“全空间信息建模分析方法与应用研究”专栏导言

全空间信息系统(PIS)概念的提出是为了适应在多领域观测和计算技术快速发展的背景下,地理信息科学在基础建模和计算分析研究方面的挑战和未来发展方向。全空间信息建模分析方法涵盖了多源地理大数据支持下的多粒度时空对象建模和多维度时空耦合分析方法的拓展。多粒度时空对象建模的提出是为了适应观测和研究范畴、数据的时空维度、计算分析方式与方法以及应用问题的研究视角等方面不断发展,以实现客观世界到计算机世界直接映射的建模目标。     

基于自组织映射法的时间序列土地利用变化的时空可视化

精细尺度下多时间序列土地利用时空演变分析是当前研究的一个趋势,本研究基于2005、2007、2009、2011、2013年5期土地利用数据采用自组织映射方法分析了北京市乡镇级多时间序列土地利用的时空演变规律,实现了乡镇尺度下多时间序列土地利用数据的时空一体化表达和对比分析。通过构建自组织映射神经网络,利用其聚类和降维可视化功能对5个监测时期的土地利用数据同时进行训练,在其输出面板可以发现不同土地利用类型的分布聚集模式以及相互之间的结构比例关系,并对输出神经元进行二次聚类以及土地利用变化轨迹分析,展示出北京市乡镇级5个监测时相的土地利用时空演变规律。结果揭示出北京市平原区、山区及二者过渡的山前结合带的各自不同的土地利用时空变化轨迹与模式：北京市平原区向高建设用地比例的土地利用结构方向演变,山区向高林地比例的土地利用结构方向演变,而山前结合带的土地利用时空演变较为复杂。     

顾及形变控制的小屏幕变比例尺交通路线图生成方法

用户在旅游或者室外运动中经常将路线图显示于移动设备上以方便规划路线。然而移动设备显示屏幕通常较小,若较大范围的地图通过等比例尺缩小在小屏幕显示,可能会导致清晰度和辨识度的降低,尤其对于地图中地物较为密集的区域。本文提出一种自动化生成变比例尺地图的方法,通过更加均匀化地图显示内容密度分布以改善地图概览清晰度。在该方法中,首先对密度分布进行估计,密度估计主要考虑地图上路线空间分布以及地标与注记显示空间,然后根据所得到的密度分布进行变比例尺转换,最终生成的变比例尺结果图,其大小取决于给定显示尺寸。相较于现有变比例尺转换方法,本文提出的方法可以考虑了地标与注记显示空间,同时又能有效控制地图变形以提高地图识别。实验结果表明,通过本方法生成变比例尺结果图对地图概览的清晰度有着显著提高,并且能够保持良好的地图识别度。     

大别山地区极端降水天气事件的天气背景分型研究

基于我国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料和NCEP再分析资料,利用自组织特征映射方法对2008—2014年大别山地区极端降水天气事件的天气背景进行了分型研究。结果表明大别山地区极端降水背景环境的类型主要可分为三类,分别是西南强气流型(类型Ⅰ)、副高西北侧气流型(类型Ⅱ)和偏南强气流型(类型Ⅲ)。其中,类型I和类型Ⅱ的极端降水分别集中在6—8月和7—9月,代表了夏季极端降水,而类型Ⅲ的极端降水主要出现在3—6月及10—12月,属于春秋季节的极端降水。通过分析大别山地形与不同类型降水场及背景场的配置关系发现:(1)迎风坡降水是类型I极端降水的主要原因,中层的高湿度、强气流为极端降水提供水汽和抬升条件;(2)类型Ⅱ的极端降水是由气流过大别山西北侧较低山脊时在山脊前和山脊后形成,西太平洋副热带高压的北抬和西进是导致此类环流背景的重要原因;(3)偏南气流与大别山及其西南方地形的配置使得类型Ⅲ的极端降水主要分布在大别山南侧往西南方向。     

地壳受力的向量场及奇点的存在性

在地壳的每一点,由于受力定义了整个地壳上的向量场,然后利用同胚,将其转化为球面上的自映射,并根据球面的欧拉示性数等于2,说明该自映射至少有一个不动点,即向量场至少有一个奇点.这样,从理论上解释了地震、海啸、火山等自然现象发生的必然性.     

增强虚拟环境中基于虚拟影像的视频注册方法

视频三维叠加显示技术的增强虚拟环境技术（augmented virtual environment,AVE）近年来广受关注,相机标定技术的视频注册方法成为实现增强虚拟环境的研究热点。针对虚拟三维环境的特点所提出的方法中,首先借助虚拟相机生成包含深度信息的虚拟影像来进行控制点对提取配准;进而通过直接线性变换和非线性优化方法从关于控制点对建立的方程中求解相机矩阵;随后通过相机矩阵建立标定参数与三维渲染引擎之间的联系,并用阴影贴图技术进行视频映射;最后使用该方法在武汉大学校园内和某厂区内进行了视频注册实验,实验结果证明了所提出的方法的有效性和适用性。     

融合光照强度的地磁室内定位方法研究

针对单一地磁室内定位技术精度及稳定性较差的问题,该文提出基于Tent-ASO-BP算法模型的地磁/光强融合定位方法。离线阶段数据预处理后,将坐标轴转换的地磁三轴数据与对应光强数据结合提高定位点的特征维度,采用克里金插值法建立不同分辨率指纹库;在线阶段利用已建立的Tent-ASO-BP算法模型输出定位结果。实验结果表明,该定位模型具有较好的定位性能,可有效应用于室内定位;且相比单一地磁定位技术,地磁/光强融合定位技术可明显提升定位精度及稳定性。     

基于稳定映射分析的深圳绿色景观时空演化及启示

绿色景观是城市开发建设所必需的空间资源,也是城市生态功能维续的基础和载体, 其动态演变过程关乎人类福祉与城市可持续发展。本文应用1986-2005年多时序的Landsat TM/ETM+遥感数据,采用改进型稳定映射变化轨迹分析、景观格局指数和系统聚类方法,综 合分析城市化以来深圳市绿色景观的时空动态演变过程,探讨其空间发生机制。结果表明： 研究期内深圳市绿色景观面积和类型组成变化显著,且均在1995年前后出现变幅拐点,具明 显的阶段性特征;全市绿色景观动态变化轨迹包括4大类、2中类和13小类,以类内转化过程 比例最高 (30.5%),由此引发的潜在生态环境影响应成为今后城市景观演变与生态环境效应研 究的一大重点;各类绿色景观变化轨迹形成集聚型、相对集聚型和分散型空间布局,长期保 持过程集中分布于高海拔地区,与低海拔区域分布的波动、消失过程构成空间共轭关系,地 形条件成为深圳市57%以上绿色景观的天然庇护。而在地形平坦的城市中,如何在快速城市化 过程中有效保留充足、高质量的绿色景观资源,是值得进一步深入探讨的问题。     

域本体支持的海图和地形图要素语义映射方法研究

为了映射异构空间要素的语义,实现空间数据的本体集成,提出了针对海图和地形图的本体构建方法及其空间要素的本体映射算法。在海图和地形图本体的构建过程中,通过建立域本体概念树以及概念之间的约束规则,自动地从空间要素中提取应用本体。对于空间要素的语义映射,提出了一种基于规则约束的语义深度和编辑距离的本体映射算法。该算法结合概念约束规则,从语义和语法两个方面计算来自海图和地形图的空间要素的相似度,弥补了知网只能计算概念相似度,不能计算要素实例相似度的不足。海图和地形图集成实验证明,所提出的本体构建方法和本体映射算法具有较高的可用性,能够实现空间要素在本体层面的动态关联,为解决跨领域的空间数据集成提供了一个新的方法。     

两种光强条件下亚心形扁藻各生长阶段的产氢能力

海洋亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)在光照生长后,经过暗培养诱导其可逆产氢酶,然后转移到光照下可产生氢气。在300 mL产氢反应器中对海洋亚心形扁藻产氢情况的考察表明,不同的光强条件可导致扁藻产生不同的生长曲线,而在不同的培养阶段,扁藻的产氢能力也有很大的差别。其他培养条件相同,高光照强度(E=13000 lx)条件下,扁藻生长较快,而且可以获得更大的产氢能力,300 mL密度为3×106个/mL、叶绿素质量浓度为5.8 mg/L的藻液最大产氢浓度可达17.5%,比低光照强度(E=5000 lx)时提高了32%,叶绿素含量降低了61%。根据产氢前后以及暗诱导后扁藻生理状态的考察结果,可以推测出是不同生长阶段扁藻的生理状态差异导致了其产氢能力的变化。