時空異常探測理論與方法.pdf

1、時空異常很可能是一類當前未知的、潛在有用的重要信息，代表地理現(xiàn)象或地理過程的特殊性。時空異常探測已在環(huán)境保護、地質(zhì)災害監(jiān)測、地球物理勘探和化探數(shù)據(jù)分析、公眾安全與衛(wèi)生等領域受到很大關注。本文圍繞時空異常探測理論與方法展開研究，提出了空間、時空異常探測的若干方法。主要研究內(nèi)容包括： （1）在基礎理論與方法方面，首先系統(tǒng)地回顧了現(xiàn)有空間、時空異常探測的研究成果，分析歸納了現(xiàn)有方法存在的問題：然后，總結(jié)了時空數(shù)據(jù)的特征及分類方法，進而

2、分析了時空異常的特征，探討了時空異常的分類方法；最后，討論了時空異常探測的框架，并將異常探測分為異常探測和異?？煽啃栽u估兩個階段。 （2）針對基于統(tǒng)計學的異常探測方法存在的問題，提出了基于鄰近域的空間、時空異常統(tǒng)計判別法，顧及了空間、時空的基本特性。該方法通過為每個對象建立空間、時空鄰近域，并在鄰近域內(nèi)使用“k倍標準差”準則判別對象專題屬性的異常性。進而，發(fā)展了有約束的空間異常探測方法。 （3）針對現(xiàn)有空間聚類方法大都只

3、考慮空間距離、忽略專題屬性相似性的問題，本文提出了基于雙重距離的空間聚類方法（DDBSC），將所有空間鄰近且專題屬性相似的空間對象聚為一類，并在聚類結(jié)果中探測空間異常。為適應空間局部密度差異的特性，提出了密度自適應的空間聚類方法（ADBSC），并與專題屬性概念格方法結(jié)合，進而探測空間異常。 （4）為了使用聚類方法探測時空異常，本文提出了基于專題屬性概念格的時空聚類方法（CLBSTC）。CLBSTC綜合運用ADBSC聚類和概念格構

4、造方法，首先將時空上鄰近的、專題屬性概念格相同的對象聚為一類，然后在聚類結(jié)果中探測未歸屬任何時空簇的時空異常。 （5）在運用智能計算探測空間、時空異常方面，本文將BP神經(jīng)網(wǎng)絡引入空間、時空異常探測過程，探討了相應的BP神經(jīng)網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構、學習樣本的設計、學習規(guī)則等內(nèi)容；然后將網(wǎng)絡輸出結(jié)果與原始數(shù)據(jù)的距離定義為異常度，進而探測空間、時空異常。通過多組實驗表明，在輸入向量中加入空間、時空聚類編號和異常數(shù)據(jù)項相關的專題屬性項時，BP神

5、經(jīng)網(wǎng)絡輸出誤差最小，探測的空間、時空異常最為穩(wěn)定。 （6）由于空間、時空數(shù)據(jù)本身和計算過程都不可避免地帶有不確定性，因此需要對探測結(jié)果進行可靠性評估。本文將異?？煽啃栽u估分為異常過濾和異常評價兩個步驟，提出了基于關聯(lián)規(guī)則的時空異常過濾方法，從候選異常集合中剔除所有符合關聯(lián)規(guī)則的數(shù)據(jù)。為了定量評價時空異常的可靠性，本文在關聯(lián)規(guī)則挖掘表的基礎上，提出了異常支持度和置信度的概念，用于描述異常的可靠性。為了有效獲取空間、時空關聯(lián)規(guī)則，本