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2012年 第41卷 第3期    刊出日期：2012-06-25

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学术论文

基于四元数微分方程的高分辨率卫星遥感影像外方位元素求解

龚辉,姜挺,江刚武,张锐,贾博

2012, 41(3):  0-416. 

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通过对高分辨率卫星遥感影像成像机理进行分析，提出了一种基于四元数微分方程的外方位元素求解方法。该方法采用四元数描述影像成像姿态，建立了基于四元数微分方程的成像几何模型。为求解该模型，引入 3 个独立的解算参数，计算过程中不直接求解姿态四元数，而是解算参数，使得未知数个数与现有方法相同，并采用 Tikhonov 正则化理论进一步求解方程。实验结果表明该方法正确可靠，具有很好的稳定性和适应性，解算参数的引入效果显著，可明显提高定位精度，并且完全避免了三角函数运算。

局部单应约束的高精度图像自动配准方法

杨化超,张磊,姚国标,王永波

2012, 41(3):  0-416. 

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提出一种基于SIFT特征的鲁棒图像匹配算法。算法分为两个阶段：(1) 初始匹配。综合利用SIFT特征匹配方法和基于SIFT特征尺度和方位信息的自适应归一化互相关(Normalized Cross Correlation, NCC)方法建立初始相关，并基于几何关系一致性检测剔除误匹配；(2) 匹配传播。在初始相关的基础上，利用自适应NCC和局部单应约束进行匹配传播，迭代产生更多的匹配点并采用几何关系一致性检测剔除可能的误匹配。初始单应采用最小二乘匹配方法估计得到，并采用自适应NCC为其提供良好的初始值。与现有的基于SIFT特征的图像配准方法相比，算法在抗几何变形和配准精度等方面具有优越性。

多波段InSAR差分滤波相位解缠方法

靳国旺,张红敏,徐青,秦志远,,施全杰

2012, 41(3):  0-416. 

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依据干涉图零中频矢量滤波经验，提出了多波段InSAR干涉图的差分滤波相位解缠方法。该方法将较短波长干涉图与较长波长干涉图的解缠结果进行差分处理，以降低干涉条纹频率，提高滤波效果和相位解缠性能，从而以较长波长干涉图的解缠结果指导较短波长干涉图的相位解缠。它充分利用了不同波段干涉图之间的互补相位信息，提高了相位解缠的可靠性和解缠精度。采用由DEM仿真的多波段干涉图进行了相位解缠试验，得到了满意的解缠结果，验证了该解缠方法的有效性。

高分辨率卫星遥感影像姿态角系统误差检校

袁修孝,余翔

2012, 41(3):  0-416. 

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本文简要介绍了高分辨率卫星遥感影像的严格几何处理模型，提出了较为严密的影像姿态角系统误差检校模型。通过对SPOT-5、CBERS-02B两种卫星遥感影像的试验验证了模型的正确性。经对影像姿态角系统误差进行补偿后，明显提高了卫星遥感影像对地目标定位的精度，且优于影像姿态角常差检校的精度，目标点平面定位精度达到了±2~3 pixels的水平。

月球视面中心拟合算法及其在测月快速定向中的应用

詹银虎,张超,郑勇,杜兰,唐家祥

2012, 41(3):  0-416. 

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基于电子经纬仪对月球明亮区域边沿的观测采样，提出一种月球视圆面中心拟合算法，推导了详细的计算公式。通过实际观测实验验证了该算法的可靠性，较好地解决了月面中心的确定问题。在此基础上，探索了一种新的测月快速定向方法，运用此方法成功实现了天文定向，内符合精度和外符合精度均优于±2.0″。测月定向可有效弥补传统天文定向夜间只能依靠观测恒星进行的不足，有效扩展天文测量的使用范围。由于太阳的视面也是正圆，因此本文的测月定向方法同样适用与测日定向。可以预见该项技术具有较好的应用前景。

基于自检校的机载线阵CCD传感器几何标定

王涛,张永生,张艳,范大昭

2012, 41(3):  0-416. 

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本文将基于附加参数的自检校光束法区域网平差技术应用于机载线阵CCD传感器几何标定中，以ADS40为对象，分析了集成传感器成像几何关系，建立了GPS观测值数学模型、IMU视轴偏心角模型及用于标定的自检校光束法区域网平差模型；深入分析机载三线阵CCD传感器成像误差特性，建立了相适有效的相机标定参数模型；采用检校场ADS40数据进行了标定试验，结果表明几何标定方法可行有效，可显著提高测量精度和可靠性。

一种改进的SAR图像聚焦算法

倪崇,王岩飞,徐向辉,周长义,崔鹏飞

2012, 41(3):  0-416. 

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针对现有的相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus, PGA)算法的加窗方法和特显点选取所存在的问题，该文提出了一种改进的PGA算法。该算法提出一种新的确定相位误差点扩展函数(Point Spread Function, PSF)支撑域的方法，该方法计算方位向上能量分布的平均值作为支撑域外的平均能量，以此来确定加窗的宽度。基于这种自适应加窗方法，该文还提出一种改进的特显点选取方法，该方法能够选择信杂比大的特显点，去掉信杂比小的特显点。实验结果表明，与传统的加窗方法和特显点选取方法相比，该方法能够得到更好的聚焦效果。

基于边界探测的InSAR最小二乘整周相位解缠方法

陈强,杨莹辉,刘伟堂

2012, 41(3):  0-416. 

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为解决最小二乘相位解缠方法一直存在收敛性差和非整周性相位解算问题，本文提出基于解缠边界探测并搜索整周相位值的解缠方法，采用最小二乘次优解与最优解的阈值判别准则，预测解缠趋势并逐步推进相位解缠边界，通过在解缠迭代计算中附加相位搜索增量以提取相位整周值。实验分别基于噪声干扰的模拟图与ERS-1/2卫星覆盖香港和深圳地区的SAR影像干涉图，采用边界探测算法开展相位解缠计算，试验结果表明，本文解缠方法对附加强噪声的模拟干涉图能正确解缠出99.5%的相位值，真实SAR影像干涉图的解缠精度达到±0.12rad。

基于等高线Delaunay三角网的等高线树生成方法

张尧,樊红,黄旺

2012, 41(3):  0-416. 

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等高线树是表达等高线空间关系的有效手段，能明确地表现等高线的邻接和包含关系，为等高线的其它处理提供便利。本文研究如何利用Delaunay三角网构建等高线树，提出了一种新的等高线树生成方法。该方法充分利用Delaunay三角网在领域分析中的优势，通过两次利用Delaunay三角网来判明等高线的空间关系进而达到统一被图廓截断的等高线以生成等高线树的目的。本文将等高线作为约束边构建约束型Delaunay三角网，利用Delaunay三角网查找具有邻接关系的等高线，在此基础上结合邻近等高线的高程关系判明、识别，最终统一被截断的等高线；然后对统一后的等高线再次利用Delaunay三角网查找具有邻接关系的等高线对，利用等高线对的高程关系判断出其为父子关系或兄弟关系，据此将等高线插入到相应的位置，逐步生长成等高线树。本文同时给出了基于Delaunay三角网的等高线树生成方法的算法设计及实验结果。

病态总体最小二乘问题的广义正则化

葛旭明,伍吉仓

2012, 41(3):  0-416. 

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总体最小二乘法通过建立合理的“变量中的误差模型”(Error—In—Variables, EIV)得到更加准确的解算结果，在近几年得到了广泛的应用。基于病态最小二乘理论分析可知，系数矩阵在很大程度上均存在一定的病态性，其对求解结果将造成不稳定的影响，正则化方法是处理该类病态性问题的有效工具。总体最小二乘(TLS)算法可以视为一个降正则化的过程，对比最小二乘算法，病态总体最小二乘方法的解受数据误差和观测值误差的影响将更为严重。本文探讨用广义正则化的方法降低病态性对总体最小二乘数值求解的影响，以提高求解结果的稳定性。通过多组算例结果表明：本文采用的广义正则化方法在处理病态总体最小二乘问题上具有明显的优势。

基于改进二维离散希尔伯特变换的图像边缘检测方法

王珂,肖鹏峰,冯学智,吴桂平,李晖

2012, 41(3):  0-416. 

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提出一种新的基于二维希尔伯特变换的边缘检测方法。对于频域信号而言，希尔伯特变换不改变信号的幅值，而仅仅改变其相位，即负频率的相位作+90°相移，而正频率作-90°相移。经由傅里叶变换后，边缘特征呈极值状态，因此本文利用二维离散希尔伯特变换实现边缘检测。由于二维离散希尔伯特变换结果具有方向性，因此提出利用两个呈正交性的二维离散希尔伯特变换的幅度平方和来检测图像边缘特征。此外将高斯核函数引入到希尔伯特变换中，以减少图像噪声对检测结果的影响，并根据PSNR(峰值信噪比)来确定最佳参数σ，从而得到理想的边缘检测效果。为验证该方法的检测结果，本文将所提方法与传统边缘检测算子的检测效果进行了比较分析。并将该方法运用于卫星遥感图像中，结果表明该方法可以有效地应用于边缘检测工作中。

一种基于局部判别正切空间排列的高光谱遥感影像降维方法

石茜,杜博,张良培

2012, 41(3):  0-416. 

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高光谱数据的非线性性质是不可忽视的重要特点，现有的流形学习方法通过保持局部数据点间的线性关系进行降维，能有效的提高地物的分类精度。但是大多数基于流形学习的降维方法不能同时兼顾类内样本的几何结构与类间样本的判别信息。为此，本文发展了一种基于局部判别正切排列（Local Discriminative Tangent Alignment, LDTSA）的高光谱影像降维方法。LDTSA源于局部正切空间排列（LTSA）中的排列机制，在一个局域块内利用线性局部正切平面对类内样本的流形结构建模，同时还考虑到类间的判别信息以最大化判别边界。本文利用了多幅高光谱数据进行降维和分类实验。实验结果表明，LDTSA主要有三个优点：1）在小样本问题上性能稳定；2）在降维过程中保持类别间的判别信息；3）有效的保持数据集的局部流形结构。

集成激光雷达数据和遥感影像的立交桥自动检测方法

李卉,钟成,黄先锋,李德仁

2012, 41(3):  0-416. 

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针对城市复杂立交桥的空间特性，提出集成激光雷达数据和遥感影像实施立交桥的快速自动检测的技术流程和关键技术，突破了单纯利用遥感影像难以实现立交桥自动检测难题。最后，利用实际数据验证了整个流程和关键技术的可行性、有效性。

长距离网络RTK基准站间整周模糊度单历元确定方法

祝会忠,刘经南,唐卫明,高星伟

2012, 41(3):  0-416. 

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本文提出一种长距离网络RTK基准站间的整周模糊度单历元确定方法。该方法首先利用载波相位模糊度间的线性约束关系对双差宽巷模糊度进行搜索。为了减小非弥散误差残差对载波相位模糊度解算的影响，采用了一种新的根据高度角重新选择基准卫星的方法。然后根据双差宽巷模糊度选取双频载波相位模糊度的备选组合，利用基准站间非弥散误差残差的计算值对双差载波相位模糊度进行搜索和确定。经实验算例的验证，该方法快速、稳定、不受周跳影响，只需一个历元的观测数据就可以确定长距离基准站间的双差整周模糊度。

基于区域平均垂直不确定度的自适应格网水深建模方法

贾帅东,张立华,宋国大,丁金挺

2012, 41(3):  0-416. 

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提出了一种基于区域平均垂直不确定度的自适应格网数字水深模型(Digital Depth Model)构建方法。利用水深不确定度及其传递机制，计算建模区域的水深平均不确定度，自动确定格网剖分层次和组织水深数据；并在公共边界处增加约束条件，解决相邻格网区域的水深模型不连续问题。实验证明：(1)在水深变化趋势不一致的区域，不确定度法所构DDM，比等间距法和水深复杂度，具有更高的质量。(2) 相对于等间距法来说，不确定度法能自动确定格网剖分层次和格网大小，保证模型质量达到预先设计的指标要求；相对水深复杂度法来说，具有更强的自适应调控能力。(3) 不确定度法比水深复杂度法具有更高的自动化程度和效率。

A10-022绝对重力仪在庐山短基线的测量试验与分析

王林松,陈超,杜劲松,王同庆

2012, 41(3):  0-352. 

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参考经验模态分解-独立分量分析及其在GPS多路径误差处理中的应用

罗飞雪,,戴吾蛟,唐成盼,黄大伟,伍锡锈

2012, 41(3):  0-416. 

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多路径误差在绝大部分应用中，其测站间相关性很弱，不能通过差分观测得到有效削弱，成为高精度GPS动态变形监测中的主要误差源。当天线与周围环境变化很小或不变时，多路径误差具有很强的重复性，利用周日重复性建模是改正多路径误差的一种有效方法。但随着时间的推移，多路径效应的重复性会逐渐降低。此外，多路径效应误差占据的频率范围比较宽，容易与结构的低频振动位移混合在同一频率带内，而传统信号处理方法多从频域进行处理，对于频率混叠这类情形的效果不甚理想。为此，针对GPS多路径误差的特点，结合具有良好多尺度分解能力的经验模式分解方法（EMD）和具有良好盲分离能力的独立分量分析（ICA）方法，提出了带参考信号的EMD-ICA方法来削弱多路径效应的影响，应用实例的结果证明了该方法的有效性。

中文文本的空间关系标注

张雪英,朱少楠,张春菊

2012, 41(3):  0-416. 

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自然语言中描述的空间关系，比GIS空间关系更接近于人们的认知习惯和语言使用习惯。自然语言中空间关系理解是GIS空间关系研究的基本问题之一，包括空间关系语言结构识别和空间语义解析两个过程。语料库标注的任务是对语言中特定信息进行分析，发现文本中特定领域信息的语言结构，建立描述它们的元数据，进而为文本中的信息解析提供标准化训练和测试数据。本文通过分析中文文本中空间关系的描述和表达特点，制定了中文文本的空间关系标注体系和标注规范，并以GATE为标注平台，采用交叉标注方式建立了基于《中国大百科全书中国地理》的空间关系标注语料库，较为有效地解决了当前相关标准和规模化标准数据匮乏的问题，为中文文本中空间关系理解研究奠定了数据基础，有助于人们更加深入地理解空间认知和空间语言的表达规律，提升GIS空间查询、空间推理、地理信息检索和地理信息服务的智能化水平。

球冠体积分的重力异常正演方法及其与Tesseroid单元体Taylor级数展开方法的比较

杜劲松,陈超,梁青,王林松,张毅,王秋革

2012, 41(3):  0-416. 

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利用重力资料研究区域乃至全球地质问题时，重力或重力异常正演方法最好从基于直角坐标系向球坐标系方向发展。本文对近似的球冠面积分重力异常正演方法进行改进，使其计算精度和计算效率都得到很大程度地提高；再通过模型试验，分析了Tesseroid单元体基于Taylor级数展开的方法、球冠面积分方法及其改进的球冠体积分方法的计算精度与稳定性，最后指出Tesseroid单元体基于几何中心Taylor级数展开方法的计算精度受级数展开次数、单元体表面大小、厚度、深度、计算点高度与空间地理位置的影响，近似的球冠面积分方法的计算精度受模型重构精度、单元体厚度、深度与计算点高度的影响，而球冠体积分方法只受模型重构精度的影响。Tesseroid单元体基于几何中心Taylor级数展开的方法由于无需坐标系旋转与模型重构，因而适用于重力三维反演，而球冠体积分方法由于其计算精度高适用于局部、区域或者全球的较高精度的重力或重力异常正演。

不同类型识别变量的AR模型异常值探测的Bayes方法

张倩倩 归庆明 王延停

2012, 41(3):  0-416. 

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摘 要：本文讨论时间序列数据中异常值探测的Bayes方法。该方法针对AR模型引入不同类型的识别变量，通过比较这些识别变量的后验概率值与事先给定的阈值来进行异常值定位；基于Gibbs抽样算法，提出了识别变量后验概率值的计算方法和异常值的估算方法；进行了大量的试验和应用，证明了该方法对于解决时间序列数据中在同一时刻或不同时刻出现加性异常值或革新异常值的探测问题，是可行的和有效的。

利用谱分析法估计GRACE Follow-On地球重力场的空间分辨率

庞振兴,姬剑锋,肖云,李迎春

2012, 41(3):  0-416. 

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本文利用轨道扰动引力谱分析的方法有效估计了未来GRACE（Gravity Recovery And Climate Experiment）Follow-On卫星反演地球重力场的空间分辨率。基于GRACE Follow-On卫星的轨道特性，从垂直和水平两个方面计算了其在高空所受到的扰动引力谱，并根据谱特性及星载加速度计的测量噪声水平分析了该卫星能反演重力场的阶数。利用EGM96重力场模型分别计算了200km和250km轨道高度处GRACE Follow-On卫星受到的扰动引力谱，分析其垂直特性表明：在两个轨道高度处能分别能反演241阶的地球重力场模型。利用两颗同轨重力卫星相距50km的特性，计算了200km和250km轨道高度处纬度相差0.5o的两颗卫星纬向扰动引力差，即扰动引力水平分量，分析其谱特性，表明：在两个轨道高度处能分别能反演至339阶和283阶的地球重力场模型。

基于优化包络相关法的罗兰C天波延迟估计算法

吴苗,柳林涛,边少锋,苏晓庆,王国成

2012, 41(3):  0-416. 

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针对低信噪比条件下，罗兰C天波信号延迟时间估计的准确性和有效性问题，提出了基于优化包络的相关系数时域法。首先，分析了标准罗兰C信号包络的特征，并分别采用微分和二次微分方法对罗兰C信号包络进行优化，形成陡峭的包络信号上升沿。然后，利用相关系数法对接收信号包络和参考信号包络进行匹配，形成的匹配峰值分别对应地波和天波信号到达的时刻，由此可获得天波信号的延迟时间。最后，通过仿真分析和实测信号试验验证，证明了该方法能满足数字化接收机的实际要求，并具有更高的抗干扰能力、估计准确性和自动识别功能的特点。同时，估计的结果还可以作为判别相位跟踪和周期识别正确率的辅助依据。

测绘快报

我国第一颗民用三线阵立体测图卫星—资源三号卫星

李德仁

2012, 41(3):  0-416. 

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摘要：今年5月18日是王之卓院士逝世十周年纪念日，王之卓院士早在1965年发表的“航空摄影测量科学技术的现代发展”一文中科学地预测到“将来人造卫星会为测图人员提供编制或修订地球上地形图的像片”，2012年1月9日，我国成功发射了第一颗民用三线阵立体测图卫星“资源三号卫星”。本文简要介绍了我国第一颗高分辨率立体测图卫星资源三号卫星的平台、载荷、地面处理及影像产品和在轨测试取得的初步成果，谨以此文纪念先辈王之卓院士逝世十周年。

开放式空间基础信息平台的发展特征与技术内涵

郭仁忠,刘江涛,彭子凤,唐岭军

2012, 41(3):  0-416. 

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基于测绘和地理信息产业发展背景，针对日益增长的数据融合、实时共享、深度处理和个性化的需求，对数字城市中测绘服务特征进行分析，重点介绍符合云计算模型的开放式计算环境、多路径数据更新、多源数据一体化集成、全尺度城市编码、自适应空间数据处理和动态在线制图等理论、方法与关键技术。在此基础上，研制开发了开放式空间基础信息平台，并成功应用于数字深圳的建设中。