中国艾滋病空间格局和时空演化分析

探索艾滋病疫情的空间格局和时空演化特征,发现其分布和流行规律,对促进艾滋病防控工作具有重要意义。本文基于1997—2016年中国艾滋病省级发病率资料,利用空间自相关技术探测艾滋病疫情的空间格局,并使用重心轨迹迁移算法进行时空演化分析。结果表明：中国艾滋病疫情在省级尺度上具有较强的空间依赖性。1997—2016年,中国艾滋病疫情的全局空间关联程度从弱变强,而且存在进一步强化的趋势;疫情总体呈现“南重北轻,中部过渡”的空间格局,可将中国艾滋病发病率在局部发生空间自相关的区域划分为以内蒙为代表的北方疫情冷点片区和以广西为代表的南方疫情热点片区;中国艾滋病疫情的总体流行程度不断加深,且具有明显的地域差异性,在空间上表现为非均衡增长。因此,今后的艾滋防控工作必须在传统预防手段的基础上注重疫情扩散的时空规律,重点加强对疫情热点区域和高风险传播方向的管控,以达到区域协同、精准防控的目的。     

一种耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型

模拟传染病时空传播、定量评估疫情风险对科学防控、精准施策具有重要的现实意义。本文融合多源时空数据,构建了耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型。该模型首先基于GIS和LSTM算法构建疫情空间演变模拟模型,通过学习历史疫情数据中的规律,以1 km×1 km为空间尺度、天为时间尺度模拟传染病时空传播过程。其次,基于模拟传染病例数据和疫情传播时空影响因素构建风险评价指标,应用云模型和自适应策略构建疫情风险评估模型,实现多空间尺度的疫情风险评价。在实证研究阶段,应用该模型对北京2020年6月份突发COVID-19疫情空间演变过程进行模拟和风险评估,并引入常规机器学习模型作比较验证。结果表明：应用于疫情时空传播模拟,相较其它常规的机器学习模型,考虑时序关系的LSTM模型的模拟精度更高（MAE为0.00261）,拟合度更好（R-square为0.9455）;耦合模型不仅能充分考虑传染源因素、天气因素、疫情扩散因素及疫情防御因素对疫情风险传播的影响,反映风险演变趋势,还能快速量化区域风险等级,实现不同空间分辨率下的疫情风险评估。因此,基于LSTM算法和云模型的耦合模型可有效预测疫情的传播风险,同时,也为传染病时空传播建模与风险评估提供了方法参考。     

顾及出租车OD点分布密度的空间Voronoi剖分算法及OD流可视化分析

为对城市各区域出租车OD轨迹流进行可视化分析,需对城市作空间剖分处理,以产生研究所需的子区域。传统的欧氏距离空间剖分方法,在空间上进行硬性切割不能有效地顾及城市人、物的时空流动模式,因此,本文提出了一种空间约束条件下,顾及出租车OD点分布密度的网络Voronoi剖分方法。首先,将道路网的边细分成线性单元,然后,设定空间约束以产生合适的发生元,让各发生元在路网上以线性单元为单位扩散步长,以不同的速度向周围联通道路进行扩散,最终将城市空间划分成一系列与出租车OD点分布密度相适应的空间子区域。利用OD流可视化理论与技术,基于划分的城市子区域分析出租车在这些区域的时空流动,并结合图论知识探究城市空间OD流拓扑图结构的变化,分析不同划分区域出租车流动模式。最后,通过北京地区一天的出租车轨迹数据,对本文提出的算法及分析方法进行了实验。     

基于POI大数据的开封市城市功能扩张与演替特征分析

以POI为代表的社会感知数据为精细尺度城市空间结构研究提供了新思路，然而，POI数据与传统光学遥感数据的关系、长时序POI数据表征的城市功能空间扩张与演替特征还有待进一步挖掘。因而，本文以开封市主城区为例，采用2005—2020年POI数据，通过构建城市街区尺度功能集聚-扩散分析框架，利用空间统计指标和区位熵指数分析城市功能的演替特征与复合功能变化。结果发现：(1) 2005—2020年开封市城市社会经济活动呈逐渐增长的扩张态势，活动空间的面积扩张了11.26 km2，年均扩张速度由2005—2015年的3.5%提升至2015—2020年的5.1%；(2)城市各种活动的集聚、扩散过程造成不同功能的演替变化，其中开封市商服功能集聚程度较高，虽然受到新城区商业中心扩散的影响，单中心的城市发展模式依然没有发生变化；(3)具有复合功能的城市街区不断增多，对单中心的城市结构形成有益支撑。复合功能较强的街区主要分布在活力高、居民生活较为便捷的区域。本研究不仅能为城市空间规划的研究提供理论和技术支撑，也为城市更新、可持续发展以及国土空间规划提供新的思路。     

SARS与COVID-19时空传播差异性及影响因素分析

SARS和COVID-19的暴发对我国公众健康、社会经济等造成了严重影响,为揭示呼吸道烈性传染病的时空传播的共性规律和差异特征及背后原因,运用时空统计方法,系统分析并对比了SARS与COVID-19的时空传播差异性特征,并结合病毒本身传播特性及交通、温度等因子进行原因分析。研究表明：① 时间序列上,SARS从发病初始到结束经历了2个阶段,即上升期-平缓期,COVID-19经历了3个阶段,即上升期-急剧上升期-缓升期。② 空间传播模式上,COVID-19传播强度及传播范围大于SARS,且COVID-19的整体连通性较大,各省份与病毒暴发地的联系更为紧密;SARS和COVID-19的传播都存在明显的空间聚集性特征;二者均以邻近传播、远距离飞跃式为主,且SARS存在中次级传播中心,COVID-19扩散中心未发生转移。③ 空间传播方向上,SARS以北京市、香港特别行政区、广东省为中心,空间传播方向性更强,COVID-19仅以湖北省为中心向外扩散。④ 空间传播速度上,SARS各省份首例病例传播时间跨度较大,COVID-19各个省份首例病例传播时间大致以胡焕庸线为分界线,呈现出“东快西慢”的现象,传播时间跨度较短。⑤ R0是造成SARS和COVID-19空间传播范围与空间传播速度差异的主要原因;SARS和COVID-19病毒温度适宜性有所差异,但在温度接近的区域均发生了空间聚集性传播和邻近区域传播;除病毒本身传播能力、温度影响外,交通是影响SARS和COVID-19空间远距离飞跃式传播的主要原因,二者空间传播速度均与路网密度呈负相关关系。     

城市KTV娱乐休闲场所空间分布及扩散规律研究

随着服务业的发展和文化产业的不断推进,城市文化娱乐休闲服务业成为城市经济和社会发展的重要标志和推动力。本文以地理空间实体数据和商业统计数据为基础,以GIS 的空间数据可视化和统计分析方法,研究典型城市娱乐休闲服务业KTV在中国大陆地区的行业发展、空间分布及空间扩散特征。研究表明,KTV在全国发展迅速、分布广泛,在宏、中、微观的全国、省域和市域尺度下,其空间分布分别表现出空间区域分异、等级差异、面状均衡和中心集聚等特征,并与区域经济、人口、文化等因素有一定的相关性。各种类型KTV在空间扩散上具有由东向西,由中心向周边扩散的特点,其中连锁类KTV扩散具有社会经济现象地理扩散规律,主要表现为空间等级扩散和接触扩散特征。     

不同人口流动模式下城市传染病时空传播模型适用性研究

空间显式传染病传播模型由于能够较好地模拟城市内部的传染病传播过程,在城市疫情防控中得到了广泛应用。但现有的空间显式模型大多按照人口随机流动模式来模拟城市人口流动行为,未考虑城市中以通勤为主的人口流动模式。本文以长沙市的2014年第1～49周手足口病传播过程为例,将4、8、24邻域扩散以及重力模型、辐射模型共5种不同的人口流动模式与周期SEIR动力学模型结合建立起五种传染病传播模型,并通过比较模型时间和空间精度来明确不同人口流动模式应用在城市内传染病时空传播模拟中的各自优势和适用范围。实验结果表明：每种人口流动模式在城市内传染病时空传播模拟中都有其使用前提和适用范围。基于24邻域扩散的传播模型对手足口病病例数拟合精度最高(RMSE_spatial＿ts=0.58,RMSE_spatial＿st=0.95),基于重力模型的传播模型对城市内部传染病时空传播模拟中的传播趋势的模拟精度最高(r_spatial＿ts=0.46,r_spatial＿st=0.39),且对长沙市人口相对稠密区域(格网常住人口数大于第三四分...     

顾及时空对象空间相互作用的疫情风险评估建模与应用

新型冠状病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019,COVID-19）在全球的传播仍在持续,根据COVID-19在国内早期的扩散特征,从地理学角度出发,构建了一种顾及时空对象空间相互作用机制的疫情风险评估模型,模型在参照时空对象空间相互作用迁移型传导模式的基础上,重点考虑了疫情传播的时空过程、并兼顾空间依赖及空间异质性因素,实现了疫情风险城际传播的关联性、动态性分析。在实证研究阶段,基于该模型对武汉及其主要影响城市在2020年1月上旬到4月上旬的疫情风险及动态演变进行了评估,通过与基于城市对象自身属性计算得到的实时疫情风险指数及其空间分布进行比较,验证了基于时空对象的空间相互作用模型在疫情风险评估方面的有效性。结果表明：① 模型能兼顾疫情传播的空间依赖及空间异质性特征,体现疫情风险的城际传播过程,为疫情传染风险评估及相关空间问题的研究提供了一种新的视角和方法;② 来自源对象的输入性疫情风险与对象间的空间相互作用强度存在显著正相关性,因此在疫情防控中要结合空间相互作用的主要影响因素进行综合决策。     

基于居民出行特征的北京城市功能区识别与空间交互研究

受区域功能分化影响,城市居民出行呈现出特定的时序特征,因而不同的出行时序特征可以反映区域功能的差异性。同时,区域功能的交互特征可以通过居民出行的空间交互活动体现。大数据时代的到来,使得以GPS数据为代表的个体时空大数据可以从微观视角反映居民出行特征。本文采用个体时空大数据,应用数据挖掘方法,从居民感知视角研究城市区域功能的差异性与联系性。以北京六环为研究区域,采用规则格网划分城市地块,通过北京市3个月的出租车GPS数据提取地块的居民出行时序特征。采用期望最大化算法进行聚类分析,并结合兴趣点数据和居民出行调查实现功能区识别,识别出居住区、商业娱乐区等6类功能区。从距离和时间2个维度分析功能区之间的空间交互特征,发现功能互补性在一定程度上削弱了空间交互强度的距离衰减效应,同时功能交互呈现出显著的时序差异。     

自组织双重空间聚类算法的城市扩张结构分析应用

双重空间聚类是能顾及空间连续性和属性相似性的空间数据分析,而常规空间聚类算法难以同时顾及2方面的约束条件。本文采用自组织双重空间聚类算法,对城市扩张结构分析进行了研究。通过改造自组织特征映射的最佳匹配神经元搜索的算法机制,在空间域和属性域进行迭代聚类搜索,实现了自组织双重空间聚类。以武汉市扩张斑块的位置信息和扩张程度指数为输入数据,使用自组织双重空间聚类算法,实现了城市扩张动态结构的识别。自组织双重空间聚类算法使得聚类结果,既在空间域上连续,又在属性域上相近,算法过程具有自组织性,减少了人为影响。     

城市边缘区空间发展探讨——以北京市海淀区为例

在快速城镇化时期,城市边缘区是城市扩张过程中空间结构变化最大、土地利用转变最快的地区,以过渡性、复杂性、动态性为突出特征。研究城市边缘区的空间演变对认识城镇化、优化城市空间结构等具有重要意义。本文在总结海淀区空间发展历史渊源的基础上,采用了RS/GIS技术对20世纪80年代以来海淀城市边缘区的范围、空间扩张进行了定量分析;并结合系统论方法,探索影响海淀城市边缘区空间演变的若干因素。研究发现：海淀城市边缘区空间发展有独特的地理优势和文化渊源,且在政策、经济、人口、交通等因素的综合作用下,处于不断动态变化之中;呈现出沿环线不规则分布、边界由清晰变模糊、整体向西北推移的空间特征;总面积逐渐增加、年扩张速率先升后降;1995-2007年以向外扩张为主,其他阶段以内部填充型发展为主;空间分布及扩张强度在不同乡镇街道具有区域差异性等。本文将RS/GIS技术与系统分析相结合,来研究城市边缘区相关问题的技术可行性。     

天津港区土地利用时空格局变化与驱动力分析

 本文以Landsat TM多光谱影像为主要数据源,获取了天津港区1987-2010年4期土地利用数据,引入单一土地利用类型动态度、综合土地利用类型动态度、转移矩阵和土地类型空间格局重心4种土地利用变化指数模型,在GIS支持下定量地分析了天津港区1987-2010年土地利用类型转换的方向、程度、时空格局差异和扩张模式。结果表明:1987-1995年天津港的建设处于改革开发之后的探索阶段,土地利用类型变化的程度不高;1995-2003年天津港稳步拓展,港口区域建设用地向北迅速扩张;2003-2010年天津港步入以港区外迁为特征的专业化发展阶段,土地利用类型剧烈变化。20多年来,天津港在空间形态上呈现沿海岸线先向北向陆,后向南向海的扩张模式,侵占水田、滩涂和填海造陆是天津港港口建设用地扩张的主要途径,同时区域还存在大量非理性的圈海养殖和围海造田现象。研究认为港口专业化发展、宏观和微观政策,以及个体目标驱动是影响天津港区土地利用时空格局变化的主要因素,关注生态、经济与区域的和谐发展,通过优化港口功能布局,加快以生态安全为目标的土地利用结构调整,是实现港口可持续发展的必经之路。本文对于充分认识港口发展规律,保护宝贵的港口岸线资源和合理规划港口区域土地资源都具有重要的意义。     

时空统计学在贫困研究中的应用及展望

消除贫困是人类社会的共同目标.贫困分布具有明显的空间特征,同时呈现出空间异质性和空间相关性.时空统计学以时空分析为优势,在贫困的时空分布及形成机制研究中发挥了重要作用.本文综述了不同时期我国贫困分布的空间特征、贫困数据的空间类型和特征以及贫困时空分布的影响因素,并总结了时空统计学方法在贫困空间研究中的4类应用,包括:探...     

一种逐级合并OD流向时空联合聚类算法

现有OD流向聚类多将O点和D点相分离或者将OD流向看作4维空间的数据点进行聚类处理,忽视了流向长度、方向、时间对流向聚类的影响。本文以流向作为研究对象,提出一种基于流向间相似性度的逐级合并OD流向时空联合聚类算法。首先在充分研究OD流向的空间信息和时间信息的基础上,构建合理的OD流向间时空相似性度量方法,对OD流向间的时空相似性进行量化;然后提出逐级合并OD流向聚类策略,优化类簇合并的顺序,以减少层次聚类的时间开销,实现OD流向的时空联合聚类。以成都市的滴滴出行OD数据和纽约市出租车数据为例对本文方法进行了验证,结果表明：① 本算法聚类获得的流向类簇不仅带有空间特征还具备时间特征;② 在不同参数下本方法可以得到不同时空尺度的聚类结果;③ 与现有较高水平的流向聚类算法相对比,本文方法的聚类效果更好。这体现在流向类簇内部的流向之间有着充分的相似性,以及本文方法不仅可以提取出显著的流向类簇,还可以提取出非热点区域之间的流向类簇。本算法顾及空间因素和时间因素,可以通过调整时空相似性度量方法中的时间参数和空间参数以实现不同时空尺度的流向聚类,这使得从不同时空角度研究城市居民出行模式成为可能。本文提出的OD流向时空联合聚类算法从联合时间信息和空间信息的角度获得对运动数据的新见解,有助于合理全面地研究居民的移动模式、区域之间的空间联系、已知出行结构的确定以及出行目的的探索,是后续一系列分析工作的基础。     

区域人口迁移时空溢出效应与动力机制分析

区域人口迁移流的规模不仅取决于迁出地与目的地的“双边”要素,也与前期迁移流和周边迁移流息息相关。传统重力模型揭示了区域人口迁移过程的“推-拉”机制,但受制于对时空维度的忽视,无法有效表达迁移流之间的时空依赖关系,因而难以度量区域要素变化对迁移流产生的时空溢出效应。本文引入多种形式的时空依赖结构,构建迁移流时空重力模型,并采用贝叶斯马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法进行估计。在此基础上,结合时空效应框架量化区域要素对迁移流的影响,定量分析人口迁移过程的时空溢出效应与动力机制。本文以1985-2015年中国省际人口迁移为例,通过与非空间的动态重力模型估计结果比较,初步表明时间依赖、空间依赖以及时空扩散依赖在区域人口迁移过程中不容忽视;时空维度上,区域要素变化在初期对迁移网络的溢出效应超过对该区域迁移流的直接影响;逐渐衰减的时空溢出效应维持了区域人口迁移规模发展的相对稳定,与动态重力模型估计结果形成了鲜明对比。区域人口规模、人均GDP水平及其时空溢出效应共同驱动中国省际人口迁移系统的发展。耦合时空维度依赖关系的时空重力模型能更好地理解区域人口迁移过程的演化特征,为促进区域人口均衡发展提供科学的决策依据。     

基于夜间灯光数据的北部湾城市群空间扩张及驱动力研究

针对以往研究城市问题在数据真实性和空间属性上存在不足、研究内容多探索其表面特征和时空变化过程、研究方法和因子选择具有一定的局限性等弊端,本研究以北部湾城市群为例,利用夜间灯光数据提取城市建成区面积,从城市建成区面积年扩张速度、年扩张动态度、年扩张强度、扩张协调性,分析2006～2020年城市空间扩张特征;利用灰色关联模型分析城市建成区面积与八个社会经济因子之间的关系,探究引起城市扩张的驱动力。研究结果表明：(1)利用夜间灯光数据提取城市建成区面积能够弥补传统数据的不足,准确地得到空间扩张水平估计;(2)大部分城市扩张与人口增长协调不佳,省会城市南宁市、海口市始终是北部湾城市群空间扩张的中心;(3)城市扩张与八个社会经济因子联系紧密,人口密度是促进北部湾城市群空间扩张的最主要因素。     

全空间下并行矢量空间分析研究综述与展望

新一代并行空间分析将面临空间大数据分析和实时空间分析服务的挑战。矢量空间计算作为GIS系统中的重要组成部分,在并行化算法设计中存在负载不均,并行扩展性差,IO性能低等技术瓶颈。本文首先从应用需求和技术发展的演变历史回顾了矢量空间分析算法发展过程;然后,从研究现状的角度详细阐述了并行矢量空间分析计算的研究成果,总结了并行空间分析算法的算法特征和技术瓶颈,对不同并行编程模型进行了对比,并提出了并行空间分析算法的研发流程;最后,从发展前景的角度预测了全空间信息系统中基于多粒度时空对象的空间数据模型和计算方法的发展趋势,提出了以内存计算等技术实现存算一体化的新型空间数据模型和分析方法的技术趋势。     

基于大数据的疫情地理传播与网络舆情时空关系研究

疫情地理传播与网络舆情之间的时空关系对于开展突发疫情应对具有重要意义,是国家新型城镇化与发展全球化的重要课题。利用H7N9突发疫情感染人数、网络舆情关注数、网民人数、地理行政区划等数据,应用大数据分析与地理可视化方法,对疫情地理传播与网络舆情时空关系进行了研究。结果表明,疫情地理空间传播与网络舆情传播之间存在潜在的时空关系,主要表现为突发疫情引起的网络舆情的空间分布与现实疫情事件的地理空间分布特性具有总体相似一致性和局部偏差性。疫情传播与其引起的网络舆情传播的数量特性、时间特性、地理区域特性具有整体一致性;网络舆情反映疫情地理分布具有局部偏差性。     

1978-2011年间中国区域消费水平的时空演变

区域消费水平是经济发展的重要动力。本文以1978-2011年间我国各省区的人均消费品零售额表征区域消费水平,在我国区域消费水平差异测度的基础上,对区域消费水平差异的时间序列值进行突变点检测,进而将我国区域消费水平变化划分为1978-1986年和1986-2011年2个阶段。通过利用传统马尔科夫链及空间马尔科夫链方法,分别构建人均消费水平的非空间和空间马尔科夫转移概率矩阵,对1978-1986年与1986-2011年2个阶段的区域消费水平的时空格局演变特征进行分析。研究结果表明：（1）区域消费水平在2个研究时段内的变化均存在着“俱乐部趋同”现象,无论是低消费水平与高消费水平区域均沿着最初类型稳步演进。（2）区域消费水平变化受到来自邻域消费水平背景的影响,使得其趋同的过程在空间上不独立。（3）区域间消费水平相互作用呈现出显著的东西分异特征,东部地区多为区域自身消费水平与邻域消费水平同时向上转移的状态,西部地区多为向下转移的状态,而中部地区多为平稳分布,邻域消费水平的状态变化较大。     

国土空间规划视角下的城镇开发边界划定和空间管控体系构建

新时期国土空间规划背景下,科学合理地划定城镇开发边界,建立健全的国土空间用途管制制度是有序引导国土空间各类开发保护行为的重要举措。本文以福州市为例,构建了一种全域多维度国土空间管控体系,将其管控约束条件嵌入未来土地利用格局模拟中。同时,顾及区域空间异质性和时空依赖性,设计了一种服务于城镇开发边界划定的集成地理分区策略、深度学习技术、FLUS模型功能模块的时空元胞自动机ST-CA(Spatio-Temporal Cellular Automata)模型。基于已有成果集成三区三线,开展"划管结合"思维下的空间管控应用研究。结果表明:(1)顾及区域空间异质性和时空依赖性的ST-CA模型可以有效提高土地利用变化模拟精度(OA指标从95.95%提升至98.34%),实现更为真实、准确的地理模拟过程;(2)地理模拟过程中嵌入管控约束条件,可引导城镇、农业和生态3类空间合理布局且规模可控,基于模拟结果划定的城镇开发边界能有效避开规划保护用地;(3)未来模拟预测结果结合管控预警值可看出,福州市主城区及周边区县的城镇扩张形势比较严峻,未来亟需对福州市国土空间格局进行合理调控;(4)边界变化趋势特征表明划...