遥感影像空间格局变异函数分析研究进展

随着多光谱传感器的广泛运用,利用地物光谱响应特征提取地表信息的技术日益成熟,但是由于地表状况的复杂性和光谱响应的局限性,光谱方法在指示平均大小、空间异向性、空间分布、空间异质性等格局信息方面存在不足,因此挖掘遥感影像的空间格局特征日益受到研究者的重视。已有研究发现,变异参数与地表场景参数存在一定的对应关系,通过变异参数可以实现地表场景参数的提取,因此变异函数分析方法被广泛应用于真实遥感影像格局分析中,具体包括平均尺度提取、周期性格局探测、空间异质性表征与空间异向性描述等地表格局参数量化方面、最佳尺度选择与影像纹理分析等遥感影像信息提取方面。尽管变异函数分析方法在上述应用领域中都发挥了重要作用,但是当前利用变异函数进行遥感影像空间格局分析大多局限于定性描述层面,缺乏精确化的量化描述与分析,限制了变异函数分析方法应用的进一步拓展,究其原因在于对遥感影像格局变异函数分析的内在机制缺乏深入了解。本文回顾了近20年来变异函数分析方法在遥感格局分析领域的主要应用,并对该方法本身的优势和存在的不足进行了总结,可为变异函数这一工具在遥感影像格局分析方面的有效应用提供参考。     

面向稀疏散布数据集的时空Kriging优化

时空Kriging法通过将变异函数向时空域进行扩展得到时空变异函数,有效地利用时空邻近的采样点综合进行插值,由于时空稀疏散布数据集具有单一时刻下样本点数量少以及时空分布不规律的特点,难以满足使用时空Kriging插值法的基本条件,导致插值精度不高,据此本文提出了优化方法：通过多时段叠置拟合空间变异函数的方法,综合利用时空邻域内的采样点以解决单一时刻下空间邻域内数量不足情况;控制时间变异对空间变异函数拟合的误差影响;采用积合式模型构建时空变异函数进行插值。最后使用Argo海温数据进行插值实验,在相同条件下与时空Kriging法以及时空权重法的交叉验证结果对比得出,该方法在保证拟合所需采样点数量要求的同时,有效削减了一般时空Kriging法中时间变异对空间变异函数拟合结果的干扰,插值结果的绝对误差均值从0.5降低至0.2以内,稳定性进一步增强,改善了时空Kriging法在稀疏散布数据条件下精度上的不足。     

普通Kriging法的参数设置及变异函数模型选择方法——以福建省一月均温空间内插为例

通过对普通Kriging法理论的深入理解,在ARCGIS和GS+软件平台上,以福建省一月均温为例,进行了深入的探索性空间数据分析,从数据的特征和规律出发探讨了普通Kriging插值法主要参数设置的依据和变异函数模型选择的方法。并用研究所获得的参数和变异函数模型对福建省一月均温的空间分布进行模拟,为合理的空间插值提供了一种较为清晰的思路。     

空间数据访问集成与分布式空间数据源对象查询

目前,针对空间数据库的访问与处理方法,无法满足分布式环境下异构数据源的服务化存取和面向空间数据源的对象查询处理需求。本文给出了数据网格环境下的分布式空间数据访问与查询的方法和实现,并在服务化查询处理过程中,嵌入符合SQL/MM查询规范的空间拓展函数,实现分布式空间数据对象查询和嵌入查询过程中的空间数据分析处理。在此基础上,给出空间数据对象查询树的构造过程,以及分布式空间查询工作流的执行流程。数据访问与集成策略在空间数据处理上的应用,对异构空间数据源协同处理等,涉及大规模空间数据存取访问的应用需求,有很好的理论和实际应用价值。     

基于多尺度最小二乘支持向量机优化的克里金插值方法

克里金插值方法根据待估位置点、已知样本数据点的位置关系和区域化变量的空间相关性,实现空间加权估计,满足估计的无偏性和最优性。传统方法理论模型形状固定且选择具有人为主观性,无法反映空间数据的变化趋势及其空间多尺度特征。本文为解决上述问题,提出了一种基于多尺度最小二乘支持向量机优化的克里金插值方法,此方法为拟合实验变异函数提供了一种新的思路。从实际样本数据的变化趋势出发,采用最小二乘支持向量机拟合实验变异函数,并利用不同尺度小波核反映不同尺度下的空间变化。最后,实验环节包括模拟和应用,模拟主要验证经多尺度最小二乘支持向量机优化后插值方法的科学有效性以及准确性,应用主要研究青岛市PM_2.5浓度时空分布特征,为城市生态科学防护及控制提供理论依据。结果表明,基于多尺度最小二乘支持向量机优化的克里金插值方法能够更好地刻画变异函数,反映不同尺度下的空间变化细节,从而在一定程度上提高插值的精度,是一种可选的克里金插值方法。     

北京城市人口空间分布特征的GIS分析

城市人口空间分布特征分析是城市化影响下的局地尺度人类-环境(Human-Environment)相互作用研究的一个重要内容.本研究以第五次人口普查数据,采用GIS网格计算方法,模拟北京市2000年人口空间分布,并从宏观、微观、中观3个不同层次分析其空间分布与变异特征.研究表明,从宏观角度分析,各环路间人口密度具有较大的...     

面向稀疏降水站点的套合各向异性贝叶斯地统计估计研究

由于形成过程中各种影响因素在不同尺度上的运行和相互作用,降水的空间变异普遍是发生在多尺度上地理过程叠加后的结果。建立较好地反映该动力学过程的多尺度复杂空间模型对于区域降水变量估计和空间分析是很有必要的,尤其是面向稀疏监测区域。贝叶斯地统计模型具有多尺度结构化建模的能力,提供了一种可以融合观测值(含有误差的外在实现)、未知变量、先验信息和复杂数据模型(隐藏的真实过程)的统计推断框架。鉴于降水现象在尺度和各向异性上的叠加特征,本研究将基于贝叶斯和地统计的理论和方法探讨二维随机场中存在的套合各向异性分解估计的可行性,并在对每个独立组分贡献定量计算的基础上,进一步分析和挖掘套合各向异性模型在降水插值中的应用潜力。结果表明:通过贝叶斯方法,稀疏数据中叠置的多尺度性和多方向性通过地统计套合模型可以得到有效的分解;复杂套合模型估计具有向下兼容简单套合模型的能力;套合各向异性协方差结构的使用对于区域降水插值的精度提升具有明显作用。     

基于土壤地球化学数据的资源与环境评价信息系统设计与实现

基于应用土壤地球化学数据进行环境评价和资源预测的需求,本文独立开发了基于土壤地球化学数据的资源与环境评价信息系统。系统融合了反距离加权插值模型以及具有稳健变异函数的地统计学克里格插值模型,并在此基础上引人了非线性的多维分形插值模型;同时,系统结合资源与环境预测和评价的实际需求,集成了单因子指数、地累积指数、环境地球化学...     

实景三维技术发展态势——XXIV ISPRS Congress报告

实景三维作为国家新型基础测绘和时空大数据平台的重要数据支撑,实现了对真实世界的高精度、高真实度、高智能度的数字化重现,具有广泛的应用价值和社会意义。实景三维数据提供了对真实物理环境准确和逼真的描述,有助于在各个领域更好地进行决策、分析和模拟。本文以第24届国际摄影测量与遥感大会（XXIV ISPRS Congress）的研究成果为依据,从实景三维的立体化、真实化、实体化三个方面,概述了国际上的科研进展和发展趋势,并针对中国实景三维建设面临的难点和挑战,提出了相应的对策和建议。针对不同层级的地理空间实体（如地形、城市、部件等）的建模需求,立体化重构技术利用不同数据获取平台特点,借助多模态遥感数据融合实现产品的多尺度多细节层级表达。纹理定向映射和感知信息融合等技术进一步提升了重构产品的真实化描述,将三维模型真实客观地模拟于数字化空间。具有海量性和实时性的物联感知数据包含了物联网技术采集的各种传感器数据,将其与实景三维模型进行融合和分析,既可用于实景三维产品更新,也可借助三维平台为众多时空地理信息应用赋能,如提供监测环境变化、预测灾害风险等智能服务。同时,实体化建模技术通过对精细化分类三维产...     

丽江地区人居环境的GIS空间分析

应用地理信息系统(GIS)的空间分析功能对云南省丽江地区的地势变化、坡度、坡向以及居民点分布与地形的关系等基本问题进行了定量分析,为丽江地区人居环境的深入研究提供了分析的依据;同时,探讨了应用GIS空间分析功能研究人居环境的一般过程和方法流程.     

Characterizing landscape spatial heterogeneity in multisensor images with variogram models

Most evaluation of the consistency of multisensor images have focused on Normalized Difference Vegetation Index （NDVI） products for natural landscapes, often neglecting less vegetated urban landscapes. This gap has been filled through quantifying and evaluating spatial heterogeneity of urban and natural landscapes from QuickBird, Satellite pour l＇observation de la Terre （SPOT）, Ad- vanced Spacebome Thermal Emission and Reflection Radiometer （ASTER） and Landsat Thematic Mapper （TM） images with variogram analysis. Instead of a logarithmic relationship with pixel size observed in the corresponding aggregated images, the spatial variability decayed and the spatial structures decomposed more slowly and complexly with spatial resolution for real multisensor im- ages. As the spatial resolution increased, the proportion of spatial variability of the smaller spatial structure decreased quickly and only a larger spatial structure was observed at very coarse scales. Compared with visible band, greater spatial variability was observed in near infrared band for both densely and less densely vegetated landscapes. The influence of image size on spatial heterogeneity was highly dependent on whether the empirical sernivariogram reached its sill within the original image size. When the empirical semivariogram did not reach its sill at the original observation scale, spatial variability and mean characteristic length scale would increase with image size; otherwise they might decrease. This study could provide new insights into the knowledge of spatial heterogeneity in real multisen- sor images with consideration of their nominal spatial resolution, image size and spectral bands.     

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变异函数模型参数的加权总体最小二乘回归法

顾及距离值的随机误差,提出用加权总体最小二乘回归法估计变异函数模型参数。通过协方差传播律发现,分组后的变异函数值和距离值是不等精度的。给出距离值的定权方法,结合熵权法和点对数法迭代解算模型参数。以幂函数模型为例,模拟数据和实测数据的结果表明,加权总体最小二乘回归法更加合理,参数的估计精度也更高。     

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基于组件技术的GIS广义空间分析

地理信息系统只有充分结合空间分析才能满足各种决策支持需求。本文回顾了以往GIS与空间分析结合方式和特点,以及存在的制约因素,讨论了组件技术对GIS与空间分析结合的影响,认为采用组件技术将使得两者之间更易于结合,两个领域的研究者可以更为有效地进行分工合作,相互享有和利用对方的成果,从而在充分积累的基础上,最终将空间分析从GIS的应用层转变为其内核功能,实现两者之间的完全整合。     

地质统计学组件库系统架构设计与应用——以Python和SuperMap Object的趋势面分析为例

随着GIS应用在地学应用领域的拓展和加深,有必要为GIS工具引入和整合地质统计学等分析工具。应用COM组件技术和Python及其科学计算扩展模块SciPy可以迅速高效的开发出具有COM接口的地质统计学分析模块,并整合到组件式GIS工具中。本文介绍了应用Python在SuperMapObject集成中的趋势面分析。     

GIS空间数据库的更新技术

空间数据库更新是当前GIS研究中急需解决的问题。本文分析了地理信息系统空间数据更新方式、实现的技术方法。研究表明空间分析技术是空间数据更新的基础,空间叠加分析、实体空间关系分析,以及基于实体空间关系的智能捕捉,是实现区域空间要素整体更新和局部要素更新这两种更新方式的最主要的支持技术。