3 地球信息图谱理论

2 黄河三角洲的多重生态界面
脆弱的生态环境，叠加上人类活动的影响， 黄河三角洲的生态灾害趋于多元化、复杂 化。研究黄河三角洲土地利用的时空变化 规律，对于有效防止生态灾害的发生具有 重要意义，可为黄河三角洲制定合理的开 发利用战略提供参考依据。
3 黄河三角洲土地利用数据来源和处理
利用ARC/INFO和ERDAS等软件对历史地图数字化、修正现有矢量数 据、对遥感影像进行分类，利用野外调研数据进行检验，最后采用误 差矩阵进行评价(精度都达到90%以上)。主要利用了如下4期土地利用 数据. (1) 1956年土地利用数据(I : 5万)主要来源于1956年航测地形图和历史 调查图，研究区范围由1954年海岸线和1991年行政边界共同界定， 是一个“虚拟的东营市”。 (2) 1984年土地利用数据((1:10万)来源于1984年10月4日TM影像监督 分类，并用80年代中期野外调查数据进行修正，采用同期TM影像上 的海岸线与东营市行政边界来界定研究区范围(东营市于1983年10月1 日建市)。 (3) 1991年土地利用数据((1:5万)来源于黄河三角洲1991年1:5万地形 图及其土地利用数据，并根据1991年9月TM影像对其海岸线和部分空 间数据作了修正。 (4) 1996年土地利用数据(1:10万)来源于1996年9月20日TM影像，并 使用1:1万东营市土地利用图和1:1万航片测绘图(由东营市土管局规划 站提供)进行更新和修正。
3.2 地球信息图谱的分类
按照图谱功能： (1)征兆图谱。 反映事物和现象的状况和问题 (2)诊断图谱。 借助工具，找出问题，形成认识 (3)实施图谱。 调控方案
黄海辐射沙洲水下数字地形
华北平息图谱理论
3.1 地球信息图谱概念 3.2 地球信息图谱的分类 3.3 地球信息图谱的应用领域 3.4 地球信息图谱的生成与传输模式 3.5 地球信息图谱工作流程 3.6 Case Study
第三章 地球信息图谱理论
2005.9
3 地球信息图谱理论
3.1 地球信息图谱概念 3.2 地球信息图谱的分类 3.3 地球信息图谱的应用领域 3.4 地球信息图谱的生成与传输模式 3.5 地球信息图谱工作流程 3.6 Case Study
3.1 地球信息图谱概念
图是指地图、图像、图形、图表等空间信 息的表现形式。 谱是不同类型事物特征有规律的序列编排， 如光谱、色谱。 图谱是指经过分析综合的地图、图像、图 表形式,反映事物和现象空间结构特征与时 空序列变化规律的一种信息处理与显示手 段。图谱兼有“图”与“谱”的双重性,即 包括具有地理空间的图形表达和按特征有 规则的排序。
4 黄河三角洲土地利用系列图谱合成
由于土地利用变化图谱单元是进行土地利用“格局与过程 研究”的基本时空复合体功能单元，根据空间、属性和过 程特征进行图谱单元的划分与合成是创建系列图谱的两个 关键步骤。 图谱单元是由相对均质的空间单元和相对单一的过程单元 (时序单元)集成的，它与地理单元一样，也是多级别、多 尺度的，可以依据时空尺度、研究目的以及特定的原则进 行综合与分类，建立多级别的图谱单元分类体系。 在空间、过程与属性特征的地学分析基础上，建立一系列 土地利用图谱，既包含了土地利用状况的空间差异性信息， 又包含着地理过程时序变化的信息，它能够将时空变化研 究复合为一体，是“格局与过程集成研究”的有效途径。
对于黄河三角洲土地利用系列图谱，构造 步骤如下:
(1)确定研究尺度下的基本单元。 (2)合成空间—属性—过程一体化图谱单元。以基本单元为 基础，在Arc/info GRID模块中，利用地图代数运算方法， 对上述4期土地利用空间数据进行地图代数运算，合成空 间—属性—过程一体化图谱单元。 (3)消除“噪声”干扰。在以上生成的土地利用图谱，土地 利用变化类型繁多，且夹杂着“噪声”，对于分析土地利 用变化时空演变信息来说，太繁杂就不容易抓住主要矛盾， 所以，需要弱化冗余信息干扰，消除“噪声”干扰。 (4)涨势和落势
3 地球信息图谱理论
3.1 地球信息图谱概念 3.2 地球信息图谱的分类 3.3 地球信息图谱的应用领域 3.4 地球信息图谱的生成与传输模式 3.5 地球信息图谱工作流程 3.6 Case Study
3.2 地球信息图谱的分类
按照图谱内容： (1)大地构造图谱。除常规大地构造图的内容外,还可表示不同构造体系的 时空动态变化。 (2)地震图谱。除常规地震震中分布外,可增加地震成因类型(同地质构造 与活动断层关系等)与时空变化规律。 (3)水系图谱。表示除详细水系与水网密度外,还增加不同水系结构特征及 时空演变过程,以及河流流量的时空变化规律。 (4)热带气旋图谱。不只表示各月热带气旋(台风)的路径或典型热带气旋 形成过程。 (5)垂直带图谱。表示不同气候带、不同干湿区及不同地形的垂直变化形 成的自然景观与生态、环境的垂直结构变化(包括地形、气候、植被、 土壤、土地利用、农业等特征) 。 (6)植物图谱。不只表示不同气候带、不同干湿区的植被类型,而且还显示 植被时空演变及复原植被。 等等
3.6 Case Study—1
国家863信息领域前沿探索性项目——基于多源空间数据的地学信息 提炼、虚拟重组与派生技术
技术领域：集成模式识别、数据库知识发现、GIS空间分 析和遥感图像自动分类等技术。 内容：完成了用于地学对象空间分布格局的自动或半自动 识别和提炼的方法。 主要算法：采用数学形态学中的边界提取、条件膨胀、连 通单元面积计算等算法,结合地物纹理识别、集聚距离遍 历计算等手段,同时配合图像灰度增强、二值化、形态学 滤波等图像处理算法,完成从遥感图像中识别黄土峁、梁 等地貌单元和提炼其空间分布格局的操作;采用邻域搜寻 加结构化赋值的算法完成从DEM中识别沟谷等地物并提炼 其空间分布格局的操作。
对采样数据的归一化、标准化处理
在ARC/INFO中，取1956年、1984年、1991年、 1996年4期数据的最外缘边线进行编辑，产生一 个统一外边界，将4期数据统一边界修订。 这4期数据都采用高斯一克吕格投影(横轴墨卡托 投影)，其投影椭球体为Krasovsky，投影带中央 经线为117˚E.所有数据都采用grid数据格式，取 30mX30m格网单元进行重采样，统一空间分辨率。
3.6 Case Study—2
余姚市土地利用信息图谱
本研究拟由耕地、园 地、林地、建设用地、 水域、未利用地的变 化作为主要研究对象, 将处理后的1990年和 2003年的土地利用数 据导入ArcGIS软件中, 利用GIS空间分析功 能分别建立2003年余 姚市土地利用类型分 布格局信息图谱和 1990~2003年余姚市 不同土地利用类型变 化信息图谱。
3.3 地球信息图谱的应用领域
全球变化研究。 变化序列反映环境变迁，预测环 境变化。 区域可持续发展研究。 通过对大量数据的分析 形成发展模式，为政府决策提供依据。 农业生产规划。 例如：农作物病虫害图谱。 资源调查和评价。 资源的分布规律。 环境监测。 环境污染指数图谱。 其他：城市规划、减灾防灾等。
3.1 地球信息图谱概念 3.2 地球信息图谱的分类 3.3 地球信息图谱的应用领域 3.4 地球信息图谱的生成与传输模式 3.5 地球信息图谱工作流程 3.6 Case Study
地球信息图谱工作流程
生态系统综合评估的地球信息图谱模型建立流程图
3 地球信息图谱理论
3.1 地球信息图谱概念 3.2 地球信息图谱的分类 3.3 地球信息图谱的应用领域 3.4 地球信息图谱的生成与传输模式 3.5 地球信息图谱工作流程 3.6 Case Study
3.1 地球信息图谱概念
地球信息图谱是应用地学分析的系列多维图解来 描述现状，并通过建立时空模型来重建过去和虚 拟未来。——陈述彭 地球信息图谱是通过遥感、计算机制图与地理信 息系统的大量地球信息的空间分析与地学认知， 以图形概括与综合集成的图谱形式揭示地球系统 及其各要素和现象的宏观、中观与微观的成因机 制、形态结构、组成物质、动态变化规律，并经 过推理、反演与预测，有利于事物和现象更深层 次的认识，有可能总结出重要的科学规律。
区域可持续发展虚拟系统
3 地球信息图谱理论
3.1 地球信息图谱概念 3.2 地球信息图谱的分类 3.3 地球信息图谱的应用领域 3.4 地球信息图谱的生成与传输模式 3.5 地球信息图谱工作流程 3.6 Case Study
3.4 地球信息图谱的生成与传输模式
3 地球信息图谱理论
研究结果
通过对图谱的分析得出,余姚市土地利用变化的原因主要 是受社会经济发展和政策的影响，在13a期间,由于工业化 和城市化进程加快,余姚市土地利用方式发生较大改变,主 要的转变轨迹为耕地面积逐渐减少,建设用地和林地面积 增加,而且这些土地利用变化的现象存在着明显的空间差 异化情形。
3.6 Case Study—3 黄河三角洲土地利用时空复合变化图谱分析
1 土地利用变化时空复合图谱研究方法
当我们对复杂系统的机理还不了解或认识较模糊、 利用系统状态变量来描述系统的行为特征较为困 难或根本不可能建立起解析模型时，我们可借助 于图形来定量地描述系统的初步状态及其边界条 件，利用序列化的专题图来反映系统多尺度状态 或不同条件下的形态特征、变化，并在此基础上 进行逻辑推理演算，尤其是进行图形运算(如空间 拓扑叠加)，制定数据挖掘的规则、解释数据挖掘 的结果，理解其地学机理。 因此，对于变化机理还不十分了解的土地利用/土 地覆被变化研究，可以从其空间格局及其序列化 变化过程专题图来演算其变化规律。
地球信息图谱的功能
1. 借助图谱可以反演和模拟时空变化，即可 反演过去、预测未来; 2. 可利用图的形象表达能力，对复杂现象进 行简洁的表达; 3. 多维的空间信息可展示在二维地图上，从 而大大减小了模型模拟的复杂性; 4. 在数学模型的建立过程中，图谱有助于模 型构建者和使用者对空间信息及其过程的 理解。
叶庆华、刘高焕、田国良等 中国科学 D 辑 地球科学 2004, 34 (5): 461~474
简介
以黄河三角洲40a(1956～1996年)土地利用4期空间数据 (1956年，1984年，1991年，1996年)为基础，合成了一 系列土地利用图谱，包括3个时序单元的土地利用变化图 谱，40a变化过程图谱，并通过建立信息重映射表对图谱 单元时空复合信息进行重新分类、提取与综合，即图谱重 构，提取了黄河三角洲40a土地利用变化的“涨势”系列 图谱、40a“涨势”变化过程图谱和40a土地利用时空演变 模式图谱． 图谱分析采用空间查询与统计分析、图谱单元分类排序、 土地利用变化转移矩阵三种方法相结合，逐一分析不同时 序单元、不同时间尺度土地利用格局的变化规律，并分析 了40a土地利用时空演变模式图谱的区域分异特征．运用 图谱方法对区域性土地利用“动态变化过程中的空间格 局 ”与“空间格局的动态变化过程”进行了一体化的综 合研究。
1 土地利用变化时空复合图谱研究方法
1 土地利用变化时空复合图谱研究方法
土地利用图谱就是各时间段内土地利用变 化的空间—属性—过程一体化数据。 土地利用图谱单元是我们研究土地利用 “格局与过程”时空动态变化的基本时空 复合体信息单元。
2 黄河三角洲的多重生态界面
1. 水沙两相河流——黄河 2. 水盐两相运移——控制着土壤的发育方向。 3. 海陆两相作用——海岸带活跃的动力环境使之易受自然 灾害的影响。 4. 河海两相交汇——形成复杂的河口环境与生物多样性。 5. （水量）丰枯两相不均——成为影响黄河三角洲可持续 发展的瓶颈。 6. 垦牧两相移动——是黄河三角洲特有的不合理“游垦”、 “游牧”生产方式，历史上人们长期形成了随黄河尾闾 摆动而“游垦”的土地利用方式，在生态系统还未发育 成熟的新淤河滩地上耕作，土壤次生盐渍化后，则弃置。