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地理时空数字化底座理论框架构建与应用实践

地球信息科学学报 2024年第4期26卷 799-830页

作者：吴田军骆剑承李曼嘉张静赵馨胡晓东左进闵帆王玲玉黄启厅长安大学土地工程学院西安710064 中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵阳550001 浙江科技学院信息与电子工程学院杭州310023 天津大学建筑学院天津300072 西南石油大学计算机科学学院成都610500 贵州轻工职业技术学院信息工程系贵阳550025 广西农业科学院农业科技信息研究所南宁530007

随着高质量发展成为全面建设社会主义现代化国家的首要任务,地理时空信息支撑国家和地方社会经济发展的重要性被提到新的高度。本文面向高质量发展对地理时空信息赋能提出的迫切需求,先从复杂地表系统表达、时空不确定性分析、地理空间... 详细信息

随着高质量发展成为全面建设社会主义现代化国家的首要任务,地理时空信息支撑国家和地方社会经济发展的重要性被提到新的高度。本文面向高质量发展对地理时空信息赋能提出的迫切需求,先从复杂地表系统表达、时空不确定性分析、地理空间智能计算等视角出发,全面综述地理时空表达计算理论方法的研究现状,进而以解构复杂地表、解析精准参数为问题驱动,提出“地理时空数字化底座”的相关理论思考与研究思路,概述了其中的基本概念与技术要点,重点分析了复杂地表系统的多重表达与知识关联、空间形态约束谱序特征重建的不确定性分析、“星-地-人”协同的信号传递与优化控制3个关键科学问题,从“全域空间可解构”、“局部空间可解析”、“空间之间可传递”3个目标切入串联“空间表达”与“参数计算”前后两阶段,阐释了可靠表达、可信分析、可控计算的难点所在及可行求解路径。在此基础上,重点以农业生产空间的监测监管为需求导向,介绍了数字化底座的农业应用案例,通过展示其搭建过程与综合智能计算实施效果,说明底座之上承载并组合发挥时空数据要素的保障优势和基础性支撑作用,彰显了为复杂山地现代农业发展提供高品质时空信息服务的潜能。

关键词：高质量发展时空信息复杂地表系统地理时空数字化底座可靠表达可信分析可控计算数字农业应用

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数字孪生人文地理环境

遥感学报 2024年第5期28卷 1131-1144页

作者：林珲徐丙立肖昕陈宇婷江西师范大学地理与环境学院南昌330022 陆军装甲兵学院信息通信系北京100072 北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院深圳518055

人文地理环境是人类活动与地理环境交互作用形成的综合环境,环境复杂且脆弱性高。引入数字孪生方法,构建依实驱虚、依虚控实、虚实协同演进的人文地理学问题研究新模式,对避免扰乱现实环境、深度探索复杂问题、优化现实地理问题调控方案... 详细信息

人文地理环境是人类活动与地理环境交互作用形成的综合环境,环境复杂且脆弱性高。引入数字孪生方法,构建依实驱虚、依虚控实、虚实协同演进的人文地理学问题研究新模式,对避免扰乱现实环境、深度探索复杂问题、优化现实地理问题调控方案等,具有重大的学科意义和应用价值。在综述国内外研究现状的基础上,提出数字孪生人文地理环境基本概念,详细阐述概念内涵,同时构建了数字孪生人文地理环境系统技术框架。指出数字孪生人文地理环境是由现实人文地理环境、虚拟人文地理环境以及二者之间的交互作用组成,通过对地理环境、人类活动、人地交互作用等的孪生构建与虚实交互,实现现实环境与虚拟环境之间的虚实协同、优势互补、共同演进。以数字孪生白鹿洞书院为典型案例,示范数字孪生人文地理环境构建方法、主要功能和结果形式。本文旨在抛砖引玉,借此引起对数字孪生与人文地理环境耦合研究的思考,共同推动人文地理学发展。

关键词：遥感数字孪生人文地理环境虚拟地理环境虚实协同白鹿洞书院

MtSCCD:面向深度学习的土地利用场景分类与变化检测数据集

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遥感学报 2024年第2期28卷 321-333页

作者：周维勋刘京雷彭代锋管海燕邵振峰南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044 北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079

利用遥感影像识别土地利用类型及监测其变化情况在城市规划和土地利用优化等领域发挥着重要作用。当前,相关数据集存在样本量少、类别划分不合理、数据不开源等局限,难以满足样本驱动的深度学习遥感信息提取范式的需求。本文构建了一个... 详细信息

利用遥感影像识别土地利用类型及监测其变化情况在城市规划和土地利用优化等领域发挥着重要作用。当前,相关数据集存在样本量少、类别划分不合理、数据不开源等局限,难以满足样本驱动的深度学习遥感信息提取范式的需求。本文构建了一个面向深度学习的大规模场景分类与变化检测数据集MtSCCD (Multi-temporal Scene Classification and Change Detection)。该数据集包括MtSCCD_LUSC (MtSCCD Land Use Scene Classification)和MtSCCD_LUCD (MtSCCD Land Use Change Detection)两个子数据集,分别用于土地利用场景分类与变化检测任务。该数据集具有以下特点:(1) MtSCCD是目前规模最大的公开的土地利用类型识别与检测数据集,包含10种土地利用类型共65548幅图像,并且样本覆盖中国5个城市的中心区域;(2)由于MtSCCD数据集根据城市划分训练集、验证集以及测试集,对于新增的城市土地利用数据,可以根据需求划分为训练集与验证集或测试集,因此可扩展性较高;(3) MtSCCD数据集中测试集与训练集的样本来自不同的城市,因此符合实际业务需求,且能够验证模型的泛化性能。基于MtSCCD_LUSC和MtSCCD_LUCD两个子数据集,本文评估了多个深度学习网络的分类与变化检测效果,为后续的相关研究提供了参考。

关键词：土地利用场景分类变化检测数据集信息提取特征提取深度学习卷积神经网络

面向可调谐微波应用的Ba_(x)Sr_(1-x)TiO_(3)铁电薄膜材料与器件研究进展

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硅酸盐学报 2024年第1期52卷 229-239页

作者：沈德坤杨淄涵郭沛源赵梦玲葛健邓功勋王爱记北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室北京师范大学物理学系北京100875 中国科学院物理研究所北京100190

可调谐微波器件是相控阵雷达和现代移动通信技术的重要技术核心,具有广阔的应用前景和市场需求。Ba_(x)Sr_(1-x)TiO_(3)铁电薄膜材料因其高介电可调性和快速的场响应而被认为是可调谐微波器件最有前途的材料之一。目前,人们对该材料降... 详细信息

可调谐微波器件是相控阵雷达和现代移动通信技术的重要技术核心,具有广阔的应用前景和市场需求。Ba_(x)Sr_(1-x)TiO_(3)铁电薄膜材料因其高介电可调性和快速的场响应而被认为是可调谐微波器件最有前途的材料之一。目前,人们对该材料降低介质损耗和提升介电可调性方面的研究取得了众多进展。综述了近年来国内外有关Ba_(x)Sr_(1-x)TiO_(3)铁电薄膜的介电性能研究以及其在可调谐微波器件的发展现状,并探讨了其研究中所存在的主要问题及未来研究重点。

关键词：钛酸锶钡薄膜介电性能可调谐微波器件

特征向量空间滤波方法在室外盗窃空间分析中的应用

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地球信息科学学报 2024年第8期26卷 1779-1793页

作者：贺力何国喜郑滋椀西安交通大学人文社会科学学院西安710049 浙江警察学院大数据与网络安全研究院杭州310053 中国人民公安大学信息网络安全学院北京102600

在犯罪空间分析和空间建模过程中,模型残差中的空间自相关问题对模型参数估计的准确度和犯罪相关因素的分析构成了极大的阻碍,模型残差存在显著空间自相关会导致模型的有偏估计及误导性的推断,甚至导致错误的研究结论。本研究采用一种... 详细信息

在犯罪空间分析和空间建模过程中,模型残差中的空间自相关问题对模型参数估计的准确度和犯罪相关因素的分析构成了极大的阻碍,模型残差存在显著空间自相关会导致模型的有偏估计及误导性的推断,甚至导致错误的研究结论。本研究采用一种较为新颖的空间统计方法,即特征向量空间滤波方法(Eigenvector Spatial Filtering),来消除犯罪回归模型估计过程中的残差自相关问题,以及由此引发的模型参数有偏估计问题。以此为基础,立足犯罪模式理论和社会解组理论,以浙江省海宁市主城区为研究区,采用2018年1月—2021年9月室外盗窃警情立案数据、海宁市建成环境数据、珞珈一号夜间灯光遥感数据以及WorldPop人口网格数据,在网格尺度上构建基于特征向量空间滤波的泊松回归模型,在消除模型残差自相关、纠正模型参数估计偏误的基础上,识别出海宁室外盗窃犯罪的影响因素。研究发现:(1)基于特征向量空间滤波的泊松回归模型提取出了模型残差中的自相关部分,确保残差无显著空间自相关,将显著的空间滤波加入回归模型,较大幅度提升了模型拟合优度,纠正了系数估计偏误问题,缓解了过度离散问题,并找回了遗漏变量。该方法可推广至其他计数模型和广义线性回归分析场景中,有助于提升模型参数的准确估计水平,找回因自相关等原因而被遗漏的变量;(2)新兴时空热点分析显示,室外盗窃绝对数量随疫情到来呈递减趋势,室外盗窃热点持续于海宁市主城区中部,冷点呈多点分布;(3)人均夜间灯光所表征的城市相对剥夺水平对室外盗窃有显著正向影响;(4)由各类建成环境所刻画的犯罪吸引地、产生地、促成地对室外盗窃有显著影响,本文同时也对与以往研究结论不一致的地方进行了讨论。

关键词：特征向量空间滤波空间分析泊松回归室外盗窃建成环境社会经济剥夺新兴时空热点

超大城市外围乡村地域功能的演化路径及定位建议

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农业工程学报 2024年第1期40卷 276-285页

作者：杨帆赵之枫胡智超北京工业大学城市建设学部北京100124

掌握功能演化规律,合理确定功能定位,有助于乡村多元价值的挖掘和实现,是乡村地域高质量发展的前提。该研究以超大城市北京的外围乡村地域作为典型案例,基于乡村地域功能的内涵和分类,构建了适用于长时间序列乡村地域功能强度测度的评... 详细信息

掌握功能演化规律,合理确定功能定位,有助于乡村多元价值的挖掘和实现,是乡村地域高质量发展的前提。该研究以超大城市北京的外围乡村地域作为典型案例,基于乡村地域功能的内涵和分类,构建了适用于长时间序列乡村地域功能强度测度的评价指标体系,测度和识别了2000—2020年北京不同乡村地域的功能强度及功能结构,分析和总结了研究期间北京乡村地域的功能结构演化过程及形成路径。结果表明:1)超大城市乡村地域不同功能的强度呈现出显著的区域差异,功能结构整体呈现从单一优势功能主导向多种优势功能主导的演化趋势;2)功能结构能够反映不同类型乡村地域发展的差异,基于功能结构的演化特征,可以将超大城市外围乡村地域的功能结构演化过程归纳为“功能强化升级式路径”、“功能调整转换式路径”“功能综合完善式路径”3类发展路径;3)强化生活服务功能是当前城乡融合发展目标下推动超大城市外围乡村地域功能多元化和高质量发展的首要举措;4)通过分析优势功能及功能结构的演化过程,可以明确不同乡村地域的发展特征并指导其功能定位的制定,有利于分类推动超大城市外围乡村地域的多元化发展。研究结果丰富了乡村多功能理论的典型地域案例,可为超大城市外围乡村地域的功能定位设定及发展路径的决策和实践提供参考。

关键词：乡村地域功能评价功能结构演化路径超大城市

电压对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料微弧放电析出气体成分的影响

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中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1529-1540页

作者：廖燚钊王兴平万旭敏杜建成薛文斌兰州交通大学材料科学与工程学院兰州730070 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875 北京市科学技术研究院辐射技术研究所北京100875

在硅酸盐溶液中,对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料进行不同电压下的微弧氧化试验。通过分析微弧放电过程中复合材料析出气体的组成,评估电压对阳极析出气体成分的影响,并阐释其产生机制。结果表明:不同电压下阳极析出的气体均由H_(2)、O_... 详细信息

在硅酸盐溶液中,对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料进行不同电压下的微弧氧化试验。通过分析微弧放电过程中复合材料析出气体的组成,评估电压对阳极析出气体成分的影响,并阐释其产生机制。结果表明:不同电压下阳极析出的气体均由H_(2)、O_(2)及少量CO组成,不同于传统电化学理论认为的阳极析出氧气。在360~440 V范围内,随着电压的升高,放电火花强度增大,微弧氧化膜生长速率加快,H_(2)含量随之增加,O_(2)含量相应降低;电压超过440 V后,H_(2)含量约为80%(体积分数),O_(2)含量约为20%,两者含量保持稳定。阳极火花放电区水热分解释放大量H_(2)和O_(2),且放电越剧烈,水分解量越多。放电区中铝和水氧化反应及高能电子轰击电离水分子也是过量H_(2)析出的重要原因。此外,SiC增强体参与成膜过程,并在放电区高温环境中被氧化,生成了少量的CO气体。

关键词：微弧氧化铝基复合材料碳化硅增强体气体析出气相色谱

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人居地理学的理论与实践及融合与发展

地理学报 2024年第8期79卷 2115-2140页

作者：田深圳张悦李雪铭杨俊李航丛雪萍孙慧颖辽宁师范大学地理科学学院大连116029 辽宁师范大学人居环境研究中心大连116029 中国城市群研究基地联盟辽中南城市群研究基地大连116029 辽宁省“海洋经济高质量发展”高校协同创新中心大连116029 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

人居地理学既传承了国内外地理学的学科优势,是学科交叉融合发展到高级阶段的必然产物,又是面向人民群众对美好人居环境向往、面向国家重大需求的重要指向标。目前人居地理学相较于城市地理学、经济地理学、行为地理学,其理论框架、实... 详细信息

人居地理学既传承了国内外地理学的学科优势,是学科交叉融合发展到高级阶段的必然产物,又是面向人民群众对美好人居环境向往、面向国家重大需求的重要指向标。目前人居地理学相较于城市地理学、经济地理学、行为地理学,其理论框架、实践应用、融合发展等学科脉络主线尚未进行系统性探究。建构人居地理学的学科框架,基于学理基础、理论框架、地理尺度、研究范式、主题脉络5大视角阐释人居地理学的理论;厘定以人居关系为核心的学科布局,从“三维”“三元”两大维度发掘人居地理学的实践;结合“三态”相互关系这一独特优势,提出人居地理学的开放式学科融合;未来立足新的科学议题、新的数据与方法、新的发展设想三大方向,启迪人居地理学由“小学科”的交叉融合向“大地理”“大学科”的发展格局迈进。人居地理学的理论、实践、融合与发展以期推动人居地理学与相关领域的学科交叉与范式革新,服务居民对人居环境多样化的现实需要与国家发展战略的科学决策,提升中国在全球人居环境体系中的话语权与决策权。

关键词：人居地理学理论与实践融合与发展人居关系 “三态”人居环境

微米量级薄膜铌酸锂脊型波导中高效非线性频率转换(特邀)

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光学学报 2024年第15期44卷 92-100页

作者：丁文君张玉婷仇晶唐永志张景丁婷婷黎浩刘时杰郑远林陈险峰区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验上海交通大学物理与天文学院上海200240 中国科学院半导体研究所北京100083 上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620 上海量子科学研究中心上海201315 山东师范大学光场调控及应用中心山东济南250358

铌酸锂基集成光子学在过去几十年里一直备受关注,近年来薄膜铌酸锂的出现更是极大地推动了该领域的发展。本文利用紫外光刻和干法刻蚀技术在3μm厚的薄膜铌酸锂上制备了微米波导(横截面为2.6μm×3μm),光纤波导耦合损耗仅1.2 dB/facet... 详细信息

铌酸锂基集成光子学在过去几十年里一直备受关注,近年来薄膜铌酸锂的出现更是极大地推动了该领域的发展。本文利用紫外光刻和干法刻蚀技术在3μm厚的薄膜铌酸锂上制备了微米波导(横截面为2.6μm×3μm),光纤波导耦合损耗仅1.2 dB/facet。周期极化薄膜铌酸锂微米波导在通信波段下实现了高效的二次谐波(倍频)产生,归一化转换效率达到164%W^(-1)·cm^(-2),并在1 W基频光输入条件下展现出57%的高效的绝对频率转换。同时,该微米波导还可实现高效的和频转换,在300 mW泵浦光下的小信号和频上转换效率为139%。优秀的频率转换性能、可规模化制备以及良好的光纤兼容性使微米量级薄膜铌酸锂展现出巨大的吸引力,未来有望发展更多的多功能器件并推动集成光子学的基础研究和光量子信息的应用发展。

关键词：非线性光学薄膜铌酸锂周期极化铌酸锂准相位匹配高效频率转换