高时间分辨率遥感在土壤质地空间变化识别中的应用

在土壤信息推测研究中,遥感技术通常被作为辅助手段,用来提供地形和植被数据,并利用它们与土壤之间的关系推导土壤空间信息。然而,在平原等地形平缓的农业区,易于观测的地形和植被等环境因素,通常与土壤的协同程度较低,不能有效用于推测土壤质地等属性的空间变化。对于这类地区,如何寻找新的易于获取的变量,以准确地揭示土壤属性的空间变化,是需要解决的问题。本文提出了利用高时间分辨率遥感捕捉这类地区土壤质地空间变化的方法。采用光谱-时间响应线对多时相的光谱数据进行组织表达,使用光谱信息散度定量刻画不同光谱-时间响应线之间的差异。结果显示,在相同的地形和植被条件下,土壤质地相同的区域,其地表动态反馈模式明显相似;土壤质地不同的区域,其反馈模式也明显不同;土壤质地越相似,反馈模式也呈相似趋势。这表明,高时间分辨率遥感获取的地表动态反馈能够有效地指示土壤质地的空间差异。本文的工作表明了高时间分辨率遥感在土壤空间变化识别方面的应用潜力。     

基于智慧城市空间大数据的城市信息图谱建构研究

城市大数据信息图谱相较于传统地图信息平台而言,具有可定位、可视化、实时监测的特点;同时,将城市信息图谱平台精确落实到空间地块,则能实现从表层到深层对城市各系统、各单元的全面、综合的信息表达与联动分析。基于此,本文通过大数据采集、人机互动技术及谷地软件等方法,形成从建筑单体-用地地块-道路红线-街区单元-地形地貌的三维建筑精度的城市空间数据库,进而建构出城市多源大数据全信息复合数据库,这一数据库涵盖城市绿化系统、城市市政系统、城市微气候系统、城市产业系统、城市人车系统以及城市意象系统。在此基础上,通过Arc GIS平台将空间形态数据库与复合数据库进行空间耦合,形成基于统一空间坐标系的城市空间大数据信息图谱的基础模型;根据城市规划、城市设计与管理需要进行多对象的大数据组合与相关性分析,获得多源数据融合特征综合信息,进而优化规划和设计的科学决策。     

基于位置签到数据的城市空间分析与可视化

微博签到是一种典型的基于位置的社交服务,反映出社交用户与城市公共空间的互动,海量的社交位置签到数据为城市研究提供了全新的视角。本文基于香港、深圳两个城市2014年1月至2015年1月时间段内的新浪微博签到数据,从签到数据空间特性、旅游热点分布和居民活动空间3个方面对城市空间进行了综合分析:空间相关性分析结果表明签到事件在城市空间的分布具有明显的聚集性,并根据空间扫描统计结果依次标识出签到事件高值聚集区;针对旅游类签到数据分析发现两城市旅游关注度的时间变化趋势一致且峰值与我国假期时间分布相吻合,旅游热点主要分布于城市中心地带;以签到事件的规模、强度和集聚程度作为居民活动的表征分析城市活动空间特征,结果表明居民活动的核心圈层受到传统行政区划影响但分布已初步呈现"多心开敞"的空间形态。     

热带山区高时空分辨率NDVI融合精度及其影响因素分析

高时空分辨率NDVI时序数据作为遥感应用中的重要数据源,对土地覆被动态变化监测具有重要意义,特别是在地表高程变化显著、气候条件复杂、景观异质性强烈的热带山区。虽然当前学者们提出了诸多时空数据融合模型,但针对这些模型在热带山区的NDVI数据融合精度及其影响因素分析尚不多见。对此,本文选取3类时空数据融合方法(权重函数法、概率统计法和多种混合法)中具有代表性的4个模型:STARFM(Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)、RASTFM(Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)、ESTARFM(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)、BSFM(Bayesian Spatiotemporal Fusion Model)(STARFM、ESTARFM为权重函数法;BSFM为概率统计法;RASTFM为多种混合法),选择位于我国热带山区的纳板河流域作为研究区。对融合模型的...     

用同相叠加方法识别定点形变数据中的降雨影响

分别以昆明台、云龙台为例,用数据同相位叠加的方法分别对形变数据中的典型图像及其对应时段的降雨数据进行叠加,以判断典型图像是否与降雨有关。结果表明,昆明台形变观测中多次出现的同步转折为降雨影响;而云龙台的转折现象则与降雨无关,其来源及属性需要进一步研究。     

DEM空间分辨率对毒气扩散模型模拟结果的影响分析

突发性毒气泄漏事故的频繁发生对市民的安全造成了极大威胁,有必要对常见毒气泄漏事故发生后的成灾模型进行探讨,以便从理论上指导应急部门实施应急救援行动。本文在研究和分析典型毒气泄漏扩散模型的基础之上,引入地形因子对原有毒气泄漏扩散模型进行改进,使之适应三维地形下的危化品气体扩散模拟,并将模型与GIS集成可视化,分析比较了模型修正前后气体扩散浓度的分布情况。在此基础上,进一步分析了DEM空间分辨率对毒气扩散浓度的分布影响,发现DEM空间分辨率对毒气浓度分布区域有一定影响,并分析了其影响原因。结果表明,加入地形因子的高斯烟羽模型比之前没有考虑地形因子的高斯模型计算要更加精确,更贴近现实状况;同时,DEM分辨率对改进后的高斯烟羽模型的模拟影响较大,选择适当分辨率的DEM能帮助应急部门在短时间内模拟出真实可靠的浓度分布区域,对毒气泄漏事故的应急有一定的实际参考价值和指导意义。     

三维城市模型数据划分及分布式存储方法

随着信息获取技术的快速发展,地理信息数据每天以TB级的数量增加。三维城市模型数据作为三维GIS的重要内容,在数字城市和智慧城市建设过程中发挥重要作用。由于三维城市模型数据结构复杂,其数据量具有海量性,因此,高效地对三维城市模型进行划分及存储,以满足数据的长效管理及三维GIS系统的快速可视化数据调度和空间辅助决策需求,成为近年的研究热点。以往的数据划分方法导致划分区域在数据调度中变化频繁,使数据更新和管理变得困难,需寻找一种更为稳定且具有普适性的数据划分方法。本文分析了现有三维城市模型数据划分方法的不足,提出了基于拓扑关系模型的大比例尺图幅划分方法,并对划分后三维模型数据进行统一命名编码;借助非关系数据库MongoDB强大的海量数据组织及高效的多并发访问功能,构建了MongoDB分片集群服务器;对三维城市模型数据进行了单元划分,并采用规则建模软件City Engine进行建模,得到三维城市模型,借助非关系数据库软件MongoDB进行数据存储实验。结果表明,基于拓扑关系模型的大比例尺图幅划分方法适用于三维城市模型数据划分,划分后数据的存储效率明显提高,MongoDB数据库的多并发访问效率具有良好的稳定性。     

多源30 m分辨率土地覆被数据在蒙古高原的一致性分析和精度评价

蒙古高原土地覆被的变化表征着区域内生态环境的变化,许多环境问题的研究依赖于准确的土地覆被信息。因此,评估当前全球土地覆被数据在区域尺度上的准确性非常重要。本文以蒙古高原为研究区,从构成相似性、类型混淆程度、空间一致性、绝对精度4个方面,分析了GlobeLand30、GLC＿FCS30和FROM＿GLC 3种30m高分辨率全球土地覆被数据的一致性和准确性。结果表明：(1) 3种土地覆被数据都显示,草地和裸地是蒙古高原的主要土地覆被类型,任意2种数据的面积序列相关系数都优于0.95;(2) 3种土地覆被数据中完全一致的区域占蒙古高原总面积的61.87%,主要集中在土地表面异质性低的区域;(3) GLC＿FCS30数据的总体精度（78.33%）最高,GlobeLand30数据的总体精度（76.85%）次之,FROM＿GLC数据的总体精度（75.86%）最低;林地、草地、水体和裸地在3种土地覆被数据中的精度较高（75%以上）,灌丛、湿地等地类的精度较低（50%以下）。因此,对蒙古高原土地覆被进行全要素研究时,可以综合考虑选择总体精度最高的GLC＿FCS30数据。对特定地类研究的用户,可参考3种...     

基于空间场-水文模型的城市影响腹地界定及其空间演变分析——以河南省地级城市为例

城市影响腹地范围的划分,在区域与城市规划中有着重要的理论和实际意义。本文从"城市结节性"和"空间交通可达性"两方面改进场强模型,采用主成分分析法与指标体系计算河南省城市结节性指数,利用累积耗费距离测算空间可达性,借助k阶数据场模型与水文分析模型,综合测度了1991年和2010年河南省17个地级城市的影响腹地范围及空间演变特征。研究表明,20年间河南省地级城市的平均可达本文时间从1991年的45.41 min缩短为2010年的33.03 min,空间场能显著增长且空间分异性显著。南阳的腹地面积增加最大,信阳的腹地面积缩小最大;安阳腹地面积增加率和漯河腹地面积减少率最大。郑州的腹地范围与其行政辖区偏移度最大。     

地理数据空间本体构建及其在数据检索中的应用

随着新地理信息时代的来临,地理数据已经呈现出爆炸式增长的趋势。如何在海量的地理数据中准确、及时地找到人们所需要的数据,并把相关联的数据智能地推荐给用户,成为亟待解决的一大难题。针对传统以关键词、主题词等字符串匹配为核心的数据发现方法存在的查不全、查不准的问题,本文通过对地理空间中的概念、属性、关系、规则,以及相应实例的详细表达,初步提出了地理空间本体构建框架,并在此基础上构建了较为完整的地理数据空间本体,以实现地理数据的智能关联,最后在地球系统科学数据共享平台中进行应用实践。结果表明,引入地理数据空间本体后,检索的结果在数据的查全和查准方面显著提高,而且还能智能推荐相关联的数据信息。本文构建的地理数据空间本体对于大数据时代背景下地理数据的精确发现和共享有重要意义。     

基于洪峰模数的山洪灾害雨量预警指标研究

山洪灾害预警是防御山洪的重要非工程措施,雨量预警指标是山洪灾害预警的关键。目前的雨量预警指标计算方法对水文气象资料条件以及模型建模率定都有很高的要求,并不适用于基层防汛人员。因此,本文基于全国山洪灾害调查评价成果数据,提出了一种运用洪峰模数计算雨量预警指标的简便、易用的方法。该方法以小流域洪水计算推理公式为基础,将公式中流量与流域面积的比值用洪峰模数表示,得到基于洪峰模数的临界雨量估算公式,并考虑流域土壤含水量等因素,分析临界雨量变化阈值,最终得到雨量预警指标。本文以云南省绥江县双河小流域为例,计算结果显示不同时段（1 h、3 h、6 h）净雨量和预警时段呈线性关系。降雨损失计算中洼地蓄水和植被截留在不同时段相同,土壤下渗在不同的时段不相同。在此基础上,计算不同土壤含水量条件下,不同时段的雨量预警指标。最后,对临界流量、降雨损失和预警指标进行了合理性分析,结果显示预警指标和调查评价结果及实测降雨都比较接近,计算的预警指标合理。本研究为基层山洪灾害预警提供了一种快速、便捷的预警指标计算方法,为预警指标计算提供技术支持。     

基于空间分析技术的城市土壤污染评价

结合地理信息系统技术,提出了空间分析技术评价城市土壤污染的技术路线并探讨了与之相关的数据处理方法、评价单元的划分、评价指标体系的建立以及各指标的权重设定,借助GIS软件Arcview的空间分析模块,编程实现了用空间分析方法对城市土壤污染的评价。利用该方法对北京市城区及近郊区土壤污染进行了评价,结果表明,空间分析技术是一种在可视化条件下对城市土壤污染进行评价分析的有效方法,评价结果真实可信。     

多源空间大数据的获取及在城市规划中的应用

在当前数据爆发式增长的背景下,通过对互联网大数据的获取、处理,将数据成果更好地应用于城市规划研究中。通过对互联网数据获取、清洗、存储及在城市规划中的应用,使数据的获取方式和手段更加的多样化,对城市规划的研究起到了基础的支撑作用。不同数据源、不同数据精度和不同数据模型的地理数据融合理论与方法的研究,对于降低地理数据的生产成本,加快现有地理信息更新速度,提高地理数据质量有着重要的现实意义。对于改进传统的城市规划理念,以及科学的指导城市规划有重要的意义。     

面向空间信息的数据网格研究

数据网格的发展促进了空间信息的协同合作和资源共享,然而,随着空间数据源呈现出越来越明显的分布性、异构性和动态性特点,如何实现大范围乃至全球范围的无缝集成和应用成为重要的研究课题。空间信息的数据特征和管理机制决定了只有在一个开放的、分布的系统平台上,才能实现全面的管理、共享和使用。本文论述了如何借助数据网格研究分布式空间数据协同操作和控制技术,提供一种服务一致化技术,将各种分布异构的数据资源通过网格化过程来实现数据服务的标准化,为用户提供一致化的接口。并对其中的研究重点进行了详细讨论。     

基于夜光遥感与POI数据空间耦合关系的南海港口城市空间结构研究

南海港口城市研究是南海资源环境监测的重要内容,目前对于南海港口城市空间结构特别是港口在城市空间结构中的地位缺乏研究。夜光遥感数据和POI数据均为城市空间结构研究的重要数据源,但对于2种数据的空间耦合关系与集成应用研究存在不足。针对上述问题,本文选取南海港口城市典型代表的三亚市为研究区,以研究区2016年NPP-VIIRS夜光遥感数据和POI数据为数据源,利用叠加分析将夜光遥感数据和POI核密度分析结果数据分别网格化。然后,利用双因素组合制图法对两种数据的空间耦合关系进行可视化,分析空间耦合关系相异区域和城市空间结构的关系,并在此基础上探讨港口在三亚城市结构中的地位。研究表明,三亚市夜光遥感和POI数据的空间分布总体趋势相一致,空间耦合关系相近的区域占比达85.6%;夜光遥感和POI数据空间耦合关系在三亚市内存在一定量的相异区域,如新城区、经济开发区、城市边缘区和乡镇中心等,结合2种数据的特点可以更显著地表征这些区域的城市空间结构特征;三亚市作为重要的南海港口城市,其城市的中心区域与港口密切关联。本研究为港口城市空间结构研究提供了新视角。     

基于资源环境数据格网化表达的关联模式发现

传统空间关联模式以空间谓词作为发现逻辑进行知识发现,会导致关联模式侧重空间位置关联,并且挖掘结果受所建立谓词表的限制,存在所发现模式固定、解释自由度差等问题。本文提出一种不依赖于空间谓词的关联模式发现方法,该方法将空间数据进行格网化表达,对格网化结果以平滑移动的N×N掩膜进行多约束事务化,将传统Apriori算法去除属性自连接,然后对所构建的空间事务化数据库进行关联模式探索,抽取有价值的关联模式。最后,以山西省晋城市长河流域为实证研究区,建立煤、地、水空间事务数据库,给出格网化表达的定量误差,探索其隐含空间关联模式,并以同位模式验证了事务化结果的精度。格网化生成覆盖研究区的64 m格网28 434个,各数据层格网化误差均在5%以内,以耕地为主因子事务化结果共有记录38 310条记录。对抽取的部分关联模式分析表明：发现结果符合长河流域矿农复合区背景下耕地相关的先验知识;该方法能有效提取空间数据及其属性信息中潜在的关联模式,提高了挖掘过程自由度和结果的兴趣度。     

基于POI数据的北京市商业中心识别与空间格局探究

商业中心是城市空间结构的重要组成部分,传统商业中心识别主要借助统计资料和经济普查数据,耗时耗力且更新频率较低;以POI(兴趣点)数据为代表的众源地理数据为城市商业中心识别提供了新思路。本文以北京市801478条商业POI数据为基础,根据商业职能定义将其分为生活类、休闲娱乐类、公共服务类、金融商务类和汽车相关类,运用核密度法识别不同职能的商业中心,结合Getis-Ord G_i~*统计量详细探究中心城区商业空间格局。结果表明:(1)北京市商业格局呈现圈层式结构,沿交通干道向外发展;(2)不同类型的商业中心存在显著的空间分异特征,生活与公共服务中心高度向心集中,金融商务和汽车相关中心多分布于城市功能拓展区,休闲娱乐中心为多组团式离散分布;(3)中心城区生活类商业职能完备,北部区域商业密度高于南部区域。     

1980-2015年黄河流域降雨侵蚀力时空变化分析

本文利用1980-2015年黄河流域及周边166个气象站点36 a的降雨资料,采用日降雨侵蚀力计算模型,对克里金插值后的栅格数据,通过利用主成分分析法、isodata聚类和最大似然法实现区域划分,并在此基础上应用重心模型研究了黄河流域降雨侵蚀力的时空变化。研究结果表明：黄河流域内不同区域的年降雨侵蚀力差异较大,最小的区域在200 MJ·mm·hm^-2·h^-1左右变化,最大的区域可达3000 MJ·mm·hm^-2·h^-1,年降雨侵蚀力具有由西北向东南递增的趋势。年降雨侵蚀力大的区域其侵蚀力值在不同年份中波动范围也大。西宁、呼和浩特等所在的一区、二区和三区的年降雨侵蚀力的重心总体上呈现向东北方迁移趋势。太原、西安所在的四区、五区其重心总体上呈现向西南方迁移趋势,其年降雨侵蚀力重心迁移范围小,重心点分布更紧密。各区域年降雨侵蚀力重心的迁移范围在空间和时间尺度上总体呈现由西北向东南方向逐渐缩小趋势。     

城市规划信息系统的时空数据组织方案

从时态GIS出发,分析了城市规划时空对象的内容、时间因素和属性表达问题。论文采用了面向对象的方法,探讨了数据标识方法和属性、空间图形时态数据组织。将版本信息标注在对象属性表的字段上,带有版本号的对象能清楚地表达对象来源和结构关系,直接表达了同一个对象的不同时期的属性值。给出了面向对象管理的时空数据组织结构,将当前状态中的对象与过去不同时间的对象相关联,每个版本与其前后版本相连接。这种数据组织机制方便了对象的版本集合或单个版本的存取。时态通过在对象标识上附加的时间标志方式而实现,线性组织了几何对象的版本序列,构造了时态拓扑关系。在节省存贮空间的同时,提高了数据利用率和历史事件的查询效率。