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2011年 第40卷 第3期    刊出日期：2011-06-25

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学术论文

基于相似性保持和特征变换的高维数据聚类改进算法

王家耀，谢明霞，郭建忠，陈科

2011, 40(3):  269-275. 

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文章分别从相似性度量、特征变换以及降维转换器的生成三个方面进行研究，提出改进特征变换的高维数据聚类算法。首先，通过文中所设计的相似性度量函数 HDsim计算得到高维空间对象相似度矩阵，把相似度矩阵转化为距离矩阵，并利用近邻法创建距离矩阵相应的邻域图，根据最短路径算法Floyd，得到最短路径距离矩阵；其次，将高维空间中数据对象的二维映射过程（将高维数据转化为二维数据，使二维空间中各对象间欧氏距离趋近于高维空间对象间最短路径距离）转化为优化问题，并设计相应的适应度函数，利用遗传算法对其进行求解；最后，利用降维后的二维数据坐标点进行k-均值聚类，并根据（高维空间数据点坐标，降维后二维空间数据点坐标）值对进行RBF神经网络训练，保存训练好的神经网络，当一新数据对象输入时，利用训练好的神经网络对其进行二维映射，通过判断该对象与各聚类簇中心距离的远近获得其归属。通过对UCI提供的机器学习数据库中iris和zoo数据集的聚类分析，验证了文中所提出的高维数据聚类算法的有效性

学术论文

基于多方向多源合成孔径雷达数据融合的假彩色正射影像制作

张继贤,魏钜杰,赵争,黄国满

2011, 40(3):  276-282. 

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合成孔径雷达（SAR）为常年多阴雨、多云雾、多冰雪覆盖地区提供了一种有效的遥感对地观测手段。但对于中国西部等地形复杂区域，高山峡谷多、地势起伏大、地貌类型复杂，获取的SAR影像几何失真大，透视收缩、叠掩和阴影等现象严重，地形起伏引起的辐射畸变突出，严重制约了SAR测图的应用。针对复杂地形区域及SAR成像的固有特征，本文提出了一套基于多方向多源SAR数据融合方法与技术流程，并在自主软件“雷达测图工作站”的基础上开发了相应的软件模块，利用不同侧视方向、不同分辨率、不同极化的SAR影像数据，融合制作SAR假彩色正射影像：运用目标分解原理对多极化数据进行极化合成制作假彩色影像，在稀少控制条件下基于距离-多普勒模型实现对SAR影像的几何校正，并利用高精度DEM消除地形起伏引起的辐射差异，运用IHS变换法对同一侧视方向的高分辨率单极化和低分辨率多极化影像进行融合，最后，基于坡度坡向信息对多方向SAR影像正射影像中的叠掩、阴影区域进行信息补偿。本文采用横断山脉区域3米分辨率的TerraSAR-X单极化影像以及8米分辨率的RadarSAT-2全极化影像进行融合实验，制作了假彩色正射影像。试验表明，本文的方法是有效、实用的。目前，上述方法、技术流程和软件在“国家西部1:50000地形图空白测图工程”中已经得到了广泛应用。

顾及地形因素的卡尔曼滤波相位解缠算法

刘国林,郝华东,闫满,陶秋香

2011, 40(3):  283-288. 

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相位解缠是InSAR进行数字高程模型提取和差分干涉测量中的关键步骤。针对现有的卡尔曼滤波相位解缠算法在地形陡峭或坡度较大时解缠结果有较大的误差传递这一情况，论文提出一种顾及地形因素的卡尔曼滤波相位解缠算法。该算法通过在卡尔曼滤波的状态空间模型中引入一与地形因素相关的输入控制变量来实现。由于干涉条纹直接反映了地形的变化起伏，局部条纹频率与局部地形坡度密切相关，考虑采用局部条纹频率估计作为输入控制变量。在局部频率估计中，采用二维Chirp-Z变换，可以快速地得到较准确的估计结果。分别采用仿真数据以及InSAR实际数据进行了实验，通过与常规卡尔曼滤波相位解缠算法比较与分析，获得可靠的解缠结果，验证了论文提出的算法能够有效地处理地形陡峭或坡度较大的情况。

基于核独立成分分析的极化SAR图像相干斑抑制

张中山,余洁,燕琴,孟云闪,赵争

2011, 40(3):  289-295. 

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相干斑抑制是极化合成孔径雷达图像（POLSAR）处理过程中的一个非常必要的环节，运用传统的多视处理法与空域滤波方法，滤波后的图像存在着边缘模糊现象，而常见的极化域滤波法没有利用图像的相位信息。为了提高极化合成孔径雷达图像相干斑抑制的效果，本文提出了基于核独立成分分析（Kernel Independent Component Analysis，KICA）的极化SAR图像相干斑抑制方法。该方法将三个通道的极化信息作为输入数据，经过KICA变换得到三个独立分量，取相干斑指数最小的分量作为滤波后的信息图像。由于将核函数引入到独立成分分析（Independent Component Analysis， ICA）中，使在ICA中无法线性可分的信息在高维空间中达到线性可分。为了验证KICA方法的有效性，文中采用旧金山地区的AIRSAR数据与日本新泻地区的PISAR数据分别进行试验，并用相干斑指数和边缘保持系数从客观上进行了评价。实验表明，与ICA算法相比，KICA算法具有更好的滤波效果和保持边缘信息的能力。

基于ESPRIT算法的极化干涉SAR植被高度反演研究

谈璐璐,杨立波,杨汝良

2011, 40(3):  296-300. 

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由于存在着去相干分量，利用ESPRIT(旋转不变技术)算法对植被区域的极化干涉SAR(POLInSAR)数据进行反演的结果存在着较严重的偏差。针对这一问题，结合极化干涉相干最优理论及其物理散射机制，引入新的散射矢量——相干最优化散射矢量，提出了一种改进的基于ESPRIT的植被高度反算法。最后，利用欧空局(ESA)提供的模拟L波段全极化干涉数据对改进算法的有效性进行了验证，试验结果证明改进算法能很大程度地提高反演的精度。

基于半监督核模糊C-均值算法的北京一号小卫星多光谱图像分类

刘小芳,何彬彬,李小文

2011, 40(3):  301-306. 

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针对遥感图像数据大多不服从高斯分布，以及遥感图像分类存在非线性、模糊性和标签数据少等问题，提出基于半监督核模糊C-均值算法的多光谱遥感图像分类方法。首先，把半监督学习理论和核理论同时引入模糊C-均值算法，形成半监督核模糊C-均值算法。然后用该算法和几种传统的分类方法对北京一号小卫星多光谱图像进行分类实验。最后，对其分类结果进行对比评价。结果表明，对比传统的分类法（K-均值算法和最大似然算法），半监督核模糊C-均值算法能显著提高分类精度，其分类性能也优于模糊C-均值算法、核模糊C-均值算法和半监督模糊C-均值算法。

基于空间自相关BP神经网络的遥感影像亚像元定位

许雄,钟燕飞,张良培,李平湘

2011, 40(3):  307-311. 

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亚像元定位技术是一种获取地物在混合像元中分布信息的有效方法。本文提出了一种基于空间自相关函数的遥感影像BP神经网络亚像元定位方法，与传统的BP神经网路亚像元定位方法相比，该方法利用空间自相关函数Moran' I在亚像素级上对定位结果进行约束，其结果更符合空间相关性假设理论。实验结果表明，本文提出的方法优于传统BP神经网络亚像元定位方法，具有更高的定位精度。

一种频域高分辨率遥感图像线状特征检测方法

周立国,冯学智,肖鹏峰,马蔚纯

2011, 40(3):  312-317. 

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高分辨遥感图像中线状特征等的自动识别与提取是进行遥感图像分析与理解等高层次图像工程的前提和基础，但由于高分辨率遥感图像中细节信息异常丰富，这给特征的提取带来很大干扰。本文引入了一种基于方向和频率特征的遥感图像频域线状特征检测方法,该方法首先通过傅氏变换将图像变换到频率域，在详细分析线状特征和谱线的关系，线状特征和图像频率之间关系的基础上，基于分析得到的方向和频率的参数构造Gabor滤波器进行图像线状特征的提取。并以Quick bird高分辨率遥感图像进行相关提取实验，实验结果表明该方法较好地提取了图像的线状特征，为基于具体频谱分析的高分辨率遥感图像特征的精确提取提供了新思路和方法上的借鉴。

基于梯度径向夹角直方图的异源图像匹配

李壮,雷志辉,于起峰

2011, 40(3):  318-325. 

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异源图像匹配是视觉导航、多源图像融合分析的关键步骤之一，常用的匹配方法是分别从两幅图像中提取特征，再对特征进行匹配。但是对于成像机理差别较大的异源图像，如SAR图像和可见光图像，很难提取到同名特征。本文提出一种基于特征支持度的异源图像匹配方法，只需要从一幅图像中提取边缘特征，在变换空间中寻找另一幅图像对该特征的最大支持度。支持度的计算采用了标准化方向梯度强度和的形式。采用遗传算法对支持度函数解空间进行全局优化搜索来获取匹配解。实验结果表明，该方法能有效实现SAR图像和可见光图像的匹配。

基于B样条的云图非刚性配准方法研究

徐丽燕,陈允杰,邱军,史栋林,夏德深

2011, 40(3):  326-331. 

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针对气象卫星分时成像所获得的序列图像同时具有刚性及非刚性形变的特点，提出结合B样条的分级变换模型进行配准。本文算法不但考虑到传感器位置变化引起的旋转和平移等整体刚性形变，而且还考虑了云的扭曲所引起的局部非刚性形变。对于图像整体刚性形变采用仿射变换配准算法进行校正，使图像整体趋于一致；而云的局部扭曲等非刚性形变采用改进的基于B 样条的自由形态变形模型（FFD：free-form deformation）非刚性配准算法进行校正。实验结果表明，本算法能够达到亚像素级的配准精度，并且具有较快的运行速度。

海岸带水体遥感信息全自动提取方法

江冲亚,李满春,刘永学

2011, 40(3):  332-337. 

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在对经典的水体遥感信息提取方法分析的基础上，针对海岸带水体的特点了提出一种新的方法，该方法通过“像元-对象”及“全域-局部”的双重尺度转换，综合利用了海岸带水体遥感信息的光谱特征、空间特征、统计特征和不确定性，有机结合了地学知识与数据挖掘方法，实现了海岸带水体遥感信息的全自动提取。对我国四大海域不同类型海岸带的Landsat ETM+遥感影像进行试验，发现应用该方法能够兼顾宏观和微观的水体特征，提取结果具有较好的完整性和连续型，相对精度优于监督分类法和阈值分割法。

高斯－克吕格投影坐标系下POS角元素的转换方法

袁修孝,张雪萍,付建红

2011, 40(3):  338-344. 

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我国的地形测量坐标系通常采用高斯－克吕格投影坐标系，由于地球曲率和子午线偏差的影响，POS系统提供的传感器姿态角向影像外方位角元素的转换过程中存在误差，需要引入一个额外的补偿矩阵进行修正。本文从分析地球曲率和子午线偏差对影像外方位角元素的影响入手，推导了补偿矩阵的严密计算公式，并完善了POS角元素的转换公式。通过对带有POS数据的实际航摄影像资料处理，验证了补偿矩阵的正确性和实用性。试验结果表明，高斯－克吕格投影坐标系下POS外方位角元素的转换与中央经线的选取密切相关，与坐标原点的选取无关。利用补偿矩阵转换的影像外方位角元素精度明显高于POS系统提供值的精度。

车载GPS/IMU/LS激光成像系统外方位元素的动态标定

叶泽田,杨勇,赵文吉,侯艳芳

2011, 40(3):  345-350. 

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本文研究提出了一种带有微小转角修正的车载激光成像系统外方位元素标定方法。针对全球定位系统（GPS）、惯性测量单元（IMU）和激光扫描仪（LS）集成的车载激光成像系统（车载移动测绘系统），该方法使用6个微小旋转角参数和6个微小平移参数对传统标定模型参数进行修正。实验数据表明，本文方法可对系统的安装误差和时间同步误差进行有效的改正。

双介质摄影测量共线理论研究

钦桂勤,黄桂平,张永生

2011, 40(3):  351-358. 

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本文从摄影光学理论出发，推导出摄影物镜成像系统的基点位置公式；利用针孔成像模型，分析得出摄影物镜的投影中心即为成像系统两节点的等效；简要阐述了双介质摄影测量的传统观点，利用同一摄影物镜在不同介质中构成的光学系统，说明了双介质摄影测量成像系统基点位置相对单介质时发生变化，并在此基础上提出与传统观点不同的看法——双介质摄影测量共线理论；详细分析了双介质摄影测量的针孔模型，得出“双介质摄影测量时相机主距近似等于单介质摄影测量主距与双介质摄影的物方空间折射率的乘积”这一论断；最后通过水下摄影实验结果证明上述结论。

顾及不确定度的数字水深模型内插方法

张立华,贾帅东,吴超,殷晓冬

2011, 40(3):  359-365. 

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数字水深模型(DDM)是水深数据处理及应用的核心和基础。本文提出了一种基于不确定度的DDM内插方法。计算了数据来源不同的水深不确定度，构建了水深数据权重配赋中加入不确定度的数据内插模型，实现了水深内插点的不确定度估计。实验证明：所提方法提高了DDM的构建质量，并可评估内插水深的不确定度。

基于多智能体行的农地非农化时空模拟与规划模型

张鸿辉,曾永年,谭荣

2011, 40(3):  366-372. 

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已有的土地利用/土地覆盖变化（LUCC）模型或者城市增长模拟模型虽然能够模拟与预测农地的空间分布，但是不能解释引起农地非农化的各种行为体之间的相关关系，更不能对农地非农化进行合理的时空模拟与规划。遵循时间与空间规划效率最大化和可持续发展准则，基于多行为体系统和资源经济学理论构建了农地非农化时空模拟与规划模型 (Spatio-temporal simulation and planning of farmland conversion Model (STSPFCM)。该模型由外部环境、多行为体系统、决策框架组成，可实现影响农地非农化过程的行为体决策规则的时间与空间“显性”表达，模拟不同农地非农化规划准则下的农地非农化发展趋势，实现农地非农化的时空规划。以长沙、株洲、湘潭城市群的核心区域—长沙市为实验区，利用STSPFCM对2006-2020年长沙市农地非农化进行了时空模拟与规划。结果表明：STSPFCM能够为农地非农化时空规划提供有意义的辅助决策支持。

基于代数结构的地形图制图模型

李霖,朱海红,贺 彪,王红,邱俊武,于忠海

2011, 40(3):  373-378. 

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随着海量地理信息的累积，生产高质量地图的过程对地理信息系统技术提出了重大的挑战，基于地理数据库驱动的地图制图方法，是应对此挑战的一个有效方法，但到目前为止，还没有从过程建模方面对这种方法进行系统地深入研究。本文根据地图表达的特点，将地理信息抽象表达为二元结构，即反映语义属性及空间位置属性的地理要素和要素间空间关系；利用代数结构形式，在地理空间数据库和地图中分别构建表达地理信息的地理要素空间和地图要素空间；地理要素空间中的空间关系是基于欧式空间原理建立的，而地图要素空间中的空间关系则是用视觉模型来刻画。据此，提出了以地理要素为对象的从地理要素空间向地图要素空间转换的制图模型。通过定义符号单元同核变换将目前制图过程中的符号化过程从面向地理要素类层延展到面向地理要素实例层，克服了统一符号化过程不能同时满足共性和特性要求的矛盾；定义的地理要素有效移位变换可使地图制图过程更加流畅，减少中间人工干预过程。此模型明确了制图过程中提高自动化制图程度的关键技术，在原理上揭示了制图过程中地理信息转换的机理，为数据库驱动的制图系统功能设计提供了良好的理论基础。

基于约束D-TIN的等高线簇与河网协同综合方法

龙毅,曹阳,沈婕李雯静,周侗

2011, 40(3):  379-385. 

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传统制图综合中针对水系、地貌等不同地理要素的分治策略，往往导致综合后要素目标之间在空间与语义上的冲突。本文考虑地形与河流之间的空间依赖性，提出了一种等高线簇与河网协同的制图综合方法，即利用两种要素目标顶点在约束D-TIN描述下的空间邻近关系，并通过提取和组织谷地等高线弯曲段数据，构建两要素有效协同关系。在此基础上将等高线按所属地形区域划分为不同区段，然后根据河网层次化选取的结果，分别进行针对性的协同化简，确保综合后各条河流仍处于地形谷底位置。实验证明，该方法可有效避免综合后等高线与河流之间的相互冲突，提升制图综合的智能化程度。

应用改进欧拉算法解算磁性目标空间位置参数

卞光浪,翟国君,刘雁春,黄谟涛,欧阳永忠

2011, 40(3):  386-392. 

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指出了目前磁性目标探测中常规欧拉方法存在的局限性，提出在欧拉窗口内视地磁场和其它目标干扰异常联合影响为线性变化，将构造指数作为动态变化参数代入欧拉方程一并求解，并利用多元线性回归方法解决了欧拉方程非线性问题。在质量控制方案中，根据构造指数和目标深度变化规律，给出了离散欧拉解滤波措施；采用层次聚类分析方法对滤波后欧拉解进行分类，其思路为：基于距离判断准则，对欧拉解进行了初次分类，用 检验法判定各簇是否来源于同一总体，以修正初次分类结果，经过淘汰含欧拉解数目较少的簇后，剩余各簇位置参数的重心则对应磁性目标空间位置。通过球体与长方体仿真试验以及实测数据验证表明：给定相关阈值参数后，实现了欧拉方法全自动反演，磁性目标空间位置参数具有很高解算精度，噪声对目标平面位置解算结果基本上没有影响，但对深度解算结果存在一定影响。

灭点误差分布的理论精度评定

李畅,张祖勋,张永军

2011, 40(3):  393-396. 

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长久以来灭点的研究都集中在自动检测和相机检校方面，然而对其本身的误差分布研究并不多。本文针对直线交会灭点时存在的闭合差问题和灭点的误差分布问题，进行了深入探讨。构建了单像灭点平差解算的初始选权方案，并提出基于选权迭代法、协因数矩阵和误差椭圆理论来解算和估计灭点误差分布的方法。通过实验不仅揭示了灭点误差分布规律，而且为基于灭点的三维重建奠定了理论和应用基础。

基于小波变换的数字栅格地图复合式水印算法

符浩军,朱长青,缪剑,胡群英

2011, 40(3):  397-400. 

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本文提出了一种基于小波变换的复合式数字栅格地图水印算法，其基本思想是在数字栅格地图的不同频域块中分别嵌入鲁棒性数字水印和脆弱性数字水印。基于数字栅格地图相比一般影像数据具有较高亮度，低频分量具有更高感觉容量的特点，在地图的小波低频域上自适应嵌入鲁棒性数字水印，以实现地图版权保护功能；结合人类视觉系统特性，利用抖动调制技术在小波高频域中嵌入脆弱性数字水印，以实现地图内容完整性认证功能。试验结果表明，该算法能对地图内容的完整性进行认证，同时对常见的各种攻击诸如JPEG压缩、锐化、剪裁等具有良好的鲁棒性。

博士论文摘要

GNSS/INS组合导航误差补偿与自适应滤波理论的拓展

吴富梅

2011, 40(3):  401-401. 

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对GNSS/INS组合导航误差补偿与自适应滤波理论进行了系统而深入的研究。针对GNSS/INS组合导航实际应用中存在的随机模型不精确、GNSS观测条件不佳、INS误差累积迅速等问题，引入Allan方差、ARMA模型、载波相位平滑伪距、伪距差分求解速度、自适应滤波、误差模型修正等算法，对其进行改进并进一步提高了导航精度和可靠性。

基于剖分编码的空间位置标识与空间对象标识问题研究

关丽

2011, 40(3):  402-402. 

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空间位置标识和空间对象标识是地理信息系统（GIS）领域的基础理论问题，它们是地理实体位置、分布、形态、空间关系等基本特征精确描述的基础。因此，分析和解决空间位置标识和空间对象标识体系中存在的问题，具有重大理论和应用意义。本文从现有空间位置标识与空间对象标识中存在的问题入手，基于全新地球剖分框架与编码模型提出了空间位置标识与空间对象标识关键问题的解决方法与思路。