地理时空三向聚类分析方法的构建与实践

随着地理数据获取能力的不断提升,地理数据体量呈指数增长,数据种类、数据性质更加多元化。对数据的有效甄别和归类成为理解地理现象时空特征、演化过程和行为机制的关键。传统聚类方法面临数据体量大、维数高、质量差的挑战,加之对地理空间与时间关联分析的需求,对聚类方法改进和提升研究的要求越来越迫切。本文介绍了从单向到三向聚类构建思路的变革。单向聚类是仅在样本或属性方向上进行聚类,易忽视非常相似的局部特征、易犯“横看成岭侧成峰”的错误。双向聚类是基于数据矩阵内元素值的相似性,形成一个子矩阵分割方案,使子矩阵内元素相似度尽可能高,子矩阵间元素相似度尽可能低,从而实现行列两方向的同时聚类,避免了单向聚类的不足。鉴于双向聚类难以满足地理研究超出双向的解译需求,本文提出并研发了一个全新的三向聚类方法,给出了运用该方法开展地理时空格局过程探测的流程,总结了如何根据研究涉及的“空间—时间—尺度—属性”构建三维数据体;最后,展示了三向聚类的地理实践案例。结果表明：① 三向聚类是一种大数据时代探测地理数据时空分异规律的有效方法,可以解决数据维度高、质量低等问题;② 面对不同的地理问题,三向聚类在算法层面上是通用的,不同之处仅在于：根据不同问题涉及的空间、时间、尺度、属性的不同,构建不同的数据体;不同数据体聚类得到的不同结果回答不同的地理问题;③ 三向聚类可以实现地理数据的时空分异规律多方向、多尺度、多层次的联合解译,揭示地理特征时空尺度叠加效应。最后,论文强调根据地理问题组织数据的重要性,期待未来能够提升三向聚类在多空间尺度、多属性方面的地理研究实践。     

一种多层特征融合的道路场景实时分割方法

道路场景理解是自动驾驶领域中重要模块之一,它可以提供关于道路更丰富的信息,对于建立高精度地图和实时规划都具有重要作用。其中,语义分割可以为图像每个像素赋予类别信息,是自动驾驶场景理解中最常用的方法。但是,目前常用的语义分割算法在速度和精度上大都不能达到很好的平衡。本文在MobileNetV2的基础上,提出了一种多层次特征融合的方法,使得网络可以在实时运行的同时保证精度满足实际应用的需求,并在Cityscapes数据集上进行了试验验证和分析。     

多源地理空间矢量数据关联分析

针对多源地理空间矢量数据多来源、难以集成综合利用这一现状,本文提出了多源地理空间矢量数据关联方法,并以此为基础构建了多源地理空间矢量数据关联的可视与计算查询系统。首先,对多源地理空间矢量数据关联的概念及分类进行了定义。然后,以此为基础,提出了关联关系构建技术：自适应四叉树编码技术、扫描线技术、几何匹配及语义匹配技术。最后,为实现关联关系的直观展示,设计了原型系统。关联技术的提出可建立起多源地理空间矢量数据之间的关联关系,原型系统的构建也为用户综合利用多源地理空间矢量数据提供了平台,提高了数据的利用率及数据查询的效能。     

中文村名俗称与规范名称的匹配算法

随着数字化的发展,越来越多的应用要求通过采用自然语言文字描述直接找到对应的详细的地址信息,并能够在空间位置上进行显示,即地名地址匹配空间化过程。然而,现今在地名的规范化角度还存在着很多问题,在乡镇或街道办及以上的行政等级的命名中都已基本规范统一,但是在村庄级的命名中还有待进一步的完善。所以本文通过对国内外文献研究,规范村名命名规律,匹配算法研究进一步加深中文村名俗称与规范名称的匹配算法的研究。     

基于案例推理的海洋涡旋特征信息空间相似性研究

目前对海洋涡旋的分析主要采用水团、近海海流分析和数值模拟方法,这些方法结合不同的区域资料已经有过很多成功的研究。但面对日益增长的多源、大面积海洋遥感数据,在快速自动化提取海洋涡旋的空间信息方面还存在很多难题。因此该文针对海洋涡旋空间信息的快速定量分析问题,提出了基于案例推理(Case-Based Reasoning,CBR)的海洋涡旋空间相似性研究方法。该方法首先采用多源数据(遥感数据、遥感反演数据、观测数据等)进行历史涡旋案例定量分析,并构建基于CBR的海洋涡旋案例表达模型和历史案例库;继而采用“基于重心矢径的序列分析方法”进行历史涡旋空间相似性分析,并结合典型的海洋涡旋区域给出具体实例。研究结果表明该方法是可行的。     

浙江6个列岛大型底栖藻类分类多样性

本文基于对七星列岛大型底栖藻类的实地调查,结合浙南3个列岛(七星列岛、南麂列岛和洞头列岛)和浙北3个列岛(渔山列岛、中街山列岛和马鞍列岛)大型底栖藻类物种组成的有关文献,构建大型底栖藻类基础数据库。采用平均分类差异指数△~+、分类差异变异指数∧~+、G-F多样性测度指数和相似性系数开展分类多样性研究。结果显示:6个列岛藻类在目级和科级的相似性很高,其值均在0.800以上;洞头列岛的△~+值最高(77.42),中街山列岛最低(72.65),这表明洞头列岛大型底栖藻类类群间的亲缘关系较远,中街山列岛藻类类群间的亲缘关系较近;七星列岛的∧~+值最高,达942.00,南麂列岛最低,仅865.12,这表明南麂列岛大型底栖藻类在不同分类阶元分布最均匀,七星列岛的藻类分布较集中;南麂列岛无论是F指数、G指数还是G-F指数的值均比其他5个列岛高,依次为18.62,4.40和0.76,这说明南麂列岛藻类的生态位分化程度较高。本研究构建了6个列岛大型底栖藻类资源与分类多样性基础数据库,为有效保护和管理大型底栖藻类提供了理论依据。     

顾及字符特征的中文地名词典查询方法

地名词典查询是地名校正、地名匹配等地名服务应用的重要基础,但是地名数量的快速增长使得词典查询性能面临严峻挑战。针对大规模数据环境中传统词典查询方法准确率不高且效率较低等问题,提出了一种顾及字符特征的中文地名词典查询方法（CGQM）。首先,查询具有相同字符特征的地名形成候选地名集合,同时构建单字索引提升查询效率;其次,依据字符数量特征比较查询地名与候选地名的差异,进一步过滤候选地名集合;最后,基于字符位置特征优化查询结果排序策略,使得结果排序更为合理。实验以全国地名词典为例,构建5组测试集进行CGQM方法与Lucene检索方法的对比分析。研究结果表明,CGQM方法对于增强地名词典查询功能、提升查询效率具有实际意义。     

高光谱遥感的物质组分和物质成分反演的应用分析

高光谱遥感的最大特点是可以提取和重建像元光谱,从而依据光谱特征直接识别地物类型、地物组成,乃至地物的成分,反演地物的物理、化学参量。本文阐述了高光谱的光谱识别方法所能探测的岩石、土壤、植被和人工建筑物的物质组分或成分;另外,与多光谱相比较的角度,讨论了高光谱图像地物特征识别和物质成分反演等技术方法的应用。     

基于地理本体的海湾空间数据组织方法——以辽东湾为例

数字海湾的建设,面临着空间数据组织问题。本文在对基于分层和基于地理特征的空间数据组织方式及元数据技术深入分析的基础上,针对海湾多要素、多层次、多资源和多领域的复杂系统,采用地理本体的思想进行海湾的认知表达,并由此提出了基于地理本体的海湾空间数据组织方法。通过对海湾地理本体的建模,建立了更能客观反映海湾地理实体各个层次体系的概念模型,再根据海湾概念和已有的多源空间数据集之间的映射关系,重构地理本体支持下的海湾空间数据库,从而实现海湾多源空间数据的海、滩、陆一体化集成与管理。最后,以辽东湾为例,对该海湾所涉及到的多源空间数据进行了有效的组织。结果表明,利用地理本体的思想对空间数据进行组织管理,可以消除不同领域对信息理解的鸿沟,有利于数据的共享和互操作。     

Web服务驱动的地理信息系统研究

Web服务具有松散耦合、高度集成、基于标准规范等优点。将Web服务的这些特性应用到地理信息系统的开发中,提出了Web服务驱动的地理信息系统架构。该架构对现有的Web服务技术进行了改进,引入了服务语义化描述、动态服务组合以及主动服务等概念。最后,对Web服务驱动的地理信息系统进行了测试（以服务发现为例）,验证了系统架构的可行性和合理性。