围区县加速发展,城乡一体化水平明显提升。④ 城市群土地利用涨落势图谱与经济社会一体化发展高度耦合,同时耕地保护与高质量发展有待加强。     

交通网络与城市群旅游地耦合协调演化研究

基于交通网络和城市群旅游地的双向视角,以长株潭城市群为典型案例地,构建城市群交通网络和旅游地的耦合协调演化的评价指标体系,利用综合评价法、耦合协调度模型等方法,分析二者耦合协调演化过程。结果表明：①长株潭城市群交通网络和旅游地发展水平呈协同上升态势,演化大致可以划分为两个阶段,发展水平差异呈倒“U”型下降态势。②城市群交通网络和旅游地发展空间格局均呈现出以长沙为热点区,其他城市为外围受辐射冷点区的空间格局特征,但内部空间格局的非均衡性仍然较大。③长株潭城市群交通网络和旅游地发展水平耦合协调度由“失调”阶段逐渐向“转型过渡”和“优化协调”阶段演变,长沙市一直处于高耦合协调的单极态势,中高耦合协调度地区趋于集聚于城市群东部旅游集散地,低耦合协调度区位指向远离旅游集散地的城市群西部地区。     

交通廊道对城市社会空间的侵入作用——以北京市德外大街改造工程为例

城市社会空间是城市规划和城市地理学的重要研究内容。城市实体结构是城市社会空间的重要影响因子,而城市交通廊道又是最活跃的一种城市实体要素。交通廊道对城市社会空间的作用有侵入、隔离、接替等。本文以北京市德外大街改造工程为例,分析交通廊道对所经过的社会空间的影响。就其理论意义而言,从一个侧面挖掘了美国地理学家莫迪“城市社会空间结构模型”中城市实体层面对社会空间层面的作用机制,即交通廊道是通过切断社会空间关联来影响所经社会空间的。就其实践意义而言,提出在城市大型交通廊道建设中,应该注意保持城市居民生活基本空间单元的完整性。同时指出城市社会空间是一个有机体,不同类型的城市社会空间单元在适应实体空间变化上存在差异性。帕森斯的AGIL理论可以解释德外社区为什么可以积极地适应交通廊道的侵入。     

Tupu methods of spatial-temporal pattern on land use change: a case study in the Yellow River Delta

Comprehensive study on land-use change of spatial pattern and temporal process is the key component in LUCC study nowadays. Based on the theories and methods of Geo-information Tupu (Carto-methodology in Geo-information, CMGI), integration of spatial pattern and temporal processes of land-use change in the Yellow River Delta (YRD) are studied in the paper, which is supported by ERDAS and ARC/INFO software. The main contents include: (1) concept models of Tupu by spatial-temporal integration on land-use change, whose Tupu unit is synthesized by "Spatial·Attribute·Process" features and composed of relatively homogeneous geographical unit and temporal unit; (2) data sources and handling process, where four stages of spatial features in 1956, 1984, 1991, and 1996 are acquired; (3) integration of series of temporal-spatial Tupu, reconstruction series of "Arising" Tupu, spatial-temporal Process Tupu and the spatial temporal Pattern Tupu on land-use change by remap tables; (4) Pattern Tupu analysis on land-use change in YRD during 1956-1996; and (5) spatial difference of the Pattern Tupu analysis by dynamic Tupu units. The various landform units and seven sub-deltas generated by the Yellow River since 1855 are different. The Tupu analysis on land-use in the paper is a promising try on the comprehensive research of "spatial pattern of dynamic process" and "temporal process of spatial pattern" in LUCC research. The Tupu methodology would be a powerful and efficient tool on integrated studies of spatial pattern and temporal process in Geo-science.     

基于“流空间”视角的铁路客运空间组织分析——以长三角城市群为例

当前,以“流空间”视角阐释现代交通运输方式在实现区域一体化中发挥的作用,通过关联性描述其网络空间组织过程,能为交通与城市体系互动发展提供科学支撑。基于此,以2000年以来铁路客运班次数据为依托,应用社区发现算法分析长三角城市群铁路客运网络及空间变化特征,结论如下：① 城市群发育出京沪社区、浙江社区、皖江社区和苏中北社区等子群,各社区内部为铁路客运联系的主要范围和方向,且表现出差异性空间联系格局变化;② 高内部联系社区具有较高外部社区间联系强度,枢纽城市间多发生跨社区高联系,形成不依赖于铁路可达性的“核心-边缘”式结构;③ 按空间特征将各社区分为单核心社区、双核心社区、多核心社区和无核心社区,从社区内联系模式看,核心城市数量不断减少、较高联系通道不断发育,但两者间存在不匹配;④ 从社区间联系模式看,高速铁路在增强跨社区交流过程中扮演重要角色,核心城市间联系增强,客运网络由通道指向转变为枢纽指向。     

A fine-grained perspective on the robustness of global cargo ship transportation networks

The robustness of cargo ship transportation networks is essential to the stability of the world trade system. The current research mainly focuses on the coarse-grained, holistic cargo ship transportation network while ignoring the structural diversity of different sub-networks. In this paper, we evaluate the robustness of the global cargo ship transportation network based on the most recent Automatic Identification System (AIS) data available. First, we subdivide three typical cargo ship transportation networks (i.e., oil tanker, container ship and bulk carrier) from the original cargo ship transportation network. Then, we design statistical indices based on complex network theory and employ four attack strategies, including random attack and three intentional attacks (i.e., degree-based attack, betweenness- based attack and flux-based attack) to evaluate the robustness of the three typical cargo ship transportation networks. Finally, we compare the integrity of the remaining ports of the network when a small proportion of ports lose their function. The results show that 1) compared with the holistic cargo ship transportation network, the fine-grain-based cargo ship transportation networks can fully reflect the pattern and process of global cargo transportation; 2) different cargo ship networks behave heterogeneously in terms of their robustness, with the container network being the weakest and the bulk carrier network being the strongest; and 3) small-scale intentional attacks may have significant influence on the integrity of the container network but a minor impact on the bulk carrier and oil tanker transportation networks. These conclusions can help improve the decision support capabilities in maritime transportation planning and emergency response and facilitate the establishment of a more reliable maritime transportation system.     

A study on urban system planning of Xiantao city in Hubei Province,China

Xjantaocity,lyingbetween112'56'E~113'49'E,30'04'N~30'32'N,issighttedinJianghanPlainofcentral-southHubeiProvince.ItneighboursWuhancitytotheeastQianjiangstytothewest,facesHonghucityandJianlicountytotilesouthacrosstheDongiinhiverandissepalatedbyHanjianghiverfromThalnencityandHallchuancountytothenorth.Itcoversanareaof2535km2.In1992itStotalpopulahonwasestjjnatedat143.2x10',ofwhichnon-agricultulalpopulahontotalled35.49x10',accounhngfor24.79%ofthecity'stotalpopulahon.ItsGNPwas24.3x108yUan,of…     

从中心地到城市网络——中国城镇体系研究的理论转变

城镇体系核心特征的演变,推动其研究视角由等级制的传统中心地理论向关系制的现代城市网络转变。以已有相关研究成果为基础,简要回顾克氏中心地理论在中国城镇体系研究中的理论和实证进展,通过对中心地理论固有缺陷,以及城镇体系研究逻辑变化的分析,阐明传统中心地理论在解释和解决现代城镇体系问题时的局限性;指出城市网络理论兴起的背景：交通革命带来的时空压缩导致区位论的解释失效、流空间理论的产生、全球化与生产网络的产生、制度与体制演变——中心地组织原则的转化;从企业组织、交通流、信息流三个研究视角,揭示中国城镇体系研究的网络思维端倪;通过研究主体特征的关注由中心性到节点属性、主体关系由等级从属到功能互补、时空尺度由地方到全球三个方面的对比,指出中心地与城市网络应用于城镇体系研究中的理论差异。     

基于陆路交通的丝绸之路经济带可达性与城市空间联系

对丝绸之路经济带交通网络及城市空间联系进行分析是实施丝绸之路经济带战略和推进沿线区域合作共赢的基础工作。本文基于GIS空间分析技术,研究了丝绸之路经济带栅格可达性空间格局,并依托陆路交通网络进行了城市空间联系状态模拟。结果显示:丝绸之路经济带内城市可达性空间分布呈现出集聚分布的特点,具有明显的"走廊"空间特征。城市节点平均可达性时间为16.25 h,可达性在2 h以内的区域仅占全区总面积的10.60%,可达性最差的区域大都为荒漠地区,最差可达性高达171 h;西安作为门户城市,承担了中国西北五省与丝绸之路经济带有关国家、地区和城市之间的联系。中亚国家内部及其与外部国家城市之间的空间联系较为薄弱;丝绸之路经济带正在发育形成4条轴线,在未来丝绸之路经济带战略推进过程中,应实施"点—轴"带动,协同推进重点发展走廊和中心城市培育工作。