大语言模型的迅速发展为GIS分析提供了全新路径，并催生了大语言模型驱动的GIS分析技术体系（LLM4GIS）。本文基于截至2024年10月的研究，首先梳理了GIS分析的演进脉络，从应用模式、数据基础和评价方法3个方面总结了LLM4GIS的技术体系，然后归纳了LLM在知识问答、知识抽取、时空推理和分析建模等GIS分析任务中的研究进展，最后针对多模态时空数据协同解析、泛化能力与垂直深度平衡、可解释性与可信度提升、具身智能与端侧智能转型以及GIS分析智能化与普适化5个方面，展望了GIS4LLM的未来研究方向，为实现LLM4GIS与GIS4LLM的双向赋能提供启发。
我国北斗卫星导航系统已完成全球组网，开始向全球用户提供导航定位与授时服务。基于早期多系统兼容互操作的原则，目前市场主流的GNSS接收机均支持多系统的卫星信号接收。近年来，出于对自主性和安全性的考虑，一些部门和行业提出了使用单北斗满足高精度导航定位的需求。由于单北斗接收机在信号捕获时不能依赖其他系统信号的引导，其硬件及定位性能将可能发生改变，因此亟须对目前国产单北斗接收机的导航定位性能进行评估。本文选用M300 Pro单北斗接收机，开展了一系列测试评估试验，在对接收机的首次定位时间、信号质量和观测噪声等硬件性能进行分析的基础上，使用我国自主研发的北斗高精度数据处理软件平台（GSTAR）对静态站坐标解算、伪距单点定位、精密单点定位（PPP）、静态基线解算及实时动态定位（RTK）等定位性能进行了分析与讨论。试验结果表明，所选单北斗接收机冷启动时间低于40 s，平均观测数据完好比超过95%，伪距和载波相位观测噪声的标准差分别为0.051 7 m和0.003 4周，与国内外多GNSS系统接收机的硬件性能基本一致。利用所选单北斗接收机，可实现水平3.5 mm，高程9.9 mm的静态站坐标单天解精度；单历元伪距单点定位精度水平为2.208 m、高程为2.502 m；静态仿动态PPP固定解水平方向优于3 cm，高程优于5 cm，收敛时间优于27 min；20 km以内短基线天解重复性精度水平方向优于0.7 cm、高程方向优于1.8 cm；短基线RTK定位精度水平方向优于3 cm、高程方向优于5 cm。以上结果表明，所测国产单北斗接收机具备独立提供可靠的高精度定位服务的能力。
传统地面大地测量时代建立起来的高程基准理论，难以全面适应地球重力场与卫星大地测量高速发展的需要。本文严格依据几何物理大地测量学原理与大地测量基准性要求，通过研究将物理大地测量要素和概念统一到地固参考系中所需的理论基础和实现原理，简明演绎高程基准与地球参考系、重力场之间的理论和逻辑关系，从而重新审视高程基准的一些经典概念。本文主要结论及其具体大地测量学依据如下：①论证了若忽略大地水准面的几何形变，则无论是正高系统、正常高系统，还是重力位数系统，高程起算面都是大地水准面，说明解析正高比其他类型正高更适合高程基准目的。②严格依据大地测量学的基准性要求，丰富了地固参考系中高程基准的重力场理论基础，导出GNSS代替水准测量的基准性条件和实现原则。③推导了空间几何物理大地测量协同的地球质心与形状极定位理论方法。该方法不依赖地球物理假设或地球动力学协议，且完全独立于地球自转运动，由大地测量学理论，科学自洽地实现地球参考系的定位定向。④推导出等正高面平行于大地水准面、正常重力场只有3个自由度的结论，并有效解决高斯约定的大地水准面与重力大地水准面的协调一致性问题。
卫星重力测量技术作为现代大地测量学的重要突破，凭借其对地球表层和浅层物质质量变化的整体响应能力，已广泛应用于大地测量、水文循环、冰川消融、海平面变化和构造变形等关键领域。本文系统梳理了自CHAMP、GRACE到GRACE-FO以及中国重力卫星的任务发展与技术演进，聚焦下一代重力卫星计划，以及国际在研的新型量子重力任务的前沿趋势。在此基础上，全面总结了卫星重力数据从Level-0到Level-3的处理流程、关键反演方法、科学产品构建，及其在陆地水文、冰川、海洋、地震和高程基准构建中的典型应用。梳理分享了我国卫星重力应用体系当前所面临的数据质量限制、多源信号分离难题、人工智能模型可解释性不足及学科融合障碍等主要挑战，提出未来应加强“数据-场景-模式”协同创新，推动多源卫星组网与高精度建模，服务国家战略需求和全球可持续发展。
地球质心与形状极是描述和度量地球自转运动的大地测量基准。地球内部质量调整和物质运动无法准确测量，导致由地球物理流体数据推算的地球自转激发函数存在不确定性，制约了地球自转动力学机制的深入研究。本文通过统一大地测量和地球自转运动的地固参考系基准，解析各种大地测量要素的地球形状极变化与自转运动效应，从而发展空间几何物理大地测量协同的地球质心、形状极与多种自转动力学参数联动的监测方法，为深入研究地球自转的激发动力学机制与地球各圈层相互作用营造更有利的科学技术条件。本文主要结果包括：①推导出空间几何物理大地测量协同的地球质心与形状极定位理论，既能精密监测地球质心变化与形状极移时间序列，也能将当前地固参考系定位定向到指定时间段内的平质心和平形状极。②给出了地球卫星观测、VLBI运动学测量、地面站点径向位移和重力变化协同的地球质心、形状极与多种自转动力学参数联动的监测模型和算法，以改善地球自转动力学机理研究的约束条件。
2023年7月底，受台风“杜苏芮”“卡努”及地形等因素综合影响，北京及周边发生罕见的极端暴雨，造成严重的人员伤亡与经济损失；大气可降水量（PWV）作为影响降雨的主要因素之一，探究暴雨发生及发展过程与PWV的关系，对于进一步建立暴雨预警模型有重大意义。本文选取UTC 2023年7月25日至8月1日北京及周边地区34个GNSS站点、34个气象站、1个探空站点和ERA5数据，采用GAMIT 10.71反演高精度GNSS-PWV；提出了一种改进的插值算法并获取了本次极端暴雨期间北京及周边地区高时空分辨率的PWV空间数据；利用探空与ERA5数据，从多个角度对反演的PWV精度进行了详细评估；最后结合气象站降雨量数据，从时间和空间的角度分析了PWV变化与极端降雨之间的关系，并首次探讨了对流层延迟梯度和降雨走势的关系。结果表明，GNSS-PWV与RS-PWV的相关系数达到0.99，RMSE和bias约为0.52 mm和-0.52 mm；GNSS-PWV与ERA5-PWV的RMSE小于6 mm，bias范围为-4~1.5 mm；GNSS-PWV格网数据与ERA5反演的格网结果RMSE和bias均值分别为4 mm和1 mm。通过分析PWV与并址气象站降水观测的时间序列，发现PWV在此次降雨前极速上升，在降水过程中仍累积上升，降水结束后无法立刻消散的特性，这与此次降水接连受台风“杜苏芮”和“卡努”影响相关；其次，各站点处对流层延迟梯度展现出指向东北方向的一致性，这与PWV高值在空间上呈现由西南向东北的输送趋势一致，与实际降水路线相符。
时空信息新型基础设施的建设离不开新的软件中间件与地理信息服务模式。传统时空数据基础设施在云计算、人工智能和大数据的驱动下，正从数据服务走向智能计算服务。本文围绕时空智能计算服务平台，以数字地球立方体就绪型服务为目标，研究地球时空大数据组织、计算、推理等关键技术，研发算力-数据-算法深度耦合与开放共享的数字地球引擎系统，提供数据就绪、分析就绪、决策就绪的地球时空数据-信息-知识服务体系，构建“存-算-推”一体化开放地球引擎（OGE），形成基于时空立方体管理与分析地球时空大数据的新型时空信息基础设施。在此基础上研发了OGE原型系统，通过接入武汉大学及相关单位累积的多类型对地观测数据，开展了涵盖栅格、矢量与专题数据的典型时空分析试验，验证了OGE的地球时空大数据管理与分析能力。
同时定位与建图（simultaneous localization and mapping，SLAM）是地下空间自主探测、自动巡检和应急救援的关键。然而，地下空间巷道狭长、地形复杂、光照不均等使得激光点云和视觉图像匹配极易发生退化，进而导致多源传感器数据融合SLAM精度不足，甚至失效。为此，本文提出一种增强稳健性的多源传感器数据动态加权融合SLAM方法。首先，在视觉图像预处理阶段，采用了一种基于色调、饱和度、亮度（hue，stauration，value，HSV）空间的图像增强技术，结合单参数同态滤波和对比度受限的自适应直方图均衡化（contrast limited adaptive histogram equalization，CLAHE）算法，有效提升了地下空间图像的亮度和对比度，从而增强了视觉里程计的稳健性。然后，通过马氏距离一致性检验方法对各传感器的数据质量进行评估，分析数据退化情况，并自适应地选择适合当前场景的传感器数据进行融合。最后，在综合考虑各传感器关键参数的基础上，构建了多源传感器因子图模型，并根据数据质量动态调整各传感器数据融合因子的权重，形成多源传感器数据权重动态组合模型。为验证本文方法的有效性，使用自主设计集成的移动机器人在地下走廊、开挖的地铁隧道和煤矿巷道等典型地下空间中分别进行了试验，并与多种主流SLAM方法进行定性、定量对比分析。结果表明：本文方法最大轨迹均方根误差（root mean square error，RMSE）仅为0.19 m，以高精度地面三维激光扫描获取的点云为参考，平均点云直接距离比较（cloud to cloud，C2C）小于0.13 m，所构建的点云地图具有较好的全局一致性和几何结构真实性，验证了本文方法在复杂地下空间具有更高的精度和稳健性。
光学遥感影像因蕴含丰富地物信息被广泛应用于各类对地观测任务中，但常常受到云层不同程度污染，导致其数据质量和利用率显著下降。目前，学者们已针对光学遥感影像去云问题开展了大量研究，然而仍缺乏系统性总结与技术原理分析。对此，本文首先基于文献计量分析手段，调查了国内外相关文献发表情况，分别对薄云和厚云去除两大类研究开展系统且全面的梳理；然后，深入分析了不同去云方法所面临的核心问题、依赖的先验假设、解决思路及基本原理，并评估了其优缺点；最后，本文进一步总结和探讨了当前光学遥感云去除工作所面临的共性关键挑战和未来发展趋势。本文不仅能为读者全面了解光学遥感影像去云领域近30年来的研究进展提供关键信息，也为深入把握该领域的发展脉络和趋势提供重要参考。
深空导航是保障各类深空任务高效实施的基础要素，随着地月、火星等深空任务数量大幅增长及行星际任务距离极大延伸，航天器巡航、掠飞、绕飞、下降着陆及星表面有人、无人活动等场景对导航提出了越来越高的要求。常用的深空网等手段难以全面满足多任务、高实时、自主性等导航需求。本文分析了深空任务数量快速增长、目标聚焦月球和火星、性质由探索向开发转变、距离不断延伸的特点，归纳了地月转移、月球和火星近星体空间及表面、超远深空3类典型深空导航需求，梳理了在用、可用及研究3类深空导航技术手段的主要特征和趋势，最后提出了深空导航技术发展建议，包括持续提升在用类技术性能，积极推动可用类技术试验部署，以及加强研究类技术的基础性研究。本文的研究成果可为深空导航相关技术研究提供参考。
针对现有遥感影像变化检测方法存在多时相差异特征利用不足、多尺度特征融合不足等问题，提出一种时空差异增强与自适应特征融合的轻量级遥感影像变化检测网络。本文设计了轻量级时空差异增强模块，采用语义变化感知和空间变化感知的双分支结构，组合利用语义自适应增强机制和混合注意力机制，增强双时相特征图的空谱差异。不同尺度特征图通过边缘细化残差模块进一步优化变化区域边缘。还改进了双向特征融合金字塔结构，采用可学习的权重参数来量化不同尺度特征的重要性，实现多尺度特征的有效融合。选取10种主流的变化检测方法，在WHU-CD、LEVIR-CD、SYSU-CD和SECOND数据集上进行模型对比试验，结果表明：SEAFNet相较于多种主流的变化检测方法，在定性分析、定量分析、网络复杂度与准确度平衡方面均取得了比较优异的表现。
地理空间数字孪生是地理空间信息服务的基础支撑，也是社会智能化建设、规划与发展的重要辅助系统。地理空间数字孪生系统与其他工业数字孪生系统相比，在精确性、系统性和可靠性方面有更特殊的要求。本文提出了地理空间数字孪生系统建设的基本准则，涉及地理实体感知、描述、映射、统计、预测与动态推演全过程。特别强调，地理空间数字孪生实体感知必须精确、时空基准必须一致、属性描述必须正确、历史信息必须可信、映射关系必须严密、规律统计必须系统、变化预测必须可靠、辅助决策必须科学。粗略划分了地理空间实体感知、映射和动态推演所涉及的研究主题，论述了地理空间数字孪生与时空智能的关系及其地理空间智能研究的主要方向，梳理了地理空间数字智能建设需要解决的关键技术问题，特别指出，需要探讨数据驱动与模型驱动在大模型生成中的贡献率以及历史数据与现实数据在大模型生成中的贡献率优化分配问题。
实景三维中国建设是落实数字中国建设战略、推进国土空间治理现代化、加快测绘地理信息转型升级的一项重要举措，既是今后数十年国家和地方基础测绘的重大任务，也是一项涉及因素复杂、技术难度极大的科技工程。本文介绍了实景三维中国建设的基本思路，从4D产品到实景三维、从数据供给到时空赋能、从数字化到数智化；提出了实景三维中国总体技术架构，包括由地理实体、地理场景、地理实景等组成的产品体系，以提供时空连接、时空计算、时空智能服务为目标的服务赋能体系，以数智化生产、实体化管理、知识化服务为重点的数智技术体系；继而讨论了实景三维中国的主体技术，包括实体化建模、立体化重构、真实化描述和知识化服务等；最后从推动实景三维中国与“五位一体”总体布局深度融合的角度，探讨了实景三维赋能数字经济、数字治理、数字生活、数字文化、数字生态文明等5个应用场景。为切实做好实景三维中国建设与应用，今后还应加强战略谋划，推动科技创新，促进跨界融合。
多频高精度定位中需要考虑新频率对定位性能的影响。传统相位频间钟偏差（inter frequency clock bias，IFCB）处理方法受制于参考站数量，且与接收机和卫星相关的硬件延迟相关，影响多频精密单点定位（precision point positioning，PPP）的可靠性和准确性。针对IFCB对多全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）多频PPP的影响，本文提出了基于测站IFCB观测值提取功率谱密度（power spectral density，PSD）的算法，进一步构建IFCB参数时变特性约束的多频PPP算法，并全面分析了IFCB的时变特性和不同IFCB模型对非差非组合PPP性能的影响。试验结果表明：依据测站IFCB观测值提取IFCB功率谱密度可行且有效。相较于忽略IFCB方法，采用PSD约束的随机模型估计IFCB，PPP在收敛时间提升最大，提升46.51%，采用iGMAS产品和CNES产品平均提升43.54%、34.50%，三维定位精度分别提升41.68%、32.24%、24.64%。并且，将IFCB采用时变特性约束的随机模型参数优化方案能真实地反映IFCB变化。因此，在多GNSS多频PPP处理中，将IFCB参数采用时变特性约束的随机模型参数优化方案能够加快位置收敛速度，提升定位精度，优于产品改正方法，更有利于实时多频PPP的应用。
随着地图作为空间实践的重要媒介，广泛并深入地参与到社会建构过程，叙事地图成为当代地图学的重要分支。然而，由于叙事地图与“科学”地图的理论范式和表征机制存在差别，“科学”地图符号的理论与方法体系难以直接应用于叙事地图的研究。针对这一局限性，本研究首先立足于现代符号学的基本理论原理，深入探究叙事地图不同类型符号的视觉变量构成，结合皮尔斯理论对符号语义特征进行详细分析，并从社会符号学视角出发探讨符号互文关系，从语构、语义和语用3个维度构建叙事地图的符号体系。在此基础上，从两方面揭示叙事地图符号体系的叙述机制。一方面，基于结构主义符号学理论，将叙事地图与语言文本进行类比映射，提出叙事地图“文本”的语法规则，深入剖析语法规则创设的释义机制。另一方面，运用社会符号学“语境”理论，对叙事地图中的互文语境、情景语境及文化语境进行清晰的概念界定和内涵阐述，进一步厘清语境对叙事地图释义的规约机制。本研究为推动叙事地图的发展与应用提供了新的理论基础。
城市功能区的快速准确分类为城市规划和管理提供科学依据，有助于实现城市的可持续发展。尽管光学遥感影像提供了丰富的视觉信息，但其无法充分反映社会属性，易引发语义歧义。因此更多研究尝试联合使用包含城市社会属性的数据（如OSM数据）和光学遥感影像以期达到互补效果。但这一思路面临两个主要挑战：一是光学影像与OSM数据存在数据结构差异，传统的融合方法在特征提取阶段缺乏充分交互融合，导致模型难以充分学习数据之间的互补优势；二是随着模型学习使用的数据模态增多，训练一个稳定的模型需要更多的人工标注数据，但这显著提高了城市功能区分类模型应用的人力成本。针对上述问题，本文提出了一种面向城市功能区分类的光学遥感影像-OSM数据联合自监督学习方法。一方面，将OSM数据与光学影像在空间分布、数据结构等方面进行统一，然后在统一的多模态融合编码架构中进行特征提取和交互融合，以学习跨模态通用性表征。另一方面，采用自监督模型在大规模无标注数据上预训练，再通过少量标注数据将模型迁移到特定城市功能区分类任务中，从而减少人工成本。本文通过在北京、洛杉矶和伦敦3个大尺度区域进行城市功能区分类试验，证明了本文方法较现有主流方法的性能优势。
现有GNSS水汽层析在层析高度、垂直分层、水平步长等关键参量确定方面多为经验选取，缺乏普适性确定方法，导致层析结果差异较大、难以实现普适性水汽层析结果的落地应用。针对该现状，本文提出GNSS水汽层析关键参量普适性确定理论方法，解决水汽层析过程中最优建模参量无法确定的难题。首先，提出联合垂直分层廓线资料与水汽密度阈值的层析区域最优高度确定原则；然后，提出垂向分层水汽等权原则的最优垂直分辨率确定方法；最后，综合考虑测站密度和卫星截止高度角等信息，发展联合网格覆盖率最大化及非均匀对称水平网格划分思想的最优水平步长确定方法。选取香港区域2013年5月1—14日共14 d 12个GNSS测站及1个无线电探空站的数据进行试验。与现有经典方法对比，以无线电探空数据为真值，发现本文方法反演水汽密度廓线精度的平均改善率为12%；以欧洲中期天气预报中心（ECMWF）发布的第五代再分析数据集（ERA5）计算的斜路径水汽含量（SWV）为真值，本文方法反演得到SWV精度的平均改善率为29.5%。
分析城市生态质量的时空演变及其驱动因素，对区域环境保护与高质量可持续发展至关重要。本文基于多时相Landsat卫星遥感影像及相关辅助数据，利用遥感生态指数（remote sensing ecological index，RSEI），并结合Theil-Sen估计、Mann-Kendall趋势检验、Hurst指数、最优参数地理探测器（optimal parameters-based geographical detectors，OPGD）及多尺度地理加权回归（multi-scale geographically weighted regression，MGWR）模型构建了系统化精细化的城市生态品质评价分析框架。为了验证该框架在快速城市化背景下的适用性和有效性，本文将其用于探究过去20年东莞市的生态质量变化及其影响因素。研究表明：过去20 a间，东莞市生态环境质量经历了恶化-改善-再恶化的复杂动态变化过程。此外，前瞻性预测分析进一步明确了未来生态质量变化的重点区域，并识别出面临严重生态风险及具备较大改善潜力的区域。
多模态遥感对地观测和深度学习技术的快速发展，拓展了遥感变化检测的数据维度和方法维度，为更加自动化、精细化和智能化的变化检测奠定了基础。本文聚焦深度学习的变化检测，面向变化特征表达和网络学习策略两个基本科学问题，详细梳理了变化检测研究的演变过程。变化特征表达层面，呈现4个方面的研究趋势，即局部、全局到时空联合特征表达，单一模态到多模态特征表达，轻量级模型到大模型特征表达，以及二值到多类别语义特征表达；网络学习层面，呈现全监督、弱/半监督到无监督变化检测的发展趋势。在此基础上，探讨了当前基于深度学习的变化检测所面临的挑战，并结合当前人工智能技术的发展趋势，指出了图文融合、生成式、人机协同模式3个发展方向，以期为理论方法及应用研究提供方向及思路，助力提升遥感变化检测的智能化能力与应用水平。
城市是开放复杂且处于动态变化的“自然-社会”复合巨系统，系统内部不同功能和结构的子系统不断关联和作用，形成城市运行的内在逻辑。智慧城市为解决城市巨系统问题提供了可行路径，但以“自给自足”为主要特征的纵向耦合模式一定程度上违背了城市系统的运行逻辑，产生了大量“信息孤岛”，阻碍了城市高质量发展的进程。因此，本文从城市系统角度出发，立足于信息时代智慧城市的发展需求，从理论、技术、方法视角提出智慧城市建设横向耦合的共建共享逻辑，厘清哲学视角下的城市系统规律，提出智慧城市数字孪生平台的关键技术需求。本文期待为智慧城市建设、创新应用提供理论与方法支撑。
