PIR传感网数据的几何代数建模与行为分析

现有基于PIR（Passive InfraRed）传感器数据的人体行为研究主要局限于运动时空分布、聚类等,对行为轨迹的重建和语义特征的解析相对较少,亟需发展新的建模与行为分析方法。本文尝试利用室内区域PIR传感器监测数据进行时空轨迹重构及其所揭示的运动语义特征研究。本文引入几何代数理论方法,构建传感器场景网络,实现了几何代数空间下动态网络的表达与路径计算,分析了人体运动特征及语义特征,建立最小语义单元,实现了空间数据到语义特征的转化,并可对个人和群体运动的空间区域特征和拓扑特征分析提供支撑。论文将传统PIR传感器网络分析从以几何、统计等为主的信号提取,转变为基于几何代数系统中不同类型代数结构的生成与转化问题,为诸如PIR传感网数据分析一类的非确定问题的求解提供了新的思路和数学基础,可为物联网GIS的构建提供借鉴。     

面向矢量地图数据的时空对象生成工作流技术

针对目前存在的由矢量地图数据生成时空对象的方法通用性、灵活性、可复用性不足等问题,本研究提出一种面向矢量地图数据生成时空对象的工作流技术框架。首先,将由矢量地图数据生成时空对象的流程划分为文件解析层、时空对象构建层和数据持久层三个层次;在文件解析层进行矢量地图数据的多要素解析以获取原始属性信息,在时空对象构建层将各几何要素进一步封装为时空对象,在数据持久层将时空对象及其关联的映射集进行批量入库,各层之间基于工作流引擎变量进行功能连接和信息传递;其次,在Camunda工作流引擎外部任务模式下实现了上述框架,在三个层次设计了五个功能节点和六个引擎变量,可分别针对不同任务需求进行功能节点的模块化拼接;最后,以重庆市大德镇6852份农田矢量数据和某出租车3306条轨迹数据为例,分别测试了各节点的独立功能、多节点拼接和全功能的时空对象批量生成任务。结果表明,研究成果可以在进行少量人工干预的情况下,实现从矢量地图数据生成时空对象的各项自定义任务,提高了时空对象生成的灵活性和复用性。     

基于ArcGIS Engine的旅游流时空分析系统设计与应用

 针对现有旅游流研究所面临的数据来源多样复杂、理论及模型分布分散、过程特征解析及重建复杂,以及表达困难等问题,以ArcGIS Engine为开发平台,从时空特征分析入手,构建适用于旅游流表达与分析的多源时空数据组织与存储体系,实现多源研究数据的整合与集成。同时设计了旅游流时空分析的模型集成框架,集成典型分析模型,实现了旅游流时空特征、过程,以及相互作用分析与可视化表达。另构建可反映旅游流研究思路与流程的旅游流时空特征解析与表达系统,并以江苏省13个地级市的旅游流为例进行实证分析。结果显示:本文所构建的系统可揭示旅游流及其相关要素的时空演化特征与相互作用关系,并能实现旅游流时空特征与过程解析结果的可视化表达。     

2010年中国西南旱情的时空特征分析——基于MODIS数据归一化干旱指数

近年来,干旱灾害频繁发生,对区域内农业生产和生态环境造成了极大的破坏.为了快速准确地获取大面积地表土壤水分信息用以评估地表受旱程度,本文以2010年年初中国西南大旱为例,运用MODIS可见光-红外波段数据以及像元可信度综合生成了归一化干旱指数(NDDI).同时,结合研究区内地面气象站点实测的土壤湿度数据验证了NDDI对地表土壤湿度的敏感度.结果表明:相比于植被状态指数(VCI)干旱监测模型,NDDI能更加灵敏地对浅层地表干湿变化做出迅速响应.最后,本文利用NDDI分析了2010年年初中国西南大旱旱情发展的时空演变过程,宏观上重现了此次旱情的发展历程,并使用该指数统计了不同时间节点、不同干旱等级下的贵州省土地受旱面积.结果显示:2010年1月- 2010年4月为贵州省旱情最为严重的4个月,平均受旱面积达103 352km2,最大受旱面积达132 257km2,占贵州省总面积的75％以上.同时,旱情等级为重旱的土地面积最大达到88 246km2,占贵州全境土地面积的50％以上.     

船舶轨迹数据的Geodatabase管理方法

 船舶轨迹的自动观测记录已进入了大数据时代,其呈爆炸式增长的趋势给传统的轨迹数据管理方式带来了巨大挑战。本文针对通用船舶自动识别系统(AIS)岸基网络中船舶轨迹数据上传频率高,数据量大,覆盖范围广的特点,首先,分析了当前常见船舶轨迹数据存储方法存在的缺陷,概括了船舶轨迹数据的特征并对其进行抽象建模,然后,在时空立方体模型的基础上,提出了从抽样时刻、步进时段到每日航次的三层组织框架的建模思想,设计了Geodatabase的网格化三级时空立方体模型,实现了海洋运输船舶轨迹观测记录的Geodatabase管理方法。通过我国AIS岸基网络(温州-汕头)单日观测数据的实例验证,表明该模型存储及时空查询性能良好,且具有轨迹数据存储、查询和空间分析一体化管理的独特优势。     

夜间灯光遥感数据的GDP空间化处理方法

 随着夜间灯光遥感数据的应用日渐成熟和资源环境研究领域,对空间型社会经济数据的需求增加,利用相关分析和回归分析的方法,首次定量探讨夜间灯光数据与统计型的社会经济数据的空间关系。为提高模型精度,按照我国省级行政边界分区建模,分析全国县级的地区生产总值、第一产业、第二产业、第三产业分别与夜间灯光指数的空间相关关系,最终建立全国的1km GDP密度图。结果表明,全国范围的夜间灯光数据与第一产业的相关性不明显,相关系数0.554,模型拟合效果差,R²为0.306;夜间灯光数据与地区生产总值、第二产业、第三产业均有明显的对数线性关系,尤其是与第二产业和第三产业之和,相关系数为0.824,R²为0.679。利用分区模型估算,生成的GDP密度图能较完整地反映全国社会经济分布详况,以及宏观分布特征。     

呼吁建立调查数据的科学监理制度

信息化社会来临,数字化浪潮势不可挡,人们对数据的关切,空前高涨。2003年世界遭遇二大突发事件的冲击:一是伊拉克战争,美国以50多颗卫星和5000多枚精密制导和巡航导弹,数字化第四步兵机械师和全球定位系统等数字化装备,以压倒优势攻击伊拉克,掌握绝对制控权,打了一场很不对称,不正常的战争,充分显示出双方“数字鸿沟”的差距。二是非典型肺炎的世界性传染病,涉及20多个国家,流窜到人口高度密集,交通极度发达的国际大都市。我国政府和国际组织都对非典病人统计数据的可信度表示格外的关切和重视。     

近20年来黄土高原地区的经济增长时空分异特征

经济不均衡增长是区域发展的一种常态.分析区域经济增长时空差异及成因,对于认识和加快落后地区的经济发展具有重要的意义.本研究在GIS技术的支持下,对黄土高原地区近20年来以县市为单元的经济增长时空分异特征进行了系统的分析.主要结论有:改革开放以来,黄土高原地区的GDP水平呈现出持续的快速增长态势.近20年来,陕北和内蒙古鄂尔多斯地区增长最为迅速;人均GDP的空间分布整体上呈现出“两高一低”的带状分布格局,且这种格局明显地受到极化增长的扰动和重塑;经济增长表现出显著的极化增长特征,且经济增长极的极化作用与增长极之间地位的调整是同时进行的;与常态化的城市产业集聚推动型经济相比,机遇性的资源开发拉动型经济对人均GDP的拉动速度更快,但可持续性较差.未来,黄土高原地区应走以中心城市带动为主,以能矿产资源开发拉动为辅,两者相互促进,共同带动整个区域经济更快、更好、更可持续地发展的道路.     

线状空间数据传输的几何相似性度量算法与实验分析

 同一地物在不同比例尺或者不同来源的地图上通常存在着相似性,对于图形几何形似性度量方法的研究有利于地图编制、查询、匹配、更新。线状地物要素在地图中占有很大的比例,因此,本文以线状空间目标为例,在前人的基础上给出了线状空间数据的几何图形相似性度量模型:(1)以差异距离作为相似性特征的位置相似度;(2)以分形维数作为相似性特征的形状相似度;(3)以长度或者周长作为相似性特征的大小相似度。相对于(3)大小相似度而言,(1)位置相似度、(2)形状相似度综合考虑了几何图形整体统计的方法和局部几何特征结构。完成多尺度传输的线状空间数据几何相似性度量实验,并对数据传输量与几何相似性度量方法进行比较,实验结果表明:基于广义Hausdorff距离模型的中位数Hausdorff距离的位置相似性对于空间数据渐进性传输具有稳定性和可行性。最后,总结了本文的研究成果,并展望了该方向进一步研究的若干问题。     

GIS环境下智能化地图概括的方法研究

引言 近年来,随着地理信息系统由纯科研项目应用向部门化、网络化的大型运行系统发展,“一库存储”与“多种用途”之间的矛盾越来越显得突出。在学术界,“多比例尺GIS”或“多分辨率GIS”更是数次国际和国内GIS讨论会、空间论坛的热门话题。在这种形势下,制图综合不再仅仅是归属于地图学领域的课题,而是GIS领域内需求迫切、不可回避的重要的数据变换操作。因此,有关制图综合问题的论文缕缕在国内外GIS学术会议上宣读。足以说明其重要性正在引起人们的重视。     

基于OGC简单要素规范的面向对象时空数据模型

针对时空数据模型与时态地理信息系统研究中存在的几类问题,本文提出了一种通用的面向对象的时空数据模型,即GOO-STDM。该模型从时空对象的基本属性和行为出发,运用面向对象方法,将地学对象封装为空间、专题、时间的整体,满足地学对象的what/where/when语义。在此基础上,利用开放地理空间联盟(OGC)的简单要素规范(SFS)以及对象-关系型数据库设计了模型的时空类结构、时空拓扑关系函数、存储方案和时空中间件实现方法。GOO-STDM模型具有较好的扩展性、实用性和通用性,为时空数据模型的研究提供了新的思路。     

时空数据质量与模型

时空数据不确定性与数据质量是地理信息科学的基础理论之一,也是GIS应用发展的重要问题.本文作为ISPRS2008大会专题"时空数据质量与模型"导读,从空间实体的位置不确定性、数字高程模型的位置不确定性、遥感数据的不确定性、属性数据的不确定性与质量控制、空间分析与操作的不确定性传播和空间数据采集的不确定性与处理等方面,分析了时空数据不确定性与数据质量的最近发展.     

基于快照方式的面向对象模型探讨

TGIS(Spatial-TemporalGIS)是GIS的重要分支,是实现动态数字地球的关键技术。静态3DGIS的技术已基本成熟,而其加上时间维的4DTGIS的关键技术是时空数据库的建立及其操作,它们与时空数据模型有关,主要处理超海量数据的存取和查询。本文结合快照模型的简单易行性和面向对象模型的方便灵活性,同时避开快照模型的不一致性和冗余性,以及面向对象的复杂性,探讨基于快照方式的面向对象模型,是一种实用的TGIS数据模型。它在对时间属性的处理方面采用独到的方法,首先建立一个基数据,然后通过快照方式产生缓冲数据,经过比较形成一个以对象变化为主的带有时间戳的新数据层。这样,在数据存储方面,节省了很多空间;在查询分析方面,以对象变化分层的数据算法更容易实现。此理论方法有效解决了TGIS的“瓶颈”问题,并通过自动元胞机理论(CA)予以证明。     

基于归一化的矢量空间数据盲水印算法

对于鲁棒矢量空间数据水印技术而言,几何变换攻击是难以对付的一种攻击。现有的抗几何变换攻击算法难以抵抗顶点攻击,因此,借用数据归一化的思想,本文提出了一种归一化的矢量空间数据盲水印算法。该算法在嵌入水印前将空间数据的坐标值进行归一化处理,以实现对平移和缩放的不变性,并通过修改顶点坐标数据的归一化值来嵌入水印。水印被多次嵌入,实现了水印的盲提取。实验结果表明,该方法对平移、缩放、増删点、裁剪、压缩、要素排序、数据格式转换等攻击具有较好的鲁棒性,同时能控制水印嵌入引起空间数据误差的大小。     

使用最简几何基元构建3维空间数据模型

在对现实世界进行高度抽象化的表达过程中,许多学者和机构提出了多种空间数据模型(或称之为空间数据结构)。文章首先总结了现有模型所使用的基本几何要素,并对其利弊进行了讨论;然后总结了使用这些几何要素进行组合、扩展以构建更为复杂的空间实体的理论即空间数据建模理论,同时也对不同理论的适用性和局限性进行了讨论。笔者随后以4维空间为基础,从空间内嵌的角度去思考不同维度下的空间构成,得出了3维空间的最简基本要素,并通过对比相关文献对geometric primitives的中文翻译将其命名为"几何基元"。在此基础上笔者探讨了3维几何基元构成空间实体的数学表达本质,论述了依此几何基元构成的空间实体之间基本拓扑关系的表达方法。最后笔者设计了一套数据结构以系统构建空间数据模型,该模型有利于实现3维空间数据库,可为形成3维数据资产提供基础。本文的结论认为,该3维空间数据模型可以有效地解决体3维和表面3维的模型一致性问题,提供了结合"地学3维"和"3维数字城市"等不同应用系统的途径;同时可将当前的2维地理信息系统自然地扩展到3维;另外还可以为3维空间分析和专门的3维渲染引擎提供理论支持。     

时空模型在宗地变更和历史回溯中的研究

地籍信息具有显著的时间特性,将地籍数据的时间、空间及属性三者合理地组织在地籍信息系统中的研究具有重要意义。本文借鉴目前TGIS和各种时空应用模型的优势,提出一种基于宗地变更的时空数据结构。针对地籍管理系统中宗地变更和历史回溯的需求,将数据库分为历史库和变更库,比较好的实现了宗地管理要求,有效弥补了一些时空数据库过于臃肿、系统运行效率低下等缺陷。     

平均误差控制下的频率域矢量数据压缩方法

矢量数据压缩对于受网络带宽限制的WebGIS有着重要意义,其可减少数据存储空间,提高网络传输与处理效率。传统的矢量数据压缩方法主要从空间关系的角度出发,根据原始矢量数据点之间的距离、角度等指标,判断如何对矢量线要素或面要素进行化简,略去冗余的端点。而本文则利用已在图像压缩领域被广泛应用的变换编码的频率域压缩技术,利用能实现能量保持的离散余弦变换和特殊的量化方法,以及无损熵编码,对矢量数据实现了能控制压缩后平均误差的有损压缩。该方法无需事先根据不同的误差限值设计量化表,且能处理指定过大平均误差限值时所出现的问题,有很强的适应能力。最后,使用C#实现了该方法,并验证了方法的可靠性,完成了方法的性能测试。实验结果表明,本文提出的矢量数据压缩方法能获得较大的压缩比,且能较好地保持原始矢量数据所具有的地理形态结构特征。     

面向土地全生命周期的地籍时空管理系统设计与探讨

从地籍动态管理的角度,提出了土地与宗地全生命周期的概念。基于此,设计了地籍时空数据结构,探讨了面向全生命周期的地籍时空管理系统的结构和功能,并将研发的系统运用在实际业务中,以贯穿于其全生命周期管理。     

利用主成分分析建立区域对流层延迟时空模型

提出一种基于主成分分析（PCA）的ZTD时空建模方法,并利用GNSS连续运行参考站获取的ZTD数据,建立香港、云南、中国3个区域范围的ZTD时空模型。结果表明,所建立的区域对流层延迟时空模型不仅精度明显高于Saastamoinen、EGNOS和UNB3m模型,而且建模过程简单,模型参数较少,使用方便。     

支持时空耦合计算的HTM-ST日地空间系统数据组织模型

数据组织模型是对科学数据进行有效管理、共享与应用的基础。日地空间物理学科通常采用基于语义标注的传统数据组织模型,但是该模型忽略了数据间的时空关系,难以支持大规模数据处理与关联分析,应建立一种支持时空计算的数据组织模型,从而有效支持当前日地空间物理领域对数据快速发现、精细结构识别、耦合关系研究与时空演化分析等方面的应用需求。鉴于此,本文提出了HTM-ST离散化时空数据组织模型,该模型在层次三角网格的基础上,在时间维度通过等长剖分进行扩展,从而形成离散化的时空剖分,采用时-空耦合编码将高维的剖分单元组织到一维空间中,并基于上述剖分结构与编码算法在HBase环境下设计了模型的存储方案。本文利用多颗极轨卫星的能量粒子探测数据实现了该数据组织模型的原型示范系统,并设计了基于该模型的时空查询算法和地方时全球数据插值算法,用于对该模型进行实验验证。实验分析表明,HTM-ST模型具有高效性和鲁棒性,可以作为面向时空关系的日地空间物理数据组织与存储基础。