面向地学计算的资源环境科学数据共享平台的设计

目前,在我国的资源环境科学领域中,数据、计算和服务等各种资源存在着共享少、冗余大、标准杂等问题。而信息技术的飞速发展给资源环境科学领域的信息技术基础——地理信息系统带来强大的技术支持。鉴于此,本文以中国科学院资源环境科学数据共享平台建设为例,系统地介绍面向地学科学计算的资源环境科学数据共享平台的设计以及所采用的关键技术——元数据标准/元数据数据库技术、XML/GML技术以及网络会议/多媒体技术等。

全球及中国周边地区资源环境科学数据库构建

全球及中国周边地区资源环境科学数据是支撑包括全球变化在内的资源环境前沿科学研究,以及我国宏观决策制定重要的基础性支撑数据,对于保障国家安全具有重要意义。针对现阶段尚无一套完整的、标准化的全球及中国周边地区资源环境科学数据库的现状,结合中国科学院"资源环境科学数据库建设与决策支持研究"实践工作,本文构建了包括3大体系在内的全球及中国周边地区资源环境科学数据库的基本框架,即资源环境科学数据库标准规范体系结构、全球资源环境科学数据库系统、中国周边资源环境科学数据库系统。其中,资源环境科学数据库标准规范体系结构,包括3个大类共计22类标准规范;全球资源环境科学数据库系统包括2大类、13亚类、35个小类的数据库;中国周边地区资源环境科学数据库由东北亚、东南亚、南亚和中亚4个区域共计23小类数据库构成,以期为后续相关大尺度资源环境科学数据库的构建提供探索性的借鉴。今后将进一步完善全球及中国周边地区资源环境科学数据库构建工作的深化与拓展研究。

一种改进人口数据空间化的方法:农村居住地重分类

人口(统计)数据空间化是解决统计数据与自然要素数据融合分析的有效途径。本文在论述已有人口空间化方法的基础上,认为遥感影像得到的居民地数据是表达人口分布的最好指标。为了使居民地数据更好地应用于人口空间化的研究,论文在分析各种与人口居住密度相关指标的基础上,确定了用农村居民地面积所占百分比对农村居民地进行重新分级,然后应用于人口空间化的计算。结果检验表明,人口空间分布数据的误差从分级前的17.4%降到分级后的12%,尤其是误差高于30%的乡镇个数从8个减少到1个,该方法有效地提高了人口空间数据的精度。

汤逊湖水体叶绿素浓度遥感估测研究

内陆水体叶绿素浓度遥感监测的各种经验模型在模型的方法和参数上都有一定的时空限制。为了实现武汉汤逊湖叶绿素浓度的遥感监测,利用同步实测的光谱数据和水质数据进行了该湖泊叶绿素浓度的遥感定量反演研究。首先分析了汤逊湖水体的反射率光谱曲线;其次通过相关分析的方法,发现了汤逊湖水体反射率在单波段法、一阶微分法和比值法建模中的最优波段或组合,并进行了一元线性建模;最后对3种模型的反演精度进行了比较分析。结果表明,对于汤逊湖叶绿素浓度遥感反演,一阶微分法和比值法优于单波段法,一阶微分法的最优波段在446.9 nm附近,比值法的最优波段组合为R861.1/R865.7,二者回归R2都在0.86以上。本项研究可为汤逊湖叶绿素浓度的遥感估测提供了参考。

特种设备安全监察地理信息系统设计

TS-GIS项目基于特种设备数据库系统和信息网络,以电子地图为背景,在监察机构对特种设备的动态监管中起到十分重要的作用,为地方政府在发生重特大事故时的紧急救援,及防范、控制和最大限度减轻特种设备特大和重大事故灾害提供了先进的技术手段,为企业对设备的运行监控、预警保障和安全生产提供了有力的支持。TS-GIS的建设为决策支持系统搭建基础网络平台和数据平台。本文对系统的设计思路、集成、数据库建设、应用开发等方面进行了较为详细的论述,并对系统下一步的建设作了技术上的探讨,为TS-GIS的建设提供了一套先进可行的技术手段。

2008-2009年中国北方干旱遥感动态监测

干旱是威胁我国及世界农业发展的自然灾害之一,利用遥感技术进行干旱监测与评估已成为一种重要而有效的手段。2008年10月至2009年2月,我国北方地区出现了大面积的持续干旱,给冬小麦的生长造成了严重的影响。基于2000年至2009年Terra卫星MODIS传感器8天合成的地表反射率数据,结合地面实测土壤水分和实地调研数据,利用距平植被指数(AVI)和距平水分指数(AWI)对我国北方冬小麦主产区的干旱程度进行了分级,对干旱的发生、发展和时空变化情况进行了连续监测,得到了该时期的旱情分布结果:2008年10月份以后旱情逐渐加重,2009年1月下旬各地旱情达到了最严重的程度。研究表明,AWI对干旱的反应比AVI敏感而且准确。

遥感数据驱动的耕地生产潜力模型与应用

采用传统的潜力递减法模型,在GIS空间建模技术支持下,分别计算光合生产潜力、光温生产潜力、气候生产潜力和耕地生产潜力。本研究以遥感数据驱动模型构建:首先,通过日本的静止气象卫星GMS-5数据反演每日的实际蒸散、相对蒸散,用以计算气候生产潜力;其次,通过SPOT5高分辨率遥感数据提取耕地空间位置和耕地类型信息,用以计算耕地生产潜力。研究表明模型估算的耕地生产力与现实粮食产量整体相差在10%左右,模型估算耕地生产潜力比现有粮食产量提高30%左右;同时研究表明,耕地生产潜力受高程、坡度和水源的影响较大。

基于等角比例投影的球面三角四叉树剖分模型

地理坐标与球面三角网格快速转换、剖分模型的等面积和等形状性质对于全球网格(global grid)应用于空间信息管理具有同等重要性。在等弧长比投影族球面正二十面体投影基础上设计了球面三角四叉树剖分模型(EARPIH)。该剖分模型支持2种构建方式,包括投影平面均匀三角网格法以及直接球面剖分法。坐标转换简化为投影点与投影平面均匀三角网格之间的空间关系。通过弦长分布、紧凑度、面积等指数,将该模型与SQT,QTM,ISEA等已知球面剖分模型进行了面积和形状特性方面的比较分析。

离散三角网格系统距离量测方法

根据离散三角网格系统的空间分布特征,构建新型的十二连通拓扑空间几何距离量测方法,根据三角网格的边的方向性差异性及空间分布格局特征提出一种新型的三角网格单元三维IJK坐标系统,给出该坐标系统与传统行列坐标系统的坐标转换方法,推导三角网格系统的距离计算公式,为基于三角网格系统构建的柏拉图立体三角网格剖分系统的距离计算奠定了基础。

基于MODIS遥感数据地表水汽压估算

地表水汽压是大气科学、水文学等多项研究中的一个重要输入参数。鉴于常规观测方法对于地面气象站点依赖性强且空间不连续的缺点,采用MODIS遥感数据对海河流域的日平均地表水汽压进行估算。通过相关分析得出日平均地表水汽压与MOD07低空可降雨量数据具有很强的相关性,并通过对比采用二次曲线进行建模。选取2009年1-4月数据对二次曲线模型的验证结果表明,估算结果与实测日平均地表水汽压1∶1曲线的相关系数R2为0.83。本文的研究结果提供了一种实用的基于遥感数据估算日平均地表水汽压的方法。

地表环境参数时间序列重构的方法与应用分析

卫星传感器数据提取的地表环境参数是全球变化和区域资源环境研究的重要信息源。时间序列数据的重构旨在利用多种统计和数值分析方法,模拟参数的季节/年度变化规律,从而插补缺失观测值,优化时间序列数据,为相关研究提供更加完备的基础数据。目前,数据重构主要应用在植被指数、叶面积指数、地表能量平衡参数等,重构的方法包括阈值法、滤波方法和非线性拟合等。随着卫星传感器时空、波谱分辨率的提高和研究的深入,耦合了遥感反演模型和陆面过程模型的数据同化重构方法,是今后研究和应用的重要方向。

天津港区土地利用时空格局变化与驱动力分析

本文以Landsat TM多光谱影像为主要数据源,获取了天津港区1987-2010年4期土地利用数据,引入单一土地利用类型动态度、综合土地利用类型动态度、转移矩阵和土地类型空间格局重心4种土地利用变化指数模型,在GIS支持下定量地分析了天津港区1987-2010年土地利用类型转换的方向、程度、时空格局差异和扩张模式。结果表明:1987-1995年天津港的建设处于改革开发之后的探索阶段,土地利用类型变化的程度不高;1995-2003年天津港稳步拓展,港口区域建设用地向北迅速扩张;2003-2010年天津港步入以港区外迁为特征的专业化发展阶段,土地利用类型剧烈变化。20多年来,天津港在空间形态上呈现沿海岸线先向北向陆,后向南向海的扩张模式,侵占水田、滩涂和填海造陆是天津港港口建设用地扩张的主要途径,同时区域还存在大量非理性的圈海养殖和围海造田现象。研究认为港口专业化发展、宏观和微观政策,以及个体目标驱动是影响天津港区土地利用时空格局变化的主要因素,关注生态、经济与区域的和谐发展,通过优化港口功能布局,加快以生态安全为目标的土地利用结构调整,是实现港口可持续发展的必经之路。本文对于充分认识港口发展规律,保护宝贵的港口岸线资源和合理规划港口区域土地资源都具有重要的意义。

高分辨率遥感影像天然林与人工林植被覆盖信息提取

森林类型识别是森林资源遥感监测的基础工作,低分辨率遥感影像缺少纹理细节信息,高分辨率遥感影像不仅具有光谱信息,而且提供丰富的空间、纹理特征信息,因此基于高分辨率遥感影像的纹理特征进行森林内部信息的提取成为近年研究的热点及难点,传统基于单个象元纯光谱及面向对象建立规则集的方法难以有效区分天然林与人工林植被覆盖信息。本文利用面向对象多尺度分割算法、Sobel算子边缘检测及骨架线提取等方法,提取天然林与人工林的纹理线特征,构建了一种新的特征指数——纹理线条密度指数(TLDI)。研究表明:与常用的NDVI、SAVI、EVI等植被特征及VAR、HOMO、CON等GLCM纹理特征指数相比,TLDI指数的离散度更好、分类效果更佳;当TLDI>0.1时,为天然林植被覆盖区;当0<TLDI<0.1时,为人工林植被覆盖区。典型区域的实验表明,除极少数稀疏天然林对象斑块错分人工林,总体分类精度较高,人工林错分率小于0.83%,面向对象的TLDI指数可以有效地提取森林内部天然林与人工林植被覆盖信息。