GIS多维统一计算的几何代数方法

几何代数的多维统一与坐标无关特性为构建GIS多维统一计算模型奠定基础.利用基本几何对象的几何代数内、外积表达,基于多重向量构建几何-拓扑结构统一的多维地理场景对象自适应表达模型.基于几何代数基本算子构建面向几何、拓扑以及GIS分析的多维运算算子,形成表达结构与运算结构统一,且可支撑多维复杂场景分析的统一计算框架.三维社区实例验证表明,基于几何代数的多维统一计算模型可有效支撑多维复杂地理场景表达与分析,并可借鉴和继承现有GIS算法和地理模型,从而推进GIS多维统一表达、分析与建模的发展.     

论人工智能空间分析

空间分析是对空间现象进行定量分析的一种方法,成为支撑地理信息系统(geographic information system,GIS)发展的核心竞争力。LBS(location based service)的非专业化应用,给空间分析带来了空前的挑战。尤其是智能手机、移动支付系统、共享单车等的快速发展,在短短几年时间内将空间分析带入到一个全新的人工智能阶段。为了给正在到来的人工智能空间分析(artificial intelligence spatial analysis,AISA)绘制一个蓝图,首先简要梳理了空间分析发展的关键节点：从0到1的计算机化工作模式、全球视野的可视化计算、隐LBS与智慧应用、云GIS与人工智能时空决策。其次梳理和总结了机器学习的五大流派、主导算法与空间分析对应的演进特点。再次,提出了人工智能空间分析的定义和建模原理、技术框架。最后,预测了未来人工智能空间分析的热点研究方向：智能空间计算、超参数空间优化、智能空间规划机器人、全样本时空预测和空间神经网络分析等。通过梳理、分析、总结及预测人工智能空间分析的发展历史及发展趋势,旨在为人工智能空间分析提供系统性的理论及应用研究参考。     

利用多源数据构建全球天顶对流层延迟模型

对流层延迟是无线电大地测量技术中的重要误差源,目前常用的对流层模型的建立均是基于单一数据源.本文按照直接对天顶对流层延迟建模的思路,采用格网化的GGOS Atmosphere的对流层数据和离散的IGS对流层产品联合建模,在利用IGS的高采样率对流层产品分析天顶对流层延迟的短周期变化特征的基础上,构建了一个多源数据的全球天顶对流层延迟模型.经过检验,多源模型的内符合精度为3.6 cm,表现出良好的拟合效果.使用未参与建模的IGS站进行外符合检验,统计结果显示多源模型的全球平均bias为?0.31 cm,全球平均RMS为4.16 cm,明显优于GZTD模型(bias为?0.48 cm;RMS为4.46 cm),且与目前精度最高的GPT2w模型(bias为?0.04 cm;RMS为4.14 cm)精度相当.多源模型的改正精度在空间和时间上具有良好的稳定性,同时多源模型在有IGS站支持的地区改正效果明显优于GZTD和GPT2w模型.多源模型具有全球适用、区域增强的优点.     

基于数值模式的细颗粒物来源解析

传统的颗粒物来源解析是通过受体采样和化学组分分析开展,该方法主要适用于有限的采样点位和时段.为了提高颗粒物来源解析结果的时空分辨率,发展了以数值模式和受体模型相结合的颗粒物来源解析技术.基于南京大学自主研发的区域大气环境模式(RegAEMS)和基于正定矩阵因子分解法的受体模型(PMF),以2014年南京青年奥林匹克运动会(简称青奥会)为例,开展了细颗粒物的来源解析研究.结果表明,RegAEMS可以较好地模拟南京市PM_(2.5)浓度及其主要化学组分,与同期基于手工采样分析的结果基本相当.进一步利用PMF模型计算不同类型排放源的贡献,发现南京青奥会期间(2014年7~9月)PM_(2.5)的来源依次是二次有机气溶胶(25.9%)、燃煤(16.5%)、硫酸盐(14.5%)、硝酸盐(12.6%)、机动车尾气(12.0%)、扬尘(11.7%)和工业生产(6.9%).比较发现,本方法解析出来的PM_(2.5)主要排放源贡献与基于离线采样分析的源解析结果基本一致.此外,基于数值模式和受体模型的源解析结果还反映出了青奥会中期电厂燃煤和工业生产的排放对颗粒物的贡献要明显低于青奥会前期和后期,表明青奥会期间对工业生产和电厂燃煤的污染控制措施起到了有效作用.本研究所发展的将数值模型和受体模型相结合的颗粒物来源解析方法还可以实现对未来重污染天气下的颗粒物来源贡献分析,从而为大气重污染应急管控提供科学依据.     

知识驱动的鄱阳湖区域钉螺分布预测模型研究初探

目前对血吸虫中间寄主钉螺的监测与预测完全是基于遥感影像光谱信息的,计算结果只是"预测钉螺"的一个非完全条件约束解.将2005年10月31日的TM遥感影像数据与GIS专题数据(DEM、鄱阳湖边界、植被、土壤、土地利用)有机结合起来,根据钉螺孳生的发生学机理,运用遥感、地球信息技术和知识驱动的地理建模方法,进行了鄱阳湖区钉螺空间分布的预测.结果显示:随着总模糊隶属度由高到低变化,在10%的模糊隶属度高值区的栅格中,钉螺检验数据组中出现的钉螺比例达到81%左右,说明所建模型能有效地预测钉螺的出现与否.     

遥感技术发展史初探

“遥感”(Remote Sensing),顾名思意为“遥远的感知。”它是由1962年美国密执安大学等单位发起的“环境遥感讨论会”上,将“遥感”这个术语确定下来。“遥”具有空间概念;“感”表示信息系统。也就是说在遥远的空间,不与目标物接触,而通过信息系统去获得有关该目标物的信息。遥感属于空间科学的范畴,是空间科学一个重要的组成部分。遥感科学是物理学、计算数学、电子计算机技术、航天、航空等许多学科密切结合的、综合性很强     

利用我国高分辨率卫星影像监测北京市违章建筑

自2008年北京奥运会成功申办以来, 为充分发挥我国自主产权的遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术在变化监测领域的应用优势, 起到对北京奥运会的科技支撑作用, 同时从实施新规划、解决交通拥堵、维护古城风貌等角度出发, 利用国产的高分辨率遥感卫星数据结合GIS和全球定位系统(GPS)在北京六环以内建立了北京市违章建筑卫星监控系统, 实现每个季度对违章建筑的监视和查处. 详细分析了国产遥感卫星和GIS技术在违法建设的监测和发现中的应用流程及关键技术, 并对北京市违法建设监测查处系统的设计与实现进行了介绍, 同时, 给出了系统运行过程中的一些典型违章建筑发现和查处实例. 该系统运行5年来, 规划应用部门能够及时主动地获取更丰富的辅助决策信息, 真正做到了早发现、早处理、早制止; 为将违法建设消灭在萌芽状态提供了技术保障, 为国家节省了大量的违章建筑处理的经费.     

论地理系统模拟基本模型*

地理计算模型和地理信息系统（GIS）的集成是实验地理学研究急需解决的技术难点。地理系统丰富的内容、复杂的结构和功能的多样性,给人们分析、模拟地理系统带来了挑战。本文针对众多地理计算模型侧重表达、地理分析,多方法应用、众多模型无法筛选等现状, 从计算地理学、地图学、地理信息科学等前沿需求出发, 将地理系统模拟的基本模型归纳为在GIS平台支持下由点[CD*2]多智能体（AB）、面[CD*2]元胞自动机（CA）、流[CD*2]系统动力学（SD）构成的地理系统模拟基本模型,并探讨了地理系统模拟基本模型的框架、结构与通讯,深入解析了各模型的原理、集成的关键技术与应用途径, 为地理系统模型进一步发展及地理系统模拟平台研制与开发提供参考。     

基于遥感和GIS的巢湖流域人口信息提取

利用GIS技术和遥感解译的土地利用数据，采用复合面积内插法，对巢湖流域人口分布进行了初步研究，从计算结果看，此方法能有效地提取小流域的人口信息。     

基于遥感与GIS的干旱区生态资产评估研究

在3S技术的支持下, 利用地面Landsat TM数据、中巴卫星数据、气象数据和MODIS数据, 以及地表覆盖类型和野外测定观测等数据, 在景观生态学的基础上研究干旱区生态资产单位面积价值, 建立了基于遥感与GIS的干旱区生态资产价值评估模型, 并结合野外测验数据, 以2003年的新疆玛纳斯河流域为例, 将流域划分为4个生态资产区, 对其生态系统的生态资产进行了定量的计算, 并分析了生态资产空间分布特征, 编制了生态资产空间分布图, 分析了其空间分布特征. 结果表明: 玛纳斯河流域生态系统2003年的生态资产总价值为1494.54亿元人民币, 生态资产的分布具有从高山向平原、从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势, 具有和干旱区植被地带性分布一致的特征. 测量结果更加客观地反映干旱区流域生态资产及其空间分布的现实情况, 为全面开展生态资产测量进行了初步的探索研究.     

基于LRO NAC影像的嫦娥三号着陆点高精度定位与精度验证

嫦娥三号(CE-3)着陆器的高精度定位具有重要的工程意义和科学应用价值.本文研究基于美国月球侦察轨道器(lunar reconnaissance orbiter,LRO)窄角相机(narrow angle camera,NAC)高分辨率月球遥感影像进行CE-3着陆点高精度定位的方法,并利用月面绝对控制点进行精度验证.收集历年来CE-3号着陆区和月球表面棱镜点的LRO NAC数据,利用精化后的轨道、姿态及相机参数等数据建立LRO NAC的严密成像几何模型,通过严密成像几何模型的初始点位预测、人工量测和高精度匹配等方式,获取影像上着陆点和月面激光测距反射棱镜点的影像坐标.用DEM辅助单像测图方法分别对CE-3着陆点和各棱镜标志点进行定位解算,将棱镜点的定位结果与地面观测的高精度定位值对比进行精度评价.利用本文方法,得到CE-3着陆点定位坐标为北纬44.1219?,西经19.5113?.     

基于网络数据分析的心理计算:针对心理健康状态与主观幸福感

大规模地实时计算民众的心理特征有利于维护社会的和谐稳定,但传统的心理测验方法不能有效地满足上述需求.本研究提出了基于网络数据分析的心理计算方法,通过分析用户的"微博"数据建立心理计算模型(心理健康状态计算模型与主观幸福感计算模型),据此来计算民众的心理特征.研究结果显示,心理计算模型的建模效果良好,而建模方法与建模目标是影响建模效果的两个重要因素.本研究表明,可以通过分析网络数据来计算民众的心理特征,此方法有利于改善心理测验的实施规模与施测效率.     

半刚性基层沥青路面层间结合问题分析

利用弹性层状体系计算软件,对重交通路面结构丰刚性基层与面层层间结合的不同模型进行了结构分析,按层间完全连续和完全光滑分别计算了不同荷栽下的力学响应,根据分析结果为设计及施工提供建议.     

利用神经网络反演海水叶绿素浓度

利用美国国家航空与航天局ＳｅａＢＡＭ小组收集的海水叶绿素浓度和辐射同步实测资料,建立由遥感反射率反演海水叶绿素的神经网络模型,并与ＳｅａＢＡＭ统计算法的计算结果进行比较。神经网络模型的反演值在叶绿素浓度略小于０．０３ｍｇ／ｍ＾３的很小范围内有些偏高,在叶绿素浓度的其他区间精度较高,在二类海水区域则明显好于ＳｅａＢＡＭ统计算法。总体而言,神经网络模型的反演结果优于ＳｅａＢＡＭ统计算法。     

基于航拍数据的南极维多利亚地企鹅源温室气体排放量估算

海洋动物是南极气候变化的"生物指示剂",其排泄物中丰富的碳(C)和氮(N)等营养物质为土壤中温室气体的产生与排放提供了有利条件,企鹅作为一种重要的海洋动物,因此其聚居区成为甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)等温室气体排放的潜在"热点"区域.然而,受企鹅数量遥感资料的限制,区域尺度上企鹅源温室气体排放总量尚缺乏精确估算.以南极维多利亚地难言岛企鹅聚集区为研究对象,基于0.1 m分辨率航拍照片发展了面向像元的RGB颜色模型法(pixel-oriented RGB color model)识别企鹅数量,通过企鹅粪便CH_4和N_2O排放通量、企鹅排便量等数据建立了企鹅源温室气体估算模型.结果显示,航拍照片中企鹅像元在RGB彩色空间模型中的R值(17~104)与其他背景像元(110)存在显著差异,该差异可以作为将企鹅与背景像元有效分离的理论依据;南极维多利亚地难言岛企鹅总数为19150只,企鹅源CH_4和N_2O排放总量分别约为275和2.99 kg.     

半刚性基层沥青路面层间结合问题分析

利用弹性层状体系计算软件，对重交通路面结构半刚性基层与面层层间结合的不同模型进行了结构分析，按层间完全连续和完全光滑分别计算了不同荷载下的力学响应，根据分析结果为设计及施工提供建议。     

基于细观结构的颗粒介质应力应变关系研究

用DEM数值计算了一个颗粒介质的双轴压缩试验, 分析了颗粒介质在等向压缩与剪切过程中颗粒细观结构的变化规律, 推导出一个基于颗粒细观结构变化的颗粒介质屈服函数, 其形式与修正剑桥模型的屈服面相似. 利用该屈服面方程, 可以通过颗粒接点数按接触角整理的分布变化说明在压缩和剪切过程中颗粒介质的屈服特性, 为从颗粒细观结构的变化规律进一步研究颗粒介质的应力-应变特性提供了一个可行的方法.     

全球地震危险性评估的简化方法

近年来发生的一些地震并未发生在已知的断层上,而且,地震危险性分析中常用的断层模型需要详细的地质,地震和地壳形变等这在世界许多国家和地区也难于得到。发展一种基于面源模型,利用地震活动资料进行全球地震危险性分析的简化方法,并编辑了全球地震危险性图。为了评估新方法的有效性和可靠性,将该图与已存在的一些国家和地区的危险图进行了对比研究,结果表明该方法具有相当大的实用价值。     

干旱区生态资产遥感定量化评估及其动态变化分析

生态资产是生态系统生物资源直接价值及其生态服务功能价值的总和,在3S技术的支持下,利用卫星遥感Landsat TM数据、中巴CBERS数据、NOAA数据和MODIS数据,以及地表覆盖类型和野外测定观测数据等生态参数,在传统生态学生态资产单位面积价值研究的基础上,建立了基干遥感定量测量的生态资产价值评估模型,以天山北坡昌吉地区1990,1995和2003年生态资产评估的时空分析为例,开展了生态资产遥感动态测量,进行了GDP的比较分析,编制了生态资产空间分布图,分析了其空间分布特征．研究结果表明:天山北坡典型干旱区生态资产的分布具有从高山向平原,从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势,具有和干旱区植被地带性分布一致的特征,其测量结果可以更加客观地反映干旱区生态资产及其空间分布的现实情况,为今后开展相关研究奠定良好的基础,同时可将生态系统服务功能研究与区域规划相结合,使之成为区域规划的一个重要依据．     

GIS在公路养护管理中的应用

文章结合河北省建立公路信息系统的经验和做法,对GIS的功能及在公路养护管理中的应用进行了简要介绍。