面向大数据的地理格网分析操作模型比较

格网分析操作建模,包括地理格网索引域、值域及其之间的函数定义;基于该定义的操作函数、输入与输出的形式化表达;界定了相应的格网分析技术及其应用。随着物联网和空间对地观测的发展,多维大数据的涌现,对现有2维格网分析基础设施的发展提出了挑战。本文对业界主流的各种格网操作模型进行了系统回顾和比较:首先,介绍地球科学各个领域的多维地理格网及分析需求;然后,抽象了多维格网的形式化定义元素;在此基础上,比较了国内外主要多维格网操作模型,讨论了相应格网操作的输入与输出特征,并总结了不同操作模型的表达能力,论述了格网分析操作建模的方法和需要注意的问题;最后,总结了国内外主流的格网分析语言和系统实现,并展望了其发展趋势和研究方向。

基于地理格网的地理国情信息统计分析初探

地理格网是对地球表面按一定数学规则进行科学划分而形成的格网系统和建立统一格网与编码索引体系的技术。基于地理格网对地理国情信息按几何类型进行统计与分析,形成了以格网为基础的地理国情信息,实现地理国情信息以不同格网单元为基础的空间分布统计与研究。

基于格网的中国国家森林乡村空间分布特征及其影响因素

森林乡村是一种重要的新型乡村类型。认知国家森林乡村的空间分布及其影响因素对推动乡村生态文明建设,促进乡村振兴和可持续发展具有重要意义。以中国国家森林乡村为研究对象,分析国家森林乡村的空间分布特征及其影响因素,为推动乡村生态文明建设,促进乡村振兴和可持续发展提供建议。运用探索性空间数据分析法对7586个国家森林乡村的空间分布特征进行分析,在格网尺度下,综合运用地理探测器、OLS模型和GWR模型对其空间分布的影响因素进行定量研究和空间异质性分析。结果表明:1)国家森林乡村有着显著的空间集聚性特征,呈现东多西少的空间分布格局。2)国家森林乡村呈现东南部热,西北部、东北、云南等地冷的空间关联特征,热点区表现为“带状+团状”的空间特征,冷点地区变化较小。3)海拔和GDP密度与国家森林乡村分布呈负相关,其余因子均为正相关,但在空间上,各显著性因子的影响均存在正负效应。4)GDP密度、路网密度以及人口密度的影响程度位列前三。各因子影响程度的空间异质性较强,海拔影响的显著区域位于中国东南部地区,而在西部地区,人口密度、GDP密度及林地面积占比对国家森林乡村的分布起到显著作用。中国国家森林乡村空间分布差异明显,影响因素的空间异质性强,在不同区域可以采用差别化的建设方式。

山地城市热环境及其聚落特征的关联分析

以重庆主城区为研究对象,利用Landsat 8传感器OLI和TIRS获取的遥感影像为数据源,进行城市聚落特征包括地形特征、土地利用等与地表温度的差异性分析。结果表明:城市的热环境空间分布差异较大,海拔高度对温度的影响强于地形起伏度;(NDVI、NDBI、MNDWI等)和地表温度的相关关系呈分段线性关系;不同土地利用类型的热强度和热变异程度差异明显,建设用地的温度最高且斑块温度间的变异性最强,虽然水体的平均温度最低,但斑块温度间的变异性却较高;从格网分析的结果可以看出,格网内部水体的"冷岛效应"明显、建设用地的"热岛效应"显著,耕地与自然植被面积的增加使得各空间格网温度更趋向于稳定。

湘西州土地利用与生态系统服务价值时空演变

对湘西州28 a间土地利用和ESV时空变化进行分析。利用土地利用动态度和当量因子法,采用灰色关联度研究湘西州土地利用与ESV的相关性,并评价其土地生态风险。①1990-2018年,林地、耕地为湘西州主要土地利用类型,2013-2018年综合土地利用动态度最高。②湘西州生态系统服务总价值呈现先减后增趋势,28 a间总价值减少17.21亿元。③研究区ESV分为5个等级,空间上有明显的区域差异性,东南高西北低。④1990-2018年,林地对于研究区ESV影响最剧烈。⑤研究期内湘西州整体处于低生态风险等级。在土地利用中要注重保育林地,耕地面积不减少质量不降低,避免人类建设活动对生态系统的破坏。

干旱区绿洲城市生态系统服务价值空间自相关格局分析与模拟

基于1995—2015年乌鲁木齐土地利用遥感解译数据,运用CA-Markov模型模拟预测2025年土地利用变化并进行生态系统服务价值(ESV)评估,应用格网分析、空间自相关、Getis-Ord热点区分析等空间统计方法,进一步分析生态系统服务价值与土地利用空间格局的分布特征,讨论两者空间自相关关系及年际变化的冷热点空间分布变化原因。结果表明,近30 a研究区各土地利用类型的生态系统服务价值呈波动变化态势,但总体上表现为减少趋势,主要原因在于耕地、林草地提供的生态系统服务价值减少。生态系统服务价值空间分布格局差异明显,高值区域多年来主要分布在乌鲁木齐县林地面积较多的地区,低值区域集中分布于乌鲁木齐中心四区(天山区、沙依巴克区、水磨沟区、头屯河区)的周边区域。研究区生态系统服务价值具有显著的空间正自相关性与空间聚集特征,高-高、低-低聚集分布分别与生态系统服务价值高值、低值区域高度重合。生态系统服务价值热冷点区呈逐年增加趋势,热点区增加与近年来乌鲁木齐大力推行生态保护及修复等措施有极大关联,冷点区增加与城市建成区无序扩张及土地开发等一系列人类活动有密切关系。

基于特征分区的人口数据格网化研究

针对人口数据格网化分析不足的问题,可借助夜间灯光信息、地形信息、土地利用信息进行特征分区,在不同分区范围采用不同的方式构建人口空间格网化模型,反映人口在格网上的分布状态,提供了良好的小尺度统计人口方法。本文以四川省县区作为研究区域,对其进行特征分区,分为中心区(强灯光区)、一般灯光区和弱灯光区,分别采用圈层距离法、改进的夜间灯光建模法与土地利用建模法分析,并利用小一级的单位进行精度分析,研究表明:在灯光强度差距较大的一般灯光区,采用夜间灯光数据可以较好地模拟人口格网化数据,结果精度较高;在灯光强度差距较小的弱灯光区,土地利用模型可以有效地模拟人口空间分布;但灯光强度几乎饱和的中心区,采用圈层距离法,存在较大误差。

基于高分RS和GIS的城市公共绿地应急能力分析——以徐州市为例

公共绿地是城市应急避险的重要场所。应用高空间分辨率遥感影像对城市区域的绿地进行提取,识别城市中的非居民区,得到比较准确的城市人口分布区域;基于GIS技术,利用泰森多边形和格网面积权重内插分析方法对城市人口密度进行估计,将人口密度分布和公共绿地应急避险服务区进行叠加,实现城市绿地应急避险能力的分析。结果表明,徐州市区公共绿地的服务区覆盖范围总计为109.96km2,占徐州市区面积的23.4%,还存在341.46km2服务盲区,盲区所涉及的户籍人口为93.35万。可见,徐州市区的公共绿地存在较大的服务盲区,应急避险的辐射能力有待加强。

资源型城市综合承载力评价研究——以徐州都市区为例

城市综合承栽力评价是编制城市总体规划的重要依据,以徐州都市区为研究对象,采用支撑力一压力—调控力的概念模型,选取3类26个指标,基于空间分析、层次分析、主成分分析、格网分析等方法,运用ArcGIS、Yaahp、SPSS等软件对徐州都市区城市综合承载力进行定量研究,结果表明:徐州都市区城市综合承载力呈现出大范围集中、小区域分散、高低承载区渐变分布的特点;高承栽区在东部和南部地区成片分布,北部则相对比较零散,且被塌陷区和生态保护区隔断;中承载区面积较大,主要分布在主城区和高承栽区外围;低承载区则主要分布在地质条件限制区和生态保护区等地区,主要分布在故黄河两侧、不老河以北及微山湖周围。根据研究结果提出徐州未来发展规划的建议与对策。

基于RS和GIS技术的浅层地下水富集性调查评估

通过水文地质遥感解译,分析了影响地下水赋存的各因素,基于RS和GIS技术,构建了格网化的地下水富集性评估指标体系,设计了集成指标体系、格网化分析,结合人工经验的熵权法、Gamma变换以及自然断点分类法的地下水富集性格网化评估模型,完成了西部某地区地下水富集性格网化评估,并圈定给水保障有利区域。结果表明,研究区地下水分布总体不均,富水潜力的高低与泉点、含水断裂的分布具有较强的相关性,该评估方法将客观的相对权重和主观经验指导结合起来,降低了评估过程对人工打分的依赖。

陆海统筹视域下国土空间多维冲突识别与分区调控——以莱州市为例

充分识别陆海空间冲突并制定科学规划是实现陆海统筹的关键。基于陆海空间利用现状与规划,构建陆海空间冲突的理论分析框架,采用冲突识别矩阵、邻域冲突测度模型和社会网络分析等方法,以山东省莱州市为案例区,1 km格网为研究单元,分别从陆地对海洋、海洋对陆地2个方向定量识别陆海空间的现状冲突和规划冲突,并结合四象限模型对冲突进行分区。主要研究结果如下:①从冲突范围与强度来看,莱州市陆地利用与规划越过海岸线的范围更大,陆海交互冲突范围将持续增加,陆海统筹应重视空间复合利用与跨系统交互影响。②从冲突的类型来看,现状冲突中陆地的水域与湿地以及海洋的渔业用海等利用方式对海陆系统产生的影响较大;而在规划冲突中,陆地的一般农地区和其他用地区,海洋的农渔业区和港口航运区4类功能分区跨系统产生的影响较大。③现状与规划的耦合分区结果显示,相对独立的陆海空间规划对于控制和缓解空间冲突具有一定效果,然而陆海空间统筹利用与管理迫在眉睫,应结合系统观点根据不同分区特点进行优化。

乌鲁木齐市生态系统服务价值时空演变研究

文章基于网格单元、探索性空间分析法、生态系统服务变化指数、改进后的生态系统服务价值当量等方法,分析了西北干旱区乌鲁木齐市1980-2018年土地利用与生态系统服务价值(ESV)的时空变化特征。结果表明:(1)乌鲁木齐市ESV及单项ESV呈现不断减少趋势,其中水文调节、净化环境功能减少最大,其次为生物多样性、气候调节功能。(2)乌鲁木齐市ESV空间上呈现南部高,北部和东部低的分布特征;从时间序列上来看,存在着ESV高值区进一步缩小,低值区进一步扩大的趋势。(3)从1980-2018年乌鲁木齐市ESV的损益变化(ESCI)看,北部米东区、西部城市聚集区以及南部一号冰川附近ESV减损较大,东部柴窝堡湖、盐湖附近ESV增益较为明显。(4)乌鲁木齐市ESV增值热点区集中分布于东部柴窝堡湖、盐湖附近,ESV减损冷点区主要分布于北部米东区、西部城市聚集区以及南部一号冰川附近,总体上ESV变化热点图与ESCI空间分布特征一致。研究结果客观地反映了乌鲁木齐市生态系统服务价值动态变化规律以及区域内部的空间差异性,对正确处理好开发与保护的关系,构筑国家西部生态安全屏障,守住生态安全边界具有重要意义。

RS和GIS支持下的国家重点生态功能区县生态功能区划分方法研究——以四川宝兴县为例

生态功能区划作为区域生态—经济—社会为一体的复合生态系统空间异质性的直观反映,是生态环境承载力分析、生态保护建设的重要科学依据。目前我国生态功能区划分更多的是区域尺度上的,针对县域尺度的生态功能划分尚少。本文依托先进的RS监测调查技术和GIS空间分析技术,以国家重点生态功能区县中的四川省宝兴县为例,建立了生态功能区划生态环境敏感性分析指标体系,开展生态环境敏感性分析,利用景观格局空间分析生态环境主导功能,根据生态环境相似性和差异性,划分县域生态功能区划,形成了适合于国家重点生态区县的生态功能区划分方案。

中国传统村落空间分布特征与影响因素分析

村落是乡村振兴战略实施的载体,认知传统村落空间分布及其影响因素对传统村落的传承和发展有重要价值。以中国传统村落为对象,采用核密度方法识别核心和次核心;构建“格网分析—空间自相关—地理加权回归”的影响因素研究方法,并进行实践分析。发现:①在地理格局上,传统村落主要分布在“胡焕庸线”以东、第二和第三级阶梯、年均降水量400 mm以上的区域、亚热带季风气候区和温带季风气候区;从行政区划来看,部分省份、地级市的交界地带为传统村落的密度核心。②GWR结果显示,对于地形因素,第二阶梯海拔越低、第三阶梯海拔越高传统村落越集中;对于生态因素,在农产品主产区或生态环境保护区,既出现生态环境越好传统村落越密集特征,也出现生态环境越好传统村落越分散特征;对于人口因素,“胡焕庸线”以西的大部分地区人口越密集传统村落越集中,而该线以东区域则相反;对于经济因素,中西部大部分经济发展水平较低的区域传统村落趋于聚集,东部地区经济水平总体较高传统村落趋于分散;交通和城市因素在不同区域对传统村落空间分布亦存在两面性特征。总体看,各地理要素的回归系数存在正负值、正负值比重差异以及高低值空间差异,反映各要素对传统村落空间分布的影响方向、程度和范围均存在较大空间差异。基于空间分布特征及要素回归系数空间差异,提出了传统村落开发利用的建议。

基于GIS格网模型的银川市土地生态安全评价研究

为探索市域范围内土地生态安全的粒度特性及其空间效应,论文结合PSR理论框架构建评价指标体系,以公里格网为评价单元,采用熵权法计算区域土地生态安全综合指数。银川市的实证分析表明,2014年整个区域土地生态安全指数为0.488 2,市域范围内土地生态安全存在着空间异质性和结构功能分化的双重特征。从宏观行政区划层面来看,3个中心辖区表现相对较为均衡,2个郊区县差异性较大,仅有贺兰县(0.557 7)高于全市均值;从微观格网尺度来看,北部和城市中心的综合指数较高且呈离散分布,城市边缘区较低且呈集聚分布;从土地利用功能区的角度来看,农业区、城市建城区、湿地和自然保护区的核心区域综合指数较高,而功能边缘区与交叉区较低,土地生态安全和土地利用方式存在耦合关系。通过ESDA空间分析表明,格网尺度下土地生态安全全局Moran’s I指数为0.780 4,生态安全的空间格局表现出空间连续性和聚集效应。因此,从空间建构的视角来看,应充分利用"高高聚集"区的空间扩散和溢出效益,并通过逐步改善影响"低低聚集"区的限制性因子,实现区域内部土地生态安全格局的优化配置。

深度学习融合多源数据的城市土地利用制图研究

基于单一方法和单一数据源的遥感图像复杂信息挖掘的精度和可靠性不高。而深度学习为代表的人工智能方法为高分辨率遥感地物信息挖掘提供了新的手段。着眼于城市化的精准监测和精细管理需求,本文选取西安市空港新城作为研究区,建立适合中国城市的高分遥感土地利用数据集。通过微调最先进的卷积神经网络模型,从遥感图像中提取有价值的颜色和纹理特征,得到高精度的地物分类结果;利用多源数据对模型分类精度进行交叉验证,在此基础上基于空间分析识别复杂目标;引入共享单车数据进行土地利用建模,挖掘影响城市发展的关键因素。我们将3S技术和人工智能技术应用到土地利用制图与分析中,为城市地理学精细化和定量化研究做出有价值的尝试。