测绘学报

X射线脉冲星导航议说

魏子卿

2025, 54(2): 207-212. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240209

摘要 ( 98 )

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X射线脉冲星导航，本文定义为用飞行器测定脉冲到达的时间，推求空间飞行器的三维位置。当利用飞行器的先验轨道知识时，脉冲星导航实际上变成一种轨道改进。观测3或4颗毫秒脉冲星可以同时进行，也可以顺序依次进行。观测仪器可以是掠入射的反射望远镜，亦可是正入射的折射望远镜。后者有较短的焦距，适于导航设备的小型化和轻量化。脉冲星历表是脉冲星导航不可或缺的支撑条件，现在主要由地基射电望远镜网提供，将来可由空间飞行器本身产生。当前脉冲星导航的精度约为5 km，近期有望达到1 km，远期可能达到100 m的目标。脉冲星导航应用于深空，将来有可能扩展至近地空间。

地理空间数字孪生与时空智能

杨元喜

2025, 54(2): 213-220. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240515

摘要 ( 197 )

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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。

北斗长距离参考站网模糊度固定中电离层参数的优化方法

李军, 祝会忠, 刘智强

2025, 54(2): 221-232. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240270

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参考站网整周模糊度固定是网络RTK高精度实现的基础，但随着参考站间距增加，大气误差的空间残余使得参考站解算困难，特别是时空变化复杂的电离层延迟误差，严重影响参考站网固定的性能。参考站模糊度解算时将大气参数以随机游走的方式进行估计，本文在分析电离层功率谱密度（ionospheric power spectral density，IPSD）对参考站模糊度固定性能的基础上，研究不同差分间隔的电离层观测值的时变特性。通过观测噪声和电离层随差分时间间隔的不同变化趋势，削弱电离层观测值噪声来确定IPSD，优化参考站模糊度估计中电离层参数的随机模型，进而提升长距离参考站网的固定效率，不再采用未考虑大气变化的经验值或经验模型。试验结果表明，通过1 s采样间隔数据实时估计的IPSD可以优化参考站整周模糊度的浮点解精度，同时也能缩小整周模糊度的搜索范围，与电离层经验功率谱密度的参考站模糊度固定性能比较，本文方法在基线长度100 km以上的5个参考站网中收敛时间提升21%，模糊度固定成功率也得到相应提升。

IFCB时变特性约束的多频GPS/Galileo/BDS-3的PPP算法

路阳阳, 祝会忠, 李博, 李军, 徐爱功

2025, 54(2): 233-247. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240183

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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。

利用GRACE-FO卫星探测不同强度大地磁暴引发的热层大气密度及卫星轨道衰减变化

汪海潮, 王长青, 郭丁昊, 朱紫彤, 冯伟, 钟敏

2025, 54(2): 248-261. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240239

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目前太阳活动处于高峰期，导致大地磁暴频发，由此引发的热层大气密度变化对低轨卫星的轨道预测和空间飞行安全至关重要。重力卫星搭载的高精度加速度计能够有效探测卫星高度处热层大气密度变化，本文基于GRACE-FO重力卫星加速度计数据，反演了2019—2023年春分点附近发生的4次磁暴事件时的热层大气密度，首次定量分析了不同强度磁暴对卫星高度处热层大气密度和卫星轨道的影响，并利用经验正交函数法研究了密度变化在时空上的特征。结果显示：①GRACE-FO卫星加速度计对中至烈级磁暴的响应显著，X轴方向上的加速度计数据、热层大气密度和卫星轨道衰减率呈现出“山峰”现象。②时间维度上热层大气密度变化与Dst指数密切相关；在空间维度上，南半球的热层大气密度变化普遍高于北半球，且随着纬度的增加，热层大气密度变化更加剧烈。③白昼区热层大气密度变化受到磁暴影响的程度更大，大气温度是白昼区热层大气密度变化的重要因素之一。因此，本文的研究对于理解春分点附近时刻，不同强度大地磁暴对卫星高度处热层大气密度时空变化及卫星轨道衰减的影响规律具有重要的参考价值。

结构特征约束的三维浅剖声呐层界提取

李邵波, 赵建虎, 王爱学, 丁咚, 吴云龙

2025, 54(2): 262-271. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240143

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三维浅剖弥补了二维浅剖在水平成像空间覆盖度上的缺陷，为浅地层三维信息高质量获取提供了可能。但当前浅地层散射回波干扰严重、层界空间变化复杂，传统方法仅能实现二维层界提取且难以准确表达浅地层底质三维空间分布。为此，本文提出了基于层界面状结构和非垂直结构特征约束的浅地层三维层界结构增强RSE3D算法，提升层界提取的效果。首先，给出了顾及采样点空间分布的体数据生成方法，实现三维浅剖体数据生成；然后，将地层结构近似为面状结构并联合非垂直结构特征，提出了RSE3D算法，该方法有效压制了散射等回波干扰，凸显有了有效信息；最后，在此增强处理结果的基础上，借助阈值法实现了层界提取。经实测试验可知，本文方法的层界提取各项指标值均优于80%，体现了该方法在层界提取上的优越性。

近海强干扰区域高频全聚焦SAR波形污染识别与海面高精确提取算法

施宏凯, 何秀凤, 吴怿昊, 郑翔天, 宋敏峰

2025, 54(2): 272-285. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240103

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获取近海区域，特别是离岸3 km以内的海陆交界区的海面高度信息，一直是卫星测高技术面临的重大挑战。针对这一问题，本文深入研究了全聚焦SAR（fully-focused synthetic aperture radar，FFSAR）测高技术，提出了一种基于污染信号剔除和距离补偿的海面高提取算法，并引入验潮站数据作为独立验证数据，评估了不同沿轨向采样频率（20、80、200及600 Hz）下FFSAR在强干扰海域的测高精度。研究结果表明，在近海1~3 km的强干扰海域：①将FFSAR采样率由20 Hz提升至200 Hz，可以显著提升数据可用性及测高精度。②基于本文算法得到的200 Hz测高结果与验证数据差异的标准差分别由20 Hz结果的0.36（TGWD）、0.31（EEMSHAVEN）、0.68（DENHELDER）和0.17 m（IJMON）降至0.22、0.22、0.48和0.14 m，精度提升超过20%。③在200 Hz采样率下，相较MWaPP和PP-OCOG算法，本文算法得到的测高结果与验证数据的一致性更高。

GNSS-声呐观测反演双指数温度剖面

朱冀星, 薛树强, 李保金, 肖圳, 王凯明

2025, 54(2): 286-296. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240065

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GNSS-声呐定位技术需要现场声速剖面测量，观测成本高且在一定程度上限制了应用服务的实时性。为解决这一问题，本文提出了一种双指数温度剖面模型，构建了附加海洋环境先验信息约束的声速剖面反演模型。利用日本长期的GNSS-声呐观测数据集，验证了双指数温度剖面反演的优越性。结果表明，基于双指数模型反演声速的均方根误差（RMSE）为5.54 m/s，优于基于单指数模型反演声速的RMSE为6.92 m/s。且在浅层，基于双指数模型反演声速精度优势更为明显，10～300 m的浅层平均偏差、标准差（STD）和RMSE分别为1.76、6.36和6.59 m/s，而基于单指数模型的相关统计指标分别为2.03、7.94、8.19 m/s；在300～500 m的中间层，基于双指数模型反演声速的平均偏差、STD和RMSE分别为0.07、3.18和3.18 m/s，而基于单指数模型的相关统计指标分别为-2.76、3.75、4.65 m/s。此外，当采用本文反演的双指数剖面代替现场实测剖面进行海底基准定位时，水平方向上的误差均值和标准差分别优于0.2 mm和2 mm，垂向误差均值和标准差分别优于3 mm和2 cm。这表明所提出的双指数模型可以实现厘米级精度的定位精度，并显著提高声速剖面的反演精度。

结合配准补偿和空间约束的隧道三维建图方法

张星, 黄展鹏, 李清泉, 周宝定, 李麒沛

2025, 54(2): 297-307. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240018

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三维地图对于隧道的施工安全预警和长期安全维护至关重要。然而，在纹理缺乏、结构粗糙且存在动态干扰的隧道环境中，生成准确的三维点云地图是一项具有挑战性的任务。本文提出了一种隧道三维建图方法，用于构建超长且高噪声隧道场景的点云地图。首先，提出了一种配准残差补偿模型，以减少由粗糙表面结构引起的配准误差。该模型利用K均值聚类算法识别非平整表面结构，并通过局部区域残差进行有效补偿。然后，提出了一种基于视场最大化的空间约束模型，以排除绝对测量偏差造成的点云误差。为了验证本方法的性能，本文在钻爆法和盾构法隧道的二次衬砌和管沟敷设阶段进行了试验。结果表明，该方法较主流建图算法FAST-LIO2、Faster-LIO和LiLi-OM具有更准确的轨迹估计和地图构建。此外，本文进行了一些消融试验，以进一步阐明不同模型在隧道三维建图中的作用。

顾及正负样本优化的滑坡易发性评价

刘雅婷, 陈传法, 何青鑫, 李坤禹

2025, 54(2): 308-320. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240094

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在滑坡易发性评价中，样本类别的不平衡容易导致评价结果偏向多数类样本，而样本优化能够有效解决由此引发的滑坡预测偏差。然而，传统样本优化方法通常聚焦于正负样本在特征空间的差异性，而忽略了正负样本间的地理位置差异及同类特征因子间的复杂非线性关系，容易导致选取的样本存在片面性和单一性等问题。为此，本文提出了一种顾及样本优化的滑坡易发性评价方法。该方法首先设计了顾及空间相关性的地理环境相似性准则进行欠采样，然后构建了一种非线性合成过采样法进行过采样，最后采用了多粒度级联森林模型进行滑坡易发性预测。本文以宜宾市为研究区，借助统计学指标从模型精度验证和易发性分区统计两个方面评估模型性能，并将本文方法与9种传统方法对比表明：在面对不同程度的正样本量缺失条件下，本文方法的预测精度始终最高，并且所划分的易发区更符合实际滑坡灾害分布状况。

卫星激光测高产品定位精度初步验证与分析

于启凡, 付安民, 李少宁, 刘晓彤

2025, 54(2): 321-333. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240132

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有效评价卫星激光测高数据的几何定位精度是保障其产品应用的基础和前提。卫星在轨后激光光轴指向和平台稳定会随时间推移发生变化，从而引起激光光斑在地面定位位置出现偏差。本文针对句芒号卫星激光测高系统的工作模式，首先对激光足印相机上的光斑位置和光轴指向进行确定，提出一种基于光斑能量梯度最大的椭圆拟合方法（MG-EFM），分析卫星在轨后激光出射指向的稳定性；再利用高精度地形数据标校激光足印点在地面的位置，对激光几何定位精度进行分析。试验结果表明：①MG-EFM方法提取足印光斑中心的精度优于0.1像素，可用于激光光轴指向的稳定性监测，并对短期内激光光轴的漂移误差进行有效识别；②在东北虎豹国家公园地区句芒号激光几何定位相对稳定，发现随着卫星测量环境和观测时间的不同，激光光斑定位呈现时变性的误差分布特性，尤其是昼夜观测的激光光斑在地面定位存在10 m左右的不一致性。为满足卫星激光测高产品的业务化应用需求，后续应增加地面控制数据来提升产品的几何稳定性。

城市排水管网流量预测多视图时空图神经网络模型

涂伟, 池向沅, 赵天鸿, 杨剑, 朱世平, 陈德莉

2025, 54(2): 334-344. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20230329

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城市排水管网的流量是其运行效率和安全的关键指标，准确的流量预测对排水管网运行风险预警、优化其运行效率及规划布局至关重要。水流量不仅受到其自身动力学特性的影响，还与管网的空间结构紧密相关，但传统水流量预测方法较少关注水流在管道之间复杂多维的空间依赖关系。针对这一问题，本文提出了一种基于多视图的时空图网络模型，该模型综合考虑了排水管网的空间邻近性和节点间的属性相似性。分别构建最近邻拓扑视图与流量相似性属性视图，使用时空图卷积网络挖掘流量特征的内在时空依赖，利用注意力机制对多个视图的时空依赖特征进行融合以获得流量预测值。利用某市排水管网历史水流监测数据进行试验，结果表明本文提出的多视图时空图神经网络模型取得了较好的预测性能，多视图对比试验验证了不同视图在模型中起到的贡献。

基于奇偶排序改进Vatti算法的GIS矢量多边形CPU-GPU混合并行叠加分析方法

王珊珊, 范俊甫, 张志锟, 韩建云

2025, 54(2): 345-355. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20230369

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矢量多边形裁剪是GIS领域中重要且常用的基础功能之一，地理空间数据规模的爆炸式增长给传统裁剪算法的计算效率提出了更高的要求，当前矢量多边形裁剪算法日益呈现计算密集和数据密集的特点。针对这一现象，本文基于矢量多边形裁剪Vatti算法，优化其数据结构，将GPU众核并行技术应用到构建局部最小点表和有序扫描束的环节中，当Block大小为128，裁剪多边形顶点数达到3 276 800时，在求交算子操作下，对多边形裁剪Vatti算法的加速比达到2.55倍。在此基础上，本文基于CPU多线程并行技术进一步利用计算资源，提出了通过顶点数量对数据集进行分割并实现混合并行加速的优化方法（VSHP）。针对一个大规模数据集，由主线程读取数据后根据顶点数和线程数对原始数据进行划分，之后交由各线程进行计算，期间依次调用GPU对最小外包矩形过滤、构建局部最小点表和有序扫描束环节进行加速，最后当所有数据任务计算完成后，由主线程完成结果的归并和输出。试验表明，当调用4个线程时可获得理想的加速效果，在动态调度策略下启用16个线程时可获得最高19.15倍的加速比。本文通过CPU-GPU的混合并行优化技术，尝试在较低的能耗下实现桌面上的高性能计算，旨在为传统矢量多边形裁剪算法在廉价消费级硬件平台上获得高性能加速优化提供一定的参考价值，降低地理信息数据规模化应用的成本。

基于差分隐私的矢量地理数据脱密方法

徐雅鑫, 徐彦彦, 欧阳雪, 徐正全

2025, 54(2): 356-370. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20230321

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矢量地理数据必须采用脱密方法降低几何位置精度后才能安全共享和使用，现有脱密方法均无法对方法的安全性和脱密数据的可用性进行定量分析，难以实现安全性和可用性的最优均衡。本文首次将差分隐私技术应用于矢量地理数据脱密，创新性提出一种基于差分隐私的矢量地理数据脱密方法（DP-VGS），将现有非线性变换的脱密模型和差分隐私技术结合，通过敏感区域的划分和聚合、脱密安全预算的分配，使得敏感性高的区域脱密后的安全性更高；设计一种基于函数扰动和截断拉普拉斯机制的脱密模型加噪保护方法（FM-TL），提高脱密数据可用性。理论证明DP-VGS满足ε-差分隐私，即给定脱密安全预算ε的值，能够确定脱密模型的安全性并得到脱密模型的误差上界；并且这种基于差分隐私的脱密方法能跟现有脱密模型兼容。在4个真实数据集上的试验结果表明，本文方法达到了使脱密数据安全性和可用性最优的目的。

基于图神经网络的多尺度网状河系分类匹配方法

黄哲琨, 钱海忠, 蔡中祥, 王骁, 王俊威, 孔令辉

2025, 54(2): 371-384. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240145

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多尺度网状河系匹配是水系数据集成、融合与更新的重要组成部分。鉴于现有网状河系匹配方法未对匹配模式进行预先识别，并缺乏针对性的匹配策略，本文提出基于图神经网络的多尺度网状河系分类匹配方法。首先，将大比例尺网状河系构建为图结构，将其与小比例尺河系之间的匹配模式作为节点的标注，并计算节点特征；然后，利用图神经网络对节点特征进行采样和聚合，建立起河段特征与匹配模式之间的映射关系；最后，根据河系中各河段的匹配模式类别，对其采取相应的匹配策略。试验结果表明，本文方法有效提高了网状河系的匹配精度，具备较好的理论与应用价值。

面向虚实融合的应急导航符号动态参量配置及其认知工效分析

刘嵩雯, 黄丽娜

2025, 54(2): 385-396. doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240039

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随着混合现实技术的发展，虚实融合地图应运而生。现有的虚实融合地图广泛使用动态符号，但尚缺乏面向用户认知的动态符号可用性研究，符号参数的适应性也有待验证。本文以应急导航为应用情景，提出虚实融合的动态符号设计方法，采用眼动跟踪技术开展视觉认知试验，分别从符号的静止与运动模态，旋转、跳跃和缩放变化效果，变化速度分级参数3个层次探究动态符号配置的适宜策略。试验结果表明，动态符号可获得与静态符号相仿的认知效果；在符号动态旋转、跳跃和缩放3种变化方式中，缩放效果在信息处理和视觉搜索比较中表现较好；动态符号的变化分级中，选择2~4个等级较合适，随着分级数目的增加，人们识别、加工处理、记忆符号的难度显著增加。

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