考虑空间结构特征的空间推测模型智能化推荐
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵芳鹤 |
| 答辩日期 | 2024-05 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 朱阿兴 ; 秦承志 |
| 关键词 | 空间推测 模型智能化推荐 空间结构特征 规则推理 土壤制图 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 地理变量的空间分布信息是地理模拟、管理决策中重要的基础信息。空间推测作为获取地理变量空间分布信息的重要手段，是地理学研究的热门领域。现有的空间推测实现方法通常要求用户自身根据推测任务的地理环境、目标结果、可用数据等条件手动确定合适的推测模型结构，要求用户具有大量的领域知识。这一过程对于专家用户而言繁琐复杂，对非专家用户来说更加难以实现。因此，空间推测模型结构的智能化确定是空间推测发展过程中的关键问题。现有的地理计算模型结构的智能化确定方法可分为三类：基于模型语义的方法、基于数据拟合的方法、和基于地理特征的方法。其中，基于模型语义的方法只考虑计算任务的可用数据与预期结果和模型的输入输出项的数据含义是否匹配，不考虑计算任务的数据特点、地理场景对模型适配度的影响；基于数据拟合的方法考虑了数据与模型的统计拟合效果，但忽略了数据背后的地理含义；基于地理特征的方法能够在地理问题中考虑计算任务的地理场景，但目前只利用了数据中的概括性特征对地理特征进行刻画，忽略了地理要素在空间结构特征上的差异对模型适配度的影响。 针对现有方法存在的缺陷，本文设计了一套利用地理要素的空间结构特征辅助空间推测模型智能化推荐的方法。该方法通过设计一系列空间结构特征指数对计算任务中研究区内地理要素的空间结构特征进行定量刻画；然后构建了含有空间结构特征的空间推测案例库，通过挖掘案例库中隐含的关于模型精度与空间结构特征的相关关系的知识作为模型智能化推荐过程的知识来源；最后基于案例库提取出考虑空间结构特征的模型推荐规则，将得到的规则集结合上述设计的空间结构特征指数，组成为考虑空间结构特征的模型智能化推荐方法。具体研究工作和取得的成果主要包括以下四部分内容： 首先，在空间结构特征的定量刻画方面，分别设计了多因子空间结构指数和变差无关度指数。其中，多因子空间结构指数可以识别多个协同变量的组合在空间上的分布模式，实验表明所设计的指数对于多因子组合的空间分布模式的定量刻画，能取得比现有空间结构指数更好的效果。变差无关度指数包括空间距离无关度和地理环境无关度，能够分别指示空间距离和地理环境对目标属性的空间变化的影响程度，实验表明当样点具有一定代表性的情况下，变差无关度指数能合理指示空间结构特征。 其次，在构建案例库以用于空间结构特征相关建模知识的挖掘方面，本文以数字土壤制图为例，通过构建形式化表达的、以土壤属性为推测目标的空间推测案例库来获取空间结构特征对模型适用性影响的知识。本文利用上述设计的空间结构特征指数，结合公开的土壤样点数据和环境变量数据，构建了一套土壤空间推测案例库。为便于新方法探索，该案例库中的案例暂为相近尺度（即案例区面积大小、样点密度相似，协同变量分辨率一致）。每个案例中还含有代表性模型（普通克里金模型和随机森林模型）的精度信息。案例库中含有在不同空间结构特征下代表性模型适用性的隐性知识，可作为考虑空间结构特征的模型智能化推荐方法的知识来源。 然后，基于所收集的案例库，通过定量分析其中空间结构特征指数与模型精度的相关关系，提取出一套适用于对应尺度的模型推荐规则，再将所得到的规则集与上述设计的空间结构特征指数结合为一套模型智能化推荐方法。对于给定的空间推测任务，该方法可以根据可用数据自动计算研究区内地理要素的空间结构特征，然后利用知识库基于空间结构特征为给定任务推荐适用的空间推测模型。这套方法结合高性能计算技术实现为了一套智能化的空间推测软件原型。 最后，在应用与验证阶段，本文构建了一系列独立的土壤属性空间推测案例，分别对方法及其原型软件的有效性进行评价。独立验证案例在方法和软件中的应用结果显示，所设计的模型智能化推荐方法可以为独立验证案例推荐得到精度更高的推测模型；所设计的软件原型可以降低用户参与空间推测所需的模型适用性知识和地理计算知识，以实现空间推测过程的智能化。此外，当前基于特定分析尺度提取的规则集被应用于其他尺度的空间推测案例时，仍可以为案例推荐合理的空间推测模型。实验结果证明，在空间推测模型推荐中考虑空间结构特征的思路和新方法是有效的。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 131 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209353]  |
| 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 | 赵芳鹤. 考虑空间结构特征的空间推测模型智能化推荐[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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