面向属性空间分布特征的空间聚类

空间聚类应当同时满足空间位置邻近和属性相似,在此背景下,为满足空间邻近实体之间趋势性和不均匀性的属性聚类需求,提出一种基于图论和信息熵的空间聚类算法。该算法主要是在Delaunay三角网空间位置聚类基础上,通过引入信息熵,采用多元相似性度量方法以解决二元关系在属性聚类中的缺陷,同时基于"等概率最大熵"原则提出了一种局部参数度量方法,用于表达邻近目标间属性分布的局部变化信息。将本文方法与多约束聚类方法和DDBSC聚类方法进行对比分析,结果表明:(1)在属性空间分布不均的情况下,本文方法的聚类精度要高于多约束方法和DDBSC方法,尤其是当属性空间分布不均程度不断扩大时,DDBSC和多约束算法会将空间簇内的实体误判为噪声;(2)在对异常值的敏感性问题上,3类方法都能识别出异常值的位置,但DDBSC和多约束算法对异常值具有一定的敏感性,聚类结果会掩盖属性分布的趋势性,本文方法受异常值影响很小。通过模拟实验和实际算例可以发现,在保证空间邻近的基础上本文方法具有如下优势:第一,能反映实体属性在空间分布中的趋势性特征;第二,能满足属性空间分布不均匀;第三,对异常值具有良好的稳健性。     

熵视角下的广州城市生态系统可持续发展能力分析

通过对城市生态系统的结构和功能分析, 以及城市作为耗散结构系统的熵变分析, 构建广州城市生态系统可持续发展能力评价指标体系;运用信息熵构建了广州城市生态系统可持续发展能力评价模型;将熵权与指标时间序列变化相结合, 分析指标时间序列变化对广州城市生态系统可持续发展能力的影响, 从而提出广州城市生态系统可持续发展的针对性措施。研究结果显示:在2004-2010 年间, (1) 广州市社会经济生态系统对自然生态系统的需求不断增大, 城市环境污染问题得到有效控制, 城市生态系统内部不断朝着有序、健康的方向发展;(2) 自然生态系统对社会经济系统的支持能力总体逐渐上升, 生态环境的改善使广州城市生态系统的协调性和活力得到增强, 城市生态系统可持续发展能力总体呈上升趋势。该研究方法能反映出城市作为复合生态系统的结构、功能和演化机制, 能有效地弥补城市可持续发展研究中所存在的可持续发展对策比较笼统、缺乏针对性的不足。     

基于Weibull分布地震信息熵对中国大陆西部强震活动状态的分析

在强震活动轮回和期幕划分等研究中, 强震事件的样本数量往往影响并限制了信度和结果外推, 特别是强震活动较弱时期对状态的判断将出现较大的不确定性。 强震孕育过程中的中小地震活动状态实际上反映了强震活动的规律性。 本文采用基于Weibull分布的中小地震信息熵对中国大陆西部的强震活动状态进行分析。 结果显示, 西部地区目前处在低熵值时段, 可能进入新一轮强震活跃期且主体活动区为青藏地块区。 在熵值扫描条件相同的情况下, Ⅰ级活动地块内不同Ⅱ级块体的信息熵值时序曲线相似性较大, 不同Ⅰ级构造块体内的Ⅱ级块体信息熵值时序曲线差别较大。 说明该方法基于统计物理分析, 能够反映区域构造特征并克服期幕划分样本数量不足的缺点。     

汛期洪水弃水与水土流失耦合风险关系分析

暴雨洪水是导致流域水土流失的一个重要因素,水土流失又会引起径流泥沙含量的增加,使汛期洪水弃水量加大,成为汛期洪水灾害发生的重要原因。以泾河流域为例,根据信息熵理论和USLE模型,提出约束信息量因子BI和水土流失耦合风险概念及其计算式,建立汛期洪水弃水系数与水土流失耦合风险等级之间的关系式,结果表明:①泾河张家山站以上流域1986、1995和2000年的水土流失耦合风险等级呈现出递减的趋势,分别为2.544、2.542和2.472;②汛期洪水弃水系数与水土流失耦合风险等级之间存在着显著正相关关系。     

基于非线性误差信息熵理论的大气多变量系统可预报性分析

基于非线性误差信息熵理论,通过分析非线性误差信息熵和气候态信息熵随时间演变规律,引进了定量估计大气多变量系统可预报性的联合可预报期限和单变量可预报期限,该期限既适合度量气候态信息熵为常值的可预报性,也适合气候态信息熵随时间变化的情形.利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,计算了非线性误差信息熵和气候态信息熵随时间演变以及相应的可预报期限,并对冬季大气500 hPa温度场、纬向风场和经向风场的各单变量可预报性和三变量联合可预报性进行了分析.结果表明:对于单变量可预报性来说,温度场和纬向风场的可预报性相对较大,经向风场最小,它们的可预报期限具有纬向带状分布特征,尤其是经向风场,其可预报期限在纬向上明显存在3条低值带和4条高值带;对于多变量联合可预报性来说,由于各变量之间相互联系,多变量联合可预报期限不是单变量可预报期限的简单平均或线性组合,其可小于所有单变量的可预报性期限,也可介于各单变量可预报期限之间,且这个特征具有非常明显的区域差异,不同区域具有不同的结果.     

海口市海岸带土地利用时空格局变化分析

在深入分析土地利用转移矩阵基础上,对单项土地利用类型动态度进行改进,引入信息熵和缓冲区梯度带法,提出了自然生态影响度的土地利用变化程度的概念、含义,并构建计算模型。对海口市南渡江东岸海岸带进行研究,得到以下结论：1991-2010年间建设用地增长最为明显,耕地面积减少量最大;信息熵持续增加,表明均衡度增加,快速城市化过程中各经济产业所需的职能土地类型已逐渐产生,区域发展逐渐走向成熟;土地利用变化程度指数能有效衡量土地利用类型变化的剧烈程度,而且能够测算这种变化对自然生态环境的影响大小,1991-2010年间偏离自然生态方向、较强变化以上的区域占总面积的20.60%,与耕地、林地转变为建设用地,以及林地转变为园地区域重合;趋向自然生态方向、较强变化以上的区域仅占总面积的2.42%;东岸海岸带受城市梯度辐射和开发区、大学城飞地影响,同时也受农业比较利益和土地利用调控政策影响。东寨港红树林面积略微减小,受城市化影响较小。研究表明：分层次、多种算法相结合的研究方法,可有效分析综合型海岸带土地利用时空格局变化特征及其驱动机制。     

基于语义优先的土地利用图斑综合的空间信息评价研究

研究了运用缓冲区叠加、Delaunay三角网骨架线等算法建立基于语义优先的制图综合模型,对土地利用图斑进行了聚合、融合等操作,从空间信息的角度选取了拓扑信息熵、专题拓扑信息熵两种评价指标,对综合前后的地类、地图两个层次的空间信息进行了对比研究。结果表明:从地类角度分析,综合前后,由于其他农用地分布零散,其拓扑信息熵、专题拓扑信息熵的变化率最大,分别为40.35%、38.60%;从地图角度分析,综合过程导致地图原有的部分空间信息消失,综合后地图的拓扑信息熵、专题拓扑信息熵均减小。     

面向地形数据的点云简化算法

针对地形点云数据量大、表面特征复杂多样等特点,提出面向地形数据的点云简化算法。基于K-D Tree搜索各点K邻域,构建点集空间拓扑关系|应用移动最小二乘法计算各点曲率,通过曲率的划分,在平缓区域按距离进行简化,保证整个算法的效率|在突变区域根据曲率简化,确保曲率变化大的关键特征信息不丢失,从而实现点云数据的简化。利用基于熵理论的定量评价方法,通过实例验证该方法的可行性和普适性。     

中国农林牧渔业人口规模与产值规模的地理集散比较

将信息熵指数分解为相对信息熵指数和绝对信息熵指数,以利于不同时空尺度横向差异与纵向差异的有效比较,并构造聚集度指数来直观反映中国农林牧渔业均匀分布状态所占的比例。20余年中,除个别年份外,全国、地带内和地带间农林牧渔业的绝对信息熵指数和相对信息熵指数起伏都不大,保持了较平稳的态势;全国、地带间及地带内的聚集度皆在70%以上,中国农林牧渔业呈现出小集中大分散的格局,而产值分布比从业人口分布更均衡。最后,通过劳动生产率区位商来描述从业人口与产值的对应关系。     

城镇化背景下欠发达县域土地利用结构与经济绩效关联度及优化分析——以江西上饶市万年县为例

基于信息熵模型和多因素加权法研究万年县土地利用结构有序度以及土地经济绩效变化趋势,通过灰色关联度模型分析两者的关联度。结果表明:万年县的土地利用结构日趋合理,土地经济绩效日益增长;土地利用结构与经济绩效存在最显著相关性的一级地类是交通运输用地,二级地类是公路用地;从2011~2017年石镇镇、梓埠镇、青云镇、汪家乡、苏桥乡、上坊乡六个乡镇的公路用地占各乡镇土地总面积的比例增量较少,经济增长比排名靠后,需要调整土地结构,加大对公路用地的投入。研究成果可为区域土地利用结构优化提供参考,为欠发达县域的经济发展提供指导建议。