时间尺度重构EEMD-GRNN改进模型预测PM2.5的研究

合理构建PM_2.5浓度预测模型是科学、准确地预测PM_2.5浓度变化的关键。传统PM_2.5预测EEMD-GRNN模型具有较好的预测精度,但是存在过于关注研究数据本身而忽略其物理意义的不足。本研究基于南京市2014-2017年PM_2.5浓度时间序列数据,分析PM_2.5浓度多尺度变化特征及其对气象因子和大气污染因子的尺度响应,基于时间尺度重构进行EEMD-GRNN模型的改进与实证研究。南京市样本数据PM_2.5浓度变化表现为明显的天际尺度和月际尺度,从重构尺度（天际、月际）构建GRNN模型更具有现实意义;同时,PM_2.5对PM₁₀、NO₂、O₃、RH、MinT等因子存在多尺度响应效应,以其作为GRNN模型中的输入变量更具有时间序列上的解释意义。改进后的EEMD-GRNN模型具有更高的PM_2.5浓度预测精度,MAE、MAPE、RMSE和R²分别为6.17、18.41%、8.32和0.95,而传统EEMD-GRNN模型的模型有效性检验结果分别为8.37、27.56%、11.56、0.91。对于高浓度天（PM_2.5浓度大于100 μg/m³）的预测,改进模型更是全面优于传统EEMD-GRNN模型,MAPE为12.02%,相较于传统模型提高了9.03%。     

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克里格法的土壤水分遥感尺度转换

 尺度效应往往会制约着定量遥感反演的精度,对地学信息进行空间尺度转换是生产实践的必然要求,而常用的尺度转换模型多利用光谱数据进行差值计算,不适合升尺度和降尺度转换。由于土壤含水量数据具有区域变化量的随机性和结构性特点,本文以15m分辨率的ASTER图像像元为基本单元,采用点克里格法完成ASTER 15m至7.5m分辨率的土壤含水量数据降尺度转换,从分维数的相似程度上来看,转换结果是合理的;并利用块状克里格法对地面实测样点数据进行点到7.5m分辨率的面数据升尺度转换,将升尺度和降尺度转换结果与实测样点均值相比较,结果表明:7.5m分辨率的实测样点土壤水均值误差在1.5782-5.019之间,块状克里格法获取的升尺度土壤含水量数据与点克里格法获取的降尺度土壤含水量数据之间误差则为1.2825-5.0481,可见克里格法考虑了点与周边的关系,所获得的土壤含水量值要优于未考虑空间异质性的土壤含水量平均值。     

基于格网的洪水灾害危险性评价分析——以巴基斯坦为例

洪水灾害已成为给当今人类带来严重损失的自然灾害之一,因此,灾害风险评价是区域经济持续发展的前提与条件。本文从致灾因子和孕灾环境两方面进行分析,综合考虑降水(累计降雨量和最大降雨量)、河流(河网密度)、地形(高程值和坡度值)、土地利用和植被(NDVI)共5种相关因子,以1km格网数据为基础,运用AHP(层次分析法)对巴基斯坦洪水灾害进行了危险性评价。结果表明:巴基斯坦洪水灾害危险性受降雨和地形的影响较大,其危险程度东南部大于西北部,并由东南部向西北部逐渐递减。     

GIS支持下的全球武装冲突数据体系建设评介

地缘环境安全是国家安全的重要组成部分。准确、精细、及时更新的各类地缘冲突信息是全球地缘风险评估和预警的基础。本文全面回顾了以武装冲突为核心的全球地缘冲突数据体系建设的发展历程,剖析了地理时空定位、大数据挖掘等技术的应用进展。在地理信息系统（GIS）技术支持下,对武装冲突内涵和武装冲突事件数据体系总体框架的理解不断深入,生产出一大批高质量的数据集合或数据产品;地缘冲突在主题上逐渐细化,冲突事件记载的空间定位精度从国家发展到更小尺度的地理位置（经纬度）;在网络信息搜索与大数据挖掘技术支持下,武装冲突信息的更新频率从年度更新提高到每小时更新,全球武装冲突数据体系建设初见成效。地缘环境系统科学与地理科学的深度融合、地理大数据与人工智能技术的广泛应用将是推动本学科领域发展的重要动力。     

Triangulated spherical splines for geopotential reconstruction

We present an alternate mathematical technique than contemporary spherical harmonics to approximate the geopotential based on triangulated spherical spline functions, which are smooth piecewise spherical harmonic polynomials over spherical triangulations. The new method is capable of multi-spatial resolution modeling and could thus enhance spatial resolutions for regional gravity field inversion using data from space gravimetry missions such as CHAMP, GRACE or GOCE. First, we propose to use the minimal energy spherical spline interpolation to find a good approximation of the geopotential at the orbital altitude of the satellite. Then we explain how to solve Laplace’s equation on the Earth’s exterior to compute a spherical spline to approximate the geopotential at the Earth’s surface. We propose a domain decomposition technique, which can compute an approximation of the minimal energy spherical spline interpolation on the orbital altitude and a multiple star technique to compute the spherical spline approximation by the collocation method. We prove that the spherical spline constructed by means of the domain decomposition technique converges to the minimal energy spline interpolation. We also prove that the modeled spline geopotential is continuous from the satellite altitude down to the Earth’s surface. We have implemented the two computational algorithms and applied them in a numerical experiment using simulated CHAMP geopotential observations computed at satellite altitude (450 km) assuming EGM96 (n _max = 90) is the truth model. We then validate our approach by comparing the computed geopotential values using the resulting spherical spline model down to the Earth’s surface, with the truth EGM96 values over several study regions. Our numerical evidence demonstrates that the algorithms produce a viable alternative of regional gravity field solution potentially exploiting the full accuracy of data from space gravimetry missions. The major advantage of our method is that it allows us to compute the geopotential over the regions of interest as well as enhancing the spatial resolution commensurable with the characteristics of satellite coverage, which could not be done using a global spherical harmonic representation. The results in this paper are based on the research supported by the National Science Foundation under the grant no. 0327577.     

地理空间数据自动综合方法的研究现状与发展趋势

多年来人们已经报道了很多自动综合方法。这些方法确实解决了地理空间数据自动综合中的很多重要问题,但这些方法也有明显的缺陷和应用范围。本文对这些方法进行了研究,研究内容包括这些方法的分类、原理、优缺点和适用范围,并提出了今后自动综合方法的研究发展趋势。     

基于语义相似度的海量遥感图像可视化研究

针对海量遥感图像如何有效的传达分类结果以实现有效的可视化问题,本文按照分类的语义标注结果的相似度并运用现有的信息可视化技术来实现图像的可视化。首先采用了贝叶斯网络学习的方法进行图像的自动分类标注,然后利用基于图像布局的多维标度算法(Multi-dimensional Scale)以及无需降维的Value and Relation(VaR)技术实现可视化。实验表明本文的方法能够填补图像低层视觉特征和高层语义之间鸿沟,对大量的图像在一个视图内进行有效的浏览,而不造成图像的混乱,并能实现高层次的图像分析。实验的可视化结果是十分有效的。     

电子地图多尺度显示中“放大镜”效果的实现

"放大镜"效果是电子地图多尺度表达的形式之一,能够以更多的细节显示某个或某几个重点,而其他区域则以较少的细节表示。"放大镜"效果的实现需要从数学基础、数据组织、显示调度等多方面进行改造,针对上述几方面讨论了"放大镜"效果的实现方式,并进行了实验论证。     

Conversion of kinetic energy from synoptic scale disturbance to low-frequency fluctuation over the Yangtze River valley in the summers of 1997 and 1999

In order to investigate the conversion of kinetic energy from a synoptic scale disturbance （SSD; period≤seven days） to a low-frequency fluctuation （LFF; period〉seven days）, the budget equation of the LFF kinetic energy is derived. The energy conversion is then calculated and analyzed for the summers of 1997 and 1999. The results show that the energy conversion from the SSD to the LFF is obviously enhanced in the middle and lower troposphere during the heavy rainfall, suggesting this to be one of mechanisms inducing the heavy rainfall, although the local LFF kinetic energy may not be enhanced.