多边形统计数据空间分析的不确定性研究——以北京市海淀区人口普查数据为例

普查数据是地理学空间分析的重要数据源。由于受到数据与计算机处理能力的限制,以往的研究对普查数据空间分析的不确定性未给予足够重视,也未形成成熟的研究方法。在建筑物单元的人口普查数据支持下,本文基于多边形统计数据的可塑面积单元问题(Modifiable areal unit problem,MAUP)特征,设计了一种该类数据空间分析不确定性的研究方法,采用不同的尺度(Scale)及分区(Zoning)系统对多边形的统计数据空间分析的准确性进行了分析。实验引入尺度与形态指数,利用可视化分析和数据拟合的研究方法,对尺度及分区对空间分析结果的影响模式进行了模拟。研究结果表明:(1)以统计小区的空间分析,其结果受统计小区空间形态的影响较大,不确定性强,不能充分反映统计数据本身的空间特征;(2)规则格网能较好地保持原始统计数据的空间分布特征,但仍然受尺度及分区影响;(3)规则格网的空间分析结果及其准确性与尺度有较好的拟合关系,不同尺度下的分析结果不确定性是原始数据不同尺度特征的体现;(4)分区效应受空间分析方法的计算尺度影响,两者共同对空间分析结果产生影响。对于固定尺度的规则格网,其邻接多边形数目是分析结果不确定的主要原因。本文研究结果表明,在多边形统计数据空间分析时,应该对其使用规则格网重新聚合,并根据实际应用的需求选择多尺度分析方法,以达到实际应用目的。     

基于事件驱动的空间过程模拟机制研究及实践

GIS描述的现实世界永远处于不断变化之中,但传统GIS却只能以静态的方式表现[1],随着GIS的广泛应用,越来越多的应用领域,需要GIS来管理空间信息的动态变化。为更有效地定义和描述空间变化,并实现其动态模拟,本研究采用面向对象的思想对空间过程中的核心要素建模,对传统的空间数据模型进行扩展,引入动态图形对象模型、时空事件模型、事件处理引擎等概念,基于SuperMap GIS组件平台进行模型验证;通过合理的资源调配、高效时空索引和动态缓存机制来提高空间变化过程动态可视化的效率。本研究针对通用的空间过程进行底层建模,实现事件驱动的空间过程模拟机制。这不仅简化了上层应用开发的工作量,而且优化了基础模型层的结构,同时引入了事件驱动引擎、事件索引、动态地图缓存等机制,较好地提升空间过程模拟的效果。     

BIM与SuperMap GIS数据集成技术

现代社会大型复杂建设工程越来越多,室内3D GIS应用需求旺盛,但海量室内3D数据的缺乏成为室内GIS应用瓶颈。建筑信息模型(Building Information Models,BIM)提供丰富的建筑空间几何和语义信息,可为GIS所用。BIM与GIS数据集成技术成为国内外研究热点。本文从GIS应用的角度出发,通过分析BIM与GIS在数据标准和几何、语义表达方面的差异,提出BIM与SuperMap GIS 8C软件的数据集成技术,并实现了BIM在SuperMap GIS中的高性能空间分析与可视化。本文的研究有助于扩展SuperMap GIS的应用领域至室内空间,实现室外到室内、城市宏观到建筑微观的一体化应用,满足大型复杂室内场所的应急救援、导航与位置服务需求,服务于智慧城市建设。     

地理信息系统费用效益分析

在经济发展的推动下，地理信息系统技术的应用在我国迅速兴起，特别是在城市规划和土地管理等领域非常活跃。随着一些大型系统的筹备和建立，地理信息系统费用效益分析已显得十分重要，许多用户迫切需要这方面的资料并了解有关方法。费用效益分析是地理信息系统进行立项可行性研究和系统管理的一个基本内容，本文主要介绍国外这一领域的观点，总结和提出确定地理信息系统费用和效益的方法，并讨论有关经济分析技术，旨在推动这一工作的深入开展。     

高性能GIS研究进展及评述

互联网技术的发展使地理信息技术得到了前所未有的发展和应用,地理信息计算呈现出计算速度快、运行效率高、应用多样化的发展特征。而随着计算机硬件性能飞速提升,传统的GIS数据处理方式并不能与之匹配,各种缺陷与弊端逐渐显现,亟待更高效的数据处理方式。目前,以并行集群计算技术和分布式网络技术为代表的高性能计算的出现,为这些问题的解决带来了新思路,并逐渐发展形成了新一代的多核并行高性能计算系统。当前,如何利用新型硬件体系结构带来的计算能力,研究新一代高性能GIS计算系统,解决现在所面临的时空数据密集和计算密集问题成为重要挑战。高性能计算是基于一组或几组计算机系统组成的集群,通过网络连接组成超级计算系统以加强数据处理、分析计算性能的一种技术。在实际应用中,逐渐形成Hadoop,Spark和Storm 3大主流分布式高性能计算系统,它们三者各具优缺点。本文从高性能GIS算法、并行GIS计算、内存计算和众核计算4个方面梳理、归纳总结了高性能GIS的技术体系,分析了每类高性能GIS技术特征,综合分析、评述了近年来高性能GIS的研究进展,并对高性能GIS未来发展进行展望,为更完备、高效的高性能GIS体系的建立、发展和应用提供参考。今后,并行GIS计算、高性能计算模式和分布式存储仍然是GIS技术领域发展的重要方向,通过高性能GIS系统可有效地解决时空数据密集、计算密集和网络通讯密集等问题,大大提升GIS地理分析效率。     

An information-fusion method to identify pattern of spatial heterogeneity for improving the accuracy of estimation

While spatial autocorrelation is used in spatial sampling survey to improve the precision of the feature’s estimate of a certain population at area units, spatial heterogeneity as the stratification frame in survey also often have a considerable effect upon the precision. Under the context of increasingly enriched spatiotemporal data, this paper suggests an information-fusion method to identify pattern of spatial heterogeneity, which can be used as an informative stratification for improving the estimation accuracy. Data mining is major analysis components in our method: multivariate statistics, association analysis, decision tree and rough set are used in data filter, identification of contributing factors, and examination of relationship; classification and clustering are used to identify pattern of spatial heterogeneity using the auxiliary variables relevant to the goal and thus to stratify the samples. These methods are illustrated and examined in the case study of the cultivable land survey in Shandong Province in China. Different from many stratification schemes which just uses the goal variable to stratify which is too simplified, information from multiple sources can be fused to identify pattern of spatial heterogeneity, thus stratifying samples at geographical units as an informative polygon map, and thereby to increase the precision of estimates in sampling survey, as demonstrated in our case research.     

通用三维GIS场数据模型研究与实践

随着三维地理信息系统(geographic information system,GIS)应用的发展,空中电磁信号场、空气与水体污染场、地下地质属性场等连续、非匀质的三维空间属性场数据进行建模、可视化与分析计算对GIS基础软件提出了新的挑战。已被广泛应用的TIN(triangulated irregular network)与栅格数据属于表面模型,通常用来表达二维场数据,其中由TIN组成的封闭表面可用于表达三维体,但两者都无法描述非匀质、连续变化的三维属性场。探讨了在通用GIS基础软件中基于TIN和Grid进行升维表达,实现不规则四面体网格(tetrahedralized irregular mesh,TIM)和体元栅格(voxel grid)两大类三维空间场数据模型,分析了两类数据模型的特点,探讨了三维场数据在可视化和分析计算方面的关键技术,实现了基于TIM与体元栅格表达和应用三维GIS场数据,完善了GIS三维数据模型体系,实现了空/天、地表、地下全空间的一体化表达、模拟与分析计算。     

国土资源空间数据一体化的集成与管理

从分析国土资源空间数据的特点出发,提出国土资源空间数据一体化的集成与管理。指出采用空间数据库技术是一体化管理的基础;同时,对多源空间数据一体化集成、多尺度空间数据的一体化管理、历史空间数据的管理等问题进行了分析,并给出了相应的实现方法。     

优化栅格细化算法的线状地物提取

栅格细化算法是处理栅格矢量数据相互转换的常用算法。本文对该算法进行了优化处理,实现了栅格矢量化半自动跟踪和面状地物中心线提取。两种功能的实现都采用人机交互的策略,可以实时、有选择性地提取结果。在栅格转矢量过程中对栅格底图的颜色和质量要求不高,转换速度快、精度高、实用性强,不受内存等硬件限制,可用于GIS数据处理软件,便于推广。