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2010年 第39卷 第4期    刊出日期：2010-08-25

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学术论文

基于城市形态学原理的面状地物层次索引方法

赵彬彬,邓敏,李光强

2010, 39(4):  0-440. 

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城市形态取决于城市规模、地形、城市用地功能组织和道路网结构等因素，其基础骨架是交通轴线和水系轴线。本文基于城市形态学基本原理，依据道路、水系等自然要素将地图空间划分为Enclave、Block、Superblock和Neighbourhood四个层次，在此基础之上，提出了一种新的GIS空间层次索引方法，并扩展了现有空间索引分类框架。不难发现，基于自然网格的空间划分方式不仅符合人的认知，同时有效地避免了地物跨网格分布的情况，通过实验证明索引记录的冗余对查询速度具有直接而显著的影响。

顾及有色噪声影响的CGCS2000下我国CORS站速度估计

蒋志浩,张鹏,秘金钟刘丽芬

2010, 39(4):  0-440. 

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本文研究基于计算获取的CGCS2000(中国大地坐标系统2000)下我国国家CORS（全球导航卫星系统连续运行参考站）网1999年至2009年坐标时间序列，首先采用主成分空间滤波方法（PCA）提取CGCS2000框架下国家CORS网坐标时间序列中公共误差( Common Mode Errors , CME)的时空特性。其次采用功率谱分析方法分析了空间滤波后的国家CORS站坐标残差时间序列的噪声性质，采用最大似然法定量估计了坐标残差时间序列中的有色噪声分量，最后采用加权最小二乘法评定了顾及不同噪声影响的CGCS2000框架下的国家CORS网年速度估值和实际精度。研究结果表明: 采用空间滤波方法可提高CGCS2000框架下国家CORS网成果的精确性和可靠性，空间滤波后北、东和高方向的平均坐标重复性相对于滤波前分别减小了26%、22%和46%，滤波前后国家CORS站高度方向平均振幅减少近73%。在CGCS2000框架下我国CORS站坐标时间序列中白噪声不是噪声的主要成分，白噪声、闪烁噪声和随机漫步噪声的噪声性质是国家CORS站坐标时间序列的基本特征；我国CORS站有色噪声在水平方向和高度方向以及南北方向和东西方向上均表现出一定的规律性，顾及有色噪声的速度误差估值比只考虑白噪声的速度误差估值一般大2～6倍，速度估值偏差一般在2%～10%左右。

一种基于改进粒子滤波的动态精密单点定位算法

聂建亮,杨元喜,,吴富梅

2010, 39(4):  0-440. 

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摘要：精密单点定位（PPP）是动态卫星导航定位的重要方法。本文提出一种改进的粒子滤波方法，试图提高粒子滤波的收敛速度，减弱非线性模型误差和非正态分布随机误差对动态单点定位结果的影响。首先固定单差无电离层模糊度，以减少状态参数向量的维数，提高粒子滤波的收敛速度和初始定位的精度；采用Kalman滤波作为粒子滤波的预滤波，以提高粒子滤波的重点采样效率，并提高采样粒子精度，减缓粒子退化。利用一个实测动态GPS数据验证表明，改进的粒子滤波可以提高动态GPS的定位精度，并提高粒子滤波的收敛速度。

P2P环境下影像数据流传输的资源定位及选择研究

刘异,龚健雅,呙维

2010, 39(4):  0-440. 

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空间数据传输是虚拟地球平台的基础，而目前集中模式下的传输建设维护成本高或扩展性差。作为集中模式的有益补充及延伸，在客户端应用P2P模式为实现可扩展的、健壮的、低成本的虚拟地球平台提供一个很好的解决方案。本文深入分析了虚拟地球平台上空间数据非线性获取模式等特点，在传统P2P资源定位方法的基础上，对空间P2P系统采用一种网格索引peer分组来实现资源定位；在此基础上，探讨了peer选择策略来优化资源定位结果，本文采用历史速度记录反馈推测peer选择优先级使得性能高和可靠的peer可以优先选择。通过大量模拟实验测试了peer选择策略局部最优和不等概率随机选择这两种模式，结果显示了peer选择策略的有效性以及有效性程度取决于peer个数、资源文件大小和用户行为等应用场景。

Apriori算法ACViS中用户行为监测数据挖掘中的应用研究

谢超,陈毓芬,王英杰

2010, 39(4):  0-440. 

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本文建立了初步的自适应地图可视化系统运行机制，对系统的各个模块进行了详细分析。在此基础上，研究了用户行为监测机制，提出利用Apriori关联规则实现用户行为数据库挖掘的思路，并改进了Apriori关联算法，使之更加适用于ACViS。实例证明，挖掘出来的结论对ACViS设计者具有指导意义，也为用户模型的更新和修正提供了依据。这些研究为自适应地图可视化系统的后续研究与开发奠定了理论与技术基础。

基于数据分层分块的海量三维地形四叉树简化模型

刘扬,宫阿都,李京

2010, 39(4):  0-440. 

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本研究通过对几种典型的地形简化算法进行比较，探索建立一种基于数据分块且适合海量三维地形的局部自适应最优化简化模型（LaostModel模型）.该简化模型以四叉数模型为基础，针对海量地形进行分层分块组织，构造多棵地形四叉树；根据视点以及局部地形粗糙程度动态地改变四叉树数据块分裂或合并状态，实时调整块内不同四叉树节点处地形的显示层次；利用“包围盒”法来判断四叉树节点是否需要被绘制；使用广度优先的原则遍历四叉树解决不同分辨率地形拼接处形易成裂缝问题.基于该模型构建了一个演示系统，系统测试表明，模型应用效果良好，实现了海量地形数据流畅漫游.

全局寻优的矢量道路网自动匹配方法研究

赵东保,盛业华

2010, 39(4):  0-440. 

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道路网的自动匹配对于地图配准、地图更新和变化检测等领域具有十分重要的意义，本文专门针对道路之间存在1:N匹配关系的矢量道路网自动匹配问题进行了研究。由于现有方法中绝大多数都是基于局部寻优策略来寻找匹配道路，当同名道路存在较大距离偏差，又存在1:N匹配关系时，很容易导致误匹配。为此，本文改局部寻优策略为全局寻优策略，通过综合利用道路结点和道路弧段的特征信息，建立道路网匹配的最优化模型，并利用概率松弛法求解最优解，从而获得道路结点的匹配关系，以此为基础再获得道路弧段之间的匹配关系。实验表明：本文方法可确保匹配结果更具全局一致性，具有更高的准确率；全局最优作为一个强有力的约束条件使得本文方法即使在同名道路存在较大位置偏差甚至是非均匀偏差时，依然可取得较为满意的结果，一定程度上避免了各种局部寻优方法难以准确设定权值的难题。

利用控制点三维信息标定机载双天线干涉SAR参数

张薇,向茂生,吴一戎

2010, 39(4):  0-440. 

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摘要：本文采用基于敏感度方程的方法，研究了基于三维重建模型下的机载双天线干涉SAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）系统的干涉参数定标问题。干涉参数定标是生成高精度数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）的关键。本文修正了Madsen提出的干涉SAR三维重建的视向量正交分解算法，采用电磁波波前的球面波模型，加入了载机的姿态旋转，构建了一种新的干涉SAR三维重建模型。区别于传统的利用地面控制点（GCPs, Ground Control Points）高程信息对干涉参数进行定标的方法，利用各干涉参数对控制点三维信息的不同的敏感性，提出分别利用地面控制点三维信息，对各干涉参数进行定标。利用中国科学院电子学研究所自主设计、研制的机载干涉SAR系统数据，进行了定标处理实验，验证了方法的正确性和有效性。

面向导航的动态多尺度路网数据模型

郑年波,陆锋,李清泉

2010, 39(4):  0-440. 

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导航应用对数据模型有动态以及多尺度表达的要求。本文从交通特征的时空多尺度语义出发，利用象形符号扩展的UML表示法，设计了基于特征的动态多尺度导航数据概念模型(FDMSN)，模型以车行道为拓扑数据建模的基本单元，以完整道路为几何数据建模的基本单元，实现了路网拓扑/几何的分离与多尺度表达，以及交通状态、交通事件、统计行程时间等动态信息与路网的集成表达。实验表明，本文提出的模型为相应的数据结构设计与数据库实现奠定了良好的基础，能有效支持导航应用。

基于空间特征的二维矢量地图可逆水印算法原理

曹刘娟,门朝光,孙建国

2010, 39(4):  0-440. 

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二维矢量地图的特定应用对矢量数据的保密性及数据精度都有极高的要求。可逆水印技术能够在精确提取水印信息的同时，完全无损恢复原始载体数据，因而更加适用于矢量地图版权保护。本文提出一种基于空间特征的二维矢量地图可逆水印算法。该算法在保持矢量地图特征点相对位置的前提下，根据密钥对特征点位置进行非线性置乱，避免非授权用户对矢量地图高精度数据的使用，并在置乱后的特征点中嵌入水印信息，能够在提取水印信息的同时无损恢复原始矢量数据。实验结果表明该水印方案严格可逆，具有较好的隐蔽性，是一种用于机密矢量地图的安全加密，来源跟踪的实用算法。

基于等效残差的方差-协方差分量估计

李博峰,沈云中

2010, 39(4):  0-440. 

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首先概括性地阐述了方差-协方差分量估计（VCE）理论的发展历史与研究现状；利用正交分解提取出等效残差，建立VCE的基本方程，在此基础上阐述了VCE算法的局部最优特性和可能出现负定协方差阵估计结果等两大问题，并分析了可能的解决方案及其复杂性；导出了初值给定的Helmert、最小二乘和MINQUE VCE的线性逼近估计公式，证明了基于等效残差的估计公式与已有VCE公式等价，揭示了各种估计方法在本质上是一致的；最后，用两个算例验证了本文的观点。

出租车经验知识建模与路径规划算法

唐炉亮,常晓猛,李清泉

2010, 39(4):  0-440. 

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车辆自主出行中，人们往往认为出租车司机选择的行车路径是比较合理的，如何将出租车司机选择出行路径的经验知识，用于交通道路寻径，具有重要意义。本文以出租车采集的浮动车数据，研究出租车司机道路选择的经验和规律，建立出租车司机道路寻径的经验知识模型，将城市交通道路网按该知识模型分成不同等级的经验路网；在此基础上提出了基于经验知识的交通道路寻径算法，并以武汉市交通路网和浮动车为实验数据，将本文提出的道路寻径算法与传统的最短路径规划算法进行比较，实验结果表明在起止点相同的情况下，本文选择的路径较好地保持了道路等级的一致性和连贯性，明显减少通行时间，更符合自主出行的认知。

卫星重力资料分析的同解法研究及其仿真

邹贤才,李建成,姜卫平,张守建,徐新禹

2010, 39(4):  0-440. 

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卫星重力资料处理中的同解法是目前国内大地测量研究中的一个热点问题，该方法软件实现的难点在于GPS数据的使用。本文以低轨卫星星载GPS跟踪数据为例，对同解法的基本思想和基本流程进行了归纳，并研制成功相应的软件系统。利用模拟的一个月的GPS跟踪数据，采用同解法进行了同时确定重力场模型和卫星精密轨道的仿真模拟，验证了本文设计思路的可行性和软件系统的可靠性。

基于卫星加速度恢复地球重力场的去相关滤波法

宁津生,钟波,罗志才,汪海洪

2010, 39(4):  0-440. 

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基于加速度法恢复地球重力场时，卫星加速度是由卫星轨道数值微分得到，而数值微分会放大高频误差，进而降低了重力场解算结果的精度。针对数值微分导出的加速度误差具有有色噪声的特性，本文提出利用去相关算法构造白化滤波器对加速度有色噪声进行滤波处理，并根据去相关的基本原理分别构造了基于三点差分和ARMA模型的白化滤波器。采用不同噪声背景的CHAMP卫星模拟轨道数据进行解算，结果表明：基于去相关滤波解算的重力场模型精度均要比等权解算的重力场模型精度高，初步验证了去相关滤波方法的有效性。

基于对数-主成分变换的EM算法用于遥感分类

杨红磊,彭军还,李淑慧,师芸

2010, 39(4):  0-440. 

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用EM方法直接对多光谱数据分类会遭遇方差协方差矩阵奇异和随机选取初值敏感两个问题，前者会导致计算失败，后者因随机选取不同初值而得到不同的分类结果。本文提出对多光谱数据进行对数变换来凸显类型特征，然后进行主成分变换并根据主成分贡献率确定EM算法分类所需主成分数，消除了方差协方差矩阵的奇异性，同时削弱了噪声；对数变换后的第一主成分直方图充分反映了类型信息，由此确定的初始标签作为多个主成分EM分类算法所需初始值，避开了随机选初值的敏感问题。实验证明，所提出的计算方案分类精度优于普通EM方法和传统的K-means 方法。

基于改进的数学形态学算法的LiDAR点云数据滤波

隋立春

2010, 39(4):  0-440. 

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数学形态学在数字图像处理中有广泛的应用。本文首先介绍了传统数学形态学算法的特点，对这一理论用于LIDAR点云数据分类滤波的不足进行了分析。在此基础上，对相应的算法进行了有效的扩展和改进，提出了针对不同地形特点的自适应滤波算法。在数学形态学“开”算子的基础上, 提出增加一个“带宽”参数用于点云数据分类的方法。最后利用三组实际点云数据进行了试验，通过不同的演示方式验证了这一算法的有效性。

重力垂直梯度导航值特征分布与可导航性分析

王虎彪,王勇,许大欣戴全发

2010, 39(4):  0-440. 

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以并行Kalman滤波匹配导航原理为基础，设计了重力垂直梯度辅助惯性导航系统导航的可导航值计算方法。基于西太平洋海域2′×2′测高重力垂直梯度数据库，给出了西太平洋海域重力垂直梯度辅助导航2′×2′导航格网值。选取不同特征区域的5条航线进行辅助导航仿真定位，并对导航能力进行统计分析，给出了可导航性值、匹配成功概率、定位误差的关系。结果表明，本文设计的重力垂直梯度可导航性值可以作为匹配区域选择以及航线规划的数量性依据，可导航值大于14.0时，定位误差优于2.0n mile，并给出了西太平洋海域对应的区域分布。