2022年 第47卷 第1期
2022, 47(1): 1-18.
doi: 10.13203/j.whugis20210619
摘要:
空间和地理数据及空间计算是大数据和人工智能（artificial intelligence，AI）研究的一个主要组成领域，也为社会科学从本体论、方法论和认识论层面提供了一个进行定量和定性研究的重要维度。但是空间如何与计算社会科学结合仍处于探索阶段。通过邀请实证社会研究、地理信息科学、计算机科学等多个领域在计算社会学方向的代表学者，对大数据和AI时代新的研究和技术范式下空间和地理计算与社会计算相结合的重要议题或实现路径等阐述各自观点，希望能够对空间社会计算的发展提供研究思路。讨论认为，空间与地理研究和社会研究具有相同的底层原理，基于空间大数据的新范式为重启宏观社会学空间研究带来了重要机遇，而且空间大数据的可获得性使得中国学者能以更为主动的姿态和清晰的视野来审视和参与影响人类命运共同体的重大现实问题。但是在此过程中，还需进一步思考基础理论和框架，解决数据、计算和伦理等一系列问题，需要社会科学、地理信息科学和计算科学的共同合作和努力，以学科的进步促进社会的健康发展。
空间和地理数据及空间计算是大数据和人工智能（artificial intelligence，AI）研究的一个主要组成领域，也为社会科学从本体论、方法论和认识论层面提供了一个进行定量和定性研究的重要维度。但是空间如何与计算社会科学结合仍处于探索阶段。通过邀请实证社会研究、地理信息科学、计算机科学等多个领域在计算社会学方向的代表学者，对大数据和AI时代新的研究和技术范式下空间和地理计算与社会计算相结合的重要议题或实现路径等阐述各自观点，希望能够对空间社会计算的发展提供研究思路。讨论认为，空间与地理研究和社会研究具有相同的底层原理，基于空间大数据的新范式为重启宏观社会学空间研究带来了重要机遇，而且空间大数据的可获得性使得中国学者能以更为主动的姿态和清晰的视野来审视和参与影响人类命运共同体的重大现实问题。但是在此过程中，还需进一步思考基础理论和框架，解决数据、计算和伦理等一系列问题，需要社会科学、地理信息科学和计算科学的共同合作和努力，以学科的进步促进社会的健康发展。
2022, 47(1): 19-25.
doi: 10.13203/j.whugis20210636
摘要:
城市的高速发展对城市治理能力和治理体系提出了更高的要求，基于一网统管的市域治理现代化是城市安全稳定的底线、城市综合实力的体现和城市运行效率的保障。市域治理现代化在打通城市各部门数据的基础上，进一步联通各部门的业务系统，使得指令可以在不同部门之间流转，完成对事件的高效、协同处置。同时，设立市域治理指挥中心实体机构，将城管、综合治理、12345等相关部门与之一体化运行，通过机制创新和技术创新双轮驱动，创造以下4大价值：分析研判辅助决策、监测预警防范风险、联动指挥行政问效、基层治理共建共享。城市治理一网统管以城市状态一网感知和城市数据一网共享为基础，以大、中、小3屏联动为信息流转方式，以数字孪生为虚实映射的桥梁和人机交互的界面，让各部门高效协同、各层级行动一致、各事件闭环处置，确保城市的安全、稳定和发展，为全面提升国家治理体系和治理能力现代化做好承上启下的支撑。
城市的高速发展对城市治理能力和治理体系提出了更高的要求，基于一网统管的市域治理现代化是城市安全稳定的底线、城市综合实力的体现和城市运行效率的保障。市域治理现代化在打通城市各部门数据的基础上，进一步联通各部门的业务系统，使得指令可以在不同部门之间流转，完成对事件的高效、协同处置。同时，设立市域治理指挥中心实体机构，将城管、综合治理、12345等相关部门与之一体化运行，通过机制创新和技术创新双轮驱动，创造以下4大价值：分析研判辅助决策、监测预警防范风险、联动指挥行政问效、基层治理共建共享。城市治理一网统管以城市状态一网感知和城市数据一网共享为基础，以大、中、小3屏联动为信息流转方式，以数字孪生为虚实映射的桥梁和人机交互的界面，让各部门高效协同、各层级行动一致、各事件闭环处置，确保城市的安全、稳定和发展，为全面提升国家治理体系和治理能力现代化做好承上启下的支撑。
2022, 47(1): 26-35.
doi: 10.13203/j.whugis20210545
摘要:
2015年尼泊尔地震对珠穆朗玛峰高程的影响，近年一直受到全世界关注。2020年珠穆朗玛峰高程测量在珠穆朗玛峰及周边地区布设了高精度的全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）形变监测网，收集了1999—2020年跨喜马拉雅山脉的32个连续运行参考站(continuously operating reference stations, CORS)的GNSS连续观测数据。利用GNSS数据监测了珠穆朗玛峰周边地区地壳三维形变特征，定量获取了2015年尼泊尔强震对珠穆朗玛峰周边CORS同震位移，以及地震对区域地壳三维形变长期趋势的影响，特别是对该地区垂直形变的影响。研究结果表明，该区域地壳垂直形变由南至北跨喜马拉雅山脉呈明显的阶梯型分布特征；震后印度板块与欧亚板块存在加速汇聚趋势，导致震后地壳隆升速率同步增大。
2015年尼泊尔地震对珠穆朗玛峰高程的影响，近年一直受到全世界关注。2020年珠穆朗玛峰高程测量在珠穆朗玛峰及周边地区布设了高精度的全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）形变监测网，收集了1999—2020年跨喜马拉雅山脉的32个连续运行参考站(continuously operating reference stations, CORS)的GNSS连续观测数据。利用GNSS数据监测了珠穆朗玛峰周边地区地壳三维形变特征，定量获取了2015年尼泊尔强震对珠穆朗玛峰周边CORS同震位移，以及地震对区域地壳三维形变长期趋势的影响，特别是对该地区垂直形变的影响。研究结果表明，该区域地壳垂直形变由南至北跨喜马拉雅山脉呈明显的阶梯型分布特征；震后印度板块与欧亚板块存在加速汇聚趋势，导致震后地壳隆升速率同步增大。
2022, 47(1): 36-44.
doi: 10.13203/j.whugis20190361
摘要:
2013年, 中国发射了首颗进行全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）无线电掩星观测的气象卫星FY-3C，其掩星数据产品已由国家卫星气象中心（national satellite meteorological center，NSMC）发布。基于FY-3C附加相位数据，通过几何光学反演和全谱反演相结合的方法自主反演获取大气折射率廓线，并利用NSMC提供的折射率产品和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF）的气候再分析数据集(ECMWF reanalysis-interim, ERA-Interim)对反演结果进行验证。2017年全年FY-3C掩星折射率自主反演的成功率为82%，与NSMC 83.5%的反演成功率基本一致。以ERA-Interim再分析资料为参考，自主反演折射率相对偏差绝对值在25 km以下, 小于1.5%，略优于NSMC产品，但偏差标准差比NSMC产品略大，达到了3.6%。自主反演和NSMC的折射率廓线在高纬地区的相对偏差均低于中低纬地区，且自主反演折射率的相对偏差总体上在夏季高于冬季。
2013年, 中国发射了首颗进行全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）无线电掩星观测的气象卫星FY-3C，其掩星数据产品已由国家卫星气象中心（national satellite meteorological center，NSMC）发布。基于FY-3C附加相位数据，通过几何光学反演和全谱反演相结合的方法自主反演获取大气折射率廓线，并利用NSMC提供的折射率产品和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF）的气候再分析数据集(ECMWF reanalysis-interim, ERA-Interim)对反演结果进行验证。2017年全年FY-3C掩星折射率自主反演的成功率为82%，与NSMC 83.5%的反演成功率基本一致。以ERA-Interim再分析资料为参考，自主反演折射率相对偏差绝对值在25 km以下, 小于1.5%，略优于NSMC产品，但偏差标准差比NSMC产品略大，达到了3.6%。自主反演和NSMC的折射率廓线在高纬地区的相对偏差均低于中低纬地区，且自主反演折射率的相对偏差总体上在夏季高于冬季。
2022, 47(1): 45-54.
doi: 10.13203/j.whugis20190257
摘要:
连续密集的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS) 地表形变监测为反演精细的区域地表质量变化提供了有效技术手段。针对格林函数方法反演区域地表质量变化的病态问题，给出了一种改进的正则化拉普拉斯约束矩阵，讨论了广义交叉检验(generalized cross-validation, GCV)方法在病态法方程正则化参数选取中的适应性，并通过数值模拟分析了GNSS垂直位移的噪声水平和测站数量及分布对反演结果的影响。结果表明：(1)给出的正则化拉普拉斯矩阵相比传统的拉普拉斯矩阵能更有效抑制边缘效应的影响；(2)GCV方法可以有效地确定最优正则化参数，其反演结果与均方根误差(root mean square error, RMSE)最小方法的反演结果符合较好；(3)GNSS垂直位移的噪声水平越小, 测站数越多，反演结果越好，并且在测站数达到一定的条件下，均匀分布测站与随机分布测站的反演结果精度相当。
连续密集的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS) 地表形变监测为反演精细的区域地表质量变化提供了有效技术手段。针对格林函数方法反演区域地表质量变化的病态问题，给出了一种改进的正则化拉普拉斯约束矩阵，讨论了广义交叉检验(generalized cross-validation, GCV)方法在病态法方程正则化参数选取中的适应性，并通过数值模拟分析了GNSS垂直位移的噪声水平和测站数量及分布对反演结果的影响。结果表明：(1)给出的正则化拉普拉斯矩阵相比传统的拉普拉斯矩阵能更有效抑制边缘效应的影响；(2)GCV方法可以有效地确定最优正则化参数，其反演结果与均方根误差(root mean square error, RMSE)最小方法的反演结果符合较好；(3)GNSS垂直位移的噪声水平越小, 测站数越多，反演结果越好，并且在测站数达到一定的条件下，均匀分布测站与随机分布测站的反演结果精度相当。
2022, 47(1): 55-60.
doi: 10.13203/j.whugis20190338
摘要:
北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system, BDS-3）在BDS-2基础上，设计实现了高速宽带星间链路网络，以期实现导航和通信的一体化建设，并为卫星自主定轨(autonomous orbit determination, AOD)技术的实现积累宝贵的实测数据。首先, 利用星间链路数据建立分布式AOD模型；然后, 利用实测的BDS-3星间链路数据，分析了18颗中圆轨道（medium Earth orbit, MEO）卫星间的建链有效率、星座构型及星间测量噪声，并讨论了轨道初值、滤波处理间隔等因素对AOD精度的影响；最后, 给出了基于北斗三号系统18颗MEO卫星星间测距数据的AOD结果，用事后精密轨道产品对其进行了评估分析。结果表明：(1)BDS-3星间链路运行稳定，每颗卫星基本可维持9条左右的星间双向测距链路，星间有效链路数和星座布局已能够支撑实现分布式导航星座的AOD；(2)轨道初始精度、滤波处理间隔等都会影响状态估计精度和收敛速度；(3)轨道初值位置精度为0.1 m、滤波处理间隔为60 s的条件下，AOD连续运行30天的用户测距误差(user ranging error，URE）精度约为0.48 m，有效验证了分布式AOD算法的有效性。
北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system, BDS-3）在BDS-2基础上，设计实现了高速宽带星间链路网络，以期实现导航和通信的一体化建设，并为卫星自主定轨(autonomous orbit determination, AOD)技术的实现积累宝贵的实测数据。首先, 利用星间链路数据建立分布式AOD模型；然后, 利用实测的BDS-3星间链路数据，分析了18颗中圆轨道（medium Earth orbit, MEO）卫星间的建链有效率、星座构型及星间测量噪声，并讨论了轨道初值、滤波处理间隔等因素对AOD精度的影响；最后, 给出了基于北斗三号系统18颗MEO卫星星间测距数据的AOD结果，用事后精密轨道产品对其进行了评估分析。结果表明：(1)BDS-3星间链路运行稳定，每颗卫星基本可维持9条左右的星间双向测距链路，星间有效链路数和星座布局已能够支撑实现分布式导航星座的AOD；(2)轨道初始精度、滤波处理间隔等都会影响状态估计精度和收敛速度；(3)轨道初值位置精度为0.1 m、滤波处理间隔为60 s的条件下，AOD连续运行30天的用户测距误差(user ranging error，URE）精度约为0.48 m，有效验证了分布式AOD算法的有效性。
2022, 47(1): 61-68.
doi: 10.13203/j.whugis20190426
摘要:
受限于区域监测站及地球静止轨道(geosynchronous earth orbit, GEO)卫星的静地特性，北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system，BDS）定轨精度较差，加入低轨卫星（low earth orbit，LEO）星载数据可显著提升定轨精度。使用一种由24颗LEO卫星组成的小型低轨卫星星座，在BDS-3全星座情况下，仿真分析了导航卫星与低轨卫星联合定轨对北斗卫星轨道的提升程度。分别进行仅地面测站定轨、地面测站与LEO联合定轨试验，包含全球均匀、亚太区域、亚海分布3类测站布局。结果表明：（1）仅地面测站定轨时，GEO卫星轨道三维精度在分米量级，加入LEO观测数据后，定轨精度在厘米量级，提升程度达80%以上；（2）区域地面测站时，导航卫星轨道三维精度在分米量级，加入LEO卫星后，所有类型导航卫星定轨精度均提升至数个厘米，提升效果显著；（3）全球均匀测站时，LEO的加入仍然可提升倾斜地球同步轨道/中高轨道卫星定轨精度，提升效果在毫米至厘米量级。
受限于区域监测站及地球静止轨道(geosynchronous earth orbit, GEO)卫星的静地特性，北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system，BDS）定轨精度较差，加入低轨卫星（low earth orbit，LEO）星载数据可显著提升定轨精度。使用一种由24颗LEO卫星组成的小型低轨卫星星座，在BDS-3全星座情况下，仿真分析了导航卫星与低轨卫星联合定轨对北斗卫星轨道的提升程度。分别进行仅地面测站定轨、地面测站与LEO联合定轨试验，包含全球均匀、亚太区域、亚海分布3类测站布局。结果表明：（1）仅地面测站定轨时，GEO卫星轨道三维精度在分米量级，加入LEO观测数据后，定轨精度在厘米量级，提升程度达80%以上；（2）区域地面测站时，导航卫星轨道三维精度在分米量级，加入LEO卫星后，所有类型导航卫星定轨精度均提升至数个厘米，提升效果显著；（3）全球均匀测站时，LEO的加入仍然可提升倾斜地球同步轨道/中高轨道卫星定轨精度，提升效果在毫米至厘米量级。
2022, 47(1): 69-78.
doi: 10.13203/j.whugis20190286
摘要:
为了分析单站区域电离层总电子含量（total electron content, TEC）模型的适用范围和精度，基于2~15阶次球谐函数，分别建立了欧洲区域16个单站区域电离层TEC模型，生成了区域格网TEC，并与欧洲定轨中心（Center for Orbit Determination in Europe，CODE）、国际全球导航卫星系统服务组织(International Global Navigation Satellite System Service, IGS)和全球GNSS监测评估系统（International GNSS Monitoring and Assessment System, iGMAS）等全球电离层产品比较分析。结果表明，基于低阶（2×2阶或3×3阶）球谐函数建立的单站区域电离层TEC模型，以单站为中心，在经纬度10°×10°范围以内（半径小于600 km），电离层TEC精度与CODE、iGMAS和IGS等全球电离层产品的TEC精度相当，约为1.0 TECU，实现了在一定区域内（半径小于600 km）利用单站建立电离层TEC模型替代全球电离层TEC模型，高效地为区域内单频用户提供高精度的电离层延迟改正。
为了分析单站区域电离层总电子含量（total electron content, TEC）模型的适用范围和精度，基于2~15阶次球谐函数，分别建立了欧洲区域16个单站区域电离层TEC模型，生成了区域格网TEC，并与欧洲定轨中心（Center for Orbit Determination in Europe，CODE）、国际全球导航卫星系统服务组织(International Global Navigation Satellite System Service, IGS)和全球GNSS监测评估系统（International GNSS Monitoring and Assessment System, iGMAS）等全球电离层产品比较分析。结果表明，基于低阶（2×2阶或3×3阶）球谐函数建立的单站区域电离层TEC模型，以单站为中心，在经纬度10°×10°范围以内（半径小于600 km），电离层TEC精度与CODE、iGMAS和IGS等全球电离层产品的TEC精度相当，约为1.0 TECU，实现了在一定区域内（半径小于600 km）利用单站建立电离层TEC模型替代全球电离层TEC模型，高效地为区域内单频用户提供高精度的电离层延迟改正。
2022, 47(1): 79-84.
doi: 10.13203/j.whugis20190427
摘要:
概述了X射线脉冲星信号辐射模拟技术的发展概况，分析了当前基于非齐次泊松过程（non-homogeneous poisson process, NHPP）的X射线信号数值模拟方法，在此基础上，采取了一种齐次泊松过程与经典概率相结合的数值模拟方法，与NHPP的模拟方法相比，该方法能够避免对流量密度函数的积分及对积分函数的求逆过程，可以大幅度简化数值模拟的计算流程，且适用于具有任意流量密度强度的脉冲星信号辐射模拟，并通过算例分析验证了该方法的可行性。
概述了X射线脉冲星信号辐射模拟技术的发展概况，分析了当前基于非齐次泊松过程（non-homogeneous poisson process, NHPP）的X射线信号数值模拟方法，在此基础上，采取了一种齐次泊松过程与经典概率相结合的数值模拟方法，与NHPP的模拟方法相比，该方法能够避免对流量密度函数的积分及对积分函数的求逆过程，可以大幅度简化数值模拟的计算流程，且适用于具有任意流量密度强度的脉冲星信号辐射模拟，并通过算例分析验证了该方法的可行性。
2022, 47(1): 85-92.
doi: 10.13203/j.whugis20190284
摘要:
水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域，借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems，GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据，计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明，陆地水影响的年变化为1.3 μGal，两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal；大气影响的年变化为8 μGal，两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据，对比扣除水文气象因素前后的重力变化，可以看出，在中国北疆流动重力数据处理中，大尺度水文因素可以不予考虑，气象因素应予考虑。同时，为更好分析流动重力变化，建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。
水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域，借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems，GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据，计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明，陆地水影响的年变化为1.3 μGal，两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal；大气影响的年变化为8 μGal，两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据，对比扣除水文气象因素前后的重力变化，可以看出，在中国北疆流动重力数据处理中，大尺度水文因素可以不予考虑，气象因素应予考虑。同时，为更好分析流动重力变化，建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。
2022, 47(1): 93-103.
doi: 10.13203/j.whugis20190278
摘要:
利用重力恢复与气候实验(gravity recovery and climate experiment, GRACE)时变地球重力场模型计算得到非洲奥卡万戈三角洲地区2003-01—2014-12的陆地水储量变化信息，分别采用主成分分析(principal component analysis, PCA)和独立成分分析(independent component analysis, ICA)提取质量变化信号，并与全球陆地数据同化系统(global land data assimilation system, GLDAS)的水文模型进行对比。结果显示，在奥卡万戈河流域东北部，水储量表现出很强的周期性变化，两种数据空间特征分布的信号出现在相同位置的成分GRACE-IC1和GLDAS-IC1对应的时间序列的相关系数达到0.85。奥卡万戈三角洲地区水储量从2003-01—2011-10呈现上升趋势，两种数据空间特征分布的信号出现在相同位置的成分GRACE-IC2和GLDAS-IC3对应的时间序列的相关系数达到0.81，说明GRACE反演结果与GLDAS水文模型反演结果在研究区域内具有很强的一致性。引入全球降水气候中心降水数据和Water GAP全球水文模型数据对研究区域陆地水储量变化的原因进行分析。实验结果表明，相对于传统的多项式拟合方法，ICA可以在较大区域内直接对特定位置质量变化信号的时空特征进行提取；对比GRACE数据两种方法分解结果的第3成分可以看出，在空间尺度和时间尺度上，ICA方法对信号的分解能力要优于主成分分析方法。
利用重力恢复与气候实验(gravity recovery and climate experiment, GRACE)时变地球重力场模型计算得到非洲奥卡万戈三角洲地区2003-01—2014-12的陆地水储量变化信息，分别采用主成分分析(principal component analysis, PCA)和独立成分分析(independent component analysis, ICA)提取质量变化信号，并与全球陆地数据同化系统(global land data assimilation system, GLDAS)的水文模型进行对比。结果显示，在奥卡万戈河流域东北部，水储量表现出很强的周期性变化，两种数据空间特征分布的信号出现在相同位置的成分GRACE-IC1和GLDAS-IC1对应的时间序列的相关系数达到0.85。奥卡万戈三角洲地区水储量从2003-01—2011-10呈现上升趋势，两种数据空间特征分布的信号出现在相同位置的成分GRACE-IC2和GLDAS-IC3对应的时间序列的相关系数达到0.81，说明GRACE反演结果与GLDAS水文模型反演结果在研究区域内具有很强的一致性。引入全球降水气候中心降水数据和Water GAP全球水文模型数据对研究区域陆地水储量变化的原因进行分析。实验结果表明，相对于传统的多项式拟合方法，ICA可以在较大区域内直接对特定位置质量变化信号的时空特征进行提取；对比GRACE数据两种方法分解结果的第3成分可以看出，在空间尺度和时间尺度上，ICA方法对信号的分解能力要优于主成分分析方法。
2022, 47(1): 104-110.
doi: 10.13203/j.whugis20190445
摘要:
利用三维激光扫描所得点云数据识别并提取轨道高程，引入轨道不平顺的研究方法，定义了用于描述不同期之间轨道局部相对位置关系的线状结构局部相对变形波动性指标，提出了基于小波分解和平滑伪维格纳-威尔分布的异常局部相对变形提取方法。小波分解具有放大轨道相对变形特征和缩小频段范围的作用，可确定异常局部相对变形的波长。维格纳-威尔分布能够将信号能量在时-频两域中展开，可分析信号在特定频率下能量的分布，从而确定异常局部相对变形的位置。使用模拟数据验证算法的可行性，并进行了实例分析，结果表明，运用小波分解和维格纳-威尔分布处理地铁隧道三维激光扫描点云中提取的轨道数据，能够从时-频两域分析轨道变形的能量分布，有效地提取出轨道相对变形的相关信息，为轨道相对变形检测提供了一种新的方法。
利用三维激光扫描所得点云数据识别并提取轨道高程，引入轨道不平顺的研究方法，定义了用于描述不同期之间轨道局部相对位置关系的线状结构局部相对变形波动性指标，提出了基于小波分解和平滑伪维格纳-威尔分布的异常局部相对变形提取方法。小波分解具有放大轨道相对变形特征和缩小频段范围的作用，可确定异常局部相对变形的波长。维格纳-威尔分布能够将信号能量在时-频两域中展开，可分析信号在特定频率下能量的分布，从而确定异常局部相对变形的位置。使用模拟数据验证算法的可行性，并进行了实例分析，结果表明，运用小波分解和维格纳-威尔分布处理地铁隧道三维激光扫描点云中提取的轨道数据，能够从时-频两域分析轨道变形的能量分布，有效地提取出轨道相对变形的相关信息，为轨道相对变形检测提供了一种新的方法。
2022, 47(1): 111-125.
doi: 10.13203/j.whugis20200700
摘要:
全球生态系统服务（ecosystem services, ESs）大幅衰退，迫切需要正确的环境治理政策。为解决当前中国生态环境治理存在的缺少以生态功能区为单位的统筹规划和缺乏对ESs协同权衡的深入理解两个问题，以生态功能区为研究单元，测定4项ESs（粮食生产(grain production, GP)、植物固碳(carbon sequestration, CS)、户外休憩(outdoor recreation, OR)和生物多样性维护(biodiversity conservation, BC)）的时空变化，探究ESs协同权衡的形成机制及其对温度、降水、日照、海拔和城市化程度这5项影响因子的空间非平稳性响应。提出用差异比较法来确定ESs协同权衡的空间分布，通过主成分分析法选取影响因子，并通过地理加权逻辑回归（geographical weighted logistic regression, GWLR）确定ESs协同权衡对影响因子的空间响应。结果表明，ESs协同权衡具有显著的空间自相关性。每两项服务在空间上并非只是单一关系，而是同时存在协同与权衡关系。其中, BC与OR在整个研究区内表现出高度协同关系，且其二者与其他两项服务GP、CS之间协同权衡的空间分布也十分相似。ESs协同权衡对所有影响因子均表现出显著响应，该响应具有空间异质性，其正负性和强度随空间变化。研究通过总结ESs协同权衡发生的规律，对已有的协同权衡形成机制进行细化：在一定的区域范围内，支持性和非支持性土地利用类型的面积比例，以及它们对各项服务的支持程度会使得两项服务在该区域范围内区分出优势服务和劣势服务。优势服务和劣势服务之间存在动态差距，当该差距处于增加状态时可能导致权衡发生。
全球生态系统服务（ecosystem services, ESs）大幅衰退，迫切需要正确的环境治理政策。为解决当前中国生态环境治理存在的缺少以生态功能区为单位的统筹规划和缺乏对ESs协同权衡的深入理解两个问题，以生态功能区为研究单元，测定4项ESs（粮食生产(grain production, GP)、植物固碳(carbon sequestration, CS)、户外休憩(outdoor recreation, OR)和生物多样性维护(biodiversity conservation, BC)）的时空变化，探究ESs协同权衡的形成机制及其对温度、降水、日照、海拔和城市化程度这5项影响因子的空间非平稳性响应。提出用差异比较法来确定ESs协同权衡的空间分布，通过主成分分析法选取影响因子，并通过地理加权逻辑回归（geographical weighted logistic regression, GWLR）确定ESs协同权衡对影响因子的空间响应。结果表明，ESs协同权衡具有显著的空间自相关性。每两项服务在空间上并非只是单一关系，而是同时存在协同与权衡关系。其中, BC与OR在整个研究区内表现出高度协同关系，且其二者与其他两项服务GP、CS之间协同权衡的空间分布也十分相似。ESs协同权衡对所有影响因子均表现出显著响应，该响应具有空间异质性，其正负性和强度随空间变化。研究通过总结ESs协同权衡发生的规律，对已有的协同权衡形成机制进行细化：在一定的区域范围内，支持性和非支持性土地利用类型的面积比例，以及它们对各项服务的支持程度会使得两项服务在该区域范围内区分出优势服务和劣势服务。优势服务和劣势服务之间存在动态差距，当该差距处于增加状态时可能导致权衡发生。
2022, 47(1): 126-132.
doi: 10.13203/j.whugis20190300
摘要:
提出一种基于路段连接图的格网模式识别方法。该方法以路段连接对作为研究的基本单元，以节点路段为点，路段的连接为边用路段连接图表达道路网。将在道路网中识别格网转化为在路段连接图中搜索格网回路。提出了描述路段连接对几何与连接关系的5个参量，用于筛选图中符合格网特点的节点和边。设计了图搜索的约束条件，使用广度优先遍历搜索连接关系图中的回路，完成了格网模式的提取。试验结果表明，该方法能够有效地识别格网模式。
提出一种基于路段连接图的格网模式识别方法。该方法以路段连接对作为研究的基本单元，以节点路段为点，路段的连接为边用路段连接图表达道路网。将在道路网中识别格网转化为在路段连接图中搜索格网回路。提出了描述路段连接对几何与连接关系的5个参量，用于筛选图中符合格网特点的节点和边。设计了图搜索的约束条件，使用广度优先遍历搜索连接关系图中的回路，完成了格网模式的提取。试验结果表明，该方法能够有效地识别格网模式。
2022, 47(1): 133-140.
doi: 10.13203/j.whugis20190148
摘要:
传统合成孔径声呐回波仿真一般仅考虑3 dB波束宽度内接收的回波信号，忽略了收、发阵元宽频带指向性调制的实际问题。针对这一问题，根据声呐收、发阵元与目标间的瞬时几何关系，研究收、发阵元指向性调制的合成孔径声呐回波仿真方法。在此基础上，结合后向投影成像算法讨论收、发阵元指向性对成像性能的影响，并类比基于加权的传统阵列信号处理结果，进一步验证收、发阵元指向性对成像结果的影响；有助于方位向频谱混跌及待研制合成孔径声呐系统性能指标的仿真验证及分析。
传统合成孔径声呐回波仿真一般仅考虑3 dB波束宽度内接收的回波信号，忽略了收、发阵元宽频带指向性调制的实际问题。针对这一问题，根据声呐收、发阵元与目标间的瞬时几何关系，研究收、发阵元指向性调制的合成孔径声呐回波仿真方法。在此基础上，结合后向投影成像算法讨论收、发阵元指向性对成像性能的影响，并类比基于加权的传统阵列信号处理结果，进一步验证收、发阵元指向性对成像结果的影响；有助于方位向频谱混跌及待研制合成孔径声呐系统性能指标的仿真验证及分析。
2022, 47(1): 141-148.
doi: 10.13203/j.whugis20190354
摘要:
针对光学和合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像间的几何形变和辐射差异造成的配准困难问题，提出一种基于空间几何约束和结构特征的光学影像与SAR影像自动配准方法。首先，利用分块的Harris算子在输入影像上提取分布均匀的特征点，根据有理函数模型对输入影像进行局部几何纠正，实现输入影像与参考影像间的局部粗配准；其次，利用影像的方向梯度信息构建几何结构特征描述符，并将其转换到频率空间，以相位相关为相似性测度，采用模板匹配的策略进行同名点快速识别；再次，由最小二乘法根据影像间的空间几何约束关系进行误差剔除；最后，进行几何纠正实现影像间的精配准。通过利用多组国产高分辨率光学和SAR影像进行实验，实验结果表明，与传统配准方法相比，该方法具有更高的匹配速率与配准精度。
针对光学和合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像间的几何形变和辐射差异造成的配准困难问题，提出一种基于空间几何约束和结构特征的光学影像与SAR影像自动配准方法。首先，利用分块的Harris算子在输入影像上提取分布均匀的特征点，根据有理函数模型对输入影像进行局部几何纠正，实现输入影像与参考影像间的局部粗配准；其次，利用影像的方向梯度信息构建几何结构特征描述符，并将其转换到频率空间，以相位相关为相似性测度，采用模板匹配的策略进行同名点快速识别；再次，由最小二乘法根据影像间的空间几何约束关系进行误差剔除；最后，进行几何纠正实现影像间的精配准。通过利用多组国产高分辨率光学和SAR影像进行实验，实验结果表明，与传统配准方法相比，该方法具有更高的匹配速率与配准精度。
2022, 47(1): 149-156.
doi: 10.13203/j.whugis20190336
摘要:
随机地体散射（random volume over ground, RVoG）模型广泛应用于极化干涉合成孔径雷达（polarimetric synthetic aperture radar interferometry, PolInSAR）森林高度反演当中。该模型假设森林是随机均匀同质体，模型中消光系数为恒定值，未充分考虑森林的垂直异构性及地形起伏的影响。提出了一种基于线性变化消光Slope-RVoG（S-RVoG）模型的多基线PolInSAR森林高度反演方法。该方法假定消光系数随着高度呈线性变化，并根据地形坡度对垂直向有效波数进行校正，采用多基线PolInSAR数据解算线性变化消光S-RVoG模型参数，进而获取森林高度。通过选取欧空局AfriSAR 2016项目获取的P波段F-SAR机载PolInSAR数据进行实验验证。实验结果显示，提出的算法所获取的森林高度结果与激光雷达获取的森林高度相比，均方根误差（root mean square error，RMSE）为4.27 m，相对误差为9.9%。相较于传统S-RVoG模型多基线算法获取的森林高度RMSE为5.97 m，精度提高约28.4%。
随机地体散射（random volume over ground, RVoG）模型广泛应用于极化干涉合成孔径雷达（polarimetric synthetic aperture radar interferometry, PolInSAR）森林高度反演当中。该模型假设森林是随机均匀同质体，模型中消光系数为恒定值，未充分考虑森林的垂直异构性及地形起伏的影响。提出了一种基于线性变化消光Slope-RVoG（S-RVoG）模型的多基线PolInSAR森林高度反演方法。该方法假定消光系数随着高度呈线性变化，并根据地形坡度对垂直向有效波数进行校正，采用多基线PolInSAR数据解算线性变化消光S-RVoG模型参数，进而获取森林高度。通过选取欧空局AfriSAR 2016项目获取的P波段F-SAR机载PolInSAR数据进行实验验证。实验结果显示，提出的算法所获取的森林高度结果与激光雷达获取的森林高度相比，均方根误差（root mean square error，RMSE）为4.27 m，相对误差为9.9%。相较于传统S-RVoG模型多基线算法获取的森林高度RMSE为5.97 m，精度提高约28.4%。
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