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2012年 第41卷 第6期    刊出日期：2012-12-25

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学术论文

数字国界构建技术研究与工程实践

陈军,华一新,王发良,陈宏兵,刘万增,周治武,张毅

2012, 41(6):  791-796. 

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边界定界与管理事关国家主权与安全。以定性分析和模拟推算为主的传统技术手段，难以有效地支撑精确高效定界和动态维护管理。针对这一重大应用需求，我有关部门启动了专项建设工程，以超媒体数据建模为基础、精准化定界分析为核心、集成化信息服务为依托、建成了中国“数字国界”，为国界划界、勘界、联检及管理提供了全新技术手段，有效提升了外交国界工作的整体技术水平。

函数极值法求解三频GNSS最优载波相位组合观测量

李金龙,杨元喜,何海波,徐君毅,郭海荣

2012, 41(6):  797-803. 

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GNSS三频载波相位组合观测量可以提高模糊度解算成功率和周跳探测与修复的可靠性。本文将载波相位组合观测量的噪声放大系数表示为与组合观测量波长和电离层延迟影响系数相关参数的函数，提出基于函数极值法求解特定波长和电离层延迟影响系数下的噪声最优线性组合系数。理论推导和计算结果表明，波长较长且以周为单位噪声放大系数较小的三频载波相位组合观测量，其以周为单位的电离层延迟放大系数随组合系数之和的增大而增大，约为线性组合系数之和的2.3倍；而电离层延迟影响较小且以周为单位噪声放大系数较小的三频载波相位组合观测量，其波长随线性组合系数之和的增大而减小。

确定大地水准面的Tikhonov最小二乘配置法

欧阳永忠,邓凯亮,黄谟涛,暴景阳,陆秀平吴太旗,刘传勇

2012, 41(6):  804-810. 

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LSC法（最小二乘配置法）因能融合不同种类重力观测数据确定大地水准面的特性而受到广泛关注，但由于协方差矩阵存在病态性，微小的观测误差将被协方差矩阵的小奇异值放大，导致计算的配置结果不稳定且精度偏低。本文提出Tikhonov_LSC法，即在LSC法中引入Tikhonov正则化算法，基于GCV法选择协方差矩阵的正则化参数，利用正则化参数修正协方差矩阵的小奇异值，以抑制其对观测误差的放大影响。基于Tikhonov_LSC法计算大地水准面，能有效提高其稳定性和精度。通过以EGM2008重力场模型分别计算山区、丘陵和海域重力异常作为基础数据确定相应区域大地水准面的实验，验证了该方法的有效性。

卫星地面轨迹分段拟合确定交叉点的方法研究

周晓光,苗洪利,王云海,范陈清,崔廷伟,张杰

2012, 41(6):  811-815. 

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用于消除交叉点测量误差的平差法、高度计海况偏差校正及大地水准面模型的建立等都以轨迹交叉点数据为基础。找到一种高效且精确确定交叉点位置的方法十分重要。本文以Jason-1卫星高度计为例，设计了11种弧段分段类型并据此进行拟合以确定交叉点的精确位置，从获取有效交叉点的数量和效率两方面分析，采用12段的分段拟合方法效果最优。不同倾角卫星地面轨迹会发生变化，分段节点需要根据轨迹曲线特征适当调整。本文分段设计方案及最优分段选取方法对任何倾角的卫星依然适用。

导航卫星速度和加速度的计算方法及精度分析

李显,吴美平,张开东曹聚亮,黄杨明

2012, 41(6):  816-824. 

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导航卫星自身的速度和加速度的计算是利用GNSS解算用户速度和加速度的前提和关键，其计算精度也直接影响解算结果。系统分析和总结了基于广播星历和精密星历的导航卫星速度和加速度的计算方法，包括：(1)基于广播星历的公式法；(2)基于导航卫星位置序列的数值差分法；(3)基于导航卫星位置序列的解析差分法。首先在基于广播星历的公式法中,推导了Kepler根数型、GEO型、位置-速度型等三类广播星历计算卫星速度和加速度的解析计算公式，通过比较表明：(1)广播星历解析公式总体计算精度较低；(2)位置-速度型广播星历的加速度计算精度高，而Kepler型广播星历的速度计算精度高；(3)高轨道卫星的速度、加速度计算精度优于中轨卫星。进一步分析了基于精密星历的数值差分法和解析差分法的卫星速度和加速度的计算方法，两种方法的比较研究表明，解析差分法虽然在计算效率上具有优势，但利用短期位置序列建立的解析模型难以表达卫星的真实轨道特征，导致计算的卫星速度较数值差分法低，但两者的加速度计算精度相当。最后通过来自于连续运行参考系统(Continues Operational Reference System, CORS)站点上的实测数据对上述各方法的计算精度进行了评估和比较，表明数值差分法具有最高的速度和加速度计算精度，在高精度应用中应尽量采用。

GPS/GLONASS组合静态相位相对定位算法

段举举,沈云中

2012, 41(6):  825-830. 

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论文介绍了GPS/GLONASS组合静态相位相对定位模型，将GLONASS双差观测方程的模糊度参数表示成参考卫星的单差模糊度和双差模糊度参数；用误差分析法证明了单差模糊度按实参数估计不影响基线解算精度，而GLONASS双差模糊度必须按整参数进行解算；用Helmert方差分量估计确定GPS和GLONASS观测值的合理权比。实际观测数据处理结果表明：GPS/GLONASS组合定位较单一系统解算的基线精度均有提高，尤其比GLONASS单系统的解算精度有显著提高，比GPS单系统的精度也有适当提高，其中单历元基线解算精度约提高了10%，当单一系统的可用卫星数少于4颗时，GPS/GLONASS组合定位更具有应用价值。

适用于多值曲面修复的空洞边界提取方法及应用

程效军,何桂珍

2012, 41(6):  831-837. 

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摘要：针对常用的空洞边界提取方法在噪声干扰和投影单值方面的缺点，提出一种能克服投影重叠问题而适用于多值曲面修复的空洞边界自动提取方法。首先求出散乱点云的K近邻，利用推进式逐层求解法ALS将各近邻域点投影至平面；然后在平面内进行网格划分及提取边界网格，在此基础上应用最小凸包法提取边界线；最后，进行空洞边界与物体本身边界的识别，为了验证其有效性，将该方法应用于后续的空洞填充及曲面重构中，并用测量采样点到所建曲面模型的最大距离和平均距离为定量评价指标进行精度分析及评价。试验结果表明，采用ALS以及最小凸包法能够保留特征和避免投影重叠，所提取的空洞边界精确，能够满足后续建模的需要。

利用经验模态分解和主成分分析的SAR图像相干斑抑制

王文波,赵攀,张晓东

2012, 41(6):  838-843. 

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对SAR图像应用对数加性噪声模型，将经验模态分解(Empirical mode decomposition, EMD)与主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)相结合，提出了一种基于PCA的EMD相干斑抑制算法。根据对数SAR图像中相干斑噪声的统计特性和高斯白噪声经EMD分解后的能量分布模型，近似估算SAR图像经EMD分解后各层内蕴模态函数中所含噪声的能量；将内蕴模态函数利用PCA进行分解，根据PCA对含噪信号的分解特性和内蕴模态函数中噪声能量所占的比例，选择合适的成分分量重构内蕴模态函数，以进一步去除噪声保留有用的细节信息。仿真实验结果表明,本文方法在有效抑制相干斑噪声的同时可以较好地保持边缘纹理细节的清晰。

公用主影像干涉图加权叠加方法及其在地面沉降监测中的应用

龙四春,张诗玉,冯涛,李黎

2012, 41(6):  844-850. 

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提出一种新的顾及相干图质量权重的加权叠加方法，以相干图中相干点的数量成正比来定权，避免了相干性太低的影像参与等权计算。阐述了公用主影像干涉图加权叠加方法的基本原理和数据处理流程，在公用主影像优化选取、减弱大气延迟影响、提高信噪比的数学模型进行改进，降低了影像数要求，提高了监测精度。选择天津地区2003到2006年11景ENVISAT ASAR数据，通过模型优化选取14529影像为公用主影像，进行干涉图加权叠加方法的实例解算，获得比传统DInSAR和Stacking方法更优的监测结果,其精度与精密水准测量相当。

利用灭点进行相机检校与定姿的充要条件及其不确定性分析

李畅

2012, 41(6):  851-856. 

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本文探讨和论证了利用三个正交方向的灭点进行相机的内外方位元素定标与定参的不确定性问题，给出了灭点定参的充要条件，着重探讨了双正交方向灭点联合误差分布下解算第三灭点的问题，补充了相对误差椭圆估计灭点的不确定性方法，并提出了利用Monte-Carlo 方法模拟第三灭点空间分布和估算分布范围大小（面积）的算法。本文不仅丰富了利用灭点定参的基本理论与方法，而且揭示了灭点空间分布规律和不确定性，为研究灭点基础应用的普适性提供理论依据。

微粒群优化方法的遥感影像变化检测研究

戴芹,刘建波,刘士彬

2012, 41(6):  857-863. 

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针对目前多时相光谱直接变化检测方法存在训练样本分布限制和样本特征组合单一的缺陷问题，本文将微粒群优化方法引入遥感信息变化检测领域，构建了基于微粒群优化方法的遥感信息变化检测方法，在变化监测的过程中，通过变化规则的自动搜索和建立，实现了遥感影像变化信息的一次性直接提取。在方法验证过程中，选择北京为实验区，成功实现了应用微粒群优化方法对实验区2000年至2006年、2006年至2009年两个时间段的遥感影像进行了土地覆盖类型的变化信息检测，并将应用微粒群优化方法与决策树（C4.5和PART）、最大似然等方法的变化检测结果进行了对比分析。结果表明，微粒群优化方法能够自动搜索变化规则，得到的变化规则比决策树方法更简单，并能够获得更高的检测精度。

时间序列InSAR技术中的形变模型研究

张永红,吴宏安,孙广通

2012, 41(6):  864-869. 

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时间序列InSAR技术,包括PS-InSAR技术和小基线集InSAR技术, 能有效克服传统D-InSAR的失相干限制, 逐步成为形变测量中的实用化技术。但是, 现有时间序列InSAR技术主要采用线性函数对真实形变进行模拟, 在真实形变呈现强烈的非线性时, 这种处理将不能得到正确的形变结果。本文就时间序列InSAR的形变模型问题展开研究, 首先从干涉相位模型解算的方法入手, 深入分析了线性形变模型的不足, 当干涉点目标的密度不够并且真实形变的非线性较强时, 干涉相位方程的解将会发散。根据魏尔斯特拉斯逼近定理, 提出以高阶多项式取代线性形变模型, 并给出了基于多项式形变模型的干涉相位方程解算方法。 利用太原市2003-2009年的23景ENVISAT ASAR影像, 分别采用线性形变模型和三次多项式形变模型, 利用小基线集技术进行了形变反演。将这两种方法得到的结果分别与水准测量结果进行了比较。结果表明, 采用多项式形变模型不仅能取得更高的形变测量精度，而且能提高点目标的密度。由于高阶多项式总能比低阶多项式更准确地拟合连续函数, 因此本文提出的多项式形变模型在时间序列InSAR形变监测中具有广泛的应用价值。

影像与LiDAR数据信息融合复杂场景下的道路自动提取

李怡静,胡翔云,张剑清,江万寿,张永军

2012, 41(6):  870-876. 

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城区的道路自动提取受场景复杂度的影响一直是极具挑战的任务，尤其是阴影和遮挡较严重地区的道路提取难度较大。结合LiDAR数据和高分辨率遥感影像，提出一种自动道路提取方法。该方法首先对滤波后的点云强度信息获取初始道路中线及道路关键点；将地面点云强度，离散度及高分辨率遥感影像光谱数据多重信息融合建立道路模型，并以优化后的道路关键点作为种子点利用动态规划计算模型最优解，进一步提取道路网。试验表明，该方法在城市复杂场景下的自动提取主要道路是有效的。

附约束条件的立体相机标定方法

郑顺义,黄荣永,郭宝云,胡堃

2012, 41(6):  877-885. 

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在计算机视觉和摄影测量领域，经常应用立体相机对场景进行高精度的三维重建，其中立体相机的内参数和相机间的固定相对关系的高精度标定是关键的环节。本文推导了立体相机系统的两个相机间之间固定相对关系的六个独立约束条件，并利用这些约束关系按照附有限制条件的间接平差模型进行自检校光束法整体平差解算，从而实现立体相机的标定。最后的模拟数据和实际数据试验说明固定相对关系约束条件的引入，能够有效增加平差系统的多余观测数，提高标定的精度和稳健性。此方法能够方便地推广到多个相机组成的多相机立体量测系统的标定中。

多参考点的PS-InSAR变形监测数据处理

朱武,张勤,丁晓利

2012, 41(6):  886-890. 

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针对永久散射体干涉测量（PS-InSAR）基线网平差数据处理过程中单参考点存在导致的解不够稳定和不够可靠的问题，本文提出了一种结合地面监测资料的多参考点PS-InSAR数据处理方法，并研究推导了相应的处理模型；该方法在PS基线网处理中引入多参考点参与解算，一方面提高了解算结果的稳定性，另一方面通过增加多余观测获取最优参数解，提高了解的可靠性。本文利用覆盖西安市的13景Envisat ASAR数据以及5个角反射器（CR）、GPS点作为参考点，分别获取了单参考点和多参考点下的平均形变场，通过与4个检核点的比较，表明多参考点结果比单参考点更吻合于地面观测资料，证明了该方法的优越性。

基于改进的像素级和对象级的遥感影像合成分类

李刚,万幼川

2012, 41(6):  891-897. 

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像素级和对象级的分类研究分别作为两个独立的方向开展，二者的结合与优势互补还没有引起关注。本文对像素级和对象级分类方法的结合做出新的探索，提出了基于改进的像素级和对象级的遥感影像合成分类方法。首先，以一种改进的RBF神经网络分类器进行像素级分类、以一种基于改进模糊支持向量机和决策树的层次分类模型进行对象级分类，获得多层次分类结果。然后，提出了一个具体的像素级分类与对象级分类的合成算法，对多层次分类结果进行合成。实验表明，合成分类方法能有效地提高分类结果的精度，提供比单一像素级方法或对象级方法更准确的分类结果。

大数据量遥感分类图像的动态矢量化算法

荣岳成

2012, 41(6):  898-903. 

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针对大数据量遥感图像矢量化时间效率低和空间瓶颈问题，采用顶点提取过程中同时进行图斑矢量化的策略，提出一种适应大数据量遥感图像的动态矢量化算法。首先，统计图像中各图斑的顶点个数，将其作为图斑顶点集合能否构成封闭多边形的判定条件；然后，在顶点提取的过程中发现有能够成封闭多边形的图斑顶点集合，立即将其矢量化并释放其所占内存，图斑矢量化时直接将顶点构建成多边形无需生成中间弧段，并即时形成拓扑关系。实验表明，文中算法能快速高效地完成大数据量遥感图像矢量化，速度是ARCGIS（9.2版本）矢量化算法的3~4倍。

根据人卫激光测距、GRACE和地球物理模型求解地球低阶重力场季节变化

曲伟菁,吴斌,周旭华

2012, 41(6):  904-909. 

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本文利用2002年4月至2010年10月的Lageos1和Lageos2两颗激光卫星观测数据、GRACE以及地球物理模型三种独立的方法计算地球低阶重力场系数J 的变化，根据大气压强数据计算 J 时分别按反变气压计（IB）和非反变气压计(NIB)两种假设进行计算。通过分析 J 的季节特性表明，大气在NIB假设下得到的周年振幅比在IB假设下得到的振幅大3倍左右，相位相差47°；大气和陆地水的质量变化对 J 周年变化的贡献占主导地位，海洋的影响最小；大气、海洋和陆地水得到 J 半年振幅和相位值与SLR得到的振幅和相位值吻合较差，尤其是在IB假设下大气得到的结果与SLR结果相差最大； SLR、GRACE和地球物理模型三种独立方法得到的 J 周年项之间吻合相对较好，GRACE得到的周年振幅比SLR得到的周年振幅大50%左右， SLR观测得到的 J 周年振幅介于在NIB和IB两种假设下地球物理模型得到的结果之间；GRACE与SLR得到的 J 半年项的振幅相同，在IB假设下AOW得到的 J 半年振幅和相位与SLR结果差异最大。

移动立方体算法的地质体三维空间形态模拟

邹艳红,何建春

2012, 41(6):  910-917. 

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针对地质勘察中地质体采样数据离散且不完备，基于这些数据难于构建地质体三维模型的问题，一种基于Marching Cubes算法的地质体三维空间形态隐式模拟方法被提出。此方法首先运用空间插值方法，推断和预测地质体的分布趋势，构建地质体三维空间规则数据场；在此基础上，采用Marching Cubes算法实现由网格离散点到三维等值面的模拟，提取出三维地质体的光滑等值曲面；最后结合OpenGL三维可视化技术，通过计算机图形学中的微小三角面逼近来实现地质体的三维空间形态的可视化。通过实例，将这种方法应用于基于钻孔勘探数据的矿体三维空间形态模拟，快速构建了矿体三维模型，模拟结果接近于传统的手工圈定边界和进行矿体推断而建立的三维模型，证实了该方法的可行性和高效性。

退化四叉树格网的全球多分辨率DEM无缝表达

赵学胜,范德芹,王娇娇,王磊

2012, 41(6):  918-925. 

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为了实现全球多分辨率地形快速、高效模拟与可视化表达，本文探讨了基于球面退化四叉树的全球多分辨率DEM无缝建模方法，主要内容包括：提出了一种基于球面退化四叉树的全球DEM分块建模方法；设计并实现了四叉树块内（相邻节点间相差任意剖分层次）、四叉树块间、四叉树与非四叉树块间的自适应无缝拼接算法；应用VC++语言和OpenGL工具，设计开发了相应的可视化实验系统，结果表明：该模型方法实现了全球多分辨率DEM的无缝表达，并在保证精度的同时有效简化了全球DEM格网的数目，简化效率为66.8%（剖分层次为12）。

插值条件下格网DEM坡度计算模型的噪声误差分析

卢华兴,刘学军,王永君,田梓文

2012, 41(6):  926-932. 

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针对目前DEM（Digital Elevation Model, DEM）数字地形分析的精度评价多数不考虑DEM误差的空间自相关性或仅仅采用经验的自相关性模型问题，本文从DEM插值入手，从理论上推导了插值条件下格网DEM邻域窗口内坡度噪声误差的空间自相关性模型以及坡度精度模型，并选取典型的插值方法和坡度差分算法，从实验角度分析了在顾及和不顾及空间自相关性两种情况下的格网DEM坡度计算模型的噪声精度，实验结果表明：坡度精度受DEM噪声误差的空间自相关性影响较大，并与DEM插值方法和坡度计算模型中的差分算法有关。

利用概率松弛法的城市路网自动匹配

张云菲,杨必胜,栾学晨

2012, 41(6):  933-939. 

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多源空间数据匹配是空间数据集成与互操作，变化检测与数据更新的重要前提。路网数据匹配在导航、智能交通和基于位置服务等领域具有重要的研究意义和实用价值。本文提出一种基于概率松弛方法的城市路网自动匹配方法，该方法首先通过路段间几何差异性估算候选路段的初始概率，然后根据邻接候选匹配路段的兼容性不断更新原概率矩阵直到收敛于某一极小值。最后基于收敛的概率矩阵计算各候选路段的结构相似性，并通过设定相应的规则选取和提炼1: 1, 1: M和M: N匹配对。实验选取中国武汉，瑞士苏黎世地区的OpenStreetMap数据与导航数据进行匹配算法的验证。结果表明：本文算法对非刚性偏差较大的路网数据能达到较高精度，不存在匹配方向性问题，且能够识别1: 0, 1: M和M: N匹配。