研究海量遥感数据在Web 共享中所需要的网络支撑环境、数据自动入库、数据自动传输、影像高效查询等关键运行技术。在关键技术研究的基础上,详细分析与设计了针对海量遥感数据的可视化查询、浏览及下载功能,并基于 Web服务等相关计算机技术,实现了海量遥感数据共享原型系统,完成海量遥感数据的 Web 共享。
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自《遥感技术与应用》1986年创刊以来,走过了30年的历程,现已成为国内遥感研究成果的主要载体之一。利用现有的CSCD和CNKI数据库,从文献计量角度分析《遥感技术与应用》30年的发文趋势。结果表明:30 a来,《遥感技术与应用》的论文发表数量总体呈快速增长趋势;相关研究机构主要集中在西北和北京两地;Landsat和MODIS是研究最多的两种遥感数据;土地利用是关注最多的遥感应用研究。引文分析的结果表明《遥感技术与应用》刊载的论文被CSCD和SCI引用频次和期刊影响因子不断提高,进一步说明了学界对遥感技术相关问题的关注程度不断加强。此外,计算机技术、数据科学、大数据等技术的发展促进了遥感科学的发展;另一方面,自然灾害、大气环境问题、粮食安全和可持续发展问题以及“Future Earth”的战略部署,都需要依托遥感技术获取更为可靠的数据源、构建更加系统的数据平台及面向更加智能的决策平台。

气候变化带来的一系列严重问题越来越成为人类关注的焦点。21 世纪初启动的世界气候研究计划(WCRP)新的核心计划——气候与冰冻圈计划(Climate and Cryosphere,CliC),使得冰冻圈研究成为国际热点的标志。由于青藏高原冰川积雪对气候变化的敏感性,以及地质灾害常发的特殊性,近年来中国、印度、美国、日本、德国等国家部署了一系列研究计划和研究项目,发表了大量的青藏高原冰川、积雪和地质灾害空间观测机理与应用的论文。通过文献计量分析这些论文可以反映出国际上青藏高原冰川、积雪与地质灾害空间观测研究的进展和发展态势。以SCIE中检索到的2000~2015年间与青藏高原冰川、积雪与地质灾害空间观测研究相关的论文、研究综述和学术会议论文等相关文献为基础,分析了国际地球关键带研究的总体研究概况、主要研究主体(国家和机构)分布和不同时期的研究主题和热点、学科领域分布、研究合作及未来发展态势等特征。
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基于物理机制的分布式水文模型DHSVM能精细模拟中小流域水文过程,在国内外有广泛应用。该模型驱动数据制备繁杂,其河网数据用Arc/Info AML脚本生成,受昂贵的商业许可限制,严重影响DHSVM的可操作性和普及应用。在剖析DHSVM模型中河网数据表达与组织的基础上,采用C++和开源GIS库实现了DHSVM河网数据的自动制备。新方法将可执行程序和配置信息分离,配置灵活\,可控性强,是DHSVM实现自动化运行和智能化配置的必要基础。

黑河流域生态水文WSN观测数据自动综汇系统于2012年7月正式发布。随着数据申请人数骤增,之前采用的权限管理模式、下载流程已经无法满足需求。针对黑河流域自动观测数据共享应用过程中的具体需求,将黑河计划数据管理中心下载系统与黑河流域生态水文WSN观测数据自动综汇下载系统进行对接,对下载系统的权限粒度、授权方式、数据生成及获取方式进行优化改进,极大地提高了数据共享效率,对于自动观测数据的在线共享具有重要意义。

面对日益恶化的海洋环境和不断减少的海洋资源,科学、规范地管理各种海洋资源对于渔业资源的可持续发展十分重要。结合地理信息系统利用渔业空间数据建立渔业分析模型,可为合理开发海洋渔业资源提供基本依据。介绍了在ArcGIS Server平台发布渔业空间数据和渔业分析模型服务,实现渤海渔业管理系统设计和开发的方法与过程,系统采用B/S架构基于Flex环境开发。通过要素服务和地理处理服务在客户端实现渔业数据的在线编辑及调用渔业分析模型,同时采用BlazeDS开源库和JavaScript语言,在Tomcat服务器的支持下实现服务器与客户端的数据通信,最终实现高效的渔业数据查询、可视化以及鱼群分布的分析和模拟。

遥感水文模型的输入和输出数据中含有大量的具有时间和空间序列的图像数据。通过可视化分析,可以找出这些数据中隐含的规律。目前遥感水文时空序列数据可视化分析的各个过程相互分离,分析效率比较低,因此基于IDL(Interactive Data Language,交互式数据语言)进行了遥感水文时空序列数据可视化分析系统的开发,并将其应用于EcoHAT(Ecohydrological Assessment Tools,生态水文评价系统)系统的数据分析。利用IDL强大的图像处理和数据计算能力,实现了遥感水文时空序列数据管理、图像显示和图表绘制等功能,使得海量遥感水文数据得到了更高效的利用。

简要分析了地质灾害调查、监测、预警和救援等阶段对高分辨率遥感数据的需求;针对高分辨率遥感技术在地质灾害领域日益广泛的应用,地质灾害信息将呈现海量、异构和多元化等发展趋势,以地质灾害的区域特征为依据,从流域的尺度研究地质灾害信息管理模式,将地质灾害点、行政区划和流域分别作为对象,建立了多层次树状结构流域地质灾害编码体系,构建了基于高分辨率地质灾害信息“点—线—面”管理的技术框架,并通过原型系统进行了可行性验证,为拓展我国高分辨率遥感技术在地质灾害领域应用的深度和广度提供了思路。

地理信息系统(Geographical Information System,GIS)在文献计量学中的应用是GIS应用拓展的一个新方向,近10年来得到越来越广泛的应用,特别是在空间相关信息展示和查询等方面发展迅速。为了方便非GIS专业人员应用GIS技术进行文献计量信息挖掘、制图和空间分析等操作,利用开源GIS软件DotSpatial开发文献计量GIS工具,可以满足用户数据导入、指标计算、图层和视图操作以及制图输出等需求。研究结果显示:通过研发的文献计量GIS工具可以比较快捷地实现文献指标的空间展示和制图目的。
 

将具有明显空间结构的非连续性地物数据的结构分析研究,归纳为空间数据的结构化异质性分析问题。在此概念的基础上引用曲线论的方法分析了结构化异质性的变异函数的构成,得出变异距离受样本点间地物弧长及其空间复杂度共同影响的结论,由此推出变异距离函数的解析表达公式。之后给出了结构化异质性的实验变异函数的一种近似计算方法,该方法在样本合理分布的前提下一致收敛于真实变异值。最后介绍了结构化异质性模型在青藏铁路路基沉降数据的结构分析计算中的一个应用实例。

水文观测数据是进行流域水文科学及相关科学研究的基础。在回顾国内外水文信息系统及水文数据共享现状的基础上,通过系统收集和整理黑河流域水文观测数据,利用协同促进水文科学发展大学联盟水文信息系统(Consortium of Universities for the Advancement of Hydrologic Science,Inc.-Hydrologic Information System,CUAHSI\|HIS)提供的水文服务器(HydroServer)组件进行了黑河流域水文数据共享发布平台的设计与实现。系统主要采用了观测数据库模型、WebGIS地图缓存技术和Web Service技术,建立了一个具有水文观测数据检索与浏览\,在线服务与分析功能的水文信息共享发布系统。

三维可视化与空间分析相结合是虚拟现实研究发展的一个趋势。通过利用Google SketchUp三维建模技术和ArcGIS 9.3的Geodatabase数据模型、ArcScene的三维应用环境和空间分析功能,采用ArcGIS Engine 9.3和Visual Studio 2005(C#)的二次开发技术,设计与开发了西北农林科技大学南校区三维地理信息系统,并对相关技术和实现过程进行了探讨。系统实现了校园二维数据的图层管理、编辑管理、符号设计、空间查询、最优路径动态分析、长度面积量算和专题制图等功能;三维模型的导入和导出、图层管理、三维场景浏览(导航、飞行、缩放、漫游等)、三维地物空间查询、三维交互测量以及二维矢量图形和三维场景的互动等功能。该系统的设计与开发是校园3DGIS理论和技术的有益探索。
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天气雷达和自动气象站资料分析应用是短临天气监测预警的重要内容。以VB6.0为开发平台,利用ArcEngine的GIS组件技术,通过对多普勒雷达资料的网格化处理及其在GIS地图中的反演,将自动站实时资料作为属性数据在GIS地图中显示和分析,建立短临预警平台。该平台实现了在GIS下雷达资料、自动站实况、预警信号的动态监控功能,并自动发布手机预警信息,具备了较强的决策预警能力,有助于提高气象台站对突发灾害性天气的短时临近预警水平。

与传统单宗房地产评估不同,房地产批量评估需要建立在强大详实的数据库基础上,如何构建高可靠性、高扩展性以及高集成性的批量评估数据库成为一项关键任务。在对房地产批量评估数据进行分析的基础上,基于GIS技术提出了房地产批量评估数据库构建的技术路线,设计了数据库的总体结构,并研究了房地产批量评估数据集成的方法,最后以深圳市为例说明了该方法的有效性。

分析了栅格元数据基于文件、关系表和XML的3种存储管理方式,比较它们的优缺点,得出了XML适合描述空间数据库中栅格元数据的层次性、复杂性和面向对象性,并具有可扩展性。在BeyonDB中设计和实现了基于XML的栅格元数据管理模型,并以地球系统科学数据共享平台中DEM数据集为例验证该模型的可扩展性,为空间数据库中海量遥感影像数据的管理研究提供参考。

地理信息科学的迅速发展使Mashup应用于气象灾情信息服务成为可能。Mashup是一种新型的应用系统构建方式,它是指从网络上各种离散的数据源中获取、集成数据,从而构建出新的应用。在众多Mashup应用类型中,以地理信息Mashup应用最为广泛。通过提出将地理信息Mashup应用于气象灾情预警服务中的思路和方法,详细讨论了将Google Earth API和本地气象数据库等多源数据相结合的Mashup系统架构,并应用于青海省三维气象灾情预警地理信息系统中。该系统具有直观性高、浏览顺畅、多用户等特点,在运行过程中取得了良好的效果。
 

从数据可视化处理的角度出发,对黑河流域e-Science生态—水文数据共享平台中的所有数据按其各自特点进行归类,大致分为矢量数据、栅格数据、自动气象站观测数据(AWS)、通量数据(FLUX)、普通文档数据和图片数据6种类型;然后通过比较研究,最终选择开源的WebGIS地图发布工具MapServer、基于Flash的Web图表曲线工具Amcharts、开源文档工具OpenOffice/unoconv以及数据格式转换工具SWFTools等制作对应的可视化处理模块,实现科学数据共享平台中多种类型单体数据的Web可视化和数据集的Web可视化,并完成一个实际应用系统。

针对兰州市脆弱的地质环境和频繁发生的滑坡灾害,采用Logistic回归模型,以ArcGIS和SPSS软件为工具,选取地层岩性、断层构造、坡度、地貌、植被覆盖度、7~9月平均降水、道路(公路、铁路)作为滑坡灾害影响因子。首先对每个影响因子分级并计算每个因子指标值,然后在ArcMap中对影响因子图层进行叠加操作,最后在SPSS软件中运用Logistic回归方法,计算出每个影响因子的系数值并建立Logistic回归模型。根据Logistic回归模型在ArcMap中绘制兰州市滑坡灾害敏感性区划图,区划图和实际的滑坡分布情况基本吻合。模型的Kappa系数值和ROC曲线下面积值(AUC值)分别为0.623和0.709,两种方法的检验结果均表明模型模拟效果较好,能应用于兰州市滑坡灾害敏感性区划研究中。

广东省大中型水库水质遥感监测系统的构建能够应对宏观、动态、快速监测水库水环境的需求,为水环境保护提供信息支持。介绍系统总体结构及工作技术流程并阐述了系统构建的关键技术。系统采用配置文件、菜单驱动及公共数据池交互的总体构架,基于ArcEngine及PCI\|EASI的组件式二次开发方式集成GIS和RS两部分功能,结合水质遥感物理分析模型,实现图像预处理、水质遥感自动反演、水质信息分类统计分析等功能。该系统在广东省大中型水库水质遥感监测的业务化运行中起到了良好作用。

为了充分挖掘Google Maps在GIS专业领域的应用价值,以Google Maps与矢量数据的融合为出发点,运用Google Maps API、Ajax技术以及开源GDAL/OGR组件,开发了一个基于Web的矢量化平台。通过该平台,用户可以在Google Maps上实现矢量化操作并将结果保存为Shape格式矢量文件,也可将Shape文件加载至Google Maps上叠加显示,为用户提供了一种基于Google Maps的数据获取途径和矢量数据显示方法,体现了其在GIS专业领域的使用价值。

介绍了本体、地理本体和地名本体的基本概念,探讨了在文本工程通用框架GATE（General Architecture for Text Engineering）下，以自然语言处理为基础，借助地名本体，完成Web文本的中文地名识别与歧义消除的关键问题，设计并实现了一个原型系统。通过geo/non\|geo和geo/geo地名歧义的消除，使得识别出来的地名与地球表面具体的地理位置相对应，进而为Web文本中的中国行政区划地名赋予地理坐标和地理语义。做了验证实验，并对实验结果进行了分析。

以航空影像、卫星影像、数字高程模型和相关专题数据为数据源,利用Skyline软件完成甘肃省政务地理信息平台的三维场景建设,重点阐述了在海量数据前提下,运用多CPU协同计算的方式构建三维地形模型的流程和方法,最后通过案例介绍了平台三维系统的应用方向和价值。

研究网格环境中空间信息的表达规范和数据资源描述机制,是建立空间数据共享与协同服务的第一步,也是数据资源整合和互操作的前提。目前多数研究集中在相关标准的内容组成和具体实施方法上,缺乏针对数据服务具体环节和协同的具体环节处理过程的标准映射关系研究。通过面向网格环境中的数据服务体系结构,基于操作流程和处理环节对相关标准进行分析,总结空间资源描述环节和相应标准规范的映射关系,研究建立分布异构空间数据共享的资源描述机制和元数据策略。以空间信息网格平台的应用实验为基础,详细介绍了空间数据资源网格化描述模型。

地物波谱是遥感重要的信息源之一,通过数据库建设管理波谱数据已越来越得到重视。自然资源和地理空间基础信息库是国家电子政务4个基础信息库之一,其主要目的是实现部门间的数据共享与交换,其下设有全国典型地物波谱数据库。为应对电子政务的需求,在原有波谱数据库的工作基础上,构建了面向电子政务的全国典型地物波谱数据服务平台,用以向电子政务提供符合要求的数据以支持电子政务数据共享及政务决策。介绍了波谱数据服务平台的设计及关键技术研究,并展示了实现后的波谱数据服务平台。

拓扑关系是GIS中空间目标间最基本、最重要的关系之一,然而目前的拓扑关系模型在描述两目标间的详细拓扑关系方面存在不足。针对二元目标间任意交的情况,提出了基于结点度和欧拉数的拓扑关系模型的一般化描述形式,使用目标整体间交(∩)、差(\\)两个集合算子的结果来区分目标间的拓扑关系,结果的取值包括内容、维数、结点度、欧拉数4个拓扑不变量。重点讨论了线/线、线/面和面/面拓扑关系一般化描述表达式。

以VB 6.0为开发平台,利用ArcEngine 9.3组件库进行GIS的二次开发,通过分析海岸带地质灾害信息管理的实际求,建立了我国海岸带地质灾害信息管理系统。该系统具有空间数据和属性数据的查询与管理、空间统计分析、专题图制作及灾害危险性评价、数据转换与输出等功能,为海岸带地质灾害预测、预报和防治提供综合性服务。

选择南通市通吕运河主城段为实验样区,应用VisualBasic6.0和Map Objects2.4组件开发技术,设计了污染源管理信息系统。系统将GIS技术与水环境模型相结合,实现了污染源数据管理、监测数据统计、污染负荷模型计算、一维模拟可视化等功能,有助于环境决策者结合城市的污染指标,提出对污染源进行排放的限制依据,在一定程度上提高了研究区域污染源监督和管理的效率,促进通吕运河的水环境信息化建设。

以数据为基础的传统WebGIS开发存在共享困难、更新维护代价大等弊端。RIA在互联网上应用日益广泛,为解决传统的WebGIS开发问题提供了新的思路。基于Flex Builder软件和REST服务进行了RIA WebGIS系统的开发实践,结果表明:富互联网应用程序在GIS领域的应用能够降低开发难度、增强用户体验,Flex和REST的结合是WebGIS系统开发很好的选择。

为了三维展示矿山生态环境修复效果,提出采用虚拟现实技术来实现修复虚拟系统,描述了三维地形建模的步骤和虚拟景观的建模方法,并采用希尔排序法对虚拟系统中的碰撞检测方法进行了改进。实验结果表明优于传统方法,并且实现了丁山岭矿区虚拟系统的开发。

传统的空间环境探测数据存储方式效率较低,且难于满足数据时空分析及深度挖掘,也不能基于三维特性开展时空可视化表达。设计了一种满足海量探测数据特点的多基态修正扩展的混合时空模型,并进行了管理系统软件的设计和开发。该系统能较好地组织管理空间环境数据,减少存储空间,并在一定程度上提高了时空数据操作的效率。

通过分析目前水文模型本地服务模式的不足,针对当前国内外Web Service技术在水文信息系统中的应用现状,设计并实现了一个基于Web Service技术的在线水文模型服务系统,示范了基于Web Service技术的网络数据获取、水文模型运行模拟等过程,说明基于Web Service技术的在线水文模型服务较好地实现了水文模型网络共享,支持异地模型访问。建议在线水文模型服务结构从网络数据库/数据中心获取数据,一定程度上解决了传统模式从本机上传海量数据等问题。这种在线水文模型服务模式节约了模型运行成本、降低了用户要求,在具体水文水资源管理事务中具有较好的应用和拓展前景。

全面系统了解青藏高原多年冻土本底资源，对青藏高原多年冻土科学研究有重要意义，也为工程建设、资源开发、生态和环境保护提供基础性科学数据。正在执行的科技部国家基础性工作专项“青藏高原多年冻土本底调查”将产出数量大、种类多的冻土本底数据。本系统为该项目设计了一个数据管理和应用的Web系统，同时也考虑了已有数据积累的归档管理。目前包括钻孔、物探、土壤、植被、监测、空间数据等六大类数据，物理实现为23个数据表。系统包括录入、管理、查询、显示、分析与应用5个主要功能模块，提供了列表、图表、地图等一系列数据可视化手段。介绍了系统和功能设计、数据库设计以及关键技术，最后列举了基本的数据应用示例。目前，温泉调查区的数据已经录入该系统，随着项目的开展，将有更多数据进入本系统，数据分析应用也将更为深入。研究结果为今后类似冻土数据库设计和实现提供参考价值。

基于空间数据库的知识发现是地理信息系统应用研究的重要方向。以四川省石棉县为例,对基于空间数据库的地类知识发现进行了研究。利用了森林资源二类调查数据构建了GIS数据库,并从中提取出地类图层,利用地形图生成了DEM,结合年平均温度和年平均降雨量等栅格数据构成了空间数据库。在该空间数据库的支持下,探讨出了发现各地类分布的海拔、年平均温度,年平均降雨量等带谱知识,以及其空间配置知识的技术方法。揭示出了各地类分布的海拔、年平均温度和年平均降雨量等背景知识,以及各地类间的空间配置关系知识。该知识可用于支撑土地利用优化决策以及各土地利用的遥感识别提取。其方法还可以广泛用于自然、社会、经济和人口等空间分布带谱知识和空间配置知识的发现。

通过目前草原工作的背景分析及研究,结合J2EE、JSP、JDBC、MVC、ArcIMS以及数据库SQL Server等技术的应用,实现将草原监测运行结果以数字报表、图件、报告等形式发布到网络上,为政府对草原资源保护与建设工程的现代化管理提供平台和宏观决策依据；登录该系统,可了解全省草原资源概况、保护与建设工程等情况；该系统还可对空间数据进行分析,实现草原生物灾害、自然灾害的遥感监测。

海洋内波信息系统主要用来管理和发布海洋内波数据，并通过Internet/Intranet面向特定用户提供内波空间查询和专题应用功能的信息系统。在阐述网络地理信息系统（WebGIS）开发平台ArcIMS 9.2体系结构和功能的基础上，详细介绍了海洋内波信息系统的设计，包括平台和技术路线的选择、系统的数据体系、实现流程和系统功能模块等，并在此基础上完成了海洋内波信息系统的开发。利用本系统，授权用户可以通过网络查询特定区域海洋内波的空间分布和不同空间位置上海洋内波的波速、波长、振幅、波向、时间分布等信息。该系统还能根据用户特定需求生成海洋内波信息专题图和海洋内波分布专题图，为需要内波信息的部门提供重要的决策依据。

3S技术已成为地学数据获取、管理、可视化与分析的重要工具。川藏公路灾害信息系统综合了遥感技术、地理信息系统技术和数据库技术,在系统设计开发过程中妥善处理数据组织与维护、数据显示与分类、多专题信息提取、文档信息与地图信息紧密结合等重要环节,这些环节不只是川藏公路灾害信息系统中要解决的问题,也是诸多GIS应用软件的共同特征。川藏公路灾害信息系统的开发,实现了对川藏公路灾害信息管理与维护方便快捷、信息共享以及辅助研究人员对川藏公路沿线灾害进行研究与治理,并且可以将相关资料发布到网上供公众浏览。