（自然地理学专业论文）地学信息图谱的应用探讨——以福州市为例.pdf

福建师范大学李慧珍硕士学穰论文 摘要 本文首先介绍了地学信息图谱是按照一定指标递变规律或分类体系排列的组 能够反映地学空间信息规律的数字地图、图表、曲线或图像。它是空间时代与信息 社会的产物，是指区域自然过程与社会经济冒持续发鼹的对态演进与空闯分冥，即 可再现历史又可虚拟未来，是研究区域自然环境与社会发展的一秸璎代化的科学方 法驷高新技术手段。比较了地图与图谱、地学图谱和一般图谱以及地学图谱和地学 信息图谱的区别和联系。以r s 、g i s 为技术平台，建立了反映福州市区1 1 年来土地 利用动态变化的信息图谱以及土地与入口及社会经济的关系模型，最后以福州生态 环境综合信息图谱为手段，验证并分析了福州景观生；蘸特征。 在建立福州市区土地利用动态变化豹偿患霪谱时，首先运用多时媚必谱数据直 接比较法和阈值法等手段自动获取1 9 8 9 年和2 0 0 0 年两期t m 影像的变化信息，并在人 机交互辅助解译下建立空间数据库和相应的属性数据库，然后利用g i s 空闻分析功 能分别建立土地利用分布格局信息图谱，不同土地利用类烈变化信息图谱、土地利 用演变过程的信患图谱、以及建设用魄变化图谱等，网对得出年间每士地利用类型 的转移矩阵。对所建立的图谱分拆表明在1 1 年期阗，鑫予城市入口援模、经济的发 展，福州市地利用方式主要的转变轨迹为耕地和林地面积逐渐减少，建设用地和园 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，并且与自然、 社会经济之间呈现出较密切的相关关系。 在图谱谱系应用研究中，应用了福建省生态环境信息图谱的研究成采，并验证 了福州市生态环境信息圈谱在景观格局中静应用。 关键词地学信息图谱 遥感土地利用信息图谱生态环境综合信息图谱 景观格局 福建师范大学李慧珍硬士学位论文 a b s t r a c t t h i s p a p e r f i r s ti n t r o d u c e st h a t g e o i n f o r m a t i o nt u p ui s as o r to fd i g i t a l m a p ，c h a r t ，c u r v e o r i m a g e t h a tc a nr e f l e c tt h er u l eo f g e o g r a p h yi n t e r s p a c e i n f o r m a t i o n w h i c hi s a r r a n g e da c c o r d i n gt o ac e r t a i nl a wo fg u i d e l i n ec h a n g eo r c l a s s i f i c a t i o ns y s t e m 。i ti st h ec o n s e q u e n c eo f t h ei n t e r s p a c ea g ea n di n f o r m a t i o ns o c i e t y i t r e v e a l st h ea d v a n c e m e n td u r i n gap h a s ea n dt h ei n t e r f a c ed i f f e r e n t i a t i o no fn a t u r ea n d s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t ye c o n o m yi nar e g i o n 。i tc a n r e a p p e a rt h eh i s t o r y a n ds i m u l a t et h ef u t u r e ，w h i c hi sas c i e n t i f i cm e t h o da n dn e wt e c h n i c a lm e a s u r et os t u d y t h ee l e m e n ta n dt h es o c i e t yd e v e l o p m e n ti nar e g i o n t h ed i f f e r e n t i a t ea n dr e l m i o no f m a p a n dt u p u ，g e o g r a p h yt u p ua n dc o m m o nt u p u ，g e o g r a p h yt u p ua n dg e o i n f o r m a t i o nt u p u a r ec o m p a r e di nt h i sp a p e r t h el a n d u s ed y n a m i cc h a n g i n gi n f o r m a t i o nt u p uo ff u z h o u c i t yd u r i u gt h e1ly e a r sa n dt h em o d e lo f t h er e l a t i o nb e t w e e nl a n d n s ea n dp o p u l a t i o na n d s o c i e t ye c o n o m ya r es e tu pb a s i n go nr sa n dg i s a tl a s t ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fb i o l o g y l a n d s c a p e i nf u z h o u a r ev a l i d a t e d t h r o u g h f u z h o u e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t c o m p r e h e n s i v ei n f o r m a t i ct u p u w h e nt h el a n d u s ed y n a m i cc h a n g i n gi n f o r m a t i o nt u p uo ff u z h o uc i t yi ss e t t i n g u p ，t h ed i r e c t l yc o m p a r i n gm e t h o do fs e v e r a lt i m e ss p e c t r u md a t aa n dt h r e s h o l d i n ga r e u s e dt op i c ku pt h ec h a n g i n gi n f o r m a t i o nf r o mt h et w ot m i m a g e sa u t o m a t i c l y , a n dt h e i n t e r s p a c ea n dc o r r e s p o n d i n ga t t r i b u t ed a t a b a s ea r es e tu pu n d e rt h ep e o p l e - c o m p u t e r m u t u a lu n s c r a m b l i n g a n dt h e nt h ei n f o r m a t i o nt u p ui ss e tu pb yt h es p a c i a la n a l y s e f u n c t i o no fg i s ，i n c l u d i n gl a n du s ed i s t r i b u t i o ni n f o r m a t i o nt u p u ，c h a n g eo fl a n du s e i n f o r m a t i o n t u p u , i n f o r m a t i o n 强辨o f g r a d u a l p r o c e s s o f l a n d u s e , c h a n g e i n f o r m a t i o n o f c o n s t r u c t i o nl a n d ，a n da l s ot h et r a n s f o r m a t i o no f l a n du s ea r e a t h ea n a l y s eo ft u p us h o w s t h a td u r i n gt h e11 y e a r s ，t h ea r e ao fp l o u g ha n dw o o d l a n di sd e c r e a s i n g , w h i l et h eo n eo f c o n s t r u c t i o nl a n da n dg a r d e ni nf u z h o ui si n c r e a s i n gb e c a u s eo ft h ed e v e l o p m e n to ft h e c i t y f u r t h e r m o r e , t h e r e so b v i o u si n t e r s p a c ed i f f e r e n c ew i t h i nt h el a n d u s ec h a n g i n g ，a n d i t sc l o s e l yc o r r e l a t i v ew i t ht h en a t u r ea n ds o c i e t ye c o n o m y 。 i nt h ea p p l i c a t i o nr e s e a r c ho f t u p up e d i g r e e ，t h er e s u l to f t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t c o m p r e h e n s i v ei n f o r m a t i ct u p uo f f u j i a np r o v i n c ei su s e dt oa p p r o v e t h ea p p l i c a t i o ni n l l 福建j | i | i 范大学李蒜珍硕士学位论文 l a n d s c a p ep a r e mo f e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc o m p r e h e n s i v ei n f o r m a t i ct u p uo f f u z h o u k e y w o r d s ： g e o i n f o r m a t i o nt u p u ；r e m o t es e n s i n g ；l a n d u s ei n f o r m a t i o nt u p u ； e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc o m p r e h e n s i v ei n f o r m a t i ct u p u ；l a n d s c a p ep a r e m ； i i i 福建师范大学李慧珍硕士学位论文 中文文摘 随着信息时代的到来与计算机技术的迅速发展，地学信息图谱在地球系统科学 和地球信息科学基础上应运而生。并且在地理信息系统、多媒体、互联网以及虚拟 技术等强有力的技术方法和手段支撑下，使其成为反映与揭示事物和现象空问结构 特征与时空动态变化规僚的强有力的图形表现形式和分析研究手段。 本文在收集、理解国内外及福建省地学信息图谱研究方法和成莱的基础上，良 福州市为研究区，利用1 9 8 9 年和2 0 0 0 年t m 影像和s p o t 影像及大量相关的空间、属 性数据，建立了土地利用变化信息图谱以及土地与人口及社会经济的关系模型，最 后以福州生态环境综合信息图谱为手段，验证并分析了祸州景观生态特征。 在建立福州市区土地希j 用动态变化的信息图谱时，为提高精确度，在进行解译 莉加强了对遥感影像的分析和辩研究区豹了解，并在建立多源时空主遣稠雳髂怠数 据库对特别参考了历年地利用的资料。考虑到实验中采用的遥感数据由予每份相 隔较长以及以下要进行多时相遥感影像动态变化研究，酋先在e r d a s 年u e n v i 软件中 对几何精校正后的两幅t m 影像进行去霾处理和直方图匹配以消除同一区域不同时 段图像效采的差异。接着运用多时相光谱数据直接比较法中的影像差值法和波段替 换法融合印涯形成发现结果，鑫动检测l 出交佬的区域，随后采用阙僵法来提取影像 变化区域，并通过人机交互的方式确定变化类型，结会已收集的资料建立空间数据 库和相应的属性数据库。在a r c g i s 软件中，利用g i s 空间分析功能分别建立2 0 0 0 年 福州市土地利用分布格局信息图谱、2 0 0 0 年福州市土地利用景观格局信息图谱，并 采用不同年份土地利用类壁转化比较法建立了1 9 8 9 2 0 0 0 年福州市不同土地幂习用 类型交化信怠图谱稻1 9 8 9 2 0 0 0 年弦姆市池利用演变过程豹信息图谱以及从中提 取的建设用地变化图谱。同时得出年闻每土地利用类型的转移矩阵。历建立的图谱 可以直观地表明，i1 年问，福州市土地利用方式发生一定的改变，主要的转变轨迹为 耕地和林地面积逐渐减少，建设用地和园地面积增加而且这些土地利用变化的现象 存在着明旺的空间差异化，城市扩箴变化趋势是东迸南扩。在探讨其与自然、社会 经济、人口的关系中发现固者耀关关系密切，并且土地与入翻及社会经济的发展趋 势大致吻合。 在图谱谱系应用研究中，首先收集了福建省嫩态环境图谱课题的有关资料， 如福建省生态环境分类系统方案、福建省生态环境综合信息图谱等，然后应用了这 福建师范大学李慧珍硕士学位论文 蝗成果，结合考虑了福州市地貌、土壤、植被、土地利用、生态等要素屠，以福州 市生态环境综合信息图谱为手段，分析了福州景观生态的特征，发现全省生态环境 谱系划分系统中的4 大类在福州市均有分布，并以亚热带由地丘陵台地生态环境类型 为主，人工建筑生态环境类型是零星分布，其空阆分布与该区域的自然、人文因索 都密切相关：接着还运用景观，土态学的方法福州景观生态的特征进行分析，采用基 于2 0 0 0 年t m 影像解译所得的土地利用图作为数据源，在a r c g i s 、a r c v i e w 和p a t c h a n a l y s t 软件的支持下编制了福州景观格局图，计算了2 0 0 0 年的福州士地利用类型景 观格髑指数，并结合空闫位鬻进行分析，发现福州市的景观基质是林地景观，而且 斑块规模较大，基本连片分布，但是破碎化指数最商，耕地和居民地的平均斑块恧 积较小，破碎化程度屠二、三位，主要是爱人为改造因素的影响，使其散布在平原 或丘陵熊地中。最后对这掰种方法进行对比，发现两种方法生成的空闻格是图及相 应类型比例基本一致，也就是说由景观格局指数分析得到的景观特征与图谱揭示的 共性，主要规律是一致的。此外，从对比可知，生态环境信息图谱综合了5 种指标( 土 壤、握被、地貌、土地利用类型、生态) ，使褥图谱在空闻格局显示方露更综合、 概括，也能减少斑块破碎度，生态环境综合信息图谱的谱系可在应用中作为模板。 无需针对不同区域多次计算多套指数。 v 第1 章她学信息图谱概港 第1 章地学信息图谱概述 1 1 基本概念的引入与辨析 1 1 1 地学信息图谱产生和发展的基础 睫着信惑孵 弋的到表露计算规技术的迅速发展，g i s ，r s ，g p s 和地匿学遐卷提 结合并在地球系统科学积储息科学基绱土诞生了地球信息科学，网时受物毽鞠谱、 生物信息基因图谱技术迅遮发展的启看专，在传统的地学图谱基础上，由陈述彭院士 镣倡导，开始了她学信息嘲谱的探讨和研究晦町。 地球系统科学和地球信息辩学为魏学信怠图谱的发展莫定了辩学与技术麓础。 随着地球系统科学的发展，对地球表艨复杂巨系统的认识，包括备圈层之间的相互 佟焉、物质舅能量的迁移转化规律以及全球气候与环境鲍变优越势等的研究和认识 不断深入，为缝学售惠鬻谱豹建立提供了坚实嚣辩学墓磕。遮毽僚患系统、多媒俸、 亘联网以及殿拟技术都为地学信息图谱的建立提供7 强有力的技术方法和手段。其 中包括三维、多维和动态变化的可视化、各种智能化分析应用软件、多媒体魄子地 强与互联随滚蚕翻捧技拳簿，为遮学僚怠露谱静建藏弱发震翻造了条 牟。毽魏疆学 信息图谱是信息时代的产物。 1 1 2 从冀他领域的麟谱褥到的毅启示 研究地学信怠图谱熬有与研究指纹图谱相议的作用，就楚研究和掌握受试个体 或地物的唯一性特征图案，用于对该对承的类型和个体差异( 身份) 进行识别、鉴 嬲。受擐纹图谱功能的囊发，我嚣3 可以通过研究和建意地学信息图谱来归纳和掌握 成千上万个体遣貔静羲潍特征图形，以建立建物豹标准对照板，用予判弱j 簸识羯各 种不同种类的地物 戏剧脸谱的图案化、蜗类程典型化、以及与符号相似的特点，启示了我们研究 趣学信惠藩灌也可班获翘球客蕊实俸静井在表象串挖掘萁内在豹本质麓律，毽旒霆 以图案来识别其内涵。这是地学信息图谱研究目标芝一，也是将纷繁复杂的个性化 地物归纳为典型的类别，并用典型化的图案及其类型名称来表述，例如城市缕构用 霾形结构或强鍪缨蓰蚕察来表示，沙漠孀薪男影秘耨胃形链鹫察来筏表，小豫爨足 ( 大尺度) 的黄土高原用典型的树枝状水系图案米代表，等等。此外，地学信息图 谱中符号的作用不仅局限予传输信息，它们还是记录知识、使知识定型并系统化的 强大工具，在辘韵入粕发现琵貔分露溉律、蘧臻形式熬转换过糕等方覆鹭骞箕缝方 祸建师范大学拳慧珍硕士学位论文 虫不可替代的作用。 生携基戮是生锈体戆矮基本萃嚣，将鼗理念震弼予楚球辩攀巾，藏是癸熬遮理 客观实体分解为最小单溺，建立全数字化( 全立体层) 的地球体，在计算机环境实 现地球研究客体的任意重组、重建或局部调控与修复地球客观寅体这种复杂性不 露予生携遗传基嚣夔磋究瓣豢，氇只蠢到了售惠露饯瓣今天，考鸯霉毙逶：毽蹇裴技 术手段完成地学信息图谱的自动识别、提炼、排净等任务。虽然时间有点滞错，但 我们的起点威该比生物信息学更高，猩识别和提炼出地学对象的信息图谱的周时， 裁必须考露箕整傣功能：翔 毫对遮球资源与骂凌戆耱秘痉基敲爨辩学熬诊装，又如 何针对这些“病因”傲娃 科学、合理的调控和“治疗”? 人像脸谱实质上是从人物绘画、綮描中提炼出的人脸各个部分的特征，包括形 麸、太小、鼷寒( 格局) 。与诧提类戳，整个地攥垮凌畜图形特援，其每个缀藏部 分也有图形特征，这是火物体中包含的小物体的特征。人像验谱的一个重要作用是 身份识别和艘定。地学信息图谱能够也给地球上各个特征地物绘制出其典型的图像， 终兔该类銎l 地物鲍“身份”或“秘类”豹鉴定标恚。人脸部组成部分( 五官) 豹虚 叛重组是入像脸谱的另一个重要作用，与之楣类似，地学信怠黼诺豹重要应用之一 也是虚拟重缀，将一系列小物体虚拟组合成大物体，形成全新的地物之间的时空格 鼹，虚拟重缀之后的地物楚分子宾实奄虚拟之阀、形戗与耱似之阕、共性与个性之 闯的结采。 1 1 3 地学信息图谱的几个概念的内涵 l 。1 。3 1 图谱“图”圭要是糖空闻售怠溺瑟表现形式熬缝錾。毽逐包括整像、瓣簿等 其他图形表现形式。地图典有公式纯、赫象亿、符号化等基本性质，具有形象鬣观性、 地理方位性、几何精确性等挺本特点，以及地图传输、地图载负、地图模拟、地图认知 镣基本功能。因就她图在缀浇建设，国防军事、科磷教育等方面广泛应尾。 “谱”怒众多同类事物或现象豹系统排列，是按攀物特性骈建立的系统或按时间 序列所建立的体系，亦称“谱系”。例如光谱、色谱、电磁波谱、化学元素周期表以 及家族谱、黢谱、菜谱等等。 “图谱”是“图”麓“谱”褶绪会，兼有“謦形”与“谱系”双重特性，静同时 反映与揭看罨搴物和现象空问结构特征岛时空动态变化规律的图形表现形式和分析研 究手段。例如动物图谱、援物图谱、熬虫匿谱等嘲。 图谱蠢，图”帮“谱”两部分缀成。对“鞠”、“谱”静葶薛学概念，陈述彭、廖 2 第1 章i 墩学信息图谱概逑 克等专家分别进行了对比分析魄”，同时，齐清文着黛对谱的特点妁作用进行了阐述 渊。图应当怒撰广义戆强形，诱不纹莰怒豢瓣舞系爱，宅毽毒豁憝炎整系其、述霹羧 悬空间格局系列。因此，搬谱仅理解为时间的观点过于狭隘。对图谱本身的定义虽然 不尽相同，但有一点是共同的，即它以形象的方式反映本质规律。 1 1 3 。2 地攀霭谗憨学鬻谱是图谱褒戆学疆域戆缴攥与发震。霾零攒戆墅，矮透 山川永系、城邑村镇、强域四至等，怒反映所研究酝域的空闻范围和布局特徽的一 种空间概念的表达。我们用各种图，尤其是专题图乘客观地描述所观察和分析的对 象，震示其窆阕属性，属于一耱静态撰述。秘如，霹甄爰主壤黧、接被盈、蟪澎图 等一系列酌专题要素来描述荚区域自然环境条件的分布状况图也用来描述现象的 现状，表达其有序的空间格局，因此烧一种宏观规律之外部表现，都是可感知的现 象。铡翔，w 鞋尾姥爱魏瓣恢复历史气鼷之交位。 谱指系统，例如家竣饿代繁衍、撩域历史沿革，大都以树棱结构图表描述，便 于追根溯源，反演历史演变过程。谱可描述对象的发展方向与演化过程，展涿其内 在趣律，袭瑗为动态。铡鲤，利用不熙融麓静卫星影像图霹反映荧河三角潮鳃生长 与侵蚀过程，从而反演融近代黄河三角i l | 之演纯。鞠诧，谱是经过推理、演化得到 的，它反映内在规律 图谱合一，嬲是空澎蓐f l 孛阕动态变位的统一表述。在时阕演健过程的系统巾， 弱时表达地嚣( 空闯) 差弊的遣图，帮w 以称为追学黧谱。 图谱是客观存在的，并表现为多层次。首先，图谱是区域演化发展过程的积淀， 遥过图谱反映内在规律，借助予痕迹分辑反演其历史发展之过程；第二，图漤是对 现代空闻格褥的真实表达，反映了各要素的空蠲分布、穗互俸焉岛空蠲配置；第三， 图谱也是未来发展的起点描述，可借助于图形运算来推理和预测朱来。 对地学照谱的一般性认识可归纳为以下几点瞬是可感知的夕 部特征表现，谱 嬲反浚内在麓律； 圈表现静态瑷象酶征，两谱表现动态，包掇方囱毪、过瑕性； 图是可感知的现象，谱是推演得出的规律：图袭现空间单元特征，谱则袭示事 件发展之起点与过程；圈用二维表达非线性源，诺则用一维表达规律，实现多维 分辑； 蚕臻述复杂系统静耪始与透癸条辞，嚣谱为运动交纯栽德疆述熬圭警穷程。 简而言乏，图谱主螫遥用图形语甯，进行时间向空间的综合表达与分析。其中 “地学图谱”贝l j 是应用予她学分析的系列多维图解。它不仅用采描述现状，瓶且通 过建立薅空模鍪来耋建j 霆去秘虚羧未来。善于鬟麓黧谱这一磷究方法，藏有霹髭超 3 福建师范大学牢慧珍硕士学校论文 前发现和理解自然的法则和规律，为知识创新和预测、预报作出爵向性的贡献啪。 l 。l 。3 。3 地攀傣意图谱逡学嫠患霪漤是诗箕撬纯豹蘧学銎谱。涤建“图谱”之名 称，以示它们在本质上一脉相承，表述区域自然过程与社会经济发展的时态演迸与 空间分异：既再现它的历史，又虚拟宦的未来，是人们研究区域自然环境与丰土会发 鼹戆一耪瑗代诬辩学方法秘态叛技本攀段，瓣务予黧主整治、城乡燕划、资源嚣发、 环境保护等多方面的规划、决策与臀联。 地学信息图谱是由遥感、地图数据库、地理信息系统与数字地球的大量数字信 怠，经过图形思维与抽象概括，莠孩谤葵辊多维与动态可视化搜零，显示遮球系统 及各要素和现象空闯形态结构与对空燮化规律豹一种手段与方法。同时这种象间图 形谱系经过空间模型与地学认知的深入分析，可进行推理、反演与预测，形成对事 物秘现象更深层次的认识，毒可能总结蹬重要的科学规律，在鼗基础上为经涝与社 会可持续发殿的规划决策与环境治理、防灾减灾辩策的镄定，掇供重要的科学依据 与明确的具体结论” 1 1 。4 地黧与图谱 1 1 4 1 廖克等学者曾指出，图谱理论与传统地豳攀存在以下的区别与联系 ( 1 ) 地图走要表示事物和现象的分布及其质量特征与数量指标的区域差异，而 图谱能反欧凄甥和现象形态维梅、成黻橇剿、组成物震、动态交纯等综合性、复杂 性规律，邸邋过图形特征留谱系结构的不同变记反映照深层次的规律。 ( 2 ) 物理、化学图谱殿基因图谱主鼹反映物质的缩构与变化，不涉及空间地理位 嚣。焦生物鸯缝学墨谱豹窝形窝谱系懿绫 每与交倔貔谯嚣地理空闽摆联系，即嚣要反 映其时空分布和动态变化的规律。铡如穗物图谱和豢直地带图谱两气候带( 自然缝带) 有密切关系，植物的种类岛形态，垂直带的基带与结构随气候带而发生变化。i 羽谱往 往戳系列图形式表示时空动态变化，缳瞧不局限予媲图形式，有孵以图像( 如溪感匿 像) 和图解、表格形式出现。如色谱、玩物光谱、动物图谱、植物图谱等。 ( 3 ) 地图袭示事物和现象经过一定抽象与概括( 如居民地、道路分类分级、细小 图斑的妇劳) ，两图谱比地图更多综合豢成与捶象檄撬。因此图滋的建立鞋：编绘地匿 弱难得多，滁了必须拥有犬量资料与数据，必须深入研究事物帮现象豹形成机制、演 变过程、组成物质以及影响它的各种变最，特别是更多运用空间图形思维方法和地学 认知分析，受突出反映事物和现象的珏重空变纯规律嘲。 4 第1 章蛾学信息图谱概遽 1 1 。4 2 地圈概括与地学惰息图谱地带信息图谱鬼地球信息的图形抽象表达，而 缝銎壤摇萎怒疆究遥图戆藕象与壤援懿袁瑗，英出发煮寇撂魄移l 缨夺壤捂纛粪瓣概 括。从科学盼地图概括过穰分析，地图概括首先是从分析总结现象形态结构特征与 斑间分布规律入手，如对自然要素和现象，要体现宏观地带规律、中观地带特点、 徽蕊基本嚣形；然嚣分掇数量掺标与嚣域特征，划分类型，并送行区壤划分，褥编 绘地图概括指标，最后避行图形概括。对信息图谱自钉抽象概括，可以借鉴地豳概括 的这一原理岛方法 诗算极粼霉攫摇，过去主要是二缭遮图概括，今鼹主要将是多缍动态她瑟壤摇， 雨各种计算机自动概括模型与方法，蔺样对信息图谱的抽象生成裔着重要参考价值。 因此，地球信息图谱的概括抽象岛生成必定先缀过地图概括过程，或必将结合 蟪銎概括过稷。当然对信惑露谖的要求并不是到此隽止，两需要搬据图谱的慷质和 要求，再遴一步抽象与撬炼，生成反映新认识规律或奁接提出决策方案静图谱嘲。 1 1 4 3 地黼分析与地学惯息图谱地图分析是把地图表象作为研究对象，利用地图 上所载负豹客观实体鲍馈感进行科学研究、探索移揭示其分布、联系、演化避程等 特点，预测预报其前景，邵将遣图作为空麓模壅，箍多耱方法辩箕进行分析解译。 但由于受方法和手段的限制，其重点仍停留在表象分析上。 地学信息图谱是一嵇运用于信息敬会的地图学耱方法。它建嶷在“3 s ”技术、 函特两等先进的对遣麓溅系统， ：玉及定位疯测台港鹅络等现我空麓技术和信惑技术 基础上，集成了地图、地学图谱等科学，实现了全数字化定量分析，来达到提商数 据挖掘与知识发现的科学水平虽的。 1 1 5 地学信息图谱的特征与创新 1 1 5 i 地学信息图谱的特征地学信息图谱是计算机化的图谱，它继承了闵谱的 霹形思维秀茂，又进一步发展7 具有是囊纯襄模l 呈1 分析功能。其暴体的特 蕾镪援： ( 1 ) 图形思维模式：图谱仍借劲予一系列的图籀述现象，箍承机理，表这规律。 即利用图的形象表达能力，将大量数搦进行归类合并。 ( 2 ) 全数字纯：传统的图谱往往缺少糟确的数学意义和符蛋系统，但地攀信息 图谱的信怠源、提取过程岛表达方式都是潋遥感、玩理信息系统、全球定位系统帮 因特网技术为支撑的全数字化过程，舆有严格的数学基础 ( 3 ) 动恣模拟分柝：地理现象具蠢复杂性、誉确定性租模糊性，很难预测。地 学信意图谱阿通过图形逛算对地理过獠进行模旅，反演过去，模羧未来。 福建师范大学李慧珍硕士学位论文 根据地学信息图谱的性质和理论柢架，其形象思维的作用生蒙在以下几个方面 霉褥到充分懿发摆：抽象，壤据，综会，叠热，蹇维冒援纯，转能潮。 1 1 。5 2 地攀信息图谱的剖薪 ( 1 ) 传统图谱信息源怒以地图、遥感影像、调查统计资料为主，而地学信息图 落兵鸯极其攀富毂数字化豹痿惠来源。瓣地戏测系统瞧建立，3 s 技术豹提襄，强像 与各种信息分析处理技术与软件的改进，遥感、台站随络、调麓统计、电子撼图、 g i s 以及数字地球建设都为地学信息图谱提供了丰富的、源源不断的各种数字化信 患，失地学傣息图谱鲍建嶷创造了良好的条传。 士 缝耧潮类登变耽格翳专爨鬻等，建立空阕数豢痒嚣穰癍韵瘸霞数撂瘁，拱嚣落势拆 誉3 章基母l i s ，g t $ 静区域肆察动态变德翻潜稳实证研究 使用。 3 3 。4 捶蘩泰土姥麓嚣藿惑粪谱藕建盎 本研究撒赢耕地，园地，林地，居褥点殿工犷、交通用地，水体，朱利尉溉的 变化佟为主癸研辩对象，将遥感软件处理盾的1 9 8 9 年和2 0 0 0 年的土地利用数据静入 a r c g i s 羧穆孛，嚣鼹g i s 囊麓癸瓣凄爨势裂建立2 麓零疆瓣豢主蟪聪麓凳霹臻露 信惠黼谱( 豳3 - 3 ) 、2 0 0 0 年福硝市土地利用最观格硒信意瞬谱( 蹲3 - 4 ) ，并袋厢不 同年份土地利用类篓! 转化比较法建立t1 9 8 9 2 0 0 0 年祸州市不阎土地利用类型变 馨绩感溪谗爨争醅器l 懿窖嚣霉疆魏赘吏逢囊薅演变道纛熬蔫惑餮遥嚣 3 - 6 ) 以及获巾掩取的建设月蛾变化鹜港( 弱3 0 褥对褥磁年辩每土地稻厢癸罂离 备土地利用类融转化的面积大小( 表3 - 2 ) 燃外，考虑到信息图谱的建溉目的乏一悬 臻黎掰簧簿蘩惠滏卷臻态嚣示。瘗予蘧戆簸璎嚣囊鬻势繇褥塞熬主遮糕焉变瑟嚣魏 含8 鹈| 趣类穰艇转仡静僚精，圈澎魄较笺条，滚 ；姜：港鬻癸褥，嚣要努翳摄取所需甍静蒲 息图谱。在祸州市的土地利用嶷化中，耕地、林地_ 和建设用地的筒积嫩化量较大，而 嚣裁逡鬟建浚焉逸戆交接楚瀣海缝器发送缝送逮嚣嚣磷究戆鬟蠡瓣爨，嚣凳，零文 遥避奁询和鬟鬣矜新辐绥裔瓣穷式，麸意缝裁耀变鬣溪睁矜澍掇敷耱熊转纯为建设 用地和林地转化为建设用地的糍化图谱，如斛3 - 7 所示。 闰3 - 32 0 0 0 华福州市土地利用分布格局信息豳谱 戳辫3 - 3 l a n du s ed i s t r i b u t i o ni n f o m a t i o no ff u z h o uc i t y 蠢2 0 0 0 福建师范大学李慧珍硕士学位论文 地类 平面虚拟形态分类图 舞莰 ( 平 方千 米) 耕地 1 0 5 0 4 弄 ： ：r ，一； i - _ a m毒知；j i 匿霸三霸掣 巷一艘 _ 。= 。l 园地 能智 6 8 。7 口a # 。 4_ ：。d童l 。拶 。 r 秽 ，麓； 毒 ：鲁。 n ， 鼢 。一” 舒弋曩， 韩逸 ，蛾 、 ， ， 4 8 8 3鞴27 舻 啐+ ；? ，。“+ f 。器嚣j 蕉 爹謦荔魏。 气，t ；遘 第3 章基予r s ，g i s 的区域时空动态变化图谱的实证研究 城镇 嚣甓 心盘 点及 览通 用缝 1 7 8 5 拳髂 9 0 2 、， 漤厂选芦 束利 用地 ；l ”，鼍 始0 蠢 ”i j + ， 蛾h 觜 伊k 参 。孳乏。箩， 。# 嶂4 。套协。 墅3 - 42 0 0 0 年耩州攫地聪圉襞躐磅届信息图港 f i g 3 - 4i n f o r m a t i o nm uo fl a n d s c a p es t r u c t u r ef o rl a n d u s eo ff u z h o uc i t yi n2 0 0 0 3 l 福建师范大学牵慧珍硕士学靛论文 时f 砌一精埔9嗣岍荆：跏羼民点殛) l 矿交水俸。床烈用蟪p 遇阳她， t m 二 ，l ：，二 ，” 女 。逊乏 嚏? 户。时跫：， j 蔓；m 、 薅二哆 d 弩墓拓j 铽 m n 。】 * ：、； i 、 ，一 i o 罗。 _ f ；、 嘎。 蟛、 ， 媳j 产1 。 毽：芦。 气芦 黧3 1 9 8 9 2 0 0 0 每禳鳢零建羲l 羹l 交纯黎患辫谗 f i g 3 - 5 c h a n g eo fl a n du s ei n f o r m a t i o n i nf u z h o nc i t yf r o m1 9 8 9t o2 0 0 0 第3 章基币r s g i s 的区域时空动态变化图谱的实证研究 菡3 _ 61 9 8 9 2 0 0 0 年福州市土地利用演变过程的信息溺谱 f i g 3 - - 6i n f o r m a t i o nt u p uo fg r a d u a lp r o c e s so fl a n d u s ef r o m1 9 8 9t o2 0 0 0i nf u z h o u c i t y 图3 7交诧匿谱 f i g 3 - 7 c h a n g ei n f o r m a t i o n 塑塞塑蔓查堂童茎竺堡主璺丝笙苎 液3 _ 2 1 9 8 9 2 0 0 0 年福州市各种土地分类面积流向表平方千米 t a b 3 - 2t r a n s f e ro fl a n du s ea r e ai nf u z h o uc i t yf r o m1 9 8 9t o2 0 0 0 1 9 8 9 年 2 0 0 0 年土地利厢类型 士地利用 耕地园地 林地 建设用地水件 来利用地 樊壁 耕地 一 1 0 4 园地2 嚣雉6 建设h l 地一 水体 一 1 4 o 4 3 5 t 1 瓤2 一 1 o l l o 5 一 - l 9 o 8 & 3 _ 来剥用蝗 2 1一 o 。g一一 3 4 图谱的分析 3 。莲。l 主壹l 墼襞蔫类鳖交润格溻貉患蟊谱分耩 表3 一l 、阔3 3 、图3 5 表明，2 0 00 年福州市现有土地资源的擞要特点是林嫩和 建设用地的预积较大，其他地类占地面积相对较少，尤其是园地数爨较少。林地商 4 8 8 。3 孚方予桊，占慧嚣稷豹4 7 。9 ，圭瑟分毒在福建豢l 熬霸露酃遮区；建浚耀建 有1 7 8 5 平方千米，占总面积的1 7 5 ，主骚分布在中部、南部、东南部和东部地区； 耕地占地1 0 5 0 平方千米，占总面积的1 0 ，3 ，主要分稚在东南部署口东部、南部和北部 缝区；霆选糠慰骏少，骞6 8 。7 乎方予零，砉慧嚣舔懿6 7 ，除t 辏逮孛央集孛分蠢 的一小块茶翮外，其余分敝在南部和家部郊区。福州市是闽江入海口所在地，水域 主要分布在南部，由南台岛分成两支流，境内有八一、登云等水库。 3 。4 2 主缝剃蔫演变过程麓信息豳谱分析 利用g i s 的叠置分析和查询分析功能，将处理好的1 9 8 9 年和2 0 0 0 年的福州市 士地利用现状图叠置，产嫩士地利用变熙图及相应的属性集。表3 - 2 是利用g i s 空间 分撰方法获缮i 9 8 9 2 0 0 0 零摇瓣泰各秘主蘧裁爱类嫠褪互转纯熬缮采。 3 4 2 1 耕地的变化分析从表3 - 1 可知，耕地面积从1 9 8 9 年的1 5 3 3 平方千米减 少到2 0 0 0 年的1 0 5 ，0 平方千米，减少了4 8 3 平方千米，平均每年减少4 4 警方千 米。表3 麸菰壤上受荚傣缝显示襄逸舞其它爱趣戆转耗，主要怒交纯为藩晁赢及工 第3 章基予r s ，g i s 的鹾域时空动态变化图谱的实证研究 矿、交通用地、林地和园地，其中转化为居民点及工矿用地的面积最大，占耕地转化 隽英缝震逡嚣积戆5 6 5 ，其次是抟缝。图3 - 5 、黧3 - 6 透我鬃筵清楚缝番嚣这耱 变化，图3 - 7 ( a ) 和图争6 中开窗的遥感图像显示，1 9 8 9 2 0 0 0 年闯，在福州市的耕 地变化中，变为建设用地的耕地主要分布在南部和东部交通线、居民点以及闽江沿岸 辩透，在空瘸分布上存在壤砖集孛夔趋势，表骤辫遮麓减少是建设惩建扩张豹缝暴。 3 4 2 2 斟地的变化分析1 1 年阔，鞠她的面积增加了1 1 6 平方千米，其中，从 网地转为其它用地的面积为4 6 平方午米，同一时期由其它用地转为园地的面积为 1 6 2 平方予米。表3 2 霞零，嚣遮与辫缝之惩相互转化戆关系密诱，这当然与耱攘懿 效益有关；翻3 - 3 和图3 - 5 表明，园地分布相对分散，在j 艺部低山丘陵地区和南部、 东部均有分布。从图3 - 6 中可以看出园地转化为耕地集中在东部的琅崎岛上，而相 爱，辫缝转化为园缝集枣在毒部的露奁鼹上，开窑憨遥感銎像嚣零变纯鲍匿缝多分 布在屠民点附近。另外有部分西遗转化为建设用鳓，这主要是农城镇居民点向东和 向南用地扩张侵占园地的结果。 3 。4 2 。3 栋她的变纯分凝棼地用地鬣积在这l l 举阂也在减少，蘸积扶1 9 羽每裂 2 0 0 0 年躐少了2 8 。9 平方午米，平均每年减少2 6 平方千米。翻3 - 5 、图3 咱驻示， 减少的林地盘要是市区城镇用地周围( 东郝、北部) 的林地转化为建设用地，以及 南部的南台菇上原城镇用她附近、阂淡沿岸的转地转化失建设用蟪，遥感影像黪小 窗口开在南螽岛豹东南酃闽江沿岸。躜3 一国是钟对这释流翔律出豹交纯翻谱。 3 4 2 4 建设用地的变化分析由建设用地转化为其他土地利用擞型的极少，主要是 出其他土地剃甩类型转为建设用地，从1 9 8 9 年到2 0 0 0 年建设用她共增加6 1 5 平方 千米，每肇增加5 6 平方子米。表3 - 2 、图3 5 翻霭3 - 7 表鹅，增加豹建设麓缝主 耍是占用耕地、林地，主薅分布在旧城区的东侧和南部的南台岛上，即农村脶民点 外围、交通线甄侧以及闳泼附近，在空同形态上呈逐渐向沿海的东部和南部扩张的变 纯篾律，氇餐夺部分分露在j 艺郊麓棒蟪交诬秀建设籁l 缝，是薪绣豹农耱屠瑟杰福 州市是福建省省会，近年来尤其在马爆经济特区发展的推动下，城市的发展较快， 这需要更大的用地面积，从而导致建设用地面积迅速增加。 3 。重2 。5 承体察未翻焉缝戆奎耗分辑逡两耱邃类熬覆获在l l 颦嚣交纯苓文。拳 域范围以闽江入海段为主，南台岛西部有少量滩涂，除了市区肉几条主要的内河和 水库，其它城塘水面较少。图3 - 3 、熙3 - 4 都表明，未利用地分散在北郊的林地中 饔东嘉帮遮嚣，说臻福髑零郊魂骞多数囊遮嚣蚤资源。 福建师范大学李慧珍硕士学位论文 由以上对各地类变化分析得出，福州市土地利用变化的原因盘要是受社会经济 发震霹政繁熬影魂。在1 1 年期闼，壶予城泰发展，凝强枣建秘建方式发生一定菸 敬变，主要的转交轨迹为耕地和杯地面积逐渐减少，建设用地和溺地面积增加，黼且 逡些土地利用变化的现象存在着明显的空问差异化情形 3 4 。2 。6 各土缝毒睡是类黧懿发震趋势努携撮据黠矮建泰遥感鹜像瓣势爨及蓑臻漤 的建立，得嬲福； l 市耕地盘要分布于j k 郊裤地当中和南部、东部的两岛上，将来其面 积不断减少，转化为其它用地，其中转化为城镇、居民点的面积所出的比重最大，这些 减少的辫遮主要分布交逶线、屠民点以及闽江沿岸辩运：霆地零鬃势枣东部、麓罄熬 离上和林地畿中，将来有增加的趋势；和西地不同的是林地，主黉呈连续片状分布 在东部、东南部和北郊，搬将来有减少的趋势：居民点工矿及交通用地沿闽江流域成 片帮呈条带状分布，将不断沿交通线穗闽江向东部、褒部的边缘蟪带自乡 扩展，覆积 将逐年增麓；承体帮未秘髑土瑰在面积_ 穰分布形态上将变亿不大。 3 4 3 土地利用变化筠自然因素的关系研究 福期索处予沿海季风气娱区，困鬻辫地戆分毒，零荸裂是承爨，与遣貌关装密凌。 水田一般分布在河口冲秘平原，河流两岸居民点附j 驻，或市郊坡度在1 5 2 5 。的山 地丘陵，在人类长期的开发活动下，邀些地区越来越少，因而，耕地的面积总体是 减少雏；裰艇帝郊的林熄缳来蠹成冀分布，虽太部分坡度较小，掰跌在经济秘发过 程中容易被蠢用，扶表3 - 2 可知，袜魄的流向绝大部分是屠民嘏，还有部分坡度适 宜的林地转化为耕地和园地；未利用地的分布更是深受自然条件的影响，一熄肥力 较差的土地孵在历史上被嚣垦利用为耕缝，但随着生产力提裹，辫秘这秘遮靛裁 益并不离，缎采又被放弃成为未利用地；丽众骈溺知，建设霭地扩展静首选怒建设 基础条件良好，水源充足，农业基础好，交通方便的平原地区，因此东部和南部闽 涯沿岸的平骤地区有多种越类流向建设鹰地。 3 4 。4 土地利用变化社会经济、人口变化的关系探讨 城市是人类社会经济活动的载体，祸卅l 市是福建省的省会，人口逾百万的大城 露，因此禚娥枣区地铡惩的演交过稷除了受自然环壤靛制约终，还很大程嶷缝垂 社会经济发碰的速度、水平及结构来决定。本研究通过对1 1 年以来福掰市五酝的入 口、社会经济指标数据与士地利用数据( 变化面积最大的建设用地和耕地) 进行比 较分拆，找爨了它们之阗的变化联系，并做出以下曼露( 图3 8 ，鬻3 - - 9 ，匿3 一l o ) 。 第3 章羹于r s 。g i s 的醒域时空动态交化幽谱的实证研究 从图3 8 可以清楚地滑到，1 1 年来福州市的人风呈持续增长趋势，这与熊设用 姥瓣交化趋势一致，嚣与耪地瓣交纯憝势裰反，氇就是越来越多豹耪建转化兔建设 用地来增强城市的承载力。 图3 啕反映了福州市五个区的人口变化率的空阃分布，其中，南部的台江区和东 帮的马尾送黪入墨变化窭怒最大静，分裂是8 。1 8 秘7 。6 6 ，这与磷究粥阕转化免建设 用她的耕地的空间分布方位基本一致，也是集中在东部和南部。 图3 一1 0 是通过对1 1 年来福州市国民生产总值与建设用地、耕地面积进彳亍相关分 蛎作出的折线图。图3 - g 蛊鼹缝表明国氐生产总值与建设薅地委积的摆关性缀褒，提 芙系数为0 8 6 6 ，两国民生产总值与耕瑰面积呈负稳关关系，稳关系数为- 0 6 2 7 可见，缀济的增长、人口的增加悬城市土地利用类型演变方向的主要驱幼力因 予之一。 鹜3 _ 8 磷究麓阉人口与建设孺瑰、耪地的交纯 f i g 3 - 8 t h ec h a n g i n go fp o p u l a t i o n ，l a n do fc o n s