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地理知识图谱推理研究进展与展望

地球信息科学学报 2025年第1期27卷 41-59页

作者：段雨希陈碧宇李岩张雪英林黎武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 武汉大学社会地理计算联合研究中心武汉430079 南京师范大学地理科学院南京210023 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

【目的】随着知识图谱技术在GIS领域应用和发展,地理知识图谱(GeoKG)近年来逐渐成为GIS领域的重要研究方向。GeoKG往往无法确保涵盖所有知识,知识的缺失和不一致性严重影响应用性能,需要采用GeoKG推理技术来自动补全缺失知识、识别矛盾... 详细信息

【目的】随着知识图谱技术在GIS领域应用和发展,地理知识图谱(GeoKG)近年来逐渐成为GIS领域的重要研究方向。GeoKG往往无法确保涵盖所有知识,知识的缺失和不一致性严重影响应用性能,需要采用GeoKG推理技术来自动补全缺失知识、识别矛盾知识、预测地理现象未来发展趋势。区别于通用知识图谱推理技术,GeoKG推理技术需要着重考虑地理知识的复杂时空特性。本文对近年来GeoKG的推理工作进行了全面介绍和总结。【分析】首先,介绍了GeoKG推理的相关概念与问题描述;其次,本文分析了GeoKG推理的二大核心任务:①面向知识补全的推理模型,主要用于填补图谱中的空白,确保知识的完整性;②面向预测任务的推理模型,旨在通过已有地理数据预测未来的趋势。两类模型各自针对不同的应用场景进行优化,并在地理数据的处理中各有侧重。【展望】展望了GeoKG推理的未来发展趋势,指出未来GeoKG推理技术的发展将更加关注时空数据的复杂关系处理、多尺度地理知识的推理、多模态数据的融合,以及提高推理模型的可解释性与智能化。此外,GeoKG与大规模预训练模型的结合也将成为关键方向。

关键词：地理知识图谱地理知识推理研究进展地理知识表达时空数据推理

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质量守恒框架下黄土小流域径流输沙时空路径建模

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地理研究 2025年第1期44卷 305-319页

作者：代文汤国安杨昕刘爱利雷少华郑光辉南京信息工程大学地理科学学院南京211800 南京师范大学地理科学学院南京210023 虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室南京210029

研究小流域径流输沙的时空路径及对应路径的输沙率,可量化小流域表层物质和能量传输过程,为小流域水土流失综合治理提供重要参考依据。本研究基于质量守恒原理,结合实验室小流域物理模型与降雨模拟,重现了小流域地表径流输沙过程,分别... 详细信息

研究小流域径流输沙的时空路径及对应路径的输沙率,可量化小流域表层物质和能量传输过程,为小流域水土流失综合治理提供重要参考依据。本研究基于质量守恒原理,结合实验室小流域物理模型与降雨模拟,重现了小流域地表径流输沙过程,分别构建了基于水文过程的、基于水力过程的和耦合水文-水力过程的泥沙路径分配模型,反演了黄土小流域径流输沙的时空路径及对应的输沙率。结果表明,实验室物理模拟结果精细直观地反映了不同时期小流域输沙的空间变化特征。基于坡度指数的多流向算法可以较好模拟坡面上的输沙路径和输沙率,质量守恒比例为89.95%~100%。在沟道区域,基于水力模拟的路径分配模型更能反映径流输沙过程的差异性,但其在质量守恒指标上没有展示出明显的优势。对于整个小流域使用二者的耦合方法,质量守恒比例为90.03%~100%,可有效地反演径流输沙的时空路径及其对应的输沙率。本文提出的径流输沙时空路径建模方法可以广泛地应用于其他类似小流域水土流失监测和评价,为地表过程研究提供新方法和思路。

关键词：数字高程模型质量守恒时空路径泥沙输移黄土高原

长江流域再分析与卫星反演降水数据的适用性分析

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河海大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 50-61页

作者：沈哲辉韩静妍桂敬聪那嘉明南京林业大学土木工程学院江苏南京210037 河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210095

为评估再分析和卫星反演降水数据在长江流域的适用性,以气象站点观测数据为地面参考,采用相关系数、均方根误差、相对偏差、命中率、误报率、关键成功率等评价指标,在日尺度上比较了再分析降水数据ERA5-Land和卫星反演降水数据IMERG-Fi... 详细信息

为评估再分析和卫星反演降水数据在长江流域的适用性,以气象站点观测数据为地面参考,采用相关系数、均方根误差、相对偏差、命中率、误报率、关键成功率等评价指标,在日尺度上比较了再分析降水数据ERA5-Land和卫星反演降水数据IMERG-Final在长江流域的适用性。结果表明:相比IMERG-Final,ERA5-Land在长江上游高原地形区的适用性较差,主要表现为对降水强度的严重高估及较高的误报率;在长江中下游地区,ERA5-Land和IMERG-Final具有各自的优势和缺点,虽然ERA5-Land对降水事件的综合捕捉能力总体上强于IMERG-Final,但其对降水强度的模拟能力弱于IMERG-Final;在冬季ERA5-Land对降水事件的探测能力显著强于IMERG-Final,且与地面气象站点观测值的相关程度也高于IMERG-Final;IMERG-Final在夏季的精度则远高于ERA5-Land,表明在降水强度高的季节,卫星反演方法对降水的估算比气象模式再分析方法更加可靠。

关键词：降水数据 ERA5-Land IMERG-Final 误差分析探测能力地形影响长江流域

基于分布式对比学习的遥感场景分类模型后门防御

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地球信息科学学报 2025年第2期27卷 411-423页

作者：陈玮彤任娜朱长青杨弈航张佳乐扬州大学信息工程学院扬州225127 江苏省知识管理与智能服务工程研究中心扬州225127 虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

【目的】高性能遥感场景分类模型的训练需要搜集海量遥感数据样本,不同来源的数据安全性难以管控。为了应对数据集可能被投毒的安全挑战,同时顾及遥感数据集的大规模与大模型复杂计算对分布式训练的需求,本文提出了一种基于分布式对比... 详细信息

【目的】高性能遥感场景分类模型的训练需要搜集海量遥感数据样本,不同来源的数据安全性难以管控。为了应对数据集可能被投毒的安全挑战,同时顾及遥感数据集的大规模与大模型复杂计算对分布式训练的需求,本文提出了一种基于分布式对比学习的遥感场景分类模型后门防御方法。【方法】通过将遥感数据集划分至不同的工作节点执行分布式训练,各节点将训练的模型参数,包括特征提取器与预测器的权重,上传至服务器进行参数聚合,迭代这一过程直至模型收敛。在工作节点训练阶段,执行两阶段训练:第一阶段通过增强数据集进行对比学习,用于训练干净的特征提取器;第二阶段,在冻结特征提取器的基础上,使用本地数据与标签训练预测器。在服务器参数聚合阶段,通过计算工作节点上传的预测器权重与上一轮聚合权重的差异,判断该节点是否存在有毒数据,进而标记有毒数据并排除该节点的聚合器权重,从而实现安全聚合。【结果】在EuroSAT、NaSC-TG2和PatternNet遥感数据集,以及ResNet-50、VGG16和GoogleNet模型上的实验表明,本文提出的方法将平均后门攻击成功率从99.77%显著降低至1.36%,有效抑制了BadNets、Blended、SIG、Trojan和WaNet五种后门攻击。【结论】为遥感场景分类模型训练过程中的后门防御提供有效的理论与方法支撑。

关键词：遥感场景分类模型后门防御数据投毒分布式训练对比学习遥感数据集安全聚合

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甘肃省冷凉区宜农空间识别与开发

干旱区地理 2025年第2期 257-270页

作者：胡舒云陆玉麒南京师范大学地理科学学院南京师范大学乡村振兴研究院南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心

冷凉气候是支撑西北山区农业转型和培育特色经济的重要资源，冷凉区农业综合开发能够有效促进甘肃省发挥区位比较优势，推进农业高质量发展。在论述大食物观背景下冷凉型农业资源的战略意义基础上构建甘肃省冷凉区开发理论框架，根据自... 详细信息

冷凉气候是支撑西北山区农业转型和培育特色经济的重要资源，冷凉区农业综合开发能够有效促进甘肃省发挥区位比较优势，推进农业高质量发展。在论述大食物观背景下冷凉型农业资源的战略意义基础上构建甘肃省冷凉区开发理论框架，根据自然指标叠置分析识别省内冷凉气候的优势区域空间指向，采用K-means聚类方法，对甘肃省冷凉区范围内169249个1 km精度的格网进行农业功能类型分区。结果表明：（1）甘肃省冷凉区面积约1.69×10～5km2，约占全省土地面积41.97%，分布在12市（自治州）、68县（区）、1034乡（镇），其冷凉型农业以畜牧业和种植业为主，特色林业面积较小。（2）冷凉区可划分为7种农业发展类型，分别为北山荒漠高寒牧业区、祁连山地旱寒牧业区、黄土高原旱凉牧业区、甘南高原湿冷牧业区、河西走廊温凉耕作区、陇中山地温凉农牧区、陇南山地湿冷农林牧区，其中牧业4类，种植业1类，农牧混合型2类。（3）根据1 km格网单元统计，冷凉型牧业、种植业、混合型农业分别占比56.22%、16.30%和27.49%；而在行政单元尺度，可发展三大类农业类型的占比较为平均，均为30%左右的乡镇和区县数量。

关键词：冷凉区冷凉型农业农业类型大食物观甘肃省

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森林年龄遥感估算和应用研究进展

遥感学报 2025年第1期29卷 70-82页

作者：马勤张旭袁敬毅龚梓彤商荣程凯陈茂龙谭启昀居为民南京师范大学地理科学学院南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心福建师范大学地理科学学院湿润亚热带生态—地理过程教育部重点实验室北京大学遥感与地理信息系统研究所马来西亚理科大学人文学院地理系地理信息组北京远度互联科技有限公司南京大学国际地球系统科学研究所

林龄是决定森林碳汇能力及其变化趋势的关键因子。定量刻画林龄的时空差异是预估森林生态系统碳源汇变化趋势的重要环节。传统林龄调查仅限于森林样地，随着遥感技术的发展，其估算范围扩展到区域及全球尺度。与林龄相关的研究在林学、... 详细信息

林龄是决定森林碳汇能力及其变化趋势的关键因子。定量刻画林龄的时空差异是预估森林生态系统碳源汇变化趋势的重要环节。传统林龄调查仅限于森林样地，随着遥感技术的发展，其估算范围扩展到区域及全球尺度。与林龄相关的研究在林学、生态学、地学等领域也日益受到广泛关注。本文综合论述了自2000年以来，林龄的估算方法及其应用前景的研究进展。基于遥感的林龄估算方法主要分为：光谱纹理信号反演、时间序列变化检测、树高生物量生长方程模拟3大类。光谱纹理信号反演方法简单，但饱和效应明显且精度有限；时序变化检测精度较高，但只适用于有连续遥感观测的中幼林。基于树高生物量生长方程的方法拓宽了林龄估算的限度，但估算精度对生长方程及输入参数非常敏感。因此，综合多源数据、结合多模型方法已成为林龄估算的主流策略，并成功用于中国、加拿大等国家的高分辨率林龄制图。大范围的林龄数据在森林碳循环模拟、生物多样性评估、林业经营与管理等方面有着广阔的应用前景。针对林龄遥感估算，当前亟需完善并更新森林样地数据集，充分挖掘多源、多时空遥感信息，并着力提升估算模型的可迁移性和普适性；以进一步提高林龄估算的精度和效率，从而为林龄相关的研究提供更加全面、可靠的数据和技术支持。

关键词：遥感森林年龄树高生物量碳循环变化检测生长方程森林管理生物多样性

利用机载LiDAR数据的开放DEM产品精度评估

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武汉大学学报(信息科学版) 2025年第1期50卷 153-163页

作者：雷秋佳刘婧曹新运虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 南京师范大学地理科学学院江苏南京210023

数字高程模型(digital elevation model,DEM)是地学分析应用的基础数据。目前对国际上多套开放DEM产品的精度分析与比较依然有所欠缺。以机载激光雷达数据生成的高精度DEM和数字表面模型(digital surface model,DSM)为参考,以平均误差(m... 详细信息

数字高程模型(digital elevation model,DEM)是地学分析应用的基础数据。目前对国际上多套开放DEM产品的精度分析与比较依然有所欠缺。以机载激光雷达数据生成的高精度DEM和数字表面模型(digital surface model,DSM)为参考,以平均误差(mean error,ME)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、90%线概率误差(linear error at 90%probability,LE90)为统计指标,评价5种开放DEM产品(ASTER、AW3D30、MERIT、SRTM和TanDEM-X 90 m)分别表达DEM和DSM时的高程精度。实验结果表明,5种产品的高程精度存在明显差异,在山地森林区域的实际精度都低于各自目标设计精度。作为DEM使用时,5种产品都对地面高程存在显著高估,其中MERIT产品(ME为2.82 m,LE90为12.19 m)和SRTM产品(ME为4.74 m,LE90为11.75 m)的精度更高,TanDEM-X产品高估最严重且精度最差(ME为10.39 m,LE90为22.83 m)。当作为DSM使用时,5种产品都对地表物体高程存在显著低估,其中TanDEM-X产品(ME为-3.69 m,LE90为16.99 m)和AW3D30产品(ME为-5.34 m,LE90为16.81 m)精度更高。误差的空间分布受地物覆盖类型影响,在森林覆盖区域比居民地区域的误差更严重。相对坡度而言,地表物体的高度对5种DEM产品的高程误差有更强影响,各产品的高程误差随着地表物体高度的增加而显著增强。

关键词： DEM DSM 激光雷达开放DEM产品精度评价

基于STFS-Urban的秀水河流域洪涝过程模拟

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水利水电技术(中英文) 2025年

作者：赵宇梁益银鹿鹏程黄欣张书亮南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心沈阳市勘察测绘研究院

【目的】自然流域通常具有复杂的干支流体系，短历时强降雨作用下，产汇流过程加剧，河道流量激增，水位上涨，易发生严重的洪涝灾害。为提高流域洪涝模拟的时效性与准确性，【方法】基于洪涝时空模拟模型STFS-Urban，进行集成模式下的... 详细信息

【目的】自然流域通常具有复杂的干支流体系，短历时强降雨作用下，产汇流过程加剧，河道流量激增，水位上涨，易发生严重的洪涝灾害。为提高流域洪涝模拟的时效性与准确性，【方法】基于洪涝时空模拟模型STFS-Urban，进行集成模式下的时空交互机制分析与特征参数表达，进一步构建标准数据集，结合改进的Transformer深度学习算法，实现流域洪涝物理模型和深度学习模型的耦合集成。以沈阳市秀水河流域作为研究区域，基于“2022-07-06”、“2022-07-28”两场典型暴雨监测数据，开展洪涝过程情景模拟，将模拟结果与公主屯水文站实测数据进行验证分析。【结果】结果显示，预测水位与实测水位差值均小于0.5m，误差在1.5%以内；预测峰现时间与实测时间误差均小于1.85h，所构建的流域洪涝集成模型预测淹没范围、洪水演进趋势与实际情况相符，模拟时效较物理模型提升约31～34倍。【结论】结果表明，所建立的STFS-Urban流域洪涝集成模型，能够较好地模拟洪水演进过程，在保证精度的同时有效提升了计算效率，能够为流域洪涝灾害的防治和对策制定提供科学依据。

关键词： STFS-Urban模型流域洪涝模拟深度学习 Transformer 秀水河降雨径流洪水演进

鄱阳湖消落区湿地土壤磷形态分布特征及其影响因素

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环境科学学报 2025年第1期45卷 313-323页

作者：陈红梅张华曾欢程莉瑶熊佳欣江西师范大学地理与环境学院南昌330022 江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室南昌330022

消落区是水陆生态系统中物质、能量输移和转化的活跃地带.本文在鄱阳湖典型消落区湿地选择不同景观带(泥滩带、苔草带和南荻带),评价消落区不同景观带土壤磷形态与土壤理化性质的关系.结果表明,不同湿地土壤中各磷形态含量整体表现为***... 详细信息

消落区是水陆生态系统中物质、能量输移和转化的活跃地带.本文在鄱阳湖典型消落区湿地选择不同景观带(泥滩带、苔草带和南荻带),评价消落区不同景观带土壤磷形态与土壤理化性质的关系.结果表明,不同湿地土壤中各磷形态含量整体表现为***-Pi>NaOH-Pi>NaOH-Po>***-Pi>NaHCO_(3)-Pi>NaHCO_(3)-Po>***-Po>Residual-P>H_(2)O-Pi.消落区泥滩带中有机磷形态显著低于植被带,而无机磷形态则相反,这可能与植被生长对无机磷(Pi)的吸收,以及凋落物输入导致有机磷(Po)的积累有关.除***-Pi外,消落区南荻带和苔草带土壤磷形态并未表现出显著的差异.RDA结果表明,植被带土壤磷形态主要受土壤pH影响,其中全氮、有机质和pH与NaHCO_(3)-Po和NaOH-Po呈负相关关系;而泥滩带则主要受土壤全氮水平的影响,其中全氮、有机质与NaHCO_(3)-Pi和***-Pi呈正相关关系.相关分析表明Fe、Mn金属元素含量与NaOH-Pi呈显著正相关.消落区湿地土壤磷形态含量变化是景观差异、金属元素含量和土壤理化性质共同作用的结果.此外,相较于泥滩带,植被带提高了湿地土壤中等活性磷的含量,降低了稳定性磷含量,这表明湿地植被的存在促进了湿地土壤磷的循环.研究结果有助于明晰干湿交替控制下淡水湿地土壤磷转化过程,为淡水湿地保护和水环境治理提供依据.

关键词：鄱阳湖消落区磷形态分布驱动因子