GIS不确定性框架体系与数据不确定性研究方法

该文分析了GIS数据不确定性研究现状,总结了GIS中数据不确定性的研究问题,提出GIS中数据不确定的框架体系,并结合非线性复杂科学的研究方法,对GIS数据不确定性的研究方法进行了分析、归纳和阐述。     

论GIS的模糊不确定性

文章对GIS的模糊不确定性进行了研究,主要目的是系统论证GIS确实舍有模糊不确定性,使人们真正认识到GIS不仅含有随机不确定性而且含有模糊不确定性。文章主要是从GIS构成的四部分出发即：硬件、软件、人员和数据,分别对这四部分论述其模糊不确定性,即GIS存在着GIS数据模糊不确定性、GIS硬件模糊不确定性、GIS软件模糊不确定性和GIS人员的模糊不确定性;最后,指出GIS的模糊不确定性的研究还处于初步阶段,特别是人员的模糊不确定性还有很多因素无法进行研究以及如何减弱GIS各部分的模糊不确定性的理论和方法。     

遥感数据的模糊不确定性及其处理方法探讨

通过对遥感数据生成机理的分析,得出遥感数据存在不确定性,并进一步论证了不确定性中含有模糊不确定性,这样对遥感数据的不确定性处理更加全面和合理,从而达到提高遥感数据的精度和消除遥感数据不确定性的目的。综合国内外对遥感数据模糊不确定性的处理研究,探讨了几种处理方法,发现还没有一种方法能圆满解决遥感数据的模糊不确定性。     

基于场所的GIS中的不确定性问题及分类框架

基于场所的GIS直接表达人类地理空间知识的管理和加工过程,而不确定性是人类智能的基本特点,因此GIS的智能化需要研究其中的不确定性问题。与传统的GIS相比,基于场所的GIS中的不确定性问题更为丰富,既包括随机性,也包括含糊性,而不确定性的主体既可以是地理要素、场所和空间关系,也包括命题和规则。该文介绍该领域相关的研究成果,基于不确定性主体、类型、表达手段及相关的活动4个视角,建立了基于场所的GIS中所涉及的不确定性框架,从而为相关的不确定性建模提供指导。     

降雨信息空间插值的不确定性分析

文章以潮白河流域为样区,根据58个雨量站1990年的降雨观测数据,采用反距离权重法、克立格法、样条函数法、趋势面法等插值方法,分析了站点数量变化、时间尺度变化、栅格像元的尺度变化、插值方法的差异对降雨数据空间插值结果的影响,剖析降雨插值中的不确定性。结果表明：（1）插值站点数量越大,区域降雨插值的不确定性越小;（2）像元尺度在50m~1000m间变化对降雨插值的不确定性只有微弱的影响;（3）对应于时间尺度由年到月到日的变化,降雨插值的不确定性随时间尺度的减小而显著增大;（4）不同插值方法影响到降雨空间插值的不确定性水平。为了减少降雨信息空间插值的不确定性,根本途径是要引入第三方相关变量,并将其整合到现有的插值算法中。高相关性变量的选取及其与插值模型的整合方式将成为降雨插值研究的主导方向。     

水资源系统中的不确定性及风险分析方法

水资源系统中广泛存在着不确定性，其对系统的影响很大，甚至带来灾害性风险(如洪水、干旱)，是风险产生的根本原因，也是水资源系统研究遇到的难点问题之一。从分析总结水资源系统中存在的不确定性因素的类型(包括随机性、模糊性、灰色性及未确知性)及研究方法，提出水资源不确定性系统的概念。从不确定性因素的数学处理方法入手，介绍基于概率统计学(处理随机性)的风险计算模型，提出基于模糊隶属度(处理模糊性)、基于灰数(处理灰性)和基于未确知数(处理未确知性)的风险计算模型。为水资源系统风险规划与管理奠定基础。     

大尺度水循环模拟系统不确定性研究进展

水循环过程受众多自然因素和人为因素影响,决定了水循环系统的变化性和复杂性。水循环系统模型作为研究流域水文循环过程及演变规律的重要工具,必然也存在较大的不确定性,特别是对于大尺度陆-气耦合下的水循环模拟系统,其不确定性来源包括输入和参数不确定性、结构不确定性、方法不确定性以及初始和边界条件不确定性。本文在分析不确定性量化方法和传统水文模型不确定性研究基础上,重点评述当前大尺度水循环系统模拟的不确定性研究进展和存在的瓶颈问题,并介绍一种针对大型复杂动力系统的不确定性量化解决方案和工具系统-PSUADE,基于此讨论PSUADE在大尺度水循环模拟系统不确定性量化过程中的优势。     

塔里木河源流山区径流模拟及不确定性研究

自然环境恶劣、站点稀少、观测困难是干旱区水文系统研究面临的基本问题。特殊的自然地理条件给水文过程带来了极大的复杂性和不确定性,也阻碍了干旱区水文过程和机理研究的发展。选取塔里木河源区开都河流域为研究区,采用分布式水文模型MIKE SHE模拟大尺度资料稀缺地区水文过程,将流域内气象、水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程;在出山口径流数据的基础上对模型进行率定和验证;分析了模型中的不确定性的来源,探讨模型优化方法。结果表明,MIKE SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度仍有待提高;通过分析识别出了隐含于模型结构、输入及参数等3个方面的8种不确定性来源。     

水文系统模拟不确定性研究进展

从水文系统模拟的基本特点出发,分析了水文模拟中广泛存在的不确定性的来源,对与水文系统模拟不确定性相关的研究进展进行了分类回顾,并介绍了贝叶斯概率水文预报理论的一般流程。研究回顾表明,数理统计是定量描述水文不确定性的有利工具。其次,完善水文机理研究,提高降水及下垫面相关参数的观测水平,以及提高降水预报的精度、概率水文算法的效率和精度是进一步减少水文模拟的不确定性的发展方向。     

SWH双源蒸散模型模拟效果验证及不确定性分析

SWH模型是在经典Shuttleworth-Wallace双源蒸散模型的基础上发展起来的蒸散模型。过去的研究结果表明在站点尺度上SWH模型表现出较高模拟精度,但有关模型对主要参数及驱动变量的敏感性以及模型模拟的不确定性来源等缺乏深入理解与认识。本文通过与51个陆地生态系统站点多年的蒸散观测数据对比,在季尺度、年尺度上验证了全国范围内SWH模型的模拟效果,并分析了关键参数和驱动变量对模型不确定性的贡献大小。结果表明：SWH模型在区域尺度上取得了较好的模拟效果,模拟蒸散与实测值R²均在0.75以上。模型各参数中,冠层导度估算涉及的两个参数对蒸散模拟不确定性影响较大;驱动数据中,归一化植被指数对蒸散模拟不确定性影响较大。尽管部分数据（如降水）因插补存在较大的误差,但总体上气候驱动数据对蒸散模拟的不确定性的贡献仍低于NDVI。     

元胞自动机在城市模拟中的误差传递与不确定性的特征分析

元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)已越来越多地用于地理现象的模拟中,如城市系统的演化等。城市模拟经常要使用GIS数据库中的空间信息,数据源中的误差将会通过CA模拟过程发生传递。此外,CA 模型只是对现实世界的近似模拟,这就使得其本身也具有不确定性。这些不确定因素将对城市模拟的结果产生较大的影响,有必要探讨CA在模拟过程中的误差传递与不确定性问题。本文采用蒙特卡罗方法模拟了CA误差的传递特征,并从转换规则、邻域结构、模拟时间以及随机变量等几个方面分析了CA不确定性产生的根源。发现与传统的GIS模型相比,城市CA模型中的误差和不确定性的很多性质是非常独特的。例如,在模拟过程中由于邻域函数平均化的影响,数据源误差将减小;随着可用的土地越来越少,该限制也使城市模拟的误差随时间而减小;模拟结果的不确定性主要体现在城市的边缘。这些分析结果有助于城市建模和规划者更好地理解CA建模的特点。     

基于DEM的四川省低山丘陵区坡度提取不确定性分析

针对四川省低山丘陵区,以GIS为技术支撑,深入分析研究区坡度提取的不确定性.以平均坡度代表区域坡度的一般水平,采用6种地貌类型的12组不同分辨率的DEM数据,研究平均坡度与DEM空间分辨率、区域地貌特征的关系,定量分析基于DEM提取坡度的不确定性.结果表明,研究区不同地貌单元内,平均坡度随着DEM分辨率的减小而减小,呈现出很强的线性变化规律,其衰减速率基本不变;其回归方程的常数项与所在地貌单元的沟壑密度呈显著的二次曲线变化特征;坡度提取的精度与DEM的空间分辨率成正相关关系.     

GIS中的空间基准问题

GIS建设中空间基准的统一是GIS数据质量，数据共享，数据使用的基础。在我国GIS建设中普遍存在着空间基准不一致的问题，该文分析了我国GIS建设中空间基准存在的主要问题，并在此基础上给出了GIS建设中统一空间基准的方案，方法和步骤。     

城市需水量模拟及不确定性分析方法研究

需水量预测是区域水资源合理配置和有效管理的基础。由于供需水量的不确定性,精准的需水量预测较有困难。通过建立径向基函数（RBF）与BP神经网络预测模型,以西北地区城市西安市需水量为例,将用水量驱动因子作为模型输入,利用1990-2009年20组年用水数据进行网络训练模拟,对2010-2012年3组年用水数据进行检验预测,采用不确定性评价指数和置信区间方法对两种模型及模拟结果进行比较分析。结果表明,RBF与BP模型预测期的均方根误差分别为0.08、0.26,不确定性评价指数分别为0.74、1.02且BP模型预测值的相对误差最大超过10%以上,而RBF模型预测值的相对误差均小于5%,说明RBF模型模拟效果好,具有预测精度高以及不确定性影响低的双重优势;在模拟结果基础上,引用置信区间分析了结果的可靠性,为分析城市需水预测的不确定性提供了依据。     

基于等宽ε-带的三维线-线对象不确定性拓扑关系描述与判别方法

三维空间下不确定性对象拓扑关系是研究三维GIS中不确定性问题的基础。该文将二维平面直线不确定性的思想引入到三维空间,基于二维平面ε-带自旋转构建三维拓展包络体,表达不确定性三维线对象的置信区域。在对不确定性三维线对象进行描述的基础上,对不确定性线-线对象各部分之间的交集程度提出了一种定量化分析方法;通过对交集程度的度量,将三维空间下不确定性线-线拓扑关系用这些度量组成的空间向量表达;结合9I模型确定的参考空间关系向量理论,逐一考察度量化空间关系向量与参考空间关系向量之间的相关度,提出三维空间下不确定性线-线对象之间拓扑关系的描述模型,通过定量化分析方法对其空间拓扑关系进行判别。实验结果表明,该方法具备一定的可行性,可为不确定性问题的探讨提供科学依据。     

水文系统不确定性分析方法及应用研究进展

水文系统是一个复杂的系统,包含了很多不确定性因素,增加了精确模拟和预测水文过程的困难。为了提高计算结果的可靠性,水文系统的不确定性分析已成为当前研究的热点。本文对水文系统不确定性分析方法及应用研究进展进行了分类综述,介绍了它们的数学原理、操作程序和应用现状,并对值得进一步研究的问题进行了展望,指出加强水文过程机理研究、在水文循环过程更多环节上拓宽不确定性研究、以及将多种不确定性分析方法进行综合是未来的研究趋势。     

GIS中的模糊形态运算

空间数据的不确定性是当前GIS领域的研究难点之一。为了描述空间数据的模糊性,把模糊集理论引入GIS,以加强GIS对模糊现象建模的能力,因而产生了模糊数据。但现有GIS缺乏对模糊数据分析和处理的能力。该文把模糊集理论引入数学形态学,提出能处理模糊数据的模糊形态运算,并给出模糊形态运算的隶属函数,使传统的数学形态学能够处理模糊数据且容易在计算机上实现。     

基于GIS的区域规划研究

在简要分析区域规划的发展历程和当前面临的新挑战的基础上，探讨了GIS在区域规划研究中管理数据、分析数据、辅助决策和表达规划成果等几个方面的应用，并就GIS在县域城镇体系规划中的应用给出了一个探索性的实证研究，介绍了ArcGIS8．1和MapObjects2．0在县域城镇体系发展现状、发展规划研究、规划成果表达中的应用，最后得出GIS在区域规划中有着广阔应用前景的结论。     

新安江模型参数的不确定性分析

水文模型的不确定性研究是水文科学研究的重要课题。模型参数的不确定性分析是水文模型不确定性研究的重要内容之一。本文采用GLUE方法分析新安江模型参数的不确定性,结论基于对不同水文特征流域的长时间径流模拟,研究发现大量"等效性"参数组存在。据此将参数总结为三类:第一类为非敏感参数,如上层张力水容量UM等。它们对似然判据,及确定性系数(R²)影响小。第二类为敏感性参数,如河网蓄水消退系数CS等,其特点是对R²的影响大。第三类为区域性敏感参数,如张力水蓄水容量曲线的方次B等,它们对R²的影响力跟流域特征密切相关。这些结论有助于理解新安江模型参数,为今后流域水文模拟提供参考。文中还展望了未来水文模型不确定性研究的发展方向。     

某污染场地土壤苯并(a)芘含量的三维估值及不确定性分析

污染场地修复前的准确评估是开展场地修复行动的基础和前提。建立了一套评估污染场地中污染土方量的三维插值方法,采用该方法模拟了某污染场地土壤苯并(a)芘(BaP)含量的空间分布并分析其不确定性。结果表明：场地地下环境中BaP含量数据服从对数正态分布,土壤中污染严重区域分别位于研究区的西南部和北部。通过普通克里格插值得到的BaP浓度超过0.4 mg·kg^-1的污染羽体积为14134 m³,对应的累积概率为0.585。依据给定变差范围值计算,得出现有收集数据对整个场地的描述程度为65%。基于该三维插值方法能准确地反映场地污染物空间分布特征,其不确定性分析可为补充采样布点及精准评估提供参考。