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期刊信息/Journal information
地球信息科学学报
地球信息科学学报

徐冠华

双月刊

1560-8999

dqxxkx@igsnrr.ac.cn

010-64888891

100101

北京大屯路甲11号

地球信息科学学报/Journal Journal of Geo-Information ScienceCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊以地球系统信息流为主要研究对象。是探索地球信息机理、地球信息认知方法和地球信息时空图谱新学科生长点的应用基础科学。推动地球信息科学的发展与创新、全球变化与区域可持续发展的深化研究，加强国际学术交流。
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    时空对象行为驱动的城市感知设施虚实联动交互控制方法

    杨飞李响曹一冰赵鑫科...
    543-555页
    查看更多>>摘要：基于时空数据模型来描述现实世界的时空实体,以及基于时空对象的行为能力建模来控制时空实体的行为动作,既是对GIS时空数据模型的创新扩展,也能够适应数字孪生城市建设中对人、机、物三元融合表达和交互分析的现实需求.作为城市基础设施的重要组成部分,城市感知设施是典型的时空实体,其交互控制的相关研究目前主要集中于物联网、VR/AR以及GIS领域,而这些领域普遍缺失对基于GIS构建的数字世界中城市感知设施的交互控制研究.针对上述问题,基于全空间信息系统的多粒度时空对象数据模型对城市感知设施的行为能力进行建模,在此基础上提出一种时空对象行为驱动的城市感知设施虚实联动交互控制方法.通过构建设施时空对象的交互控制"五元组"模型,能够支持用户通过虚拟场景与设施实物之间的虚实联动交互控制,从而将基于直接通信指令的城市感知设施交互控制过程在数字世界中进行表达,为数字孪生城市中的感知设施智能化、交互式分析应用提供理论与技术支撑.实验结果表明,所提出的城市感知设施交互控制方法具备有效性与可行性.

    数字孪生城市城市感知设施时空数据模型时空对象行为能力行为组件交互控制

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    共享单车出行OD的时空注意力残差网络预测模型

    曹弋白涵文王艺筱
    556-566页
    查看更多>>摘要：为探究共享单车出行的复杂时空规律与特性,揭示城市因素对共享单车出行OD的影响,提高OD预测精度,开展本研究.结合城市计算,考虑疫情、天气、温度、风速与节假日因素,构建共享单车出行OD的时空注意力残差网络预测模型(USTARN).USTARN先将共享单车OD数据通过时空特征切分捕捉单车流的时空依赖性,再结合注意力机制进行深度残差学习,最后根据城市因素学习结果调整预测结果.利用从政府数据开放平台获取的深圳市共享单车订单大数据及城市因素数据集,分析共享单车出行时空分布规律及其影响因素.将OD数据集按7∶1∶2划分为训练集、验证集与测试集,分别进行训练预测、模型参数自适应调整及模型验证对比实验.研究表明,USTARN模型的共享单车出行OD预测平均误差为7.68％,与不含城市计算的STARN模型及传统的CNN,BiLSTM模型相比,误差分别降低了5.93％、7.55％、6.07％,预测精度显著提高.USTARN模型充分反映了时间、空间、疫情、天气、温度、风速等因素对共享单车出行OD的影响.研究成果对共享单车出行OD的精准预测具有理论指导意义,对该出行模式的推广并解决居民出行"最后一公里"问题具有实际应用价值.

    残差网络交通数据挖掘城市计算时空特征深度学习共享单车OD预测注意力机制

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    基于多带宽局部多项式的时空地理加权分位数回归分析

    王守芬王守霞顾建祥
    567-590页
    查看更多>>摘要：在高斯-马尔可夫假设条件下,最小二乘估计是具有最小方差的最优线性无偏估计量,因此基于最小二乘估计的时空地理加权回归方法在满足此假设时可以获得最优估计,但现实中这些条件有时得不到满足.如果样本数据中存在异常值或者呈厚尾分布,最小二乘回归模型估计值可能会存在较大偏误.而分位数回归受异常值影响较小,相比最小二乘回归更为稳健且应用条件相对更为宽松.更为重要的是最小二乘回归模型只能探索解释变量对响应变量条件均值的影响,而分位数回归可以探索解释变量对响应变量分布的影响(如响应变量的多个分位数),可以挖掘到更为丰富的信息.本文在局部多项式估计原理基础上,提出了基于多带宽局部多项式的时空地理加权分位数回归模型,利用两步迭代估计方法得到系数估计,并且允许不同自变量(影响因素)的最优带宽可以不同.本文通过数值模拟,将该模型与时空地理加权最小二乘回归进行对比,基于分位数回归的系数估计的均方误差和平均绝对误差均比最小二乘估计量小(例如,在0.75分位数,基于最小二乘回归得到的系数估计的均方误差和平均绝对误差分别是基于分位数回归的10倍和4倍),说明本文的分位数回归具有稳健性且可以探索影响响应变量分布的因素.最后以上海市2017—2021年商品房住宅小区为案例对象,应用该方法,探究不同影响因素对不同分位数的住宅价格(如高位房价、中等房价、低位房价)的影响,说明了本文方法的实用性.实际数据研究表明同一个影响因素对不同水平房价的影响效果不同,即同一影响因素系数的时间分布和空间分布在高位房价、中等房价和低位房价存在明显差异,并且不同影响因素的最优带宽也存在差异;与基于最小二乘回归的MGTWR相比,本文的分位数回归模型对于异常值的存在更为稳健(删除1％极端值后基于分位数回归模型拟合的平均绝对误差的变化比基于最小二乘回归模型小1％),并且分位数回归模型可以探究多个水平房价如高位房价、中等房价和低位房价的影响因素.

    时空地理加权多带宽局部多项式分位数回归稳健全局分布异常值异方差

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    违背不相关性假设对Triple Collocation方法精度的影响

    谈松林王洁季静静刘美丽...
    591-603页
    查看更多>>摘要：Triple Collocation(TC)方法是一种可以在未知真值情况下评估3个独立观测样本各自不确定性的方法,该方法使用的前提是误差形式假设与2组不相关性假设,但在实际使用中,这3条假设难以完全满足.其中2组不相关性假设经常面临较大的违背,并且无法得知这种假设违背对结果误差的影响.本文通过虚拟样本实验生成了多组不同程度违背不相关性假设的样本,以定量评估不同程度假设违背对结果误差的影响.结果表明,一般情况下,某一条不相关性假设的违背程度增加时,方法的结果误差会相应地呈线性或平方倍数增加;但当不相关性假设的违背处于某个特定关系时,TC方法结果的误差会突然大幅度增加,这种现象在以往的研究中并没有得到重视,后文将该现象简称为异常点.为了探求异常点出现的原因,本文从理论上推导出了违反不相关性假设与结果误差之间的关系,这种关系呈现为分式结构,而异常点的出现正是这种分式结构所致.异常点的存在影响了方法的稳定性.从差值形式的TC方法的角度来看,抑制异常点的关键在于如何更好地设计缩放系数.本文给出了2种抑制异常点的方法:①忽略加性偏差系数,使得缩放系数不受两组不相关性假设的影响;②限制缩放系数的上下限.根据实际数据分析,第2种改进方法优于第1种.第2种方法不仅保留了TC方法的准确性,而且有效地避免了异常点的出现.值得注意的是,在实际数据中,部分异常点会以负值形式出现并因计算结果不能为负而被剔除.在使用TC方法进行计算时,重复次数较少的情况下,可以不考虑异常点的影响.

    Triplecollocation假设违背异常点遥感数据同化数据评估数据不确定性分析无实测数据

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    面向对象的文化景观基因概念格算法

    胡最吴雪同
    604-619页
    查看更多>>摘要：文化景观基因(简称景观基因)是反映传统聚落丰富的历史文化信息与传统文化特征的功能单元,在推动传统聚落保护及其优秀文化资源的深度开发与利用方面有着广泛的应用前景.针对结合空间数据挖掘方法分析传统聚落景观特征的相关研究缺乏,论文结合概念格空间数据挖掘原理提出了景观基因概念格.在此基础上,通过将传统聚落定义为对象,将景观基因定义为概念格的属性,论文设计了面向对象的景观基因概念格分层构造算法(Object-oriented Layered Conceptual Lattice,OOLCL).论文选取湖南省现存的30个保存较为完好的历史文化名村和名镇为实验对象,同时与经典的Bordat算法进行对比,以此测试OOLCL算法的性能.结果表明,在属性数量大于对象数量的条件下,OOLCL算法通过对象与对象两两之间属性的交集运算减少了算法冗余度,平均时间耗费减少66.61％,显著提升了概念格的构造效率.这说明OOLCL算法能较好地适用于复杂的传统聚落文化要素特征及其相互关系的判别与分析处理,本文对今后结合GIS和空间数据挖掘方法分析传统聚落的重要传统文化特征具有较好的借鉴意义.

    传统聚落形式概念分析概念格空间数据挖掘OOLCL算法面向对象景观基因传统文化特征挖掘

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    耦合统计方法、机器学习模型和聚类算法的滑坡易发性评价方法

    王启盛熊俊楠程维明崔兴洁...
    620-637页
    查看更多>>摘要：我国西部山区滑坡灾害频发,精确评估滑坡易发性对地质灾害防治至关重要.结合统计方法与机器学习模型的集成模型已广泛的应用于滑坡易发性评价,然而对其结果的进一步优化仍值得考虑.本文提出一种耦合统计方法、机器学习模型以及聚类算法的综合评价方法,以宁南县为例,研究其对滑坡易发性评价精度的提升效应.该方法首先将信息量法(Informa-tion Value,IV)、确定系数法(Certainty Factor,CF)和频率比法(Frequency Ratio,FR)分别与随机森林模型(Random Forest,RF)结合,得到三种集成模型(IV-RF、CF-RF、FR-RF).此后,引入ISO聚类算法对三种集成模型的结果进行分级,得到三种耦合模型(IV-RF-ISO、CF-RF-ISO、FR-RF-ISO).AUC值(Area Under the Curve)、准确率、F1分数和种子单元面积指数(Seed Cell Area Indexes,SCAI)被用于评估模型的精度.结果显示,集成模型性能均优于单一模型,其准确率和F1分数均大于0.85,AUC值均大于0.9.其中FR-RF模型表现最优,准确率(0.911)、F1分数(0.912)和AUC值(0.965)较FR模型分别提升了0.095、0.096和0.074.与自然断点法和Kmeans聚类法相比,引入ISO算法的耦合模型FR-RF-ISO分级效果最优,其高低易发区SCAI值的差异更为显著.本研究成果表明,耦合统计方法、机器学习与聚类算法的综合评价方法具有较高精度,为提高滑坡易发性评价精度提供思路.

    滑坡易发性信息量确定系数频率比随机森林聚类算法宁南县

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    顾及全生命周期的国际大洋钻探科学数据模型构建与管理服务方法研究

    孙昊阳林冰仙周良辰闾国年...
    638-653页
    查看更多>>摘要：国际大洋钻探计划是地球科学中规模巨大、历时长久的国际合作项目,其数据具有来源复杂、存储分散、格式多样等特征.现有岩芯、测井、文献等数据库平台建设较早,数据组织不统一、检索条件单一、分析应用困难,缺少集成且多样的可视化及分析工具,不利于数据的统一管理、有效整合、高效调度、广泛共享和综合利用.针对上述问题,论文首先剖析了全生命周期的国际大洋钻探科学数据产生流程和组织形式,并分析国际大洋钻探数据要素分类和描述体系,构建了顾及全生命周期的国际大洋钻探科学数据模型,在此基础上,提出包含数据组织、数据查询和专题制图的国际大洋钻探科学数据整合和服务应用框架,设计基于弹性搜索引擎数据冷热分离的数据存储、基于要素按需整合思想的数据查询和可定制可配置的钻孔数据专题制图方法,最后开展了在线验证平台研发实践.研究结果表明,本数据模型及应用框架具备支持数据统一存储、多要素查询和灵活制图等能力和特点,可为科学大数据的高效管理和应用提供借鉴.

    国际大洋钻探计划科学数据数据模型数据整合数据组织数据服务数据共享深时数字地球

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    基于多视角二维投影的实景三维模型解译

    曲俸磊胡忠文张英慧张金华...
    654-665页
    查看更多>>摘要：实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体化反映和表达的数字虚拟空间,已作为基础数据广泛应用于智慧城市、可视化展览等领域.实景三维模型语义解译是充分发掘实景三维模型的数据价值以实现场景的自动理解与分析的基础.已有的三维解译方法中,存在被遮挡地物解译不完全,不同地物边界解译不准确等问题.针对该问题,本研究提出了一种基于多视角的实景三维模型解译方法.该方法首先模拟成像过程实现实景三维的多视角二维投影,进一步基于二维影像解译快速获取语义信息,最后将多个二维解译结果进行逆投影获得三维语义模型.本研究以深圳大学实景三维模型为实验数据,通过与基于正射影像的三维解译、面向对象的三维分层解译等方法对比,验证本文所提方法的有效性.结果显示本研究提出的基于多视角的解译方法获得了最高的分类精度(总体分类精度为96.69％,Kappa系数为0.942),在正射遮挡区域,以及不同地物边界区域有更好的解译效果.本方法充分利用实景三维数据的多角度信息,具有较高的理论和实践参考价值,为进一步促进实景三维建设及在自然资源监测领域的应用提供了方法支撑.

    实景三维模型三维解译分层解译多视角投影面向对象语义信息视角加权投票倾斜投影

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    "人口流动"视域下中国城市中心性和社群格局分析

    尹延中邬群勇林瀚赵志远...
    666-678页
    查看更多>>摘要：城市网络的组织结构与运行机制离不开城市间的关联关系.本文基于2021年10月至2022年9月的百度迁徙大数据,构建了中国366个城市的城际人口流动网络.在节点层面,提出了城际人口流动超越指数衡量城市中心性,探索城市中心性的空间聚类特征;在网络社区层面,分析了中国366个城市的月际城际人口流动特征及社群格局.结果表明:①城际人口流动超越指数能够有效表征城际人口流动网络中各城市的中心性;②城际人口流动网络中各城市根据其中心性形成"高高"集聚分布和"低低"集聚分布的特征;③城际人口流动集聚格局受节假日因素、新型冠状病毒感染等综合影响,在不同月份表现出不同的特征,总体上符合地理学第一定律,并呈现省际分异特征;④城市凝聚子群发现结果表明,成渝、大湾区、中原、关中平原、长三角等城市群人口流动格局较为稳定,具有跨省人口流动融合特征;山东半岛城市群与京津冀城市群的人口流动格局联系密切,出现跨城市群人口流动特征;浙江省省域内人口流动特征逐渐加强;长江中游、海峡西岸城市群仍未形成跨越省界的稳定人口流动社群格局.

    城市中心性城市相互作用社区检测城际人口流动网络格局百度迁徙数据城际人口流动超越指数区域协调发展城市群

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    利用ECOSTRESS探究LCZ类间和类内城市热环境日动态变化

    张伟伟贾若愚田明徐新良...
    679-692页
    查看更多>>摘要：在全球气候变暖与城市化进程加快的背景下,城市热环境受到广泛关注.了解城市热环境时空变化和城市空间形态对城市局地气候的影响对于缓解城市热岛效应至关重要.ECOSTRESS在昼夜不同时刻获取高时间分辨率地表温度(Land Sur-face Temperature,LST)为从精细化时空尺度对城市热环境进行动态评估提供了数据支持.本文基于局地气候区(Local Cli-mate Zones,LCZ)视角,利用ECOSTRESS LST数据探究了北京市六环内夏季地表城市热岛强度(Surface Urban Heat Island Intensity,SUHII)的日尺度时空变化特征以及LCZ类间和类内SUHII差异.结果表明:①研究区夏季SUHII具有时空异质性,清晨6时左右,SUHII最低,上午10时左右,SUHII达到最高,下午SUHII逐渐下降,傍晚18时左右开始上升,21时左右达到夜间最高值;②在日尺度上,不同类型LCZ表现出显著的热源/汇角色差异.建筑类型LCZ(除LCZ 9)和自然类型LCZ E～F整体上为热源,LCZ 9和LCZ B～C整体上为热汇,LCZ A和LCZ G存在昼夜源汇角色变化;③LCZ类内SUHII表现出显著的昼夜和类型差异.LCZ类内SUHII差异在清晨6时左右最小,在下午13时左右达到最大值.建筑类型LCZ中,低层建筑类内SUHII差异总体上高于中高层建筑.自然类型LCZ中,LCZ C和LCZ E类内SUHII差异相对较小,而LCZ D、LCZ F和LCZ G类内SUHII差异相对较大;④LCZ类型表现出昼夜不同的热特性和源汇角色变化.LCZ G存在昼夜源汇变化,夜间呈现出明显的城市热源特性.本文所采用的10个时刻的ECOSTRESS LST数据克服了以往利用单一固定时刻的LST数据对于SUHII的高估和低估,所得到的LCZ类间和类内SUHII差异对比结果降低了城市热环境定量研究的不确定性,并为城市热环境源汇景观设计的昼夜权衡提供了理论依据和实践支持.

    城市热岛强度局地气候区类间差异类内差异日变化源汇理论ECOSTRESS北京市

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