基于开源软件的地理计算研究生课程教学研究

地理计算是地球信息科学研究生开展研究工作的基本操作,开源地理软件能快速有效地处理地理数据集,并能通过编程语言集成到工作流中解决复杂研究问题。利用开源地理软件进行数据处理与分析,能帮助研究生提升科研技能。以笔者开设的《GIS编程》研究生课程教学中采用开源GIS结合计算机编程处理地理数据为基础,对相关的课程教学内容设置与教学实践进行了探讨,总结了开展研究生GIS编程课程教学实践面临的问题,为相关课程设置提供建议。

基于面向对象的高分遥感景观格局提取方法

为了实现对景观连续变化特征与连接特征的描述,并保持与斑块镶嵌特征的空间尺度一致性,该文利用高分辨率遥感数据,采用面向对象分割方法,建立基于Delaunay-Voronoi原理的景观格局定量描述模型,统一表达景观格局的镶嵌、连续以及连接特征;并将此图像分割方法的结果与像素聚合方法的结果进行对比。结果表明:1面向对象的图像分割方法能够更好地保存对景观格局提取至关重要的微细景观特征,并在尺度上推过程中延缓这些细微特征消失;2基于Delaunay-Voronoi数据结构的景观格局模型有利于面向对象影像分析的景观镶嵌、连续和连接特征的混合及其多尺度表达,更适用于高分辨率遥感景观格局信息提取。

基于多时相TM影像的城市边缘区划分及其变化监测

城市边缘区作为城市和农村之间的过渡地带,是城市扩张过程中土地利用变化最为活跃的部分。在城市边缘区,城市用地类型与其他的土地利用类型,比如耕地、林地、牧草地和水域等混合在一起,并且这些非城市用地类型随着城市化的进程很快转换为城市用地。城市边缘区被定义为城市内边界和外边界之间的环状区域,内边界分离城市核心区与城市边缘区,外边界分离城市边缘区与农村腹地。本研究采用一种新的方法来对城市边缘区进行界定,以及对其动态变化进行监测研究。通过多时相遥感数据的分类,提取城市及其周边的土地利用信息,并对其空间结构模式用地理景观指标进行定量的描述,最后借助空间聚类获取边界阈值来划分城市边缘区并对其变化进行监测。

结合项目实践的GIS原理课程教学探讨

地理信息系统原理(GIS)课程作为地理信息专业及相关专业的基础导论课程,是学生在未来在学习和工作上使用GIS工具奠定基础的一门课程。传统的GIS原理课程在课堂教学同时辅以预先设定好GIS实践环节,这种预先设定的按固定步骤实现的实践环节,对于提升学生使用GIS工具的能力具有明显局限性。该文采用一种新的GIS原理课堂教学模式——结合项目实践的GIS原理课堂教学模式。在该研究中,学生被要求在研究生的指导下,分组独立完成设计新颖的项目课题,以项目成果展示方式和理论考试结合进行课程考核。测试与回访结果表明,相对与传统的GIS原理课程教学,学生对基于项目实践的课程教学模式表示欢迎。他们觉得通过项目实践更好地了解GIS在"现实世界"的应用,并建议将基于分组项目实践模式运用到实践性强的其他GIS课程。此外,结果还表明学生很高兴和同专业但有不同技术和经验的同学一起学习,因为通过和不同同学的相互交流相互合作,可以拓宽他们的视野,提高他们的专业素养。

连续证据权重法及其在矿产潜力预测中的应用研究

目前分类证据权重法只能处理分类证据因子,连续证据因子在转化为分类数据时,必然导致信息损失;而且证据因子按分类计算权重,不能从整体上反映该证据因子对成矿有利的权重。该文尝试对分类证据权重法进行改进,将分类证据隶属度扩充为连续证据隶属度,并修改证据因子权重的计算方法,避免同一证据因子权重的重复累加,建立基于连续证据因子的模糊证据权重法。以实际的矿产潜力预测为例,对比分析分类证据权重法与所提出的模糊连续证据权重法。结果表明,基于连续证据因子的模糊证据权重法能够克服分类证据模型后验概率空间突变情况,利于预测结果的制图输出,并在一定程度上提高后验概率精度。

基于面向对象影像分析的景观连接特征多尺度提取研究

在理解面向对象影像分析方法与像素聚合方法在多尺度景观连接特征分析不同基础上,建立基于面向对象影像分析的多边形阻抗表面的景观连接特征度量方法,并对两种多尺度景观连接特征提取方法进行比较。结果表明面向对象方法所获取的景观连接特征能更好保留线性廊道,提高景观连接特征精度。

长江上游宜宾至泸州江段突发水污染风险评估

为防控长江上游重大突发水污染事件的发生,收集整理长江宜宾至泸州江段沿江水环境污染源及受体基础资料,构建水环境潜在污染风险分级评价体系。采用地统计学理论和地理信息系统(Geographic Information System,GIS)相结合的方法开展突发水污染风险分区评价研究,以揭示研究区江段突发水污染风险空间分布差异性。结果表明,污染源或受体热点分布主要集中在城镇化、工业化较快的地区,如宜宾市叙州区污染源最多,泸州市龙马潭区高风险污染源最密集,宜宾县和南溪县高敏感受体数量最多;其他区域污染源或受体分布较为均衡,未形成明显的冷点区域。水环境潜在污染高风险区集中分布在龙马潭区江段和江阳区江段,须提高该区域对潜在污染的风险管理能力,以降低污染事故发生的可能性。

云与开源技术应用于GIS教学实践研究

以过去两年中在《GIS设计与应用》本科与研究生课程教学中使用云与开源GIS为基础,对相关的课程教学内容设置与教学实践进行探讨,总结地理信息相关专业教学中使用云与开源GIS技术的优缺点以及所面临的挑战,为相关课程设置提供建议。

土地利用景观格局对城市扩张影响研究

我国处于快速城市化阶段,城市化过程所带来的问题十分突出。针对城市扩张问题,涌现出大量关于城市扩张影响因素以及城市扩张建模的研究。目前对城市扩张行为进行研究选取的影响因素主要可以分为两类:①空间可达性以及空间约束,包括水源、道路、城市中心等可达性,地形、保护用地等约束;②社会经济因素,包括人口增长、经济增长、政策等。该研究突破传统城市扩张影响因素研究范围,选择从城市土地利用景观格局特征来研究城市扩张,以北京市为例分析了按网格划分提取的多种景观格局指标与建设用地增长之间的相关性,并探讨了时间尺度对探测这种相关性的影响。从结果当中可以得到以下3个结论:城市景观格局特征对于非建设用地向建设用地转化在位置与数量上的影响机制有稳定性;时间尺度对于正确地表达它们之间的关系至关重要;由于不同时期城市化特征的差异,其关系不断发生变化。

基于格网划分的城市区域土地利用景观格局时空变化遥感监测

城市化引起的土地利用变化已成为城市问题研究热点。多时相遥感变化检测能够监测到土地利用变化的数量,被广泛地用来进行城市扩张研究。对于城市化引起的城市空间结构变化,最新研究引入景观格局分析法,大量涌现的景观指标为景观格局定量化表达提供了基础。目前对于城市化过程中景观格局时空变化的描述过于笼统,一般是对整个研究区域提取全局景观格局及其时间变化。通过提出一种基于网格划分的景观格局提取与时空变化检测方法,并运用此方法研究了北京市城市化进程中景观格局的时空变化。结果表明:基于网格划分的景观格局变化检测方法能够检测出城市空间结构变化的数量、位置和模式,为理解城市扩张行为以及城市扩张建模提供了相比较于遥感土地利用变化检测之外的另一种知识。

遥感时空不一致性对城市景观格局动态分析影响

采用时空相结合的分类方法来获取多时相土地利用/覆盖,有效减少了多时相遥感的时空不一致性。为探测时空不一致性对景观指标取值及其变化轨迹的影响,将时相独立分类方法和时空相结合分类方法进行了对比,四种常用的景观指标——斑块数(NP)、边缘密度(ED)、平均斑块大小(MPS)和平均形状指数(MSI)用来探测两种方法的差异。结果表明,时空不一致性不仅影响到景观指标取值,而且改变了景观指标的变化轨迹。

三峡库区江段潜在水环境污染风险评价研究

三峡库区的水环境安全不仅关系到库区周边省市用水安全,更与长江流域的生态安全以及整个中国的可持续发展密切相关。基于压力-状态-响应(PSR)模型,综合考虑风险源危险性、风险受体敏感性以及区域环境风险可接受水平等因素构建水环境污染风险分级评价指标体系与量化方法,运用冷热点格局分析等空间统计方法,以行政区为单元综合评价三峡库区潜在水环境污染风险分布状况。结果表明:(1)云阳县风险源数量最多,万州区风险受体数量最多,但重庆主城区及周边地区高风险污染源和高敏感受体分布最为密集,且区域环境风险可接受水平最低。(2)研究区县区级风险源危险性和风险受体敏感性指标统计结果均呈集聚分布格局,热点区域集中在库区上游重庆主城区及周边地区,且该区域风险可接受水平表现为冷点区域,而在其它区域基本呈现为均衡的分布格局,未形成明显的热点或冷点区域。(3)库区水污染高风险江段包括九龙坡区、渝北区、沙坪坝区、渝中区和南岸区等5个县区,中风险江段包括长寿区、北培区、江北区、大渡口区、涪陵区、石柱县和巴东县等7个县区,低风险江段主要分布在库区上游的江津区和库区腹地及下游区域。最后,针对不同区域潜在水污染风险分布特征,从产业优化布局、预警与应急能力建设以及企业污废水处理技术升级等方面提出风险管控的相关建议。

基于混合像元分解与EM算法的中低分辨率遥感影像变化检测

中低分辨率遥感影像中广泛存在的混合像元极大地限制了变化检测结果的精度。基于混合像元分解技术,能够深入到像元内部,比较不同端元的组成分差异影像,然后获取亚像元级别的变化信息。如何从差异影像中确定合适的变化阈值,从而准确地判断变化是否发生,是一个难点问题。在高斯模型分布假设的情况下,采用最大期望法(expectation maximization,EM)自动提取最佳阈值,完成自适应的变化检测过程。选择了两种典型的阈值选择方法与该方法进行比较,结果证明基于EM的自适应变化检测方法可以更准确地提取变化信息,具有较好的稳健性。