基于网格服务的空间决策支持系统及其应用

空间决策支持系统的研发是当前GIS的一个重要方向。本文分析了空间决策支持系统当今所存在的一些问题,并将网格技术和OGSA架构引入到空间决策支持系统中,提出了基于网格服务的空间决策支持系统的结构框架。阐述了各组成部分的逻辑工作流程,并结合风暴潮领域的一个应用实例讨论了基于网格服务的空间决策支持系统的运行流程。最后分析并指出了基于网格服务的空间决策支持系统的优点。     

基于WSRF的网格空间服务及其管理

网格技术与空间信息技术的结合,产生了空间信息网格。空间信息网格能够汇集各种空间信息资源,进行一体化管理,支持资源共享,提供按需服务的能力。按需服务要求能根据用户的要求,提供多样性服务,即能自动发现所有满足用户需求的空间信息资源或其组合,并评估各个资源或其组合,按一定目的选择资源,提供服务。但是由于网格的动态性,使得使用者较难得到现势性很好的空间信息资源的信息,直接影响了空间信息网格按需服务的能力。将传统的空间信息服务技术直接融入网格不能解决这一问题。为了解决该问题,提高按需服务的可靠性,本文根据支持资源状态和服务分离的网格框架W SRF,提出了W SRF设计网格空间服务及其管理的方案。即在空间信息资源节点,除了将信息资源以标准服务的方式提供使用,还以W SRF的方式组织资源的状态并提供访问和订阅;网格中央节点收集、维护和管理各子节点的服务和资源状态信息,提供信息访问接口以支持按需服务所必需的资源选择。最后按照该方案实现了一个简单的空间数据网格。     

基于DEM修正的MODIS地表温度产品空间插值

地表温度是资源环境、气候变化、陆地生态系统等科学研究的重要参数之一。MODIS LST（Land Surface Temperature, LST）产品是地表温度相关研究的重要数据源。而现有MODIS LST产品均存在云覆盖区域,因此云覆盖区域地表温度估计已成为热红外遥感的前沿性研究难题。为解决MODIS LST产品云遮挡区域地表温度信息缺失,以秦岭地区为研究区,选用2001-2017年的MOD11A2数据,在传统的反距离权重（IDW）、规则样条函数（SPLINE）、普通克里金（OK）、趋势面（TREND）空间插值方法中引入高程因子,通过反复试验形成基于DEM修正的MODIS LST空间插值方法。分析空间插值结果表明： ① 空间插值精度由高到低为：OK>SPLINE>IDW>TREND,基于DEM修正后精度分别提高了约0.38、0.31、0.32和0.78℃; ② 空间插值结果的精度呈现季节差异,夏季6、7、8月的精度较高,1月的精度最低;③ 插值精度与云区的范围存在一定的关系,当云覆盖区域<1.1 km²时,DEM+OK方法的插值误差<0.55 ℃,当云覆盖区域<3.1 km²,插值误差<1 ℃;DEM+SPLINE方法在云覆盖区域<2.7 km²时,插值误差<0.55 ℃,云覆盖区域<10.4 km²,插值误差<1℃;当云覆盖为1.1~2.7 km²时,DEM+SPLINE方法的插值精度高于DEM+OK方法。     

基于DEM和地统计的森林资源空间格局分析--以武夷山山区为例

鉴于森林资源空间分布与地形的紧密相关,本文采用DEN与地统计学方法探讨武夷山森林主要树种蓄积量的空间格局。研究结果表明,地带性植被阔叶树由于受人为干扰趋向分布于高海拔、坡度陡的山地:杉木林在长年人工经营的过程中,逐渐占据林分的首要地位,因此主要分布在500m以下的低山丘陵:马尾松适生性较广,且明显倾向分布于(半)阳坡。地统计的分析发现各向同性的块金方差与基台值之比为0.5,即随机因素和空间自相关引起的空间异质性均各占一半,变程约24kin。在各向异性的变异中,0°和45°方向的曲线变化规律一致,随着空间距离的增加,半变异函数上升,达到基台值附近趋平,但90°和135°方向上,曲线的斜率则急剧上升。结果表明,虽然武夷山林区本身优越的地带性自然条件带来丰富多样的森林资源,地形也深刻影响着树木的天然分布,但是源于森林经营和管理的人为选择,较大程度地改变了武夷山林区森林天然的空间分布格局,森林蓄积量的空间异质性并不十分明显。由此可推断,随着城镇和经济的不断发展,该区域植被的水平地带性特征将愈加模糊,森林资源的异质性也将日渐减少。     

基于DEM的沟谷特征点提取与分析

沟谷特征点是反映沟谷地貌空间形态分布的重要点位,也是研究沟谷地貌演化过程与机理的关键要素。因此,对不同沟谷特征点的有效提取,是沟谷形态研究的重要基础。本文采用DEM及其在水文分析中的多种衍生数据,通过流向追踪、邻域特征判断等一系列方法,实现对径流节点、径流源点、汇流源点、潜在裂点与流域出口点的快速、准确提取。同时,对沟谷特征点进行有效分级,本文基于Strahler河流分级法建立了相应的分类标准,对沟谷特征点进行了自动分类。通过使用陕西省宜君典型样区5m分辨率的DEM数据进行实验,发现新算法计算效率高,结果准确,对潜在裂点也进行了有效探测,验证了算法的有效性。最后,对特征点提取的数据影响进行了详细分析。     

顾及DEM误差空间自相关的地形变化检测方法

传统的地形变化检测方法忽略了DEM误差的空间自相关性,针对此问题,本文提出了顾及DEM误差空间自相关的地形变化检测方法。首先,通过2期DEM相减得到差值DEM(DoD),并通过蒙特卡罗方法评估DEM的误差空间分布;其次,基于DEM误差空间分布图,通过误差传播公式计算DoD误差,并使用半变异函数分析其空间自相关程度;最后,在误差空间自相关分析和显著性检测的基础上计算地形变化量（体积）和对应的误差限。本文在4个黄土小流域进行了实验,结果表明：无人机摄影测量DEM的高程误差存在一定程度的空间自相关,通过光束平差蒙特卡罗方法可以模拟无人机摄影测量DEM的误差空间分布;在进行地形变化检测时,使用误差空间分布代替中误差进行地形变化检测有效降低了检测结果对显著性阈值的敏感性;显著性阈值从68%提高到95%时,使用误差空间分布的检测结果损失的观测值比使用中误差低5.39%～6.75%。顾及空间自相关的地形变化检测方法能够更加科学、精确地量化地形变化特征,也可有效地应用于地表变形监测、流域侵蚀监测、输沙量评估等领域。     

基于中间件技术的网格GIS体系结构

在网格计算技术和空间信息网格 (SIG)架构下 ,本文提出基于中间件技术的网格 GIS的体系结构 ,探索其将空间数据、分析软件和计算环境作为共享资源的新一代 GIS的组织体系与运行模式.     

基于离散点规则网格化的DEM精度浅析

各类DEM误差的存在往往不同程度地妨碍分析与应用结果的可信性。而强化DEM精度的研究,为各类GIS分析产品提供科学合理的质量标准,具有重要的应用价值。本文选取项目区内的115个离散样本数据,通过选用不同的内插方法以及改变规则格网的大小,对DEM精度进行分析,确定建立该区域数字高程模型所选用的规则网格大小。     

基于DEM的黄土崾岘提取及其地形特征分析

崾岘是将要被切穿的鞍部,是正负地形矛盾斗争的结果,也是重要的地形控制点。典型的崾岘多位于黄土高原黄土地貌区,又称黄土崾岘,其对识别沟间地与沟谷的斗争程度有一定的指示作用。本文以黄土高原样区为例,基于1:1万DEM（5 m分辨率）和影像分辨率为0.95 m的遥感影像,利用流域边界算法和缓冲区标定,分析窗口选择5×5,实现了崾岘点位的半自动化提取。并对各崾岘点位求取坡度等地形因子,总结崾岘的空间格局和地形特征。结果显示,崾岘多分布在主流域边界和垂直于主沟道的最宽部分,地形控制作用明显。崾岘的坡度、起伏度、切割深度等值均大于鞍部值,同时,高级流域区的崾岘值大于低级流域区的崾岘值,反映出崾岘具有侵蚀程度强、表层完整性低、地表破碎度高的特点。总体而言,崾岘受沟道蚕食度高,从侧面反映了黄土地貌的发育阶段,是黄土地貌发育到中期的标志性产物。     

地球空间参考网格及应用前景

随着地球空间信息涉及范围的扩大,建立空、天、地、地(水)下一体的地球空间参考网格框架具有重要意义。本文提出了地球空间参考网格的概念及设计要求,并提出了GeoSOT地球空间参考网格的技术体系,展望了地球空间参考网格的应用前景;最后,就发展我国统一的全球空间数据组织体制等问题提出了几点建议。     

基于条件随机模拟的DEM误差分析——以董志塬水土流失等级划分为例

DEM是对地球表面的模拟和模型化表达,DEM不可避免的含有误差,且DEM误差具有空间可变性和相关性。常用的DEM误差估算模型为中误差(RMSE),但RMSE为全局变量,无法反映误差的空间性。为了克服RMSE的缺陷,本文采用条件随机模拟实现了DEM误差曲面模拟。通过董志塬水土流失等级划分表明,DEM误差在平坦区域严重影响坡度精度,且坡度最大误差变程大于高程最大误差变程,DEM误差被放大使用概率模型和模糊度模型分析表明,大部分网格点水土流失等级划分均受到DEM误差影响条件随机模型的使用可以让DEM用户更加准确的分析和评价DEM误差对最终决策的影响。     

DEM地形可视化自增强技术

地形可视化是地形表达、虚拟地理环境与虚拟仿真领域中重要的组成部分.论文首先回顾了DEM地形分析与表达技术,然后重点阐述了如何利用DEM自身解译的地形信息,增强DEM地形等高线图、地形晕渲图等地形可视化效果,突出不同地形特征与细节,实现可量测性和直观性为一体的3维地形表达,提供用户更为直观、准确的地形认知.     

基于DEM模型的新填洼算法

本文介绍一种新的填洼算法,该算法定义了溢出高程的概念,并在最小代价搜索算法中结合数据结构中的优先队列,逐步算出每一个栅格的溢出高程,最后得到的高程就是填洼处理的高程数据.利用STL库完成填洼模块的开发,通过对不同分辨率的DEM的处理,发现该算法程序简单,运行速度快,该算法提取的水系效果较好.     

AMMI模型的DEM内插方法不确定性研究

 内插模型的精度评价问题一直是DEM内插研究中的热点问题。以往较多的研究关注插值模型本身的精度评价,却忽略了插值模型与应用环境之间的交互作用,例如,普通克里金方法作DEM内插一般精度较差,但是当插值区域平坦时,该方法的插值精度却很高,这表明该方法对平坦地形的插值问题具有较好的适应性。为了分析不同插值模型在不同地形环境下的适用性,本文选取陕北黄土高原地区不同地貌类型的实验样区,应用AMMI模型对不同内插模型的精度,以及对不同地貌类型的适用性进行评价,该模型最大的特点是很好地结合了方差分析与回归分析的特点,特别适合于不同影响因素之间交互作用的分析。实验结果表明,AMMI模型可以有效地分析内插方法与地貌环境对内插精度的交互作用,不同的内插方法对不同的地貌类型区的适用性存在差异。以本文的研究为例,在陕北黄土高原地区最稳定的DEM内插方法是样条函数法,而反距离加权法与Top to Raster方法精度会更高。最后,通过对环境指数与若干地形因子的相关性分析,表明地貌类型区的坡度可以粗略地代表第一环境指数。     

基于DEM中国地势三大阶梯定量划分

"三大阶梯"是对我国地势起伏的总体描述,准确且形象地刻画了中国地势变化的总体特征,然而对于三大阶梯的具体分界线只是有大致描述,一直比较模糊.本文基于我国1:1 000 000DEM数据,利用GIS空间分析方法,实现了对三大阶梯的划分,确定了具体的分界线.实验结果显示利用DEM数据进行三大阶梯的划分可得到确定的分界线,在位置上与传统的三大阶梯基本一致,在细节上更为精细、合理.该研究是对我国小比例尺DEM数据的知识挖掘,同时也丰富了数字地形分析方法的应用.     

基于DEM的福建省土质滑坡敏感性评价

已有滑坡敏感性研究中对评价指标的选取可以归结为气象、水文、地形、地质、植被、人类活动等方面,这些因子指标来源不一,在缺少数据资料地区难以完整收集。针对这个问题,考虑到目前DEM数据的广泛可获得性及其对滑坡评价的重要性,本文仅利用DEM数据及其派生因子,研究土质滑坡敏感性评价的可行性。研究中把评价因子分为2组：第1组数据仅由DEM派生,包括高程、坡度、坡向、地形起伏度、曲率、水流强度指数（Stream Power Index, SPI）、沉积运输指数（Sediment Transport Index, STI）、地形湿度指数（Topographic Wetness Index, TWI）;第2组数据作为对照组,除了包括上述DEM派生的8个因子外,同时加入植被覆盖度、土地利用、土壤类型、年均降雨量因子。本文分别选取逻辑回归模型和证据权法,基于上述2组评价因子,以德化县为例对比2组因子评价结果,利用第1组和第2组数据进行滑坡敏感性评价,结果精度分别为73%和83%。结果表明,仅利用DEM数据进行土质滑坡敏感性评价方法可行,可以为缺乏资料区滑坡敏感性评价提供借鉴。     

中国区域TanDEM-X 90 m DEM高程精度评价及其适用性分析

数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是地球表层系统科学相关研究的基础数据,DEM数据精度的定量评价对科学选择DEM数据源、量化数据误差的影响等具有重要意义.在目前全球尺度可免费获取的DEM数据中,2018年发布的TanDEM-X 90 m DEM(TanDEM-X 90)数据凭借其较好...     

中国地貌基本形态DEM的自动划分研究

我国1∶100万的数字高程模型,是在1∶5万及1∶10万基本地形图上,高精度采集方里网交点高程所构建的1km分辨率地面高程数字矩阵。本文利用该DEM数据及其所派生的多种地貌信息进行地貌形态类型自动划分的技术方法。实验提取地形起伏度、地表切割度、地表粗糙度、高程变异系数、平均坡度、平均高程6个地形因子,并将各因子置于不同的信息层面中,通过主成分分析,ISODATA非监督分类法与Bayesian最大似然监督分类法相结合,对中国地貌的基本形态进行了多维信息综合分类。研究结果表明:①我国1∶100万比例尺DEM在宏观地貌分类方面具有重要的价值和应用潜力;②所提取的地形因子能宏观地反映我国地形的起伏特征,为地貌形态分类提供重要的依据;③采用ISODATA非监督分类法与Bayesian最大似然监督分类法,能有效地实现我国地貌基本形态类型的定量化、自动化划分;④依据数据的统计特征进行分类,较合理地解决了类型模糊的形态实体的归类问题。实验结果不仅揭示了此项技术在地貌形态分类中的巨大潜力,同时对于完善DEM数字地形分析的理论与方法也具有重要的意义。     

基于HASM算法的DEM建模与应用试验

以曲面论为理论基础建立的高精度曲面模型(High Accuracy Surface Modelling,HASM)其插值精度较传统方法提高了多倍,为CAD和GIS系统提供了更有效的曲面模拟工具。但由于HASM需要对研究区域用相同的网格分辨率模拟,且对研究区域内每个网格点建立偏微分方程,因此,计算量和存储量问题严重制约其推广使用。适应法网格精化技术,可以根据模拟区域的地形复杂度或者精度要求调整网格分辨率,即在地形平坦区域用粗网格模拟,在复杂区域用细网格模拟。基于此理论,我们建立了适应算法的HASM。对甘肃省董志塬进行的DEM模拟表明,HASM适应算法能在保证模拟精度的同时,极大地减少了计算时间和降低存储量,从而有效解决了HASM推广使用的计算量和存储量瓶颈问题。