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火星乌托邦平原浅表层结构与物质组成:来自SHARAD雷达数据的约束

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 199-220页

作者：台钰山法文哲北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所北京100871

乌托邦平原是火星北方大平原的重要组成部分,中国“祝融号”火星车着陆在乌托邦平原南部,研究乌托邦平原表层结构和物质组成对于深入认识火星北半球的地质演化历史具有重要意义.本文以乌托邦平原内中亚马逊纪低地单元(mAl)、亚马逊纪和... 详细信息

乌托邦平原是火星北方大平原的重要组成部分,中国“祝融号”火星车着陆在乌托邦平原南部,研究乌托邦平原表层结构和物质组成对于深入认识火星北半球的地质演化历史具有重要意义.本文以乌托邦平原内中亚马逊纪低地单元(mAl)、亚马逊纪和西方纪火山单元(AHv)、晚西方纪低地单元(lHl)、早亚马逊纪盆地单元(eAb)、亚马逊纪火山单元(Av)以及亚马逊纪和西方纪撞击单元(AHi)6个主要地质单元为研究对象,使用火星轨道器激光高度计(MOLA)、浅表层雷达(SHARAD)和火星小型侦察成像光谱仪(CRISM)数据,计算各个地质单元的地形粗糙度,反演地层结构、介电常数与损耗角正切,并估算浅层物质组成、识别矿物类型,依此推演乌托邦平原的地质演化历史.结果表明,(1)AHv和Av地质单元表层物质是火山熔岩,其余地质单元表层物质属于北方荒原物质(VBF);(2)AHv和Av地质单元火山熔岩的厚度约为50 m,mAl,lHl,eAb和AHi地质单元VBF的厚度约为71-96 m,82-92 m,121-141 m,57-64 m;(3)在3 km×3 km的均方根高度计算窗口内,AHi地质单元地形最为粗糙,AHv和Av地质单元表面地形由火山作用主导,l Hl地质单元表面风化和沉积作用明显,mAl地质单元的粗糙度与lHl地质单元同纬度粗糙度特征相似,e Ab地质单元地形平坦,主要受沉积作用影响.区域地质作用是各地质单元次表层结构与表层物质形成的关键因素,火山、构造、撞击、沉积和风化作用对各地质单元具有不同程度的影响,本研究从多角度分析了各地质单元经历的地质过程,可以为“祝融号”火星车巡视区表面土壤成分以及来源认识提供背景信息,有望为研究乌托邦平原复杂的地质过程提供有效约束.

关键词：火星乌托邦平原表层物质粗糙度介电常数

利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法监测矿区地表形变

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 265-276页

作者：张志亮曾琪明杨立功北京大学遥感与地理信息系统研究所北京大学地球与空间科学学院北京100871 空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871

针对传统时序InSAR技术在测量点选取过程中多采用全局单一阈值,在受时空失相干影响严重和短时间内形变梯度较大的矿区容易出现测量点稀疏且空间采样不足,因而无法获取矿区地面沉降完整信息的问题,以覆盖大同矿区的22景ALOS-1数据为例,... 详细信息

针对传统时序InSAR技术在测量点选取过程中多采用全局单一阈值,在受时空失相干影响严重和短时间内形变梯度较大的矿区容易出现测量点稀疏且空间采样不足,因而无法获取矿区地面沉降完整信息的问题,以覆盖大同矿区的22景ALOS-1数据为例,利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法(ADSI-CLC)获取该区域长时间序列地表形变信息。ADSI-CLC方法形变测量结果的时空分布模式与StaMPS-SBAS方法具有相似性,且与高分辨率光学遥感影像上的采矿设施保持良好的空间相关性。ADSI-CLC方法可以显著地提高测量点的数量和空间分布密度,在研究区识别出的DS点数量约是StaMPS-SBAS方法的4倍。两种方法的测量结果在无形变和小形变区域吻合程度较高;在大形变区域,StaMPS-SBAS方法无法有效地获取形变结果,而ADSI-CLC方法由于测量点数量的增加,反演得到的形变测量结果基本上符合由采矿活动造成的漏斗状的空间分布特征,间接地验证了该方法在矿区地表形变监测中的可靠性和有效性,证明ADSI-CLC方法能够提供更详细的时空形变细节信息,更好地服务于矿区地表稳定性的监测和预警。

关键词： ADSI-CLC方法分布式散射体矿区形变监测大同矿区

基于主成分变换的星载升降轨极化SAR数据水体提取方法

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地球信息科学学报 2024年第4期26卷 1057-1074页

作者：孟庆港曾琪明北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所北京100871 北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871

利用光学遥感技术可以快速高效地获取大范围的地表水体信息,但是在洪灾监测等应用中,常常伴随多云、降雨等恶劣天气,难以及时获得高质量的光学遥感图像。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术具有全天时、全天候的特点,不受... 详细信息

利用光学遥感技术可以快速高效地获取大范围的地表水体信息,但是在洪灾监测等应用中,常常伴随多云、降雨等恶劣天气,难以及时获得高质量的光学遥感图像。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术具有全天时、全天候的特点,不受阴雨天气的影响,相比光学遥感具有明显的优势。本文首先总结和分析了目前基于星载SAR数据提取水体的方法和存在的问题,以Sentinel-1数据为例,为了弥补单极化阈值法和哨兵一号双极化水体指数(Sentinel-1 Dual-Polarized Water Index,SDWI)方法的不足,提出了双极化第一主成分水体指数(Dual-Polarized First-Principal-Component Water Index,DFWI)。其次,为了解决雷达阴影容易与水体相互混淆的问题,提出了3种升降轨极化SAR水体提取方法:升降轨VH极化方法(AscendingDescending VH-Polarization Water Index,AD-VH)、升降轨VV极化方法(Ascending-Descending VV-Polarization,AD-VV)和升降轨双极化第一主成分水体指数(Ascending-Descending Dual-Polarized First-Principal-Component Water Index,AD-DFWI)。最后,选择云南省洱海和土耳其Hatay 2个研究区进行水体提取实验,分别对应水体的常态化监测和应急监测等不同的应用场景。根据用户精度、生产者精度、虚警率和F1-score共4种指标对上述不同方法得到的水体提取结果进行精度评价和分析。实验结果表明:(1)本文所提方法相比单极化阈值法和SDWI法的分类精度明显提高,在2个研究区中,精度相对最高的方法均为AD-DFWI法,F1-score指标分别达到了97.83%和88.33%;(2)升降轨极化SAR水体提取方法不仅较好地解决了雷达阴影和水体相互混淆的问题,而且图像直方图中双峰分布特点更加显著,水体和非水体的可分离性更高,综合性能更好。本文提出的方法未来可以为水体提取和洪灾监测等应用提供参考。

关键词：极化SAR 水体提取洪灾监测雷达阴影主成分变换升降轨阈值法 Sentinel-1

地球表层系统开放科学数据目录关联网络构建研究进展

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地球信息科学学报 2024年第4期26卷 866-880页

作者：邱芹军郝孟璂谢忠陶留锋李伟杰王洋刘建东中国地质大学(武汉)计算机学院武汉430074 地理信息系统国家地方联合工程实验室武汉430074 中国地质大学(武汉)地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074

快速发现、挖掘并利用海量地球表层系统(以下简称“地表系统”)开放科学数据,是大数据时代下地表系统开放科学数据共享新的发展趋势和前沿研究方向。地表系统开放科学数据具有组织分散、多源异构、多模态、多类型等特性,通常以专题共享... 详细信息

快速发现、挖掘并利用海量地球表层系统(以下简称“地表系统”)开放科学数据,是大数据时代下地表系统开放科学数据共享新的发展趋势和前沿研究方向。地表系统开放科学数据具有组织分散、多源异构、多模态、多类型等特性,通常以专题共享网站、数据服务、元数据、期刊论文(特别是数据论文)等形式存在,研究发展适应不同模态的地表系统开放数据挖掘方法、分析其共享质量是充分利用这些数据的关键科学问题。关联网络为地表系统开放科学数据的语义互联和知识发现提供了有力的支撑,其以元数据URI(Uniform Resource Identifier)为节点,元数据间的语义关系为边,节点间关联性的强弱作为边的值。本文从地表系统开放科学数据关联网络构建角度出发,对其发展现状、基本特征和构建技术进行了调研与分析。首先选取国内外典型关联网络和相关文献作为研究对象,根据所选取的9个主流关联网络和200余篇相关文献,从关联网络的基本特征和构建技术2个方面进行比较分析。在基本特征方面,分析了关联网络的数据来源、自动化程度和更新方式;在构建技术方面,介绍了关联指标的选择,讨论了地表系统开放科学数据特征的提取、表示和计算方法。最后提出了未来地表系统关联网络构建的建议,包括构建高质量、全覆盖的地表系统开放科学数据本体、考虑顾及“时间-空间-内容”地学知识复杂关系及推理、建立面向多语言的地表系统开放科学数据关联网络方法以及提升地表系统开放科学数据关联网络应用成效等。

关键词：地球表层系统关联网络数据目录特征计算元数据共享程度评价数据本体关联指标

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滑坡位移预测模型补充评价方法

北京大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 513-520页

作者：田原常啸寅赵文祎程楚云 Bronte Scheuer 邓杨兰朵马睿平张建学北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871 空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871 中国地质环境监测院北京100081

针对目前滑坡位移预测模型评价方法中总体性指标区分能力不足,以及对滑坡高风险期预测效果评价不准确等问题,设计滑坡位移预测模型快速位移期综合误差(CERDP)和峰值预测误差(PPE)两个补充评价指标以及对应的补充评价技术流程。基于滑坡... 详细信息

针对目前滑坡位移预测模型评价方法中总体性指标区分能力不足,以及对滑坡高风险期预测效果评价不准确等问题,设计滑坡位移预测模型快速位移期综合误差(CERDP)和峰值预测误差(PPE)两个补充评价指标以及对应的补充评价技术流程。基于滑坡监测数据的实例研究表明,所提补充评价指标和应用流程合理可行,可以有效地应对均方根误差(RMSE)等指标差异不显著带来的评价不准确问题,遴选出总体性能可靠,在风险时段和最高风险时点表现更好的模型,为滑坡风险管理工作提供有效的技术支持。

关键词：滑坡位移预测模型评价指标补充评价快速位移期位移峰值

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大尺度自然地理实体边界智能化提取方法——以大别山为例

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北京大学学报(自然科学版) 2024年

作者：杨涵珺孙敏楼夏寅杨仕浩北京大学遥感与地理信息系统研究所

为了解决语义明确但空间位置与分布范围并不明确的自然地理实体(PGO)在地图中的分布范围或边界表达问题，提出其边界的智能化提取方法。首先利用给定的语义词，自动搜索网络地图大数据; 接着在顾及PGO的连续空间分布特性基础上，运... 详细信息

为了解决语义明确但空间位置与分布范围并不明确的自然地理实体(PGO)在地图中的分布范围或边界表达问题，提出其边界的智能化提取方法。首先利用给定的语义词，自动搜索网络地图大数据; 接着在顾及PGO的连续空间分布特性基础上，运用空间聚类算法确定PGO的大致范围;然后利用PGO的几何特征(如山地的起伏变化)，运用特征识别算法，进一步确定自然实体的分布范围和边界。顾及此类实体的复杂性，仅以山地为例进行实验验证佐证所提方法的有效性。

关键词：大尺度自然地理实体地图大数据智能化提取

基于局部集聚特征尺度判定的兴趣点离群分布探测及其可解释性分析

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地球信息科学学报 2024年第7期26卷 1594-1610页

作者：吴鹏哈斯巴根秦福莹内蒙古财经大学资源与环境经济学院内蒙古财经大学规划与地理信息系统实验室

兴趣点（POI）对于深化理解地理空间中人类活动和环境特征的作用日益凸显，从大规模空间数据中探测与周围环境显著不同的离群点是增强人地系统认知的重要研究方向。现有离群点挖掘方法应用于POI时存在局部空间分布特征表达及量化不足的... 详细信息

兴趣点（POI）对于深化理解地理空间中人类活动和环境特征的作用日益凸显，从大规模空间数据中探测与周围环境显著不同的离群点是增强人地系统认知的重要研究方向。现有离群点挖掘方法应用于POI时存在局部空间分布特征表达及量化不足的缺点，并且其有效性亟待进一步讨论。鉴于此，本文提出了基于局部集聚尺度判定的兴趣点离群分布探测方法。首先，借助Delaunay三角网构建POI的空间邻接关系，并基于交叉K近邻距离和多尺度特征参数判别点群的局部集聚特征尺度；然后，提取满足尺度约束条件的点及其邻接边集；最后，通过边长约束指标剔除不满足条件的局部长边并整合离群簇，完成POI离群探测。根据实际数据的对比实验结果可以得出所提方法泛化能力良好，且可在不破坏POI固有分布特征的前提下有效、稳健地探测离群点。本文进一步开展离群点探测结果的可解释性分析，讨论得出兴趣点离群分布成因与类型占比、空间布局、占地面积及公众认知水平等因素密切相关。本研究为全面把握城市发展动向、资源配置优化、提高城市可持续性及人居生活质量等方面提供新的方法与研究视角。

关键词：兴趣点空间离群点 Delaunay三角网交叉K邻近距离集聚特征尺度边长约束指标可解释性分析公众认知度

湖北省生态系统服务协同权衡时空差异及归因分析

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长江流域资源与环境 2024年第4期33卷 799-809页

作者：朱丹丹安睿刘艳芳仝照民窦超晏阳武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079 武汉大学地理信息系统教育部重点实验室湖北武汉430079

快速城镇化进程导致生态系统服务功能日益下降,如何促进城市扩张和生态保护的协调、可持续发展成为热点话题。现有研究多采用相关性指标测度单期生态系统服务间协同权衡特征,较少兼顾动态关系识别与作用强度测定。以湖北省为例,测定2010... 详细信息

快速城镇化进程导致生态系统服务功能日益下降,如何促进城市扩张和生态保护的协调、可持续发展成为热点话题。现有研究多采用相关性指标测度单期生态系统服务间协同权衡特征,较少兼顾动态关系识别与作用强度测定。以湖北省为例,测定2010、2020年两期产水、食物供给、生境质量和土壤保持4项生态系统服务,构建动态权衡协同度(DESTI)量化2010~2020年间生态系统服务变化量的权衡/协同关系的强度及方向,引入最优参数地理探测器识别自然与社会因子对其驱动机制。结果表明:(1)2010~2020年,除生境质量外,食物供给、土壤保持和产水3项生态系统服务功能均呈递增态势;(2)4项生态系统服务间动态协同权衡的强度和方向在空间上存在显著差异;(3)动态协同权衡度受自然因素(日照时数、降雨)和土地利用类型的驱动作用明显,自然经济交互作用也增强了协同权衡的空间差异。研究全方位明晰了区域动态协同权衡的空间特征、作用强度与驱动机制,提出的管控措施有助于区域生态经济的协同发展。

关键词：生态系统服务权衡与协同最优参数地理探测器

台风干扰海岸林受损及灾后恢复的影响因素研究进展

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生态学报 2024年第1期44卷 1-17页

作者：杜建会陈嘉健李升发中山大学地理科学与规划学院广州510275 广东省科学院广州地理研究所广东省地理空间信息技术与应用公共实验室广州510070 广东省遥感与地理信息系统重点实验室广州510070

随着气候变暖,台风登陆的强度及频率均呈增加趋势,其对海岸森林的影响也日益严重,从而危及沿海生态安全。但因台风登陆的不确定性、海岸森林恢复的滞后性和数据源受限等影响,当前对台风后海岸森林受损及灾后恢复的影响因素研究仍存在很... 详细信息

随着气候变暖,台风登陆的强度及频率均呈增加趋势,其对海岸森林的影响也日益严重,从而危及沿海生态安全。但因台风登陆的不确定性、海岸森林恢复的滞后性和数据源受限等影响,当前对台风后海岸森林受损及灾后恢复的影响因素研究仍存在很大的不确定性。台风登陆导致海岸森林枝叶脱落、树干折断和根系裸露等,受树种特征(冠层、树干和根系),林分结构(密度、组成),立地条件(地形、土壤)和台风特征(强度、频率)等影响,海岸森林在不同研究尺度的受损存在明显的空间异质性,单一因素难以完全解释台风后海岸森林的受损格局。台风后部分海岸森林因受损严重而死亡,其余仍以种子萌发、幼苗/幼树生长或萌生更新的方式持续恢复。海岸森林在灾后的恢复周期从几个月到几十年不等,其具体时长与树种更新策略(实生、萌生),森林类型(人工林、天然林),树木受损程度(轻度、重度)及区域水热条件(水分、热量)等有关。未来仍需借助多源遥感数据,并结合台风后的固定样方调查、野外采样和室内样品分析,对海岸森林的受损和恢复格局开展多时空尺度研究,阐明不同受损程度下树木的水分传输和光合产物分配过程及其差异,全面揭示台风干扰对海岸森林的影响机制。

关键词：海岸森林台风受损程度恢复周期影响因素