应用GIS技术构建地学模拟模型

地理信息系统（简称GIS）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统。该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题。GIS的应用模型,就是根据具体的应用目标和问题,借助于GIS自身的技术优势,使观念世界中形成的概念模型,具体化为信息世界中可操作的机理和过程。     

基于正则表达式的地学科学数据名称提取方法

地学科学数据是地学科技文献重要的支撑材料,大量地学科技文献中包含着研究数据信息,而数据名称一般体现着数据的基本内容,是其中的核心信息。从地学科技文献中自动提取研究数据名称,对于促进优质地学数据共享、复现文献实验与结果以及实现科学数据与科技文献之间的关联具有重大意义,可在一定程度上解决当前地学文献中数据信息利用不充分的问题。本研究通过大量阅读地学文献,分析地学科技文献中描述数据来源信息段落的行文、结构特点以及数据名称的表述特征,在总结地学数据名称描述规律的基础上,提出了从地学科技文献中自动抽取地学数据名称的方法。该方法以数据类别特征词为规则触发词,利用正则表达式编写抽取规则,构建正则抽取规则库,从而完成对地学文献中数据名称信息的抽取。最后使用Java语言编写地学数据名称提取程序,以地学文献文本为实验数据材料,开展地学数据名称信息提取实验。实验结果表明,该方法可以有效地提取地学科技文献中的研究数据名称信息,准确率达到62%。     

地学信息图谱的研究及其模型应用探讨

地学信息图谱系以遥感与地理信息系统等新技术 ,充分发挥人脑的形象思维能力来解决资源环境问题。它是地学思维在新时代下的新发展 ,在地学研究中有重要的理论和实践意义。文章着重分析了地学信息图谱研究近况 ,并结合生态系统综合评估 ,论述了地学信息图谱在该领域的应用。     

基于GIS技术构建地学数字填图系统

计算机软硬件的发展，特别是GIS相关技术、地学信息化技术的发展，为开展地质数字填图研究提供了坚实的基础。“地学数字填图系统（GeoGIS）”针对地学工作实践，可以完成野外数据采集和室内建库、成图、数据管理、分析。系统于2003年起即应用于实践，取得了良好效果。     

基于多维多值概念格的矿山生产地学本体构建研究

矿山生产地学本体能够形式化描述领域概念,是实现多源异构信息集成与知识共享的关键技术之一。本文从多维地学数据源兼有同一性和特异性的视角入手,扩充多维多值概念格理论,构建兼顾全局和区域特性的地学境本协同语义模型与形式化描述,依托二者映射转换关系,提出强情境敏感性的多维地学结构化数据本体自动学习算法;并以金属矿山实际项目为例,结合矿山生产概念体系架构,构建矿山生产领域本体实例,验证方法有效性。该方法注重地学领多维特性,较客观地展示多维地学对象之间关联关系,且较顾忌局部区域时空等数据环境差异,有效提高矿山生产本体的构建效率与准确性,对其他地学领域本体构建提供借鉴。     

基于地学信息图谱的龙口市土地利用动态变化研究

阐述了地学信息图谱的内涵及其概念模式,以山东省龙口市为例,在RS和GIS技术支持下,利用1989年和2003年数字遥感图像、土地利用图及自然、社会经济统计数据,建立了龙口市土地利用动态变化信息图谱.根据信息图谱从空间和时间两方面分析了龙口市土地利用动态变化过程,推测出其土地利用变化的主要驱动力.     

关中地区旅游景观的地学内涵

从地学的角度研究关中地区旅游景观不难发现：关中地区山水景观具有深刻的地学成因内涵；古遗址景观具有深刻的环境地学内涵；古建筑的选址和布局充分表现出古代中国人民对地学环境的深刻理解和适度的把握与利用；古遗址与古建筑的表层“风水模式”具有深刻的地学内涵，而赋予一定的科学意义．     

地学三维可视化

本文论述地学三维可视化研究现状与未来的发展,认为地学三维数据模型,地学三维数据场,地学矢量场、标量场的三维可视化,三维图像表面空间分析,实时动态可视化技术是当前GIS中可视化的研究重点和发展方向。本文介绍了GIS地学三维可视化与分析系统Geo-3D Vision的主要功能。     

试论地学信息图谱思想的内涵与传承

地学信息图谱是陈述彭先生倡导的重要理论探索领域。本文根据先生的相关文献和论述,探讨了地学信息图谱思想的内涵,认为图谱是许多领域都采用的表达和分析的方法论,地学图谱是针对地学领域地学现象和过程的图谱,地学信息图谱则强调在地理信息系统支持下,通过定量地学信息（地学数据库）和地理计算实现的地学图谱,以期通过运用地学图形语言进行地理时空表达与分析,用于描述人与自然和谐相处的规律,反演它的过去,评估它的现状乃至预测它的未来。地学信息图谱思想的提出与陈述彭先生的职业生涯密切相关。他青年时期的坚实地理学基础,中年时期将综合地理和地图设计紧密结合的实践,晚年时期对遥感与地理信息系统的引领,促使他集一生在地理科学研究中的丰富理论、方法、技术成果积淀,开辟了这一探索性的地学研究新领域。地学信息图谱是陈述彭先生留给后来者的科学问题。为此,作者根据新近相关领域的研究进展,提出了未来可能的研究方向：全息地图的发展是地学信息图谱表达的重要基础,并有助于进一步发现新的地学现象和新的地学规律。遥感对地表信息的“谱”探知要以地理学“图”分析思想为支撑,它将最终回归于对复杂地表分布与内在发生机理等地理学核心问题的回答。地学信息图谱的认知以人地关系为中心,以实现从客观地理空间到虚拟空间的人地关系新认知构建一套认知理论。地学信息图谱的目标是辅助发现与利用新的地学知识,为实现自动化、智能化的地理知识图谱奠定理论与方法基础。     

现代地学面临的挑战及发展总趋势

当今社会和现代科技的发展赋予现代地学新的机遇和挑战。在经历了地质一生物知识革命阶段和矿产资源一能源阶段之后，现代地学正进入对人类思维和生活方式都产生重大影响的第三个发展阶段，在自然科学中的地位日趋重要。地学的发展与现代科技的进步息息相关。现代地学发展的总趋势是：纵向深入研究与横向交叉扩展使学科高度分化与综合；围绕全球性岩石圈研究和全球变化研究两大主题开展的全球地质学是今后的主攻目标；加强国际合作才能完成重大前沿课题。     

基于多智能体的城市洪涝灾害动态脆弱性计算模型构建

随着全球气候变化加剧和城市化进程的发展,暴雨洪涝灾害对城市社会经济活动造成的影响越来越严重。作为量化灾害影响程度、社会经济损失与风险评估的重要方法,城市洪涝灾害脆弱性研究对洪涝灾害风险管理与规划具有重要意义。目前,城市脆弱性的内涵进一步延伸,脆弱性指标体系不断丰富,所取得的研究成果能够反映一定时期内城市洪涝灾害脆弱性的整体特征,却无法同时有效地解决城市洪涝灾害脆弱性的空间非均匀性问题和动态计算问题。本文从脆弱性的动态特征出发,提出了城市洪涝灾害动态脆弱性计算方法,建立了城市洪涝灾害脆弱性量化模型与面向洪涝灾害脆弱性计算的多智能体模型,形成了基于多智能体的城市洪涝灾害脆弱性计算方法。在NetLogo平台上,利用智能体模型对浙江省丽水市城区的动态脆弱性进行了仿真模拟。研究结果表明该模型有助于发现不同时空条件下城市存在的“脆弱区”,为城市洪涝灾害脆弱性的时空分异特征分析、区域脆弱性的精细化评价提供方法支撑,能够为缓解措施的实施和洪涝灾害的精细化管理提供有效指导。     

科学合作地域倾向性研究——以中国雾霾研究为例

科学合作是促进知识传播和共享的重要途径,已有研究表明,地理因素是影响科学合作的主要因素之一。然而,目前针对该问题的研究大多只是从科学计量学的角度,对科学合作强度与地理距离的函数关系进行描述,无法揭示科学合作在空间上的分布特征和内部差异性。因此,本文从地理学的角度,以中国雾霾研究的合作网络为例,通过对文献题录中的位置信息进行解析,将虚拟的科学合作网络映射到地理合作网络。在此基础上,提出了一种考虑地理距离的科学合作网络社区发现方法,挖掘科学合作网络中蕴含的空间聚类特征,从而对科学合作的地域倾向性进行反映。通过比较发现,基于合作频次与地理距离的社区发现算法,能够使社区内部的平均地理距离最小而合作强度最大,既反映了科学合作在地理上的近似性,又体现了科学合作强度特征。该方法能够直观地揭示科学合作中隐含的空间分布模式和联系,对其他复杂网络的地理社区划分也有一定的借鉴意义。     

基于智能体的自适应入侵检测系统

提出了一种基于智能体技术的自适应入侵检测系统体系结构,将智能体技术和自适应模型生成技术应用于入侵检测系统中.智能体技术的应用解决了传统的集中式入侵检测系统的弊病,将任务处理和数据分布到网络各个结点上,通过各种智能体来协作完成入侵检测任务,充分利用网络和主机资源.而智能体与自适应模型生成技术相结合,采用遗传算法建立准确的数据模型,使得入侵检测系统能够自动配置和更新不同环境下的入侵检测模型,能够通过自我学习、自我改进来提高系统的入侵检测能力和适应能力.     

深圳市快速抑制COVID-19疫情的非药物干预措施效果评估：基于智能体的建模研究

在2020年COVID-19第一波疫情中,通过一系列非药物干预措施,国内许多城市实现了疫情的快速抑制。对这些交叉叠加的多项干预措施进行单项措施的效果评估,识别出关键的防控策略,能够为未来的疫情防控提供重要的经验与科学依据。本研究以深圳市为例,利用融合了多源时空轨迹大数据的空间显式智能体模型评估深圳市快速抑制第一波疫情的各项非药物干预措施效果,识别出核心措施与辅助措施。模拟结果显示,在深圳市第一波疫情中,单项干预措施有效性从高到低依次为居家令、综合隔离、佩戴口罩与分批复工。其中,居家令或综合隔离均能有效抑制疫情的大范围暴发,被本研究称之为核心措施;佩戴口罩或分批复工则只能从不同程度上降低总体感染规模并延缓疫情峰值,并不能抑制疫情暴发,被本研究称之为辅助措施。考虑到社会经济成本以及常态化防疫中人群依从性降低,本研究建议在COVID-19 散发疫情防控中将核心措施与辅助措施相结合,重点实施各项隔离措施,同时将外出佩戴口罩作为疫情常态化防控手段。此外,本研究展示了结合时空大数据与智能体模型精细化模拟城市内部传染病扩散过程的优势：不仅能在城市内部高精度推演疫情发展过程,而且能够支撑评估面向个体及各类型出行活动的非药物干预措施实施效果,为制定针对性、精细化的“时间-空间-人群”防控策略提供重要的科学依据。     

一种耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型

模拟传染病时空传播、定量评估疫情风险对科学防控、精准施策具有重要的现实意义。本文融合多源时空数据,构建了耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型。该模型首先基于GIS和LSTM算法构建疫情空间演变模拟模型,通过学习历史疫情数据中的规律,以1 km×1 km为空间尺度、天为时间尺度模拟传染病时空传播过程。其次,基于模拟传染病例数据和疫情传播时空影响因素构建风险评价指标,应用云模型和自适应策略构建疫情风险评估模型,实现多空间尺度的疫情风险评价。在实证研究阶段,应用该模型对北京2020年6月份突发COVID-19疫情空间演变过程进行模拟和风险评估,并引入常规机器学习模型作比较验证。结果表明：应用于疫情时空传播模拟,相较其它常规的机器学习模型,考虑时序关系的LSTM模型的模拟精度更高（MAE为0.00261）,拟合度更好（R-square为0.9455）;耦合模型不仅能充分考虑传染源因素、天气因素、疫情扩散因素及疫情防御因素对疫情风险传播的影响,反映风险演变趋势,还能快速量化区域风险等级,实现不同空间分辨率下的疫情风险评估。因此,基于LSTM算法和云模型的耦合模型可有效预测疫情的传播风险,同时,也为传染病时空传播建模与风险评估提供了方法参考。     

GIS与地下水数值模型集成中面向对象法的应用

GIS与专业领域模型的集成面临着许多挑战,其中之一是GIS要适合专业模型的要求。地下水模拟模型需要一个专业的GIS数据结构,同时GIS应用的快速发展,为地下水资源管理提供了辅助决策功能。本文使用面向对象的方法(Object Oriented approach),建立地下水模拟概念模型和适合于地下水可视化模拟的GIS数据结构,并研究GIS与地下水模拟模型紧密集成技术。采用面向对象的思想,将数据、模型和用户接口统一集成到同一个GIS系统中,为模型管理和分析创造了充分的灵活性。     

时空协同的精准农业遥感研究

高分辨率遥感对地观测为我们从空间与时间2个维度客观反演地表格局—过程提供了有效的技术支撑。本文遵循时空协同的研究思路,基于高分辨率遥感影像,开展了农业遥感领域2个典型的问题研究：① 提出了一种基于影像视觉特征的耕地分区分层提取方法,该方法在利用DEM数据进行分区的基础上,根据不同区域内耕地所呈现的几何特征和纹理特征差异,分别设计了不同的耕地提取模型;② 构建了一种地块尺度的作物生长参数反演方法,方法以地块为基本单元,在空间、时间及属性组合约束下进行作物理化参数反演。本研究以贵州省安顺市西秀区和广西扶绥县耕地提取进行了耕地地块提取示范,以扶绥县进行了基于耕地地块和中空间分辨率时间序列遥感数据的甘蔗叶面积指数反演。其中,对于安顺市西秀区的耕地地块提取结果而言,形态精度（IoU）大于0.7的地块超过60%,规则耕地、梯田以及林草地等的类型精度均超过了80%;对于扶绥县甘蔗叶面积指数反演的结果而言,其结果可以较为精确地反映出基地甘蔗与非基地甘蔗的差异,基地甘蔗在品质上要优于非基地甘蔗。西南山地区的耕地形态提取/类型判别和地块甘蔗叶面积指数应用验证均证明了方法的可行性。结果表明,协同使用多源高分辨率数据是实现精准农业遥感研究的有效途径。     

基于GIS新冠智能体仿真模型及应用——以广州市为例

2019年12月湖北省武汉市出现了新型冠状病毒肺炎疫情.新型冠状病毒传播力强,导致全国甚至全世界范围都出现新型冠状病毒疫情.为了刻画新型冠状病毒在城市内部的传播方式,本文基于个体在城市中的行为和社会关系,融合了复杂网络理论和GIS技术构建了新型冠状病毒智能体仿真模型.该模型以广州市为研究对象,通过马尔科夫链蒙特卡洛方法...     

一种适用于PPP动力学模型异常的自适应Kalman滤波

为了削弱PPP参数估计中动力学模型异常对Kalman滤波解的影响,针对PPP状态向量中各类参数不符值对动力学模型异常描述特性的不同,以位置相关为条件对参数进行分类,构建分类因子自适应Kalman滤波用于PPP参数估计。选取6个IGS站点3 d的数据,使用标准Kalman滤波与构建的自适应Kalman滤波进行PPP解算分析。结果表明,相较于标准Kalman滤波,自适应Kalman滤波能通过自适应因子调节状态预测协方差,加速PPP收敛。静态模式下,平均收敛时间从28.2 min缩减到19.4 min,N、E、U方向的平均精度为1.50 cm、3.34 cm、5.55 cm,分别提高7%、14%、19%;动态模式下,构建的自适应Kalman滤波解N、E、U方向偏差的RMS值为2.7 cm、3.6 cm、6.3 cm,较标准Kalman滤波分别提高13%、28%、43%。     

一种方向和度量关系组合描述模型

为在统一的框架下研究方向和度量关系,在改进的锥形模型表达方向关系、定性度量关系表示的基础上,本文提出一种新的方向和度量关系组合描述模型。在对方向关系和度量关系定性描述基础上,采用7×7的矩阵和简化后的3×3的矩阵,分别表达方向和度量关系组合模型,并对组合模型的取值范围和数量进行分析。在方向和度量关系组合模型基础上,定义了组合描述模型的5个有效性规则,用于排除不可能的组合关系;设计了方向和度量关系组合描述模型的实例,用于验证模型的有效性。方向和度量关系组合描述模型将方向关系和度量关系有机地结合在一起,提高了空间关系描述的准确性和有效性。