关于时空大数据助力乡村振兴的思考

数字乡村建设既是乡村振兴的战略方针,也是数字中国建设的重要内容。本文围绕“时空”联动“三农”,在如何利用时空信息技术帮助全国农村振兴、服务数字农业和数字乡村建设等方面,进行思考与探讨,旨在利用时空数据优势,通过实时发布处理的遥感影像资料、气象资料等多源时空数据,变时空信息技术大数据为农村振兴的“新基础设施”与基石;通过强化整合人工智能算法、作物模型等遥感应用,构建起农业农村大数据服务平台,进行正向思维,推进数据开放、实时共享,围绕精准农业、数字田地、智能监管等乡村振兴所需内容,积极推动形成多效合一的时空大数据基础基地,赋能农业农村发展,实现时空数字链接、自动化管理、农业农村农民智能增效,助力中国乡村振兴战略提速。

浅谈数据资产化对推进生态环境监测数据共享利用的影响

传统生态环境监测数据共享利用存在共享意愿不高、权益不对称、低效率和数据权益不清等问题。数据资产化为解决生态环境监测数据共享难题提供了新思路。本文首先梳理了生态环境监测领域数据共享存在数据孤岛、数据质量等问题及面临的挑战。其次,从推动资产收益、培育监测市场、服务政府管理决策、推进数据共享及技术变革等角度对生态环境监测数据资产化潜在影响进行了讨论。最后,对生态环境监测领域如何推进数据资产化、促进监测数据资源高效共享利用进行了策略分析和展望。

区块链技术在不动产统一登记数据整合中的应用与思考

因不动产数据具有多机构监管、数据更新快、格式不一、介质不同等特点,不动产统一登记数据整合仍存在数据安全、数据共享、数据汇交等问题。本文基于区块链技术的优势及特点,探索在不动产统一登记数据整合中引入区块链的技术和思想,利用分布式账本技术,依据去中心化、不可篡改特性,解决不动产登记业务中的一些痛点问题,利用区块链改造授权存证环节进行数据溯源和实现智能合约的主要思路,梳理实现不动产统一登记数据整合的整体架构。本研究对不动产登记数据库建设和不动产登记信息共享具有借鉴意义。

基于修正通用土壤流失方程(RUSLE)的蒙山区域水土流失敏感性评价

水土流失敏感性评价作为区域生态质量评价的重要内容,对判定水土流失程度、检验水土保持成效起着重要作用。本文基于修正的通用土壤流失方程(RUSLE),对降雨侵蚀力(R)、土壤可蚀性(K)、地形起伏度(LS)、植被覆盖(C)及水土保持措施(P)5个评价因子进行分级赋值并根据通用土壤流失方程进行计算。研究表明:1)蒙山区域的水土流失敏感性整体呈中部和南部高、东部和北部低的条带状空间分布特征;2)蒙山区域水土流失潜在危险程度的值较低,整体的水土流失敏感性中度偏轻。本文根据量化结果进行分区,得出蒙山区域水土流失防治重点,对推动蒙山区域可持续发展及促进区域生态修复均具有重要意义。

多元交通流视角下长江经济带城市网络空间组织模式分析

从复杂网络和个体出行行为角度挖掘多中心城市网络空间组织模式,有助于优化城市空间结构。该文基于长江经济带多元交通流数据,采用TCD(Transportation Cluster Detection)社区发现算法融合百度地图API获取的城市内外部实时时间成本数据,构建多元交通流网络社区结构探测模型,对长江经济带城市网络的空间组织模式进行特征提取和规则挖掘。结果表明:(1)公路网络在省域尺度表现出显著的“核心—边缘”结构;铁路网络表现出“东高西低”的分布态势;航空网络分布态势与铁路网络相反,西部城市航空网络的枢纽效应强于中部、东部城市;综合交通网络总体呈现“以铁路为主、公路为辅、航空为补”的共振状态。(2)利用TCD算法合并节点过程中,社区数量与城市节点的邻近指数符合幂律分布,共识别出24个社区,其中包括贵州、云南、安徽、川渝、鄂湘赣和江浙沪六大“城市经济社区”。(3)长江经济带城市网络空间组织模式包括以贵州、昆明、合肥为核心的“单核心”模式、成都—重庆构建的“双核心”模式以及长沙—武汉—南昌和上海—南京—杭州构建的“多核心”模式,该城市网络空间组织模式对于揭示地级市网络空间关联格局具有指示意义。

基于改进G2SFCA的城市公园绿地可达性评价及其选址优化研究——以苏州工业园区为例

公园绿地是城市公共开放空间的重要组成部分,定量研究公园绿地的可达性可以为“公园城市”的建设提供科学合理的参考。本文基于居住小区、社区和街道3个尺度,运用改进后的高斯两步移动搜索法(I-G2SFCA)对苏州工业园区的城市公园绿地可达性进行评价;然后,利用k-means聚类算法求解新增公园个数;最后,基于粒子群优化算法求解城市公园绿地的优化选址问题。研究表明:1)利用改进后的算法进行可达性评价,计算结果符合实际公园绿地服务范围和居民出行情况,研究区域的城市公园绿地可达性整体呈中部和北部高、西部和东南部低的空间分布特征。2)建议在研究区域内新增5或10个规划待建公园。研究结果可为园区相关部门制订规划决策提供科学依据。

中国东北植被生长峰值时空变化及可持续性分析

植被生长峰值不仅是典型的物候节点,也是植被最大生长能力的重要指示参数。本文以中国东北地区为研究区域,基于长时序遥感NDVI数据,采用Mann-Kendall检验法探索植被生长峰值的变化趋势,利用Hurst指数对植被生长峰值进行可持续性分析。结果表明:1)我国东北地区植被生长峰值时间点(POP)和最大生长幅度(PEAK)整体上呈现出波动上升的趋势。植被峰值时间点在东部以及北部阔叶林和草原区域表现为延迟趋势;植被最大生长幅度在中部、北部以及西南部表现为增强趋势,在森林区峰值时间点表现为延迟趋势,生长峰值表现为增强趋势;2)东北地区整体上植被返青开始期(SOS)和生长峰值时间主要以延迟为主,峰值幅度有所升高;3)Hurst指数结果表明,东北地区植被PEAK呈持续增强趋势,仅6.38%的区域与过去呈现相反的变化趋势,植被增强区域主要集中在中部地区。东北地区植被生长峰值变化可持续性研究,可以为评价东北地区植被固碳能力和生态系统功能提供参考。

大数据视角的国土资源数据管理思考

大数据技术作为一种海量数据存储、管理和应用的工具,在应对国土资源数据的多时空维度、多复杂度、海量特性等方面正发挥着重要作用。国土资源部门陆续建设了多种国土资源大数据管理系统,但是在标准规范和技术架构的顶层设计方面仍然需要进一步调整和优化。本文对大数据视角的国土资源信息管理中存在的问题进行思考和分析,总结了现有国土资源大数据发展的概况,阐述了国土资源大数据建设中标准规范先行的重要性和必要性,提出加强大数据技术在国土资源管理的必要技术措施。本文有助于推进大数据技术在国土资源管理领域长期高效、规范化、安全可靠地发挥作用。

数字地图要素样式结构化存储表达研究与实现

研究数字地图要素样式结构化存储问题,分析目前国内外最新研究进展和各种实现方式的优缺点。从地图要素样式共享的目的入手,探索遵循国际标准的样式实现方案;设计并使用XML的结构化可扩展特性,借助元编程的最新理念和Java编程语言实现兼容SLD标准的地图样式表达和存储机制。实验中定义了点、线、填充、字体等各种地图符号的XML表达形式,并与SLD主题样式相对应,与其他地图样式的转换操作表明,该模式可以实现地图要素样式的自定义设计和共享传播。

伤椎置钉单节段固定植骨融合治疗胸腰段脊柱骨折

目的总结伤椎椎弓根螺钉单节段固定植骨融合在胸腰段脊柱骨折中的治疗效果。方法回顾2006年4月至2009年11月我科治疗的31例胸腰段脊柱骨折患者，其中男21例，女10例，年龄22～49岁，平均34．7岁。对其在伤椎及上位椎行短节段椎弓根螺钉内固定，椎间植骨或置椎间融合器。结果本组随访6～24个月，术后2周可下床锻炼，术后伤椎高度及脊柱Cobb角均有较大的恢复。结论伤椎椎弓根螺钉单节段固定植骨融合治疗胸腰段脊柱骨折创伤小，能较大程度的恢复骨折椎的高度及脊柱Cobb角，为脊柱生物力学重建和功能恢复提供了一个坚强而稳固的基础。

基于极端气温指数的青藏高原年际升温及不对称特征研究

基于青藏高原地区98个气象观测站点53年(1960-2012)的气温实测记录,计算了年度昼夜极端温度指数、温度极值和日均温差,并利用趋势分析、变化点检测与分段拟合方法分析了各指数反映的年际变化趋势及空间差异特征。结果表明:青藏高原整体区域各极端温度指数均表现出上升特征,昼夜升温和冷暖升温的不对称性特点显著,夜间冷、暖指数变化速率均快于白天;而在同等昼夜条件下,冷指数下降速率则高于暖指数上升速率,日均温差以-0.18℃/10a的速率小幅降低,温度极值普遍表现为升温现象,近53年来最低气温的极小值上升幅度为4℃左右,明显高于其他极值指数的上升速率,其中最高温度的极大值上升速率最慢,也证实了青藏高原地区温度上升的冷暖不对称性。空间分布上,青藏高原各气温极端指数年际变化速率存在区域差异性,其中西藏的南部及青海的西北部冷昼指数、冷夜指数和暖夜指数变化最为显著;青海、四川及西藏东北部的暖昼指数增长速率稳定。日均温差的变化点大多发生在20世纪80年代初期,多数站点的冷昼指数在90年代中后期发生变化,其余温度指数的变化点集中于90年代初期及中期,时间变化点分布表明研究期间青藏高原温度突变主要集中在20世纪后期。

基于改进灰色关联的福州市避难所适宜性综合评价

构建应急避难场所适宜性评价模型,定量研究避难场所的适宜性是城市防灾减灾体系的重要组成部分。该文基于多源POI及遥感数据构建了基础信息数据库,在考虑街道完整性约束的条件下使用Voronoi图法划分避难场所的服务区,并预测各服务区内避难人口数;然后,根据安全性、有效性、可达性原则,构建避难所适宜性评价指标体系;最后,采用改进的灰色关联组合权重模型,探索福州市应急避难场所不同地震烈度下的适宜性。研究表明:1)改进的灰色关联组合权重模型考虑服务有效性随距离非线性衰减的效应,同时能够综合主观与客观权重方法的特点,简单易行且具有良好的适用性;组合权重结果符合预期,其中疏散道路宽度(0.029)、道路密度(0.0154)权重较小,避难所有效面积(0.189)、避难所坡度(0.154)权重较大;与距离相关的指标随地震烈度增长权重呈上升趋势。2)福州市避难所建设存在一定缺口,中心城区6级烈度下有效避难的区域占72.4%,7级、8级、9级烈度下有效避难区域分别占41%、24%、6.8%;避难缺口主要集中于抗震能力较差的建筑聚集区。3)避难所空间分布并不均衡,繁华商圈及老城区避难所分布密集,公共设施较为完善,综合评价结果较好;晋安区、仓山区、马尾区经济欠发达的区域,避难所规模较小,避难人口较多,可达性较差,综合评价结果较低。

面向双碳目标的自然资源监测体系研究

碳达峰和碳中和(双碳目标)是我国应对气候变化做出的庄严承诺,自然资源作为碳源汇的重要组成部分,对其建立自动化、智能化的监测体系是实现双碳目标的重要基础。目前我国的自然资源监测体系主要面对土地利用和自然生态的空间分布数量、格局情况,在碳监测和评估方面上尚有不足。本文提出空天地全空间的监测体系:以遥感时空监测为常规监测、地面碳通量和碳排放监测为专项监测、多源数据融合和智能化碳评估模型为监测业务中台。通过地理格网化的方法自动化、智能化地动态获取我国自然资源的本底状况和碳源汇能力。该自然资源监测体系有助于全面、深刻认识我国自然生态系统的固碳能力和双碳压力,能够为顺利实现双碳目标提供技术支撑。

基于数据分治与双层索引的并行点面叠加分析方法研究

地图叠加分析是一种计算密集型算法,并行化计算是加快算法执行速度的一种有效方法。该文研究分布式环境下的点面图层并行化叠加分析方法与实现。首先根据点面叠加的特点设置并行数据分解的方式,基于分治法分解空间数据,在并行系统下将地理要素分而治之。然后引入双层索引的并行叠加机制,一是对面图层根据Hilbert空间索引的排序方式分发数据,二是对点图层建立四叉树索引,对每一个进行相交运算的多边形进行快速过滤和求交。最后在Linux集群系统下实现该并行算法,其一利用MPI分布式计算环境实现在整体计算框架下的消息通讯模式的并行,其二在每个子节点中实现基于多核OpenMP工具的本地并行化。结果表明,利用双层空间索引分治的方法可实现并行数据分块,各子节点实现独立计算,减少并行系统中的I/O冲突,并行加速比明显。该方法对矢量地图运算的并行化进行了有益的尝试,为大数据时代的空间数据分析提供一种有效的途径。

GIS中基于拓扑的简单线要素多边形化方法

提出一种地理信息系统中基于拓扑的简单线要素多边形化方法。利用空间拓扑规则对简单线要素集合进行数据结构预处理,消除简单要素中的重合部分,建立结点与边的拓扑关联关系,结合图论理论使用深度优先搜索发现线要素集合构成的所有最小闭合多边形。实验结果证明,基于拓扑的构造法可识别出相交线并构造多边形,能解决几何对象复杂的相交情况。

基于Hilbert空间排序分解的并行叠加联合方法研究

针对GIS叠加分析中联合操作耗时严重的情况,提出基于MPI并行计算方法对多边形联合操作进行加速,使用Hilbert空间填充曲线对空间数据排序分解的方法,进一步探索了Hilbert曲线的中位排序和中点排序在并行联合中产生的不同效果。实验表明,Hilbert空间排序的多边形数据分解方式能够较好地保持数据的空间聚类特性和子节点间数据分配的平衡,通过实验给出了不同分解策略的联合加速比情况,证明了Hilbert空间排序分解策略的准确性和有效性。

2016年环江喀斯特生态站无人机遥感植被指数数据集

中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站(简称“环江站”)位于广西自治区的西北地区,是典型的喀斯特峰丛洼地区域,景观异质性高,高精度地物覆盖信息获取困难。利用小型固定翼无人机挂载多光谱相机,获取了环江站4个观测场的绿、红、红边、近红波段的光谱反射率,经过影像质量控制、拼接和投影后,计算得到归一化植被指数(NDVI)。数据为Geotiff格式。空间分辨率为0.3~0.5 m。结果表明,无人机植被遥感数据集成像效果好,NDVI数据质量可靠,可用于小区域植被覆盖度的分析和卫星遥感植被产品的多尺度对比校正,有效弥补了地面观测与常规遥感监测的尺度匹配问题。

马尔科夫链蒙特卡洛算法并行化设计与性能分析

马尔科夫链蒙特卡洛MCMC(Markov Chain Monte Carlo)算法广泛应用于地球系统模型中参数不确定性分析和模拟。由于地球环境科学数据的高维度、大容量特性,迫切需求高性能的MCMC算法满足应用需求。采用数据分治法实现该算法的多核并行化。利用静态和动态分配策略将算法中的多个输入链分配到各CPU;独立计算并通过共享内存实现进程间通信;主进程回收各单元计算结果,合成最终的马尔可夫链输出矩阵。采用控制变量法分析不同样本和马尔可夫链数量下的算法加速情况。结果表明在计算规模较大、动态负载均衡的条件下易于获得较好的加速比,在4个CPU以内时效果显著,之后随着CPU增加加速效果出现波动或趋于稳定。研究表明并行化MCMC能够利用多核CPU硬件设施获得加速效果,更多核数的加速性能存在进一步优化的空间。

基于去饱和夜光数据的北京建成区时空动态分析

建成区范围是表征城市化进程的一项重要指标,利用遥感技术快速、准确测定建成区范围对城市规划和管理具有重要意义。该文基于2000-2012年北京市DMSP/OLS夜间灯光数据,首先通过构建一种新的修正灯光指数(CORNTL)进行灯光强度去饱和,然后利用/级别内差异最小化,级别间差异最大化0的方法对灯光强度进行分级,进而提取北京市建成区并分析其城市化进程及时空格局。结果表明:1)CORNTL指数能在一定程度上修正原始灯光数据的过饱和(灯光溢出)问题,且能表现城市中心饱和区域内灯光强度的差异;2)2000-2012年北京市的灯光总亮度和点亮区占比分别增长1113和10149%,总体呈现平稳增长趋势;3)研究期间北京市城镇化进程明显,城市边界不断扩大,较2000年增长了8516%,建成区面积年均增长约15713 km2,其中,顺义、通州等东部地区建成区范围快速扩张,发展潜力很大,门头沟、房山等西部地区受限于地形条件,扩张速度相对较慢,也符合北京生态屏障区域的定位。

1960-2012年青藏高原极端气候指数数据集

青藏高原作为高海拔生态环境脆弱区域,其气候变化及发展趋势一直是学界的研究热点,极端气候事件分析是其中一项重要的研究内容。本文基于99个气象观测站1960~2012年的日值气温(日最高气温、日最低气温)和降水观测资料(日降水),经过数据质量控制和异常值剔除,利用R语言中的RClimDex包计算得到每年典型的15项极端气温指数和8项极端降水指数,其中包括10项绝对值指数和13项阈值指数(百分比和观测量阈值)。本数据集可以作为在全球气候变化下青藏高原地区极端天气事件发生频率和趋势探测分析的材料,也可以作为基础数据来探索极端天气事件对农牧业生产的影响。