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2011年 第40卷 第1期    刊出日期：2011-02-25

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测绘快报

现场直播式地理空间信息服务的构思与体系

张永生

2011, 40(1):  1-4. 

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摘 要：在应急快速反应场合，现场空间位置信息、动态影像信息的实时采集、高效处理和便捷提供，已经成为地理空间信息服务的基本要求。以旋翼无人机(VTUAV)为平台的集成传感器实时探测、车载移动集群式高速处理和宽带无线网络信息发布为技术途径，本文构思一种地理空间信息直播服务（LGI）的样式和技术体系，结合典型应用的实际需求，具体分析了技术实现的环节、要点及未来推进服务需要突破的主要关键技术。

学术论文

非线性病态问题解算的扰动分析

李斐,郝卫峰,王文睿张杰

2011, 40(1):  5-9. 

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非线性病态问题除了要分析模型本身的病态性外，还要考虑非线性最小二乘算法中初始值选取、正交化过程等造成的扰动对病态分析的影响。本文在广义条件数定义的基础上，推导了非线性病态法方程解的扰动估计式，并以扰动估计式为基础，讨论了非线性算法对非线性病态问题判断和分析的影响，产生影响的原因主要包括线性近似时系数矩阵的扰动、附加的截断误差及近似正交过程。通过两个实例进行验证，并对结果加以讨论和分析，分析计算表明：当模型的非线性程度较大时，选取不同初始值及近似正交过程可导致线性近似引起的系数矩阵扰动和截断误差很大，可采用正则化迭代解法。

基于等效残差积探测粗差的方差-协方差分量估计

李博峰

2011, 40(1):  10-14. 

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已有方差-协方差分量估计（VCE）的粗差探测是对残差检验，而VCE的本质是利用残差的二阶量来估计它的二阶中心矩，因此更合理的方法应该对残差二阶量检验。本文由最小二乘残差估值导出了一组服从标准正态分布的等效残差；然后从等效残差的VCE基本方程出发，分别采用χ2统计量和正态积Np统计量检验等效残差的平方及其乘积。结果表明，采用正态分布统计量以置信水平α检验等效残差相当于采用χ2统计量以相等的置信水平检验等效残差的平方，而以小于α的置信水平采用Np统计量检验等效残差的乘积。比较基于残差和残差二阶量的粗差剔除的VCE结果，两者的方差分量估值等价，但基于残差二阶量粗差剔除的VCE能更有效地估计协方差。

开窗分类因子抗差自适应序贯平差用于卫星钟差参数估计与预报

黄观文,杨元喜,,张勤

2011, 40(1):  15-21. 

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常规最小二乘钟差模型不具有抵御粗差和钟跳的能力，容易受异常扰动而引起结果失真，从而直接影响导航定位精度。鉴于此，本文提出一种新的钟差算法——开窗分类因子抗差自适应序贯平差，即首先对一维钟差数据进行开窗处理，在窗口内利用抗差等价权削弱粗差影响，在窗口间构造自适应因子抵制钟跳异常，从而达到消除和削弱观测异常和状态异常的目的。同时，针对不同星钟参数不符值描述不同的扰动特性，提出构造分类自适应因子来抵制钟差时间序列中的扰动异常。计算结果表明，新算法一方面引入抗差估计，控制了粗差影响，拟合精度和预报精度与没有进行抗差处理的自适应序贯平差相比，分别提高78.9%和60.4%；另一方面由于新算法构造分类自适应因子，分别处理不同特征的状态异常，钟差拟合精度和预报精度与单因子抗差自适应序贯平差相比，分别提高4.3%和29.2%。新算法同样适用于除二次多项式以外的其它钟差模型，如AR模型、灰色模型等。

LS-SVM算法中优化训练样本对测深异常值剔除的影响

黄贤源,翟国君,隋立芬,黄谟涛,欧阳永忠,柴洪洲

2011, 40(1):  22-27. 

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摘要：在验证趋势面滤波只是最小二乘支持向量机算法(LS-SVM)取特定参数解的基础上，利用LS-SVM所构造的海底趋势面对测深异常值进行剔除。为了克服LS-SVM解非稀疏性的缺点，同时抑制偏差较大的训练样本对海底趋势面构造的影响，提出并实现了一种基于局部样本中心距离的训练样本优化方法。为了检验该算法的有效性，选取实测的多波束测深数据进行验证，结果表明在训练样本优化的基础上，通过调整LS-SVM的参数可以得到更为合理的海底趋势面，测深异常值地剔除也更为有效。

基于中位参数初值的等价权抗差估计方法

杨玲,沈云中,楼立志

2011, 40(1):  28-32. 

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等价权抗差估计法保留了最小二乘估计处理正常观测值的优良特性，但其抗差性与初值关系极大，若用最小二乘估值作初值，必定会影响其抗差性。中位数法具有很好的抗差特性，但它只用部分观测数据计算参数估值，丢失了大量有效信息。本文提出了基于中位参数的抗差估计方法，并在有限样本时，给出了其崩溃污染率的估算方法。根据中位参数法和等价权抗差估计法的各自优点，先用中位参数法计算初值，再用等价权抗差估计法计算最终的参数估值。实验结果表明：本文方法比基于最小二乘初值的等价权法具有更强的抗差性，比中位参数法的计算精度高。

一元非对称P范分布的极大似然平差

潘雄,赵启龙,王俊雷,袁珊丽

2011, 40(1):  33-36. 

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本文从测量误差的实际情况出发，提出了一元非对称P范分布极大似然平差方法，建立了该方法的数学模型，得到了一元非对称P范分布的密度函数，利用极大似然估计方法推导了参数估计值的基础方程。本文的研究表明，结合实际测量数据，通过选择合适的参数估计值，可以增加误差分布模型选取的灵活性，便于P范分布理论在测绘数据处理中的推广应用。

基于GPS的南极电离层电子总含量空间分布特征研究

孟泱,安家春,王泽民,鄂栋臣

2011, 40(1):  37-40. 

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利用南极区域内的中国中山站GPS常年跟踪站（ZHON）和国际GPS服务站GPS观测数据，计算出了2000～2006年期间南极地区上空高的精度电离层TEC值，分别对极光区内、极光区外、极隙、极盖区的电离层TEC进行了分析比较。结果表明，极光区外的TEC峰值要大于极光区内，极光区内的TEC峰值又大于极盖区，而每日TEC谷值（即最小值）则相差并不明显，这一空间分布特征与不同位置的不同太阳入射角以及地球磁场在高纬地区具有的特殊构型有关。

用拉萨点大地测量资料检测青藏高原地壳的增厚

邢乐林,孙文科,李辉,杨光亮

2011, 40(1):  41-44. 

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青藏高原地壳的隆升与增厚，是一个复杂的热点问题。印度板块和欧亚板块的碰撞挤压导致地壳的隆升与增厚，已被地质、构造学等方面资料证实，但利用大地测量资料定量确定高原地下地壳增厚速率的很少。基于此，本文利用高精度绝对重力测量资料及GPS结果定量检测了高原拉萨点地壳增厚速率(3.9±0.8cm/a)，并给出了简单的动力学模型，研究表明高原地下物质亏损，莫霍面增厚。

基于卡尔曼滤波的地形反演方法及其仿真研究

刘繁明,钱东,郭静

2011, 40(1):  45-51. 

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推导了基于卡尔曼滤波的海底地形反演算法，算法通过利用重力梯度仪测量重力梯度异常，提高地形反演的精度和分辨率。结合地形坡度计算理论和矩形棱柱法，建立了基于卡尔曼滤波的系统方程和量测方程。对算法进行了仿真，分析了地形均值误差、随机误差和梯度仪测量精度对反演精度的影响，最后的区域反演仿真结果表明：反演后的地形在精度和分辨率上都有所提高，证实了反演算法的正确性。

基于SBAS的矿区形变研究

尹宏杰,,朱建军,李志伟,丁晓利,汪长城

2011, 40(1):  52-58. 

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由于使用的SAR图像较少，缺乏多余观测，传统的DInSAR得到的形变可靠性较差。此外，受InSAR观测周期以及空间和时间基线的限制，多数情况下很难将离散的DInSAR观测连接起来，获得时间上连续的沉降场，从而揭示研究区域的沉降演化情况。本文运用小基线集（SBAS）技术，通过虚拟观测值的方法，对DInSAR获取的相位进行后处理，准确地获取了冷水江矿区的沉降序列图，揭示了矿区沉降漏斗的发展和演化情况。空间基线的约束有效地减弱了DEM误差的影响，同时观测量的增加又提高了监测结果的精度和可靠性。

离散三角网格系统距离量测方法

袁文,庄大方,袁武,唐志峰,邱冬生

2011, 40(1):  59-65. 

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建立面向三角网格系统的12连通距离量测方法体系及与之相应的新型的三角网格单元三维坐标系统，解决了该坐标系统与传统行列坐标系统的坐标转换方法，建立了三角网格单元三维坐标系统及行列坐标系统的距离量测方法，为基于三角网格系统的计算及其他基于三角网格系统构建的多面体三角网格剖分系统的计算奠定技术基础。

目标轮廓直线特征的高精度提取

李彩林,郭宝云

2011, 40(1):  66-70. 

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针对小型物体高精度量测的要求，本文提出了一种结合精确单点定位方法和基于分裂的最小距离误差线段逼近法的高精度轮廓直线特征提取算法。通过利用直线特征精确逼近目标的轮廓，搜索相邻直线段并计算交点，从而实现轮廓分割点的精确定位，进而为基于轮廓的三维量测与重建提供高精度的直线特征数据。与其它方法（如最小二乘模板匹配、抛物线拟合等）相比，本文提出的算法对轮廓初始值的要求较低，同时能够获得更好的精度。利用实际影像数据进行实验，对该算法提取的精度进行了深入分析，并将其成功的应用于钻石的三维视觉测量系统中，取得了良好的效果。实验结果表明，该方法具有快速、稳定、精度高等特点，还可推广到其他应用领域。

膨胀系数可调节的Balloon snake方法在道路轮廓提取中的应用

吴亮,胡云安

2011, 40(1):  71-77. 

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Ziplock snake、ribbon snake和quadratic snake是snake方法在道路提取中的常见应用。Quadratic Snake无需初始轮廓，但是计算量大且提取效果较差。Ziplock snake和ribbon snake方法都需要提供道路位置信息以初始化轮廓。如果提供的道路位置不完全，ziplock snake和ribbon snake将无法找回丢失的道路片段。本文提出膨胀系数可调节的balloon snake方法并应用于道路轮廓提取。其优点包括：1.在提供的道路位置信息存在缺失的情况下，balloon snake的膨胀作用能找回丢失的道路区域，从而提高道路提取的完整性。2.基于图像梯度和轮廓弯曲程度调节膨胀系数不但解决提取效果对固定膨胀系数较为敏感的问题，而且减少了轮廓形变参数，加快了道路轮廓提取速度。实验证明了该方法的有效性和优势。

机载三线阵传感器ADS40的几何检校

涂辛茹,许妙忠,刘丽

2011, 40(1):  78-83. 

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相机几何检校是摄影测量工作中的关键环节。ADS40为集成POS系统的机载三线阵数字航摄仪。本文分析了ADS40相机独特的POS系统辅助传感器几何关系，介绍了基于BROWN模型的利用附加参数的自检校法，设计了一套针对ADS40的相机检校方案，包括：如何判断几何检校的必要性、如何进行几何检校，以及如何验证几何检校成果的有效性。实验结果证明，对ADS40进行相机几何检校可以有效的提高数据的精度和可靠性。

DSM辅助下城区大比例尺正射影像镶嵌线智能检测

左志权

2011, 40(1):  84-89. 

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传统算法以重叠区域色彩(或灰度)差值图像为正射影像镶嵌线检测基础，可以很好地避开色差区域，但对建筑物高密集的城区效果不明显。本文以高精度数字表面模型为检测基础，通过智能识别处理手段对地面区域与非地面区域进行良好区分。传统镶嵌线检测算法都是以迭代运算为基础的智能算法，算法复杂度高。本文发展出一种贪婪蛇型算法，该算法仅与搜索步距、方向旋转间隔、以及重叠区域宽度等三个因素相关，具有速度快，效率高等优点。针对典型的城市区域进行镶嵌线检测实验，结果表明DSM辅助下的城区正射影像镶嵌线能很好地避开房屋等明显地表实体，并且贪婪蛇型算法能有效地进行最优路径检测。

基于向量匹配的稀疏深度图生成算法

孙敏,胡争

2011, 40(1):  90-95. 

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在基于序列影像获取三维空间数据的方法中，人们需要提取影像中每个像素的三维值，但由此得到的三维数据用在三维地理信息系统（3DGIS）建模时需要进行大量简化，同时当影像中存在非特征区域时，易产生大量的错误匹配。本文提出一种基于向量的匹配算法，将图像看成是一个连续的三维曲面，主要以特征区域匹配为核心，通过计算每个曲面点处的法向量，再利用该向量进行匹配。匹配的代价因子使用匹配窗口中对应向量的余弦值之总和。向量的变化反映了影像纹理的特征，从而可以利用向量回避纹理缺乏区域的错误匹配，同时可加快计算速度。论文最后给出的实验部分表明本算法能有效地生成稀疏深度图，可以满足3DGIS中的建模需求。

基于支持向量机的北京城市热岛模拟——热岛强度空间格局曲面模拟及其应用

占文凤,陈云浩,周纪,李京

2011, 40(1):  96-103. 

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城市热岛强度的曲面模拟为深入分析城市热岛的空间格局、形态及演变特征提供了有力保证。将支持向量机(SVM)曲面拟合算法引入城市热岛曲面模拟研究，以MODIS的地表温度产品(LST)数据为例，对2006~2008年北京地区城市热岛强度进行支持向量机(SVM)曲面拟合。敏感性分析和精度评价表明该算法精度较高，能够用来表征城市热岛的空间格局。凭借该算法可对城市地表温度热岛制图。应用结果表明北京地区白天城市热岛强度与乡村背景温度呈现正相关的弱线性关系，夜间恰好相反。白天和夜间城市热岛容量均大致服从正弦周期性变化规律，但夜间热岛容量的年较差远小于白天。

一种基于梯形剖分的多边形布尔运算方法

崔璨,王结臣

2011, 40(1):  104-110. 

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平面多边形的布尔运算在GIS中有较广泛的应用，本文借鉴计算几何学的理论方法，提出一种基于多边形梯形剖分思想的实现方法。由于梯形等相对简单、规则的形状比不规则多边形易于处理，在计算机图形学等领域将多边形划分为梯形集合的方法已经有了较多的研究，然而其在GIS中的应用较为鲜见。本文创新性地将梯形剖分应用于GIS布尔运算的实现。该方法首先利用扫描线技术将多边形分解为梯形面片集，以便将多边形的布尔运算转化为梯形面片间的布尔运算；这些梯形面片以扫描行为单元进行组织，梯形之间的布尔运算被限定在相同的扫描行内，这可有效简化核心计算过程；在完成梯形单元布尔运算并得到结果梯形集后，通过边界追踪完成多边形重构。该方法可规避多数矢量算法中多边形各边之间复杂的空间关系判断，实现过程相对简单，具有较高的计算效率且易于理解。同时，借助简单的多属性条件提取，即可方便、统一地实现GIS中的Union、Erase、Clip、Intersect等多种类型的空间操作，具有较好的拓展性。

基于GPS的列控轨道地图数据生成方法研究

刘江,蔡伯根,唐涛,王剑

2011, 40(1):  111-117. 

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以GPS为代表的GNSS技术具有较高的定位精度、安全性及完好性，应用于列车定位能够有效提高列车定位性能，满足列车运行控制系统安全、高效、经济的发展需求。高性能列控轨道地图是实现GNSS定位的基础，利用GPS测量生成列控轨道地图数据是列控智能化的重要内容之一。为满足列车运行控制及列车定位不同层次的需求，将轨道地图数据分为轨道专用数据、轨道线路数据及地形环境数据，并对轨道地图线路数据按照不同尺度划分为特征点层及插值点层，形成完备的列控轨道地图结构。针对大规模原始GPS地图测量数据，采用多点加权距离检验及Kalman估计差值检验实现错误数据剔除；对传统的Douglas–Peucker算法进行改进，根据轨道曲线特征对原始数据进行划分，通过在各划分段内动态调整约减限差，选取一定数量的轨道线路特征点在低尺度上实现轨道线路描述；基于所求得特征点，采用三次B样条曲线反算生成拟合曲线，并按照一定的距离分辨率进行等距离插值，在高尺度上细化轨道曲线特性；通过地图数据点里程信息补充，完整实现列控轨道地图数据的生成。青藏线实测数据计算结果表明，本文所述地图生成方法能够有效利用原始GPS测量生成列控轨道地图数据，在不同尺度实现真实轨道的特性描述和逼近，且计算简单，易于工程实现，能够满足不同列车定位及控制的性能需求，具有较高的实际应用价值。

自适应地图可视化系统中用户模型构建与匹配算法研究

谢超,陈毓芬,吴增红

2011, 40(1):  118-124. 

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为增强ACViS中用户模型构建和匹配的准确性，本文提出了四元组交互用户模型及基于概率的相似度匹配算法。四元组交互用户模型充分考虑了ACViS中的“人”“机”交互特征，能更加全面地反映用户在使用ACViS时的特征。基于概率的相似度匹配算法是在常用相似度计算方法的基础上提出的，本文详细地介绍了该算法的基本思想和实现过程，并进行了实例验证。实例证明，该匹配算法易于实现且匹配效果较好，既考虑了ACViS的实际情况，也提高了匹配的准确度，为解决ACViS用户模型匹配问题提供了一个新方法。

基于有向属性关系图的典型道路交叉口结构识别方法

徐柱,蒙艳姿,李志林,李木梓

2011, 40(1):  125-131. 

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在分析道路交叉口典型结构的基础上，提出采用有向属性关系图描述道路交叉口结构，形成典型道路交叉口结构模板库；通过将道路网矢量表示转化成有向属性关系图表示，采用图匹配技术识别道路网中的典型交叉口；在识别交叉口结构的基础上，根据交叉口结构定制交叉口简化方法，得到交叉口简化表示，同时保持简化前后的连通关系不变；实现了有关算法，通过实验验证了该方法的有效性，并分析了其局限性和适用范围。

博士论文摘要

集成LiDAR和遥感影像生成高质量真正射影像研究

钟成

2011, 40(1):  132-132. 

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本文在总结国内外相关研究现状基础上，提炼出集成LiDAR和遥感影像生成高质量真正射影像的技术路线和几个关键问题，经过研究提出了针对这些问题的解决方案。最后通过实验证明了技术路线和解决办法的可行性和有效性。

集成LiDAR和遥感影像城市道路提取与三维建模

李卉

2011, 40(1):  133-133. 

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本文总结国内外研究现状，提出集成LiDAR和遥感影像提取城市道路的技术路线，着重研究了道路分割、精确道路边缘提取、立交桥检测等几个关键问题。

融合航空影像的机载激光扫描数据分类与特征提取

吴杭彬

2011, 40(1):  134-134. 

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机载激光扫描测距技术（LIDAR）在快速数据采集、建模、分析和使用等方面得到广泛应用。然而，目前的激光扫描数据处理技术，尤其是点云数据后处理技术方面，仍然存在许多有待改进之处。本文从硬件系统和原始数据处理入手，研究了点云数据的数据预处理、点云数据分类、点云与影像匹配以及基于匹配结果的特征提取的理论与方法。本文的主要工作在于： 1，系统总结了当前主要的机载激光扫描系统测距原理和系统组成，并给出了自2008年以来，世界上的主要机载LIDAR系统的参数对比。 2，以Leica公司的ALS50系统为例，总结了使用该系统数据采集、数据内业处理的流程。同时，研制了一个自动化处理的软件用于原始数据的自动化处理，提高用户处理效率。 3，从GPS差分数据结果出发，总结了数据处理过程的三个重要模型：载体航迹线推算模型、点云定位计算模型以及机载激光扫描角度反算模型。并以IPAS和ALSPP软件输出结果为依据，进行了模型的计算和验证。 4，将在图像直方图分割领域的两种方法：全局迭代算法和最大类间方差算法引入点云数据的分类过程。针对点云数据一般具备多对象的特点，引入多阈值的直方图分割方法。大范围区域点云的高程直方图与小范围区域点云的直方图表现不一致，因此本文提出一种多子区的直方图分割方法，实现大范围点云分类。 5，将在模式识别和对象跟踪领域应用广泛的Mean Shift算法引入到点云数据分类过程中，总结提出了基于Mean Shift算法的点云数据分类方法。 6，提出一种新的分类方法：基于三维数学形态学的点云数据分类方法。在点云数据三维数字图像表达的基础上，扩展形态学膨胀和腐蚀运算的空间适用性，将二维的膨胀和腐蚀运算扩展到三维空间。对点云数据三维数字图像进行膨胀运算，然后通过聚类分析，得到连接成片的像素（点云片），并以此为依据，分类点云数据。 7，总结了点云数据与航空影像进行两种匹配方法：粗匹配和三维数学微分纠正。并提出了一种拟合选取特征点方法用于粗匹配过程。 8，基于点云和影像的融合结果，扩展了Mean Shift算法的应用范围，尝试对多维异源点云数据进行目标分类。该方法可将光谱和回光强度信息一起参与Mean Shift算法的计算。 9，在目标分类的基础上，使用二维形态学方法对分类后的点云进行了分割处理和边缘特征提取。经过点云分割，可得到每个对象的点云以及对象的二维边缘特征。 10，基于点云与影像的融合结果，考虑LIDAR系统采用激光的特定光谱特性，提出基于融合结果的影像水体提取方法。通过由点云形成的不规则三角网对水体区域进行大致定位和提取，并采用Mean Shift算法对水体进行精化，得到精确的水体边缘。本文的创新点主要在于： 1，提出一种点云的扫描角度计算验证模型。基于航迹线数据和点云数据，该模型可以反算激光扫描角。 2，提出一种新的点云数据分类方法：基于三维数学形态学的点云分类方法。 3，提出一种融合点云的航空影像水体特征提取方法。