基于时空域的全空间数字世界时空对象组织与管理研究

全空间数字世界是在计算机系统中由描述现实/虚拟世界各种实体与要素的时空对象数据所构成的综合数据体,是一种对从宏观到微观的现实/虚拟世界的对象化数据描述。传统GIS对地理空间数据的分块与分层管理方法,无法满足全空间数字世界中复杂、动态、关联的时空对象组织与管理的需要,因此,本文研究提出了一种基于时空域的全空间时空对象组织与管理方法。在分析了全空间数字世界的概念、内容和特点的基础上,提出了时空域的基本概念,明确了时空域的数据组织方式和本质特性;建立了面向时空域的子时空域、时空对象类、对象关系类和时空域时空对象生命周期序列的时空对象数据组织体系和管理方法,并进行了时空域数据的存储与管理实验,验证了基于时空域的全空间时空对象组织与管理方式在管理全空间数字世界中的实用性和可行性,为后续示范应用场景中时空对象的生成与处理、检查与校验、可视化与输出提供底层支撑。     

时空对象的聚类方法与应用初探

针对传统GIS数据模型描述信息有限以及对象化聚类分析内容不够全面的问题,提出了基于时空对象的聚类方法的流程和应用特点。首先总结了空间聚类和时空聚类的研究现状和主要方法;根据全空间信息系统中多粒度时空对象的描述框架及时空数据的"三维"特征,认为基于时空对象的聚类方法应包含3个方面:时空对象时间序列的相似性描述、基于时空对象的聚类计算及时空对象聚类的有效性评价;最后总结了该方法的特点并展望了其应用场景。基于时空对象的聚类方法研究有助于更全面地分析时空对象空间位置、属性特征及其变化特点,为多粒度时空对象的时空分析提供一种思路。     

政区多粒度时空对象建模及其Geodatabase实现

全空间信息系统是将现实世界抽象为由多粒度时空对象组成的数据世界,对动态且复杂的现实世界中的各类时空实体对象进行表达、分析等。时空数据模型是时态地理信息系统（TGIS）核心,在一些特定领域上取得了较好的应用效果,对时空对象的时态信息进行了一定程度的表达,但仍旧无法完整地描述时空对象的变化以及联系。本文在分析时空数据模型的研究现状和存在问题的基础上,以全空间多粒度时空对象建模为指导思想,以北京近百年来的政区演变为例,分析了政区的基本特征,进而将政区看作是多粒度时空对象,探索了多粒度时空对象的建模方法,对政区进行了多粒度时空对象表达,并采用可视化表达的方法进行了实验验证。结果表明：多粒度时空对象建模能较好地反映政区的空间特征、属性特征和时间特征,反映其在时空上的演变过程以及便于更好地支持时空对象的查询、分析和可视化表达等。     

基于特征的海洋锋线过程时空数据模型分析与应用

客观世界存在时空场,大部分地理实体或现象在时空域具有动态变化特性,其空间、时间和属性是过程的统一体,传统的GIS时空数据模型在描述、表达、组织与分析这类数据时面临许多挑战。然而,基于特征的数据模型和以过程为对象的时空数据组织在动态数据的描述与表达的方面具有独特的优势。本文探讨了基于特征的线过程时空数据模型组织的六元组框架体系,实现空间、时间和属性的一体化存储和地理实体的动态分析。在分析线时空过程特性的基础上,归纳总结出3大类12个类别的线过程,进一步提出了基于特征的线过程时空数据模型(Feature-based Line Process Spatio-temporal Data Model)的概念;利用文件层次分块结构对时空线过程数据进行了组织与存储。最后以海洋锋为实例,探讨了该模型在时空数据组织、时空查询、时空过程提取和时空过程可视化等方面的应用。结果表明,该模型能够很好地应用于具有时空过程特性的线数据中,也为时空数据模型的总体设计提供借鉴。     

多粒度时空对象属性关联关系的组成与交互式构建方法

在全空间信息系统中,多粒度时空对象的属性关联关系可以描述由对象的属性特征产生,以保证在信息空间中构建与现实世界对应及关联的数据世界。本文阐述了多粒度时空对象属性关联关系的基本概念与组成,分析了属性关联关系的构建要求,针对构建要求提出了多粒度时空对象的交互式构建方法,为研究属性关联关系查询、可视化表达及分析推理等问题打下了基础。     

面向全空间信息系统的多粒度时空对象数据模型描述框架

全空间信息系统是一种面向从微观到宏观的动态复杂世界的空间信息系统,其理论基础是多粒度时空对象数据模型。为了确定多粒度时空对象数据模型的具体内容,需要确定描述多粒度时空对象特征的基本框架;为了开展多粒度时空对象的实际建模,需要明确多粒度时空对象数据模型的建模过程。为此,本文首先从数据模型、数据管理、可视化、空间分析和实际应用5个方面,分析了全空间信息系统与传统GIS的联系与区别,从空间范畴、动态变化、复杂关系、认知与行为、可视化技术、时空大数据分析6个方面,分析了传统GIS空间数据模型存在的不足;在此基础上,提出了多粒度时空对象的多粒度、多类型、多形态、多参照系、多元关联、多维动态、多能自主7个特点,确定了由时空参照、空间位置、空间形态、组成结构、关联关系、认知能力、行为能力和属性特征8项内容构成的多粒度时空对象数据模型描述框架;最后在分析了传统GIS空间数据模型建模过程的基础上,提出了多粒度时空对象数据模型的建模过程和思路。     

多粒度时空对象组成结构表达研究

全空间信息系统、智慧城市的构建,需要将地理实体抽象成时空对象,而时空对象的多粒度性,体现在时空对象具有多尺度、多维度、多层次的特点.如何在当今海量数据中,对多粒度时空对象的信息进行有序组织成为时空对象研究中的难点.本文基于面向对象的思想,提出了一套时空对象组成的表达与操作方法,为时空对象信息的有序组织提供了新思路.该方...     

多粒度时空对象可视分析体系初探

可视分析是用户进行数据认知、知识探索的重要工具和方法。全空间信息系统中以多粒度时空对象来进行现实世界实体的抽象和建模,并将其作为特征分析与计算的核心。本文从全空间信息系统的背景出发,对多粒度时空对象可视分析的概念进行阐述,并分析其流程与特点,在充分考虑全空间信息系统应用场景的基础上,提出了"场景—任务—实施方法"的方法体系,并对各实施方法的技术进行了讨论。最后以大数据交通为例,对多粒度时空对象可视分析在交通领域中的应用作了展望。     

多粒度时空对象关联关系基本问题初探

多粒度时空对象关联关系描述现实世界客观实体之间存在的各种关系及其相互影响,是对实体间关联、作用关系的表达,按照其描述主体的不同主要分为时间关联关系、空间关联关系、属性关联关系和综合关联关系。本文从全空间信息系统的背景出发,对多粒度时空对象关联关系的基本概念进行了阐述,明确了其形式化表达方式和分类。在此基础上,对关联关系的构建和管理进行阐述和分析,说明了静态构建方式和动态构建方式的适用场景。关联关系通过约束作用和行为传导机制来维持数据世界的一致性和联动,本文最后对关联关系的约束类型及其定义和关系-行为传导机制进行了简要说明。     

地理信息系统研究新范式

随着大数据时代的到来,地理信息系统（GIS）的时空范畴、信息内容和应用场景都得到了前所未有的扩展,地理信息系统需要由例外处理的被动适应方式,转变为内核支持的主动扩展方式,将地理信息系统扩展为新一代时空信息系统。本文在分析地理信息系统本质是以地图数据模型为核心的信息系统的基础上,从研究对象、基本原理和技术方法3个方面总结梳理了地理信息系统研究范式,并分析阐述了时空信息扩展对地理信息系统研究范式的新要求。其次,在分析全空间信息系统（PSIS）认知模型与多粒度时空对象数据模型的基础上,归纳出全空间信息系统基于时空实体的理论与技术路线,并总结其在多个领域的实践与应用。然后,系统分析了全空间信息系统对地理信息系统研究对象、基本原理和技术方法的具体扩展方式,提出全空间信息系统研究范式。最后,总结梳理了全空间信息系统研究范式的基本内容,并与地理信息系统研究范式进行了核心内容的分析对比,展望了地理信息系统研究范式进阶将带来的影响和变化。     

基于时空大数据的城市脉动分析研究

随着新型城镇化建设成为了国家战略,各地政府掀起了智慧城市建设热潮。在智慧城市建设中,公共信息平台建设是不可或缺的重要基础环节。随着平台的深入运行,逐步积累了大量的城市数据。但是,数据资源中蕴含的知识远未得到充分挖掘和应用,致使数据爆炸但知识匮乏。因此,基于数据时空和专题属性,建立科学的城市数据体系是城市管理的迫切需求;同时,基于数据体系,揭示各类数据随时空变化规律,展现城市脉动发展情况是城市决策重要的依据,也是观察和诊治"城市病"的重要技术手段。我们以中新天津生态城所建成的大数据汇聚公共平台为依托,基于数据挖掘技术手段,针对环境、能源、交通脉动进行研究并取得初步成果,科学地揭示了"城市脉动"变化规律,使平台数据发挥最大价值。脉动分析结果以可视化手段表现,反映城市各项指标脉动变化特征。     

面向时空信息的智慧临沂建设实践

自智慧城市的概念提出以来,世界各国竞相开展智慧城市的研究和实践,国内各城市也迅速行动,纷纷开展智慧城市建设,以之作为转变发展方式、实现可持续发展的重要手段去推动。在智慧城市建设过程中,物联网、云计算、大数据、互联网+、移动互联等新技术取得了较大的发展进步和应用效果。该文在分析智慧城市概念和特征的基础上,介绍了测绘地理信息部门关于时空信息大数据和云平台建设的思路和关注点。梳理了智慧城市的总体框架,并对涉及的主要关键技术进行了分析。结合智慧临沂建设的实例,从基本情况、目标任务、主要内容、实现方式和实施进展等方面进行了详细介绍,并对智慧城市建设的重要作用进行了总结。智慧城市建设是一项复杂的系统工程,适合该地实际,能够切实解决该地实际问题的建设模式,才是智慧城市应该首要考虑的问题。     

徐州市水土流失时空变化研究

本文以3S技术为支撑,在修正水土流失方程（RUSLE）的基础上,针对徐州黄泛平原-丘陵地带的特殊地形地貌、对2000年以来徐州市水土流失时空变化特征进行了分析。结果表明：2000-2014年徐州市土壤侵蚀等级以微度为主,微度侵蚀面积占总侵蚀面积多年平均达到76.34%;中度侵蚀次之,所占比例在10%~17%间;剧烈侵蚀所占比例最少。轻度及以上土壤侵蚀等级主要发生在中部微山湖下游、京杭大运河一带的丘陵岗地地区、主城区与故黄河北岸的黄泛平原地区,以及丰县、新沂、邳州的局部区域;土壤侵蚀存在一定程度年际变化特征,睢宁、丰县、邳州的部分地区侵蚀面积年际变化较为明显,土壤侵蚀总面积整体上呈现下降趋势。     

基于人类时空活动的城市土地利用分类研究

准实时监测城市发展、掌握城市土地利用类型是日趋科学化、合理化进行城市规划的基本要求。随着信息通信技术、移动互联网技术、位置服务等的发展,海量的手机数据、浮动车数据、公交卡数据、社交网络数据等在内的人类时空活动信息为从“人”的角度动态实时感知城市土地利用、空间结构提供了可能。本文以深圳市为例,基于百万名QQ用户2013年的电子足迹数据,提出了不同类型的人类时空活动指数,以建立人类活动与城市地物间的对应关系;借鉴遥感影像不同波段记录各类地物在特定波谱区间辐射值的思想,生成各类人类时空活动指数波段图;并利用最大似然法对该“类高光谱影像”进行城市土地监督分类,获取城市的土地利用图。通过与深圳市规划图的对比验证,全体分类精度为72%。相较于传统基于“物”的遥感探测手段,基于“人”的城市感知更能反映城市内部相同地类的发展差异性。     

基于事件树的地理要素时空回溯

地理对象的时空回溯是时态GIS关注的热点,并在GIS应用领域有着迫切需求.时空回溯能够蓖现历史状态、跟踪变化、预测未来,有助于展现和分析整个地理变化过程.基于现实世界中的事件是引起地理要素变更的根本原因,本文从要素和事件两方面着手,以基础地理数据为例,归纳常见的地理要素变更类型,同时,建立蕴含事件关联及约束的事件树索引体系.在此基础上,剖析事件与要素变更的关联机制,设计时空回溯路线"事件--变更操作--要素状态",提出基于事件树的地理要素时空回溯方法,实现任意范围地理要素和单要素全生命周期的回溯.探讨了任意范同回溯中重叠区域内要素的回溯判别条件,并给出示例反演了跨范围单要素的全生命周期的时空回溯过程.     

基于GML的时空地理本体模型构建及应用研究

时空地理本体模型是一套描述地理时空知识的形式化说明规范,是构建时空地理本体实例的基础和参考。本文基于GML规范及时空推理理论提出了一种时空地理本体模型的框架,并详细阐述了其组成:要素模型、几何模型、空间关系模型、时态模型中类的关系和所涉及到的属性定义,并基于该本体模型给出了应用实例--行政区划本体设计和构建方法。文中所提出的时空地理本体模型,对开展面向不同应用的地理本体实例的构建和共享研究具有一定参考意义。     

时空事件聚类分析方法研究

时空事件聚类分析是当前聚类分析研究领域最前沿的一项主要内容,在疾病预警与控制、气候变化、地震预测及犯罪行为分析等领域具有重要的应用价值。本文一方面针对时空事件聚类分析的研究现状与最新进展进行归纳总结;另一方面选取四种代表性的时空事件聚类分析方法(时空重排扫描统计,ST-DBSCAN,WKN,STSNN)从聚类质量与用户操作两个方面进行试验分析,对同一方法针对不同类型数据集,以及不同方法针对同一数据集的聚类效果进行了对比分析。最后,在实验分析的基础上对现有时空事件聚类分析的优缺点及适用性进行了归纳总结,并指出了需要进一步研究的若干问题。