地学空间数据分析研究及应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 李连发 |
| 答辩日期 | 2005-07 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 王劲峰 |
| 关键词 | 空间抽样 空间缺值 空间插值 空间分析软件包 空间分析应用 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 空间数据获取及分析技术（本研究侧重于抽样、缺值与插值）在资源环境监测﹑自然灾害预报﹑国土资源调查﹑农情速报及社会经济调查等研究中具有重要实用价值，它从数据的采集开始到数据分析就贯穿在项目的许多方面。其中，空间抽样是寻求样本数与总体估计值精度之间的较优的平衡关系，即以最少的调查费用取得较高的结果精度（或较低误差），或者以预定的精度求得最低的用于样本调查的投入。如利用航片进行国土资源遥感调查之中，用覆盖全区的航片样本求得全县、全省或全国的普查办法进行耕地面积调查将是耗资费时的工作；而采用适当的空间抽样方法可以很好地平衡航片样本数（调查费用）与结果精度之间的矛盾，寻求调查的经济投入与分析结果精度之间的优化关系，即实现以较小的投入取得较高精度的结果。另一方面，与经典抽样方法不同，空间抽样没有忽视在空间实体之间客观存在的空间相关性，而是将其作为分析方法的内在组成部分，因此，同经典方法相比，减少了分析误差，提高了结果的精确度及可靠性。空间抽样的采用在较大程度上提高了调查及分析计算的效率，减少了获取样本的费用。在若干国家重大项目的实际应用中，抽样充分显示了一定的经济效益。当前，已普遍达成这样的共识：空间数据的采集是地学分析的第一步，而空间数据的不同采样策略对最终结果有很大影响。因此，空间抽样模型的建立将为诸如大范围分区调查﹑海洋检测﹑多项目综合调查和动态检测提供科学依据，实现快速﹑低费和准确地监测和调查，为国家重大项目实施提供支持。而空间缺值与空间插值在地学研究中也具有重要的实用意义。数据的缺失与插值需要是地学研究及资源环境调查中普遍存在的问题，许多问题首先需要解决数据的插补问题，然后再使用完整的数据来进行分析研究。如气候资料常常不能获取完整的记录，需要采用适当的方法对其进行插值。自然灾害（如地震）历史数据也常常并不完整，需要采用适当的缺值方法补充完整后再进行分析计算。有时候插值方法也可用来进行资源调查、预测与评估（如采用Kriging 方法帮助矿产资源勘察，利用插值方法进行污染程度评估）。 本论文在空间抽样、空间缺值及插值方面所作的工作有以下几方面： （1）系统地分析比较各种典型的空间抽样模型及适用情况，提出空间抽样通用集成模型及优化决策模型，并编制程序进行实现。在科学院创新项目国土资源遥感调查中，这些模型用于细小地物及非耕地面积调查，比较验证了共同开发的Sandwich 抽样模型同其他方法相比较，能取得较好的效果（样本与精度之间的平衡）。Sandwich 模型及本研究结论具有一定的创新性，已得到国际同行专家的认可（Haining 2003）。 （2）系统地分析比较了各种典型的空间缺值方法及适用情况，尤其是最大似然缺值分析法（Maximum Likelihood，简写ML）。编写程序实现了各种缺值算法（删除、回归及ML 方法），应用于地震灾害记录资料的缺值分析。 （3）总结分析了典型的空间插值方法及适用情况，在MATLAB 数学库函数支持下编写程序实现了主要插值算法，并应用于灾害损失数据及气象资料的插值计算。 （4）针对当前GIS 及遥感系统中空间数据分析功能较弱的情况，采用了组件对象模型将（1）-（3）所实现的算法耦合到平台独立的空间数据分析集成软件包（Analysis Integration of Geospatial Data，简写AIGD）的组件库中。该开发方法以MATLAB 作为数学运算的支持，与GIS 紧密结合并能充分应用GIS 空间数据管理及可视化功能进行同步的空间数据探索分析，具有很强的灵活性、可扩展性及高度的耦合性。 （5）程序集AIGD 建立的耕地优化调查模型在国土资源调查中验证了共同研制的Sandwich 抽样模型能取得较好的结果；AIGD 也在灾害监测、气象资料插值、地震资料的插补及灾害保险定价中得到了充分应用与检验，展示了空间数据分析及COM 集成技术的若干优点。 （6）研究空间数据分析方法并不困难，但由于受到若干复杂因素的影响，要成功地将其应用到实际项目中也不容易。如空间抽样的结果除受选择方法的影响之外，还受到数据输入质量、抽样目标、数学模型要求、多源数据的不一致性及样本的可获得性等因素的影响，体现在结果的不稳定性及不确定性方面。而多源数据的不一致性、数据输入质量及应用背景等同样影响到空间缺值分析及插值计算的结果。论文对此进行了探讨，同时总结出了使用空间数据分析方法及程序解决问题时的几条原则：机理与方法的结合、充分利用GIS 进行空间数据探索分析及与GIS 的结合。 本研究所涉及的空间数据分析技术具有重要的研究意义及实用价值，除了程序集的实现及其在实际的重大项目中取得较好的结果外，相关研究成果也已总结成论文在国内外相关领域的期刊上发表或接受发表。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 页码 | 127 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/272]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李连发. 地学空间数据分析研究及应用[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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