地学信息图谱的研究及其模型应用探讨

地学信息图谱系以遥感与地理信息系统等新技术 ,充分发挥人脑的形象思维能力来解决资源环境问题。它是地学思维在新时代下的新发展 ,在地学研究中有重要的理论和实践意义。文章着重分析了地学信息图谱研究近况 ,并结合生态系统综合评估 ,论述了地学信息图谱在该领域的应用。     

地面滑坡信息图谱的浅析

地学信息图谱作为地学问题的一种研究思路和方法论 ,有助于深化地学现象和过程滑坡研究。从地球信息科学和滑坡学理解的滑坡信息图谱形式上有一定的差别 ,其研究内容也有一些异同。本文从地球信息科学的角度详细阐述了滑坡信息图谱方法的内容及具体应用 ,文中将滑坡信息图谱分解为滑坡征兆、诊断与实施图谱 ,用于辅助解决滑坡研究不同阶段和层次的方法论问题 ,其主要目的是提出并寻找 GIS对滑坡研究应用的途径和方法体系。     

地面滑坡信息图谱的浅析

地学信息图谱作为地学问题的一种研究思路和方法论,有助于深化地学现象和过程滑坡研究。从地球信息科学和滑坡学理解的滑坡信息图谱形式上有一定的差别,其研究内容也有一些异同。本文从地球信息科学的角度详细阐述了滑坡信息图谱方法的内容及具体应用,文中将滑坡信息图谱分解为滑坡征兆、诊断与实施图谱,用于辅助解决滑坡研究不同阶段和层次的方法论问题,其主要目的是提出并寻找GIS对滑坡研究应用的途径和方法体系。     

陕西省城镇与交通信息图谱的建立与分析

地学信息图谱是伴随地学信息知识的创新而产生的,建立地学信息图谱的过程就是对地学研究对象的认知过程。本文通过对陕西省城镇和交通信息图谱的建立与分析,指出陕西城市具有格状对称分布的规律;陕西交通布局具有线形对称分布的特征。通过以延安为中心的我国大城市靶形图谱分析,建议把延安发展成大城市,以带动陕北和周边地区的经济发展。结论是应在城镇与交通信息图谱的指导下,制定出陕西城镇与交通发展的科学规划。     

地学信息图谱的探讨与展望

“图”是指空间信息图形表现形式的地图 ,也包括图像、图解等其他图形表现形式 ;“谱”是按事物特性所建立的系统 ,或按时间序列所建立的体系。地学信息图谱具有图形与谱系的双重特性 ,是由大量地学数字信息经过图形思维与抽象概括 ,并以计算机多维与动态可视化技术 ,显示和揭示地球系统及各要素和现象空间形态结构与时空变化规律的一种手段与方法。本文分别论述了 :1.图谱的基本概念 ;2 .地学信息图谱的探讨 ;3.地学信息图谱建立的基本过程与步骤 ;4.地学信息图谱实例--中国自然景观综合信息图谱 ;5 .地学信息图谱的意义与展望。     

地学信息图谱方法研究的框架

本文对地学信息图谱方法从地理学的角度提出了概念性的框架 ,认为图谱研究不仅仅局限于表现 ,而且更重要的是一种分析方法。地学信息图谱是图形、方法和认知三者的综合与统一。讨论了对地学信息图谱概念的认识。然后从中国古代的风水理论和地图学 ,以及物理学和生物学方面分析了人类在使用图谱方法上的借鉴意义 ,最后从哲学、理论和技术的层面上分析和论述了地理学存在的问题 ,指出将分析与综合紧密结合在一起的整体综合思想 ,是地学信息图谱方法的哲学基础。地学信息图谱的内容将是联结地理学传统理论和地理信息系统之间的“纽带”。作为地学信息图谱研究的起步工作 ,地理学在区域地理单元及其等级体系 ;主要地理要素的遥感影像特征分析 ;地学信息图谱的表达方法三方面的进展将会使地学信息图谱的研究获得更清晰的思路。     

地学信息图谱思想与实践探索

本文回顾和综述了陈述彭院士关于地学信息图谱的学术思想,该学术思想来源于陈先生的科学实践。他提出了地学信息图谱的相关概念及其类型体系,地学信息图谱是地学图谱与现代信息技术结合的产物。地学信息图谱的核心在于发现地学时空知识和规律,并能为社会经济建设提供应用服务。按研究对象划分为地学各分支学科的信息图谱和各行业的信息图谱,按功能划分为：征兆图谱、诊断图谱和实现图谱。陈先生发展了地学信息图谱生成的技术方法,提出了地学信息图谱的工作流程,促进了地学信息图谱在经济社会发展中的应用。陈先生指出了发展地学信息图谱的创新方向：创新地学大数据获取技术方法,提升地学信息图谱生成智能化与自动化水平,促进地学信息图谱应用的深度和广度。陈先生指出网格地图是地学信息图谱的重要基础。该思想至今对推动地球信息科学的发展及其在解决国家重大战略需求方面,仍然具有重要的指导意义。总结了在陈先生地学信息图谱思想的指导下,在地学信息图谱方面的一些实践探索和结果,包括：发展了基于知识发现的专题信息提取和多数据多知识协同的精细地表要素获取的技术方法,提高了水体、绿被、积雪和城乡聚落提取以及精细土地利用和精细植被类型信息获取的自动化水平和效率;拓展了时空变化图谱的研究和应用,提升了时空变化图谱生成的智能化水平和效率;地学信息图谱在社会经济发展、生态建设、环境保护和灾害风险防控等方面的应用实践已展示出了巨大前景。最后,结合新时代共建全球人类命运共同体和地球科学国际化的重大战略需求,提出了开展全球地学信息图谱关键技术与应用研究,以期实现地表大观测到大数据,再到大知识大应用的提升转化,支撑地表治理体系和治理能力的现代化,提升地学服务经济社会发展的水平和能力,彰显学科特色与优势。     

地学信息图谱的基础平台设计与开发

主要介绍地学信息图谱基础平台的设计思想和相关的技术。地学信息图谱基础平台是在对地学信息图谱的理论深入研究和探讨后,根据制作地学信息图谱样例的需求,利用系统设计理论和计算机软件工程技术,对基础平台的系统功能进行了设计,并采用先进的软件编程技术和思想而完成的。另对图谱表格中嵌入OLE对象、图谱表格的编辑以及图谱表格与GIS数据的连接等关键技术作了讨论。     

中国自然景观综合信息图谱研究

地学图谱是用可视化形式 ,有规律的图形来表现空间信息 ,地学信息图谱是计算机化的地学图谱 ,是地图可视化的一种新形式。中国自然景观综合信息图谱是地学信息图谱研究的一个重要内容。本文首先介绍了自然景观信息图谱的基本概念 ;然后探讨中国自然景观综合信息图谱设计与提炼的技术路线 ,以及中国自然景观综合信息图谱与自然景观单要素信息图谱的提炼方法 ,并给出具体实例 ;最后简要介绍了中国自然景观综合信息图谱信息系统的研制。通过对中国自然景观综合信息图谱的设计与提炼 ,探讨了地学信息图谱的研究思路和技术路线 ,为地学信息图谱的进一步研究 ,提供了可借鉴的方法。     

地学信息图谱与区域可持续发展虚拟

地学信息图谱综合了景观综合图的简洁性和数学模型的抽象性 ,它是现代空间技术与我国传统研究成果结合的产物 ,它可反演过去、预测未来。本文在分析地学信息图谱、生态系统发展战略、DL U土地利用战略、数学模型与地理信息系统集成等研究成果的基础上 ,设计了一个区域可持续发展虚拟系统。在这个虚拟系统中 ,如何将区域可持续发展的有关信息转换为征兆图、诊断图和实施图是其核心理论问题。数学模型计算机程序自动生成软件和开放式地理信息系统的研究成果表明 ,这些理论问题在不久的将来是可以解决的。也就是说 ,这个区域可持续发展虚拟系统的进一步研究 ,能够形成一个可操作的、实用的决策支持系统。     

区域生态环境综合信息图谱的分类与案例分析——以福建省为例

生态环境图谱类型的划分是自然资源合理开发利用和治理及地学信息图谱研究的基础。该文采用系统分析的思路,在总结对比分析前人对土地利用/土地覆被、植被、地貌、景观以及生态环境等的分类研究的基础上,依据地学信息图谱的方法论,借助遥感和地理信息系统等技术,构建生态环境综合信息图谱分类的系统,并以福建省为例,提出福建省生态环境图谱的分类系统。     

Eco-environmental spatial characteristics of Fildes Peninsula based on TuPu models

This study applies a TuPu analysis to investigate ecological and environmental aspects of an Antarctic ice-free area, using Fildes Peninsula as an example. The TuPu unit was determined using a vector-grid mixed data model. Information from the eco-environment elements was effectively extracted, and was generalized into different classes by means of data mining technol- ogy. A series of single-factor thematic information TuPu models, such as topography, soil, animal and vegetation, and human activities for Fildes Peninsula were built in this study. The topography TuPu model contained information on elevation and slope. The soil TuPu model involved soil development stages and soil thickness information. The animal and vegetation TuPu model contained the distribution of animals, plant types, lichen cover and lichen height. The human activities TuPu model included popu- lation density and human disturbance index information. The landscape comprehensive information TuPu model of Fildes Penin- sula also was established, and contains twenty-nine landscape units and twelve types of combined environments. The study quan- titatively revealed the spatial morphology and correlation of the regional eco-environment based on the analysis of these TuPu models. From these models, we can draw the conclusion that there is a regular differentiation of eco-environment from the coastal bands to the central hills in Fildes Peninsula, and that the eco-environment condition of the eastern coasts is different from that of the western coasts. The eco-environmental spatial variation also differs greatly from north to south. Based on analysis of spatial correlation, the vegetation in Fildes Peninsula has the greatest correlation with human activity, and has a certain correlation with topography and soil. This research may provide a new technical approach and scientific basis for the in-depth study of Antarctic eco-environments.     

基于层次分析法的拉市海高原湿地生态系统健康评估

 本文以云南省丽江市拉市海高原湿地生态系统核心区为研究区域,利用区域生态系统功能监测指标和自然环境及人文活动因素指标,对拉市海高原湿地生态系统的健康状况进行空间综合评估分析。首先,根据当前生态系统的状况和高原湿地生态系统的特征,结合湿地保护区开展的系列生态系统功能监测项目及其指标,并充分考虑评估模型的系统性、科学性和实际操作的可行性,构建了拉市海高原湿地生态系统健康评价的指标和指标体系。然后,采用层次分析方法(AHP),融合自然综合指标、人文因素指标在内的生态系统健康综合评价模型,确定6级的生态系统健康评估标准;最后,根据空间评价模型和数据资源,对各个指标权重进行分析计算,得出拉市海高原湿地生态系统的健康状况的空间分布。研究结果表明,拉市海高原湿地的生态系统健康状况良好。按照划定的6级标准,其中,稳定区和较稳定区面积9 358.93hm²,占研究区域总面积的61%,脆弱区和较脆弱区面积为6 058.46hm²,占总面积的39%。整个研究区域内不存在很稳定区和极稳定区,这为高原湿地生态系统的综合管理及发展规划提供了依据。     

知识社会的城市生态系统复杂性探讨

以信息技术广泛应用、知识经济诞生为标志的第三次城市革命的来临，正对城市发展和人类社会产生重大的影响。本文用生态学、复杂性科学的研究思想、方法，围绕具有生命特征的城市及城市生态系统进行相关问题研究，着重分析了知识社会的城市生态系统复杂性，并进一步探讨了知识社会城市生态环境下的城市管理变革。     

新疆农业景观格局演变对其生态系统服务价值的影响

结合遥感、地理信息系统、景观生态学和空间分析等理论,分析了新疆地区2000~2015年农业景观格局的时空动态变化特征,测算了农业生态系统服务价值,通过相关分析进一步研究了农业景观格局与生态系统服务价值的关联,为促进区域土地资源合理利用和生态农业发展提供科学依据。结果表明,新疆农业生态系统正朝着多样化、稳定化的方向发展;农业生态系统服务价值显著增长,但区域间的价值差异较大,呈现北疆高南疆低的分布格局;景观面积、斑块数和景观形状对新疆地区农业生态系统服务价值影响较大且均呈现明显正相关关系。     

兰州市生态系统健康评价及协调性分析

进行区域生态系统健康评价,可以为当地制定生态系统保护政策和措施、生态系统协调和可持续发展提供科学依据。受数据源获取困难等因素制约,从乡（镇、街道）尺度开展的生态系统健康研究尚不多见。本文通过压力-状态-响应模型,选取15个指标因子构建了适宜于乡（镇、街道）尺度的评价指标体系,然后以第一次地理国情普查成果、统计年鉴数据和Landsat8、HJ-CCD、OMI遥感影像为主要数据源,对部分指标使用统计降尺度处理的基础上,以乡（镇、街道）为评价单元,运用熵值法综合评价兰州市生态系统健康状况,并对压力-状态-响应协调度进行分析。研究结果表明：① 生态系统健康整体表现出由城市中心区较差向城市外围区较好的过渡和替换趋势,从乡镇（街道）尺度来看,属于“不健康”、“亚健康”、“健康”、“很健康”的分别有13.5%、28.8%、51.3%、6.2%;② 就协调度而言,有59%的乡（镇、街道）为中度协调区,主要连片分布在城市郊区,其余分布在安宁区的街道,剩余的41%街道为高度协调区和低度协调区,占国土面积的25%,主要分布在城区的街道,零星分布在城市郊区的一些乡镇。     

基于贝叶斯机器学习的生态模型参数优化方法研究

参数优化方法是准确估计生态模型参数、降低其不确定性的有效手段。本文提出一种基于贝叶斯机器学习的No-U-Turn Sampler（NUTS）生态模型参数优化方法。NUTS是一种高效的参数优化方法,每次取样中利用递归算法生成候选参数集（二叉树）推断参数的后验信息,如果满足约束条件“非U型回转”,不断构建子树更新参数;否则,记录本次抽样的“最优”参数集,并开始下一次取样,直到获取足够样本。该算法在每次取样中充分优化参数,避免因随机游走行为产生冗余抽样,提高了参数优化效率。本文以千烟洲亚热带人工针叶林碳通量模拟为例,基于Pymc3框架利用NUTS参数优化方法实现了碳通量（Net Ecosystem Exchange,NEE）模型参数反演,并与Metropolis-Hastings（MH）方法进行对比。结果表明,本文算法的参数值达到稳定波动时的抽样次数减少了85%左右,参数优化效率提升3倍左右。参数优化后,2种NEE模型中7个参数不确定性降低10%~53%。此外,NEE模拟效果明显提升,模拟值与实测值的R²分别提高23%和17%,RMSE分别降低3%和4%。综上所述,本文提出的参数优化方法对生态领域的参数估计或数据同化工作具有一定的借鉴意义。     

1980s-2005年内蒙古地区生态系统服务功能价值的时空变化分析

近几十年,内蒙古地区实施了诸多生态修复与保育工程。为了评估这些工程的实施成效,本文以土地利用/覆被变化(LUCC)为切入点,借助价值存量、价值增量、价值空间强度等参量,在全区和盟市尺度上,估算并分析了内蒙古地区陆地生态系统服务功能价值变化的时空特征及驱动因素。研究结果表明：(1)2000年以来,全区价值存量小幅度增加了0.24%,但价值增量的减少速度加快了32.9%,且中东部的变化大于西部;(2)在经济发展和人口增长的双重压力下,中东部平原耕作区、森林保育区深受国家宏观政策的影响,2000年后生态系统服务功能价值存量分别增加了4.52%、4.23%,价值增量分别增加了5.91亿元、8.88亿元;中西部山区草原荒漠化治理区受制于降水不显著的波动减少态势,2000年后生态系统服务功能价值存量增加了3.51%,但价值增量减少了4.22亿元;(3)2000年以来,中东部地区人类活动正向胁迫的影响力,由前期的45.8%增强到后期的76%,但中西部地区仍然面临着艰巨的生态治理压力。研究结果为科学合理划分生态功能区、规划实施生态修复与保育工程、建立生态补偿机制提供了参照。