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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。
正式出版
收录年代

    基于云原生的地理空间知识库管理关键技术与服务方法研究

    仲腾张雪英许沛曹敏...
    2013-2025页
    查看更多>>摘要：地理空间知识的本质在于揭示地理事物和现象的时空分布、时空变化过程及其相互作用规律.地理空间知识库管理系统(GeoKGMS)以"图-文-数"一体化的地理空间知识库引擎为核心,致力于支撑地理空间知识资源的高效汇聚、地理空间知识图谱的自动构建和一站式地理空间知识工程建设,旨在形成新一代地理信息系统(GIS)的重要基础平台.本文重点阐述了基于云原生的地理空间知识库管理关键技术,包括云原生的地理空间知识库微服务统一调度技术、人机协同的地理空间知识图谱构建技术、地理空间知识图谱时空混合编码技术、以及多模态地理空间知识存储技术.在此基础上,设计了GeoKGMS的服务框架,实现了地理空间知识库管理、多模态地理空间知识抽取、地理空间知识图谱人机协同构建、地理空间知识推理、地理空间知识图谱质量评估和地理空间知识可视化六大管理服务功能.以喀斯特地貌知识图谱为例,充分发挥机器挖掘和专家知识的优势,实现了可持续的地理空间知识图谱工程化协同共建.

    云原生地理空间知识知识库管理人机协同知识图谱构建知识推理知识检索知识存储知识质量评估

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    不可见字符下适用于OpenDrive格式高精地图的数字水印算法

    吕旭超任娜周齐飞朱长青...
    2026-2037页
    查看更多>>摘要：我国已将发展智能网联汽车、发展自动驾驶作为国家的重要战略方向,高精地图作为自动驾驶的核心基础设施具有高精度与高商业价值的特点,其安全问题不可忽视.本文基于不可见字符,在不影响高精地图数据精度与自动驾驶应用场景的前提下,提出了一种适用于OpenDrive格式标准下高精地图数据的数字水印算法.首先,构建水印信息与不可见字符的映射机制,根据原始水印信息建立包含水印比特值、比特位置信息与海明码的复合型水印字符序列,在保证水印比特与水印索引同步性的同时为算法提供一定的自纠错能力;然后,将映射后的不可见字符按照伪随机置乱后的标识符集合及其属性值的顺序嵌入到高精地图属性值中,使水印信息无规律地嵌入至数据中且分布较为均匀.检测水印时依据伪随机置乱的初始条件按照嵌入顺序提取出水印比特与其对应的索引位置,最后根据多数原则获取最终水印信息并依据海明码对错误比特进行纠正.研究表明,该算法能够抵抗平移、旋转、缩放、裁剪的攻击,在裁剪数据98元素,具有很好的鲁棒性.可为OpenDrive格式高精地图的版权保护提供参考.

    不可见字符OpenDrive高精地图水印鲁棒性海明码Logistic混沌映射版权保护

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    一种基于可达距离的模糊C均值聚类算法

    崔俊超张琼冰李小龙
    2038-2051页
    查看更多>>摘要：设施选址对提高居民生活质量至关重要,利用地理可达相似性聚类对空间元素进行分类是求解此类问题的重要方法.然而,现有的应用于地理可达性分析的聚类算法存在地理可达性测度不准确、不涉及簇中心选取或簇中心不可达等缺陷,不能有效求解真实场景下的设施选址问题.基于此,本文提出一种基于可达距离的模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-Means based on Reachable Distance,FCM-RD).FCM-RD算法改造了经典FCM算法的目标函数、隶属度函数和簇中心函数,使其适用基于可达距离的聚类分析.其次,以沿路网的最短路径距离作为可达距离衡量元素间的地理可达相似性,将聚类元素的二维地理坐标映射为路网坐标,并以此设计簇中心迭代机制,实现在聚类过程中以可达距离迭代不受约束的可达簇中心.同时,对所提簇中心迭代机制的有效性进行理论分析和实验验证,结果表明,FCM-RD算法在每次迭代中所选的各簇簇中心唯一且为当前簇类目标函数最小值点.最后,基于真实地理场景的仿真实验表明,相比基准算法,FCM-RD不仅能获得位置不受限的可达簇中心,而且能获得更好的聚类效果,为实际场景下的地理空间聚类方案提供了有效且精准的解决方案.

    地理可达性空间聚类可达距离设施选址路网模糊C均值聚类簇中心迭代机制

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    室内视角下减弱点云空洞影响的三维可视性分析方法

    陈茂霖朱飞宇安奥博潘建平...
    2052-2063页
    查看更多>>摘要：可视性是指在一定环境条件下,观察者从特定位置所能看到的空间范围.针对现有基于点云数据的可视性分析方法主要聚焦于室外视角,同时未充分考虑点云空洞的问题,提出一种减弱点云空洞影响的室内视角可视性分析方法.首先,将预处理得到的窗户中心点看作视点,以视点为中心,理论视距为半径,构建半球形视域空间.然后将视域空间内的点投影至深度图像形成视域图像,其像素深度值即为可视视距.通过分析视域空间的可视范围,模拟室内通过窗户观测到的外部场景.在这个过程中,点云空洞会造成视距错误,利用空间属性对视域空间分类,并根据不同类别视域空间的地物连续性和遮挡关系提出视距校正方法,以减弱点云空洞对可视空间体积的影响.最后,利用视点处的可视空间体积指数进行可视性分析,并与现有基于体素、基于表面的可视性分析方法以及人工评价进行比较.结果表明,本方法与人工评价的结果具有更好的一致性,能够更有效地分析建筑内部的可视性,为城市规划、景观设计等相关领域提供了一种全面可靠的可视性分析策略.

    点云空洞室内视角视域空间视域图像视距校正可视性分析

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    面向河长制的河道管理动态交互式仪表盘地图设计

    杜毅贤刘晓艳杨纪君左晨渝...
    2064-2076页
    查看更多>>摘要：在生态文明建设背景下,全面推行河长制是我国解决复杂水问题、维护河湖生态健康的有力措施,然而当前仍存在面向河长制的河道管理地图理论研究不足、设计方法缺失等问题.首先本研究以河长制内涵解析为突破点,以地图视角剖析用户关注信息和用图需求,从横向协同及纵向协同结合的维度提出"多部门协同联动、多级河长任务分解"的河道管理地图设计理念,从而构建河道管理地图内容框架.其次,基于地理场景理论对河道管理场景中的时间、地点、人物、事物、事件与现象等要素进行归纳分析,以指导各图组的制图表达内容选取.然后,选择交互式仪表盘的表现形式及电子大屏这一传播媒介,基于用户体验五要素模型、认知、视觉、地图交互科学等理论,进行大屏幕地图的信息架构设计、界面版式设计、色彩配置、信息设计及交互设计.最后,以上海市宝山区为例,设计并实现河道管理仪表盘地图系统并进行系统性可用性评估,结果显示该仪表盘地图能够支持多尺度的河道管理信息显示,帮助用户清晰了解河长制相关信息.本研究旨在促进面向河长制的河道管理地图标准化与规范化、多部门协同管理、共建共享等方面发挥积极作用.

    河长制河道管理仪表盘地图设计用户界面设计动态交互

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    引入方向熵的建筑物群组模式识别方法

    张志义禄小敏闫浩文高晓蓉...
    2077-2092页
    查看更多>>摘要：建筑物群组具有明显的空间分布模式,其相关研究在地图制图、地图匹配及查询等领域均有诸多应用.已有的建筑物群组模式识别研究主要采用传统几何方法和机器学习方法,取得了较好的实验结果.但同时,传统几何方法存在规则定义复杂、识别出的模式较为单一等缺点;而机器学习则存在对样本数据要求高、分类特征选择困难等问题.方向熵是信息熵的一种,常用于评估空间中不同方向性随机变量的不确定性,可应用于描述空间现象方向的分布特征和规律.本研究引入方向熵进行典型建筑物群组的多模式识别.首先,使用人工视觉方法对兰州市的建筑物数据进行聚类,并构建最小生成树几何模型.其次,按照7:3的比例将建筑物群组划分为样本集1和样本集2.通过样本集1计算直线型、格网型和不规则型建筑物群组的分类阈值,并在样本集2上验证,结果显示,这3种建筑物群组的分类精度均达到了97%以上.最后,将所提方法应用于上海市的建筑物数据中,并获得了符合人类认知的结果.这也从另外一个角度说明方向熵可以应用于群组目标分布模式识别.

    方向熵建筑物群组模式最小生成树模式识别阈值分类直线模式格网模式

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    顾及日周期性的PM2.5站点缺失值重构

    李坤禹李艳艳陈东兴陈传法...
    2093-2105页
    查看更多>>摘要：完整的PM2.5时空数据集是实现大气污染防治的关键.然而,实时获取的PM2.5数据集容易受机器故障、人为失误、大气等因素影响普遍存在缺失.针对现有缺失值重构方法未能充分顾及PM2.5日周期性及其与影响因子之间的复杂关系等问题,本文提出了一种顾及日周期性的PM2.5站点缺失值重构方法(Daily Periodicity-Based Spatial-Temporal Interpolation,DP-STF).DP-STF首先以日观测数据为处理单元基于时空相关性对缺失位置筛选最优时空邻域,然后利用P-BSHADE(Point Estima-tion Model of Biased Sentinel Hospital-based Area Disease Estimation)顾及时空异质性以迭代方式对缺失数据进行时空初始估计,最后利用Stacking集成机器学习拟合PM2.5与其影响因子的复杂时空非线性关系,并用于缺失PM2.5数据估计.以京津冀2020年小时尺度PM2.5站点数据为研究对象,利用DP-STF方法对缺失数据重构并与7种经典方法对比.实验结果表明:相比传统方法,DP-STF精度最优,其平均RMSE、MAE至少降低了39.83%、40.12%,R2至少提高了5.56%.此外,DP-STF还能够有效捕捉PM2.5极值,极大提升了在时空非平稳区的预测精度.

    PM2.5缺失值重构日周期性集成机器学习空气污染时空插值时空异质性

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    顾及地理环境各向异性的PM2.5浓度时空预测模型

    王军杰王达丁晨唐建波...
    2106-2122页
    查看更多>>摘要：PM2.5浓度预测对于空气污染的防控和治理具有重要意义.传统图卷积神经网络(Graph Convolutional Network,GCN)等时空预测模型主要通过监测站点间的欧氏距离来度量PM2.5分布的空间相关性,未顾及地形和风向等因素对大气污染物传输过程的各向异性影响,导致地形复杂区域内的预测结果精度偏低.为此,本文提出了一种顾及地理环境各向异性的PM2.5浓度时空图卷积网络预测模型.首先,考虑地理环境的各向异性特征,利用地形和风向等对站点间PM2.5传播的各向异性影响构建GCN的边,将站点PM2.5浓度、土地利用和其他气象因子建模为GCN的节点特征.其次,通过GCN提取站点PM2.5浓度的空间特征.最后,通过门控循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)建模站点PM2.5浓度的时间特征并进行预测.本文以山地型省份贵州省2017年逐小时PM2.5浓度记录进行实验,并采用一系列时空预测基线模型(GTWR、STSVR和GCN+GRU)与本文模型进行对比.实验结果表明:① 本文模型的PM2.5浓度预测结果的RMSE、MAE别为10.047、6.848,相比基线模型平均下降了11.29%和12.16%;R2为0.883,比基线平均提升了3.72%;② 通过不同地形对站点PM2.5浓度相关性影响分析,论证了山脉沟谷等地形会显著影响站点间的PM2.5浓度的相关性,进而影响站点PM2.5浓度预测结果;③ 充分考虑地形和风向对PM2.5传播产生的各向异性影响,能够显著提升存在山脉和沟谷地形区域内PM2.5预测精度.

    PM2.5浓度预测时空图卷积网络空间相关性地理协变量地形距离风向各向异性地理环境特征

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    基于DO指数的京津冀地区制造业协同集聚测度与动态演化

    孙涵岳焕印孙威黄宇金...
    2123-2139页
    查看更多>>摘要：在新经济地理学将空间要素纳入主流经济学的研究范畴后,空间数据统计分析方法也被引入经济学文献中.以地理邻近性为基本特征的集聚经济成为重要的研究对象并逐渐成为经济地理学与GIS交叉研究的领域.Ripley's K函数属于空间点模式分析中基于距离的方法,也被称为多距离空间聚类分析,DO指数在其基础上发展而来,相比于K函数,DO指数更符合经济学中企业不完全随机分布的计算标准.本文根据2008年和2018年经济普查数据,以《中国经济普查年鉴》为参考标准,清洗数据后利用DO指数测度了京津冀协同发展战略提出前后制造业协同集聚的特征和动态演化过程.结果表明:① 2008年和2018年分别有85.47%和82.53%的制造业产业对发生协同集聚,平均强度由0.030变为0.029,10年间协同集聚的基本格局保持稳定;但协同集聚强度高的TOP 20行业对明显向河北省扩散;② 协同集聚发生的尺度范围扩大,2008年全部行业对协同集聚的显著尺度范围是25～68 km,2018年则是55 km以内和75～103 km.省市边界临界值约为75 km,京津冀协同发展战略提出后制造业跨省级行政区的合作更多,而TOP 20行业对的跨行政边界特征更加明显;③ 制造业协同集聚呈现"两极分化"特点,行业间协同集聚强度值高的更高,但中等强度协同集聚的行业对强度值变低.2018年第一个局部高值出现的尺度为54.5 km,小于2008年的68 km,但整体上显著尺度范围又大于2008年,协同集聚的行业对空间分布尺度范围小的更小,大的更大,在一定程度上验证了协同集聚存在循环累积因果效应.

    多距离空间聚类分析DO指数京津冀制造业协同集聚企业数据

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    变形泰森多边形理论在乡村快递点布局影响因素分析中的应用

    程东亚张小林李红波
    2140-2160页
    查看更多>>摘要：乡村振兴背景下,探究乡村快递点布局影响因素,对乡村基础设施建设具有重要意义.本文根据泰森多边形理论的发展现状和社会经济应用研究的需要,提出了变形泰森多边形理论.基于变形泰森多边形理论,以江苏省苏州市乡村(其含义见正文)为研究区,快递点为具体案例,采用普通最小二乘法(OLS)、空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)、地理加权回归(GWR)等方法,揭示了乡村快递点布局影响因素.本文得出如下主要结论.① 变形泰森多边形是泰森多边形在社会经济应用中的改进和拓展,变形泰森多边形由变形区和非变形区2个部分组成,变形区是泰森多边形的局部变形,非变形区是原始的泰森多边形.变形泰森多边形可以有效地解决泰森多边形空间划分与实际情况不匹配的问题,有利于提高社会经济问题研究的可行性与科学性.② 将快递点服务范围作为快递点布局的表征指标,以该指标为因变量,人口规模、经济规模、路网密度等为自变量,探究研究区快递点布局影响因素.P(Probability)<0.05时,研究区OLS、SLM模拟结果显示:人口规模、平均坡度、水域面积为正影响因素,其中人口规模为正主导影响因素;经济规模为负影响因素.研究区GWR模拟结果显示:人口规模和水域面积为正空间影响,经济规模为负空间影响,路网密度、平均坡度正负空间影响均存在.变形泰森多边形理论有助于推动泰森多边形理论的发展,该理论能为未来社会经济应用研究中的空间划分提供新依据.同时,本文结果对认识乡村快递点布局影响因素具有一定价值,对乡村振兴战略实施具有参考意义.

    泰森多边形变形泰森多边形快递快递点布局影响因素布局影响因素乡村苏州

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