最小二乘法估算Pearson-Ⅲ型分布参数的改进     

袁典  陈军  卿清涛  邓国卫  李玉婷 《地球信息科学学报》2016,18(9):1167-1173

Pearson-Ⅲ曲线分布在气象、水文和农业等领域有广泛的应用,其概率密度函数包含形状参数\begin{array}{c}\left(\alpha \right)\end{array}、尺度参数\begin{array}{c}\left(\beta \right)\end{array}和起始值\begin{array}{c}\left({\alpha }_0\right)\end{array}3个待估计参数。应用Pearson-Ⅲ分布来估算强度的关键在于这3个参数估算的精度。由于原有最小二乘法在估算参数时未考虑各参数的有效区间,参数\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}可能小于0,并导致估算强度出现负值,从而使雨强、水速、水位等强度估算出现异常值。经理论推导证明,若Pearson-Ⅲ概率密度函数中的参数\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}非负,则估算出的强度值不会出现负值。以该推导为基础,提出了一种改进的Pearson-Ⅲ分布三参数估算算法。首先根据最小二乘法估算迭代计算一系列参数组合;然后按离差平方和的大小排列各组参数;接着利用各组参数分别计算\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}值,过滤使\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}小于0的参数组合;最后在剩下的参数中选取离差平方和最小的一组作为最优参数。以估算暴雨风险值作算法测试实验,结果表明改进算法模拟得到的\begin{array}{c}{\alpha }_0\end{array}值始终大于等于0,估算出的暴雨风险值均在合理范围之内。对比改进算法与传统算法的参数分布拟合检验结果,发现改进算法能使更多的气象站点通过了置信度为0.05的分布拟合检验。因此,利用改进后的算法估算出的Pearson-Ⅲ概率密度函数参数更合理,且强度估算结果更准确,对编制城市暴雨强度公式有一定的参考价值。  相似文献   

连续变量的自适应局部空间同位模式挖掘算法     

范协裕  陈瀚阅  刑世和 《地球信息科学学报》2016,18(7):902-909

目前,局部空间同位模式挖掘方法存在需要预设定邻域范围、挖掘的结果无统计显著性意义而难以对结论进行科学地判定等问题,如当前常用的\begin{array}{c}K\end{array}近邻方法难以确定合适的搜索圆半径,而固定距离法由于空间数据集的多尺度特性,距离阈值的设定对结果的影响较大。因此,针对连续变量的空间采样点数据集,本文提出了一种自适应局部空间同位模式挖掘算法。首先,定义了连续变量的空间同位模式兴趣度函数、模式指示器函数及Voronoi邻域,并通过构建Voronoi邻域矩阵避免了预设定邻域阈值的问题,最后采用\begin{array}{c}{G_i}^{*}\end{array}统计量进行局部空间同位模式及其区域的发现,使挖掘的结果具有统计显著性意义,进而帮助专家对挖掘结果做出更科学的判定。通过使用真实的连接了烟草适应性评价结果的耕地地力样点调查数据和水污染数据,对开发的算法进行测试。实验结果表明,算法无需预设邻域范围,可查找同区域内的不同空间同位模式。实验所发现的局部空间同位模式发现了实验数据研究区域存在的特有现象,对耕地地力调查工作具有实际的指导作用。  相似文献   

北极海冰范围时空变化及其与海温气温间的数值分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

孔爱婷  刘健  余旭  左菲 《地球信息科学学报》2016,18(6):797-804

本文利用美国国家冰雪中心提供的1989-2014年海冰范围资料,分析了北极海冰范围的年际变化和季节变化规律。分析发现,北极海冰范围呈减少趋势,每年减小\begin{array}{c}5.91\times {10}^4\mathit{k}{m}^2\end{array},夏季减少趋势显著,冬季减少趋势弱。北极海冰范围显现相对稳定的季节变化规律,海冰的结冰和融化主要发生在各个边缘海,夏季期间的海冰具有融化快、冻结快的特征。结合海温、气温数据,进行北极海冰范围与海温、气温间的数值分析,结果表明北极海冰范围变化通过影响北极海温变化进而影响北极气温变化。海冰范围的季节变化滞后于海温和气温的季节变化。基于北极考察走航海温气温数据,进行楚科奇海海冰范围线与海温气温间的数值分析,发现楚科奇海海冰范围线所在区域的海温、气温与纬度高低、离陆地远近有关。  相似文献   

微波与光学遥感协同反演旱区地表土壤水分研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

孔金玲  李菁菁  甄珮珮  杨笑天  杨晶  吴哲超 《地球信息科学学报》2016,18(6):857-863

土壤水分是水文循环中的关键因素,尤其对旱区的生态环境具有十分重要的意义。微波遥感是反演土壤水分的有效手段,而植被是影响土壤水分反演精度的重要因素。因此,对土壤水分的反演需要考虑植被的影响。本文以内蒙古乌审旗为研究区,利用Radarsat-2雷达数据与TM光学数据,对旱区稀疏植被覆盖地表土壤水分反演进行研究。利用TM数据,分别选取NDVI和NDWI指数对植被含水量进行反演,通过水云模型消除植被层对土壤后向散射系数的影响;在此基础上,根据研究区地表植被特性,提出一种基于AIEM 模型的反演土壤水分的改进算法,反演了不同粗糙度参数、不同极化（VV极化和HH极化）条件下的研究区土壤水分。反演结果与野外实测数据的对比结果表明,本文提出的基于地表植被特性的土壤水分改进算法,具有更好的适应性;土壤水分反演模式\begin{array}{c}M{v}_{\mathit{\sigma vv}\left(1\right)}^{\mathit{lh}}\end{array}（VV极化方式下采用NDVI去除植被影响的反演模式）更适合于旱区考虑稀疏植被覆盖影响的地表土壤水分的反演。  相似文献   

武汉市夏季城市热岛与不透水面增温强度时空分布   总被引：1，自引：0，他引：1  

樊智宇  詹庆明  刘慧民  杨晨  夏宇 《地球信息科学学报》2019,21(2):226-235

城市化的不断发展使自然地表不断被不透水面所取代,城市地表温度高于乡村,形成了显著的热岛效应。城市热岛给城市生态发展与人类健康带来了严重的负面影响,对其空间模式与背后形成机制的研究意义重大。本文以武汉市为例,基于2001、2007和2016年夏季Landsat系列影像使用辐射传导方程法反演了城市地表温度,并采用MOD11A1数据进行了验证;同时,计算了不同时期的城市温度等级和热岛比例指数,分析了城市热岛的时空变化。此外,为了探究热岛效应形成的主要原因,即不透水面与热环境的关系,全局角度使用多元线性回归分析对比了其增温效果与植被水体降温效果的强弱,空间局部角度采用地理加权回归结合地形数据得到了其增温强度的时空变化。结果表明：① 辐射传导方程法适用于实验中研究区的反演;武汉市城市热岛比例指数先增后减,但温度等级高的地区仍在不断扩张;② 多元线性回归可以准确地反映不同地表覆盖对地表温度的影响,R^2值为0.910,总体上武汉市不透水面的增温效果强于植被的降温效果,并弱于水体的降温效果; ③ 2001-2016年不透水面增温强度较高区域的分布呈现“单中心”到“多中心”的变化趋势,由单一集中于中心城区变为了分散集中于三环线附近的汉阳沌口工业区、青山工业区、阳逻开发区和东西湖区等地区。综上所述,武汉市夏季热环境问题仍然较为严重,城市外部地区的不透水面增温强度正在逐渐增大,规划治理应当给予这些地区更多的关注。  相似文献   

基于SVR的旱区稀疏植被覆盖下土壤水分遥感反演     

王雅婷  孔金玲  杨亮彦  李健锋  张文博 《地球信息科学学报》2019,21(8):1275-1283

中国西北半干旱区降水稀少、蒸散强烈,土壤水分作为重要的生态因子,影响着土壤-大气界面的能量平衡。支持向量回归模型具有估算精度高、可处理非线性问题、泛化能力强等优点,近年来被应用于土壤水分反演研究中,但已有模型极少考虑地表粗糙度因素的影响,导致反演精度受到一定限制。因此,本文以内蒙古乌审旗为研究区,采用水云模型去除地表稀疏植被覆盖的影响,提取全极化Radarsat-2 SAR影像裸土后向散射系数（ {\sigma }_{\mathrm{soil}}^0 ）,并利用AIEM模型和Oh模型建立后向散射系数数据库,采用LUT法模拟地表有效粗糙度参数,构建基于支持向量回归的土壤水分反演模型,并系统地对比分析了不同极化方式的后向散射系数作为数据源的土壤水分反演结果。研究结果表明：不考虑粗糙度参数的单数据源作为模型参数时,同极化数据反演结果比交叉极化具有更高的反演精度;当模型参数为考虑粗糙度的多源数据时,不同极化数据的反演精度均有所提高,其中数据源为 {\sigma }_{\mathit{vv}}^0 和粗糙度参数时,反演结果最好（R ²=0.917,MAE=3.980%,RMSE=5.187%）。研究结果可为旱区稀疏植被覆盖地表土壤水分的遥感监测提供技术支持。  相似文献   

融合多源大数据的武汉城市空置区域评估与分析     

杨建思  柳帅  王艳东  廖明生 《地球信息科学学报》2020,22(5):997-1007

在城市不断发展与扩展的同时,许多建成区可能会出现空置,表现为人口、企业稀少,生产水平严重低下,对城市空置区域的评估能够反映当前城市内部各区域发展状况,能够作为城市改造更新的依据。本文提出了一个以空置指数来量化评估城市内部层面空置现象,并对其影响因素进行探究的方法。根据“空城”的外在特征：建筑水平与社会活动水平,空置指数通过较高分辨率夜光遥感影像（Luojia1-01）和土地覆盖信息得到;同时依据城市空间活力营造原则,通过社会感知数据与路网数据量化产生空置现象的内在影响因素;并通过随机森林模型对空置指数精细化以及对影响因素重要性排序。以武汉市城区为例,用该方法对空置指数可视化,可识别出空置现象严重的区域,主要为老旧城区、工厂库房、单一功能的公共设施区域等,同时道路的可达性与人流密度对空置现象影响较大,且建立的随机森林模型精度 R^2 可达84.6%,对空置指数通过随机森林拟合后,其可视化分辨率由130 m优化至25 m。本研究结果可为城市中空置现象的改进提供依据。  相似文献   

可持续TOD建设视角下的轨道站点客流潜力模型构建     

谭德明  李延欢 《地球信息科学学报》2022,24(12):2356-2372

轨道是缓解城市交通问题的重要设施,增加出行者选择轨道出行的概率,有利于交通与土地利用协调和TOD可持续发展。本文提出站点客流潜力的概念,并根据复杂网络特征和出行模式构建站点客流潜力模型,通过协调潜力值与实际客流为TOD研究提供新视角。以北京市轨道站点POI数据构建Space-L模型,并依据站点客流潜力模型计算北京市364个站点的客流潜力。研究发现：① 本文提出的站点客流潜力具有吸引力和承载力两类内涵,能定量分析站点空间与站域客流的协调情况;② 北京市站点客流潜力值空间分布为“核心-边缘”模式,区间概率分布为等差数列分类的指数分布和等比数列分类的正态分布;③ 根据出行目的设置四类出行情景。不同情景下出行者选择轨道出行的概率具有差异,早高峰和晚高峰情景下轨道出行概率大,受潜力值影响小,非工作出行情景下轨道出行概率小,受潜力值影响大。实例分析表明相比于单独考虑复杂网络特征,潜力值具有更好的可解释性和科学性;④ 耦合度C 0.5时认定站点失调,其中标准化的实际客流与潜力值的比值Z >1,表示客流过饱和,如西二旗等,会造成站点拥堵,Z 1表示站点交通地理优势未充分发挥,如北运河西等。北京市轨道交通需协调优化以提升效率,实现TOD可持续发展。  相似文献   

图数整合的高保真版式网络地图发布原理及方法     

李鹤元  李洪省  韩嘉福  罗斌 《地球信息科学学报》2016,18(4):469-476

在分析当前网络地图出版特别是专题地图网络出版现状的基础上,本文提出了版式网络地图的概念、原理及技术方法。版式网络地图克服了当前专题地图出版GIS化和静态图片化的倾向,在为用户提供高保真地图阅读体验的同时,实现了专题数据和专题地图同时发布的模式。该模式的主要技术特点包括：对专题地图图片和专题地图数据进行四叉树分解,将专题地图图片划分为规则格网大小的瓦片金字塔;将专题数据要素分解为可变分辨率的格网集合,以唯一标识记录每个格网及其（需查询的）属性,并采用支持区域、时间、指标、数据四元组的专题数据元进行存储,以便高效地索引专题数据,从而实现专题地图数据的高效查询。同时,本文还介绍了版式网络地图发布模式在地形图出版、原图版式发布、《中华人民共和国人口与环境变迁地图集》电子版网络地图发布系统中的应用案例。最后,对比分析了WebGIS、静态地图图片、PDF/GeoPDF地图、SVG地图以及版式网络地图5种发布模式的优缺点,结果表明版式网络地图是一种有望在专题地图出版领域推广和应用的轻量级地图发布模式。  相似文献   

福建省森林生态系统NPP的遥感模拟与分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

江洪  汪小钦  孙为静 《地球信息科学学报》2010,12(4):580-586

利用MODIS遥感影像,结合气象资料等数据,采用BEPS过程模型对2004年福建省的森林生态系统植被净初级生产力(NPP)进行了模拟验证。研究结果表明,2004年福建省森林生态系统NPP平均值为578.97gC/m²·a,NPP总量累计达到46.18×106tC;不同林地NPP全年平均值大小依次为:竹林≈阔叶林>杉木>马尾松,其值分别为:788.6gC/m²·a,780.0gC/m²·a,519.8gC/m²·a,437.3gC/m²·a;时空分析结果表明,2004年6-8月NPP形成较为明显的"坑"形分布形态,主要的原因之一很可能是有效降水量偏少;在空间分布上,福建省森林生态系统NPP与海拔高程显著相关,体现了该地区森林生态系统NPP空间分布的地域特征,这在一定程度上表明随着海拔上升,山高坡陡,人类对森林生态系统的干扰活动减少,有助于森林生态系统生产力的提高和维持。最后,分析了应用BEPS过程模型模拟福建省森林生态系统净初级生产力的不确定性问题。  相似文献   

地图点要素注记自动配置中聚类分组的蚁群算法应用     

周鑫鑫  孙在宏  吴长彬  丁远 《地球信息科学学报》2015,17(8):902-908

大规模点要素注记自动配置问题是地图注记的难点之一,主要受限于时间效率和注记配置质量。针对该问题,本文首先提出一种椭圆形多方位多级注记待选方位配置方案,使其参数化、多元化。其次,结合点要素空间分布特征,提出一种以聚类分组的蚁群算法,并讨论和优化核心参数,实现大规模点要素的注记快速配置。实验表明,该算法计算效率明显提升,算法性能稳定。针对注记密度在5%~30%随机分布点要素的地图,其相比传统蚁群算法算法效率提高73.2%;同时,该算法的注记结果质量比传统蚁群算法注记结果质量好,注记适应度提升8.0%。实验采用抚顺县集体土地所有权界址点数据进行验证,结果表明效率提升86.7%,且注记适应度提升14.6%。本算法适用于点要素规模大、点簇疏密变化差异大的点要素注记自动配置问题的快速求解。  相似文献   

地形扫描数据TIN模型生成DEM的误差计算方法     

师长兴 《地球信息科学学报》2023,25(1):40-48

由地表三维空间数据生产的数字高程模型(DEM)的误差包括从数据误差传递来的误差和因数据数量不足以反映地形起伏造成的信息损失误差。本文给出了由三维空间数据的不规则三角网(TIN)模型栅格化为DEM过程中,通过线性插值将数据随机误差传递到DEM栅格上的随机误差的解析解,同时利用地基激光扫描仪测量的冲沟地形数据点云,分析得出因信息损失产生的DEM系统和随机误差的估算方法。结果显示信息损失产生的DEM平均高程系统误差和随机误差都与有效测点密度有关,其中有效测点由TIN中包含DEM栅格中心点的所有三角面的3个顶点组成;信息损失产生的DEM平均高程系统误差和随机误差除与有效测点密度相关外,还与地形特征有关,平均高程系统误差与地形整体凹度参数有关,随机误差与地形整体起伏程度参数有关。建立了分辨率为0.1 m×0.1 m的DEM误差估算模型。  相似文献   

不同人口流动模式下城市传染病时空传播模型适用性研究     

薛山  廖一兰  李春林  胡艺 《地球信息科学学报》2023,25(1):208-222

空间显式传染病传播模型由于能够较好地模拟城市内部的传染病传播过程,在城市疫情防控中得到了广泛应用。但现有的空间显式模型大多按照人口随机流动模式来模拟城市人口流动行为,未考虑城市中以通勤为主的人口流动模式。本文以长沙市的2014年第1～49周手足口病传播过程为例,将4、8、24邻域扩散以及重力模型、辐射模型共5种不同的人口流动模式与周期SEIR动力学模型结合建立起五种传染病传播模型,并通过比较模型时间和空间精度来明确不同人口流动模式应用在城市内传染病时空传播模拟中的各自优势和适用范围。实验结果表明：每种人口流动模式在城市内传染病时空传播模拟中都有其使用前提和适用范围。基于24邻域扩散的传播模型对手足口病病例数拟合精度最高(RMSE_spatial＿ts=0.58,RMSE_spatial＿st=0.95),基于重力模型的传播模型对城市内部传染病时空传播模拟中的传播趋势的模拟精度最高(r_spatial＿ts=0.46,r_spatial＿st=0.39),且对长沙市人口相对稠密区域(格网常住人口数大于第三四分...  相似文献   

基于随机森林算法的草原地上生物量遥感估算方法研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

邢晓语  杨秀春  徐斌  金云翔  郭剑  陈昂  杨东  王平  朱立博 《地球信息科学学报》2021,23(7):1312-1324

草原是我国面积最大的陆地生态系统,生物量是反映生态系统质量和功能的关键指标,准确地掌握草原生物量对草原资源合理利用、生态修复、畜牧业高质量发展都具有重要的意义和作用。本研究以内蒙古锡林郭勒盟为研究区,利用高分一号遥感卫星影像,结合216个野外样本数据,采用随机森林算法（Random Forest,RF）对草原地上生物量（Aboveground Biomass,AGB）遥感估算进行了适用性分析与应用。在运用随机森林算法的过程中,进行了K-折交叉验证、多元共线性诊断、偏效应等一系列分析,完成了随机森林模型的构建,同时,将建模结果与其它模型进行了对比,最终实现了锡林郭勒盟草原AGB的反演估算。结果表明：① 随机森林算法能够较好地规避生物量建模中自变量多元共线性的问题;② 随机森林模型在草原AGB估算中较其它模型具有更好的适用性,模型精度达85%,RMSE为202.13 kg/hm²;③ 应用构建的随机森林算法估算了研究区2017年草原AGB,从结果来看,其空间分布上呈现为自东向西逐渐递减的趋势;从草地类型上看,山地草甸类AGB单产最高,温性草原类总产量最高。研究结果将对草原生态系统监测评估和草原宏观管理具有一定的参考价值。  相似文献   

敦煌西湖自然保护区湿地演化及驱动力分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

段浩  潘世兵  李琳  袁海峰 《地球信息科学学报》2015,17(2):222-228

西湖国家级自然保护区位于河西走廊西端,是敦煌盆地人工绿洲的天然屏障。近几十年来,由于气候变化和人类水土资源过度开发,保护区生态环境持续恶化,湿地退化和沙漠化趋势日趋严重。本文运用多时相资源卫星遥感影像,解译分析了保护区湿地演化规律。结果表明：1980-2013年间有23个年份湿地处于快速退化状态,保护区湿地面积由1.72×10⁴ hm²减少到0.99×10⁴ hm²,减少了42.4%;保护区湿地的斑块数从32个增加到51个,平均斑块面积由537 hm²减少为213 hm²,湿地演化呈破碎化趋势。湿地分布质心向西南方向移动了11.59 km,湿地呈整体向西南缓慢移动的趋势。运用因子分析法对湿地演化的驱动因子进行了分类,并利用投影寻踪模型分析各驱动因子对湿地演化的贡献率,结果表明：下游湿地退化的根本原因是大规模引地表水和开采地下水灌溉,其次是气候变化引起的冰川退缩、径流量衰减。20世纪90年代,西湖保护区湿地处于相对稳定状态,建议敦煌地区耕地维持在20世纪90年代初的2.7×10⁴ hm²水平,或通过节水、调整作物结构和跨流域调水等措施,压缩引地表水和开采地下水水量,灌溉用水需控制在20世纪90年代初的用水水平。该研究成果可为自然保护区湿地保护和流域综合开发提供依据。  相似文献   

江苏沿海地区土地利用生态价值测算评估   总被引：1，自引：0，他引：1  

束邱恺  高永年  刘友兆  王燕  鲍桂叶 《地球信息科学学报》2016,18(6):787-796

江苏沿海地区生态价值的测算评价对于区域土地合理利用、优化配置具有重要的指导意义。根据江苏沿海地区土地利用和生态服务特征构建了江苏沿海地区耕地、城镇工矿用地、林地和沿海滩涂4个主要地类的生态价值体系以及综合当量因子法、价值量评价法、市场价值法、专家评估法、生产成本法和偿付意愿法等的生态价值测算方法模型,基于土地利用数据、播种面积、产出值、单产价格、降雨量以及废水、废气及烟（粉）尘排放量等数据测算了2011年江苏沿海地区现状土地利用生态价值。结果表明,江苏沿海地区耕地的生态价值均值为6178.95元/hm²、城镇工矿用地的生态价值为-5163.26元/hm²、林地的生态价值为16 438.42元/hm²、沿海滩涂的生态价值为8125.53元/hm²;连云港市、南通市、盐城市的耕地、林地、沿海滩涂都产生了正向的生态价值,共计104.55、4.56、23.28亿元,而这3个城市的建设用地造成了一定的生态价值损失,共计-28.53亿元。  相似文献