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2014年 第43卷 第2期    刊出日期：2014-02-20

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学术论文

新一代探测地球重力场的卫星编队

姜卫平 赵伟 赵倩 徐新禹 邹贤才

2014, 43(2):  111-117. 

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自回归移动平均模型的电离层总电子含量短期预报

张小红 任晓东 吴风波 芦琪

2014, 43(2):  118-124. 

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摘 要：本文在充分考虑乘积性季节模型的情况下，利用差分法对电离层总电子含量（Total Electron Content，TEC）样本序列进行平稳化处理后，采用时间序列分析中的求和自回归移动平均模型（简称ARIMA，Autoregressive Integrated Moving Average)对TEC值序列进行预报分析。以欧洲定轨道中心（CODE）提供的2008-2012年电离层TEC值为样本数据，分析了该方法在电离层平静期、活跃期预报高、中、低不同纬度电离层TEC值的精度以及TEC样本数据的长短对预报精度的影响等。实验结果表明：在电离层平静期和活跃期预报6天的平均相对精度可达83.3%和86.6%；而平均预报残差分别为0.18±1.9TECU和0.69±2.6TECU，其中预报残差小于3TECU分别达到90%和81%以上；而且两个时期都具有纬度越高相对精度越低而绝对精度越高的规律。此外，预报精度会随TEC样本序列长度增加而提高，但40天左右为其最佳样本长度，如超过此长度，其精度会逐渐降低；而相同样本数据的预报精度会随预报长度的增加而减小，初期并不明显，但超过30天其相对精度将随时间明显降低。

子午线弧长公式的简化及其泰勒级数解释

过家春

2014, 43(2):  125-130. 

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通过引入椭球的第三扁率及高斯超几何函数，推导得到子午线弧长解算公式的简化形式，并给出其泰勒级数解释，进而根据拉格朗日余项理论估计其误差。以WGS-84椭球参数为例进行验证分析，结果表明简化后的子午线弧长公式精度提高显著，误差估计理论正确。

宽巷组合及轨迹约束下的列车在轨动态单历元定位算法

王德军 熊永良 刘宁 徐韶光

2014, 43(2):  131-136. 

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动态单历元定位的一个关键问题是模糊度的正确解算。通过增加约束条件，可提高单历元解算模糊度的可靠性。当接收机沿线路中线运动时，首先根据接收机的伪距差分位置，计算出其大致里程，进而根据该里程处的线路设计数据构造轨迹约束条件。由于宽巷组合波长较长，其模糊度比较容易确定，通过附加轨迹约束条件的阻尼LAMBDA方法首先固定宽巷模糊度。在宽巷模糊度固定后，再次附加轨迹约束来确定L1、L2模糊度，实验结果表明该算法可获得很高的解算成功率。

导航卫星星地/星间链路联合定轨中设备时延的方法

阮仁桂 冯来平 贾小林

2014, 43(2):  137-142. 

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导航卫星系统播发的卫星钟差改正数包含了卫星的导航信号设备群时延。从保持与用户算法一致性的角度考虑，指出利用星间测距数据求解的卫星钟差也应该包含导航信号设备群时延。由此发现星间链路设备时延以组合时延的形式出现在观测方程中：接收设备时延与导航信号群时延之和构成组合接收时延，发射设备时延与导航信号群时延之差构成组合发射时延。探讨了处理星间链路设备时延的方法，提出两种在定轨和钟差解算数据处理的同时估计设备时延参数的方法：一是估计每颗卫星的组合接收时延和组合发射时延；二是估计每条(有向)链路的时延偏差参数(组合接收时延与组合发射时延之和)。通过仿真实验，证明了所提方法正确性和有效性。结果表明，利用提出的方法可以显著地降低设备时延对轨道和钟差解算精度的影响，效果几乎接近设备时延被准确标定的理想情况。

一种基于极化距离测度的SAR变化检测方法

张永红 张现峰 付姣 金姗姗

2014, 43(2):  143-150. 

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本文在经典的极化分类Wishart距离基础上提出了一种对变化敏感的极化距离测度，发展了相应的多时相极化SAR变化检测方法。以北京地区的多时相全极化RADARSAT-2影像进行了实验，对比分析了提出的极化距离测度与各个极化通道后向散射系数对数比值对不同类型地物变化的区分能力，结果表明，提出的极化距离测度不仅对所有的变化类型均有良好的检测作用，而且对变化区域有更高的区分力。这说明本文提出的极化SAR变化检测方法具有广泛的应用价值。

基于混合Gamma拖尾Rayleigh分布的高分辨SAR图像建模

王灿 苏卫民 顾红 邵华

2014, 43(2):  151-157. 

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针对已有统计模型无法精确刻画高分辨率SAR（Synthetic Aperture Radar合成孔径雷达）图像的统计特征的问题，本文提出一种基于乘积模型的统计模型称为混合Gamma拖尾Rayleigh分布模型。在该模型中，我们利用拖尾Rayleigh分布对相干斑进行建模，使模型可以精确拟合高分辨率SAR图像相干斑的尖峰和厚尾的特征；同时我们引入混合Gamma分布对高分辨SAR图像RCS（Radar Cross Section雷达散射截面积）复杂起伏特性进行表征。基于梅林变换，我们推导出混合Gamma拖尾Rayleigh分布对数累计量参数估计公式，提高参数估计精度，从而实现对高分辨率SAR图像的精确建模。最后我们通过真实SAR图像对本文提出的模型与已有模型进行比较。试验结果表明，本文提出的模型能够对不同的高分辨率SAR图像进行统计建模，并且具有较高的拟合精度。

多/高光谱遥感图像的投影和小波融合算法

丰明博 刘学 赵冬

2014, 43(2):  158-163. 

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将高光谱图像与高空间分辨率图像融合后，由于融合图像空间分辨率提高，改变了混合像元内地物组分比例，像元光谱信息较原高光谱图像光谱信息会出现“失真”现象。针对这种情况，考虑混合像元内成分变化进行图像融合，首先利用投影方法模拟多光谱图像得到高光谱图像，并将模拟高光谱图像与原高光谱图像利用小波方法进行融合，融合图像不仅增强了空间信息，而且对光谱信息进行一定的修正，从而提高了环境异常探测等一系列应用的精度。利用Hyperion图像和SPOT-5图像进行融合实验，融合图像能够识别出87.2%目标区域。

利用角点进行高分辨率遥感影像居民地检测方法

陶超 邹峥嵘 丁晓利

2014, 43(2):  164-169. 

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传统的城区检测方法大多是基于影像的全局特征，如纹理、光谱、形状等。当影像出现尺度、光照等条件变化时，将导致这些特征出现变化，造成算法的稳健性下降。而局部不变特征（例如，角点）却不易受到这些因素的影响。为此，本文提出一种无监督的基于角点特征的高分辨率遥感影像城区检测方法。该方法首先在传统的Harris算子的基础上，加入局部和全局约束准则检测影像中的角点，然后根据影像中角点的分布情况，自适应地构建似然函数来度量影像中每一个像素点属于城区的概率，最后采用二值分割的方法提取影像中的城市区域。实验结果表明：该方法可以快速、可靠地检测到影像中的城市区域，具有较高的实际应用价值。

一种大陆坡脚点自动识别与综合判断方法

吴自银 李家彪 阳凡林 尚继宏 李守军 金肖兵

2014, 43(2):  170-177. 

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大陆坡脚点是200海里以外大陆架划界的核心界限点。根据《海洋法公约》第七十六条的规定和大陆架界限委员会的相关技术要求，论述了大陆坡脚点的确定方法和技术流程。通过对地形、坡度、二阶导数及D-P剖面的综合分析，提出基于二阶导数极值点和D-P算法的二次简化方法，以及原始剖面和D-P剖面的二次求导方法，通过7大步骤简化原始剖面，并给出数据点坡度、水深和二阶导数，以及曲线凹凸性、连续性和分段性等多重判定方法，实现了大陆坡脚点的自动识别。完成程序算法的底层开发，获得了与国际商用划界软件相一致的结果，并采用多波束实测水深数据对所提出的技术方法进行了有效性验证。

DEM插值参数优选的试验研究

张锦明 游雄 万刚

2014, 43(2):  178-192. 

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插值参数是构成插值算法的基本元素，不同的插值参数产生不同的插值精度，甚至存在巨大差异。但是对于普通用户来说，选择合适的插值参数是困难的，最终导致插值参数选择的随意性。在插值算法相关内容的研究中，使用不合适的插值算法或插值参数可能存在潜在的严重后果，甚至得到完全相反的实验结论。因此，本文根据插值算法最优权重确定方法的差异，选取反距离加权插值算法、径向基函数插值算法和普通克里格插值算法的相关插值参数，进行插值参数的“优选”研究。首先根据插值参数对插值精度的不同影响，选择相关插值参数作为实验研究对象；然后选择六种不同地貌类型地区的稀疏分布的离散采样数据作为实验数据源，运用交叉验证法、相关分析、趋势面分析和方差分析等一系列实验方法，系统研究并给出实验插值参数的“最优”取值区间, 消除插值参数选择的随意性,更好地指导DEM建模的运用。

基于平面分割的线/线相接、交叉类型判断

陈斐 周晓光

2014, 43(2):  186-192. 

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线/线交包括多种细分情况，其中线目标间的相接、交叉细分关系的区分在空间数据建模、更新与质量控制等应用中有着重要的作用。本文针对目前线/线相接、交叉关系判断方面的局限性，提出了一种基于平面分割的线/线交“相接”、“交叉”类型判别算法。该算法是以在线/线交的邻域内，一条线总是把邻域分割成两个平面区域为基础，通过判断另一条线中与交相连的两线段是否处在同一个平面区域来判断线/线交的“相接”、“交叉”类型。本文用Visual C#语言编程实现了该方法，并将其应用到时空数据更新系统中，取得了较好的应用效果。

基于SPARQL查询的地理语义空间索引构建方法

段红伟 孟令奎 黄长青 李颖 李继园

2014, 43(2):  193-199. 

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为了实现地理语义数据的快速有效的空间查询，通过分析传统RDF索引方法和空间索引方法的不足，结合两者提出一种基于空间四元组（GeoQuad）的地理语义空间索引构建方法，并基本该方法利用Jena和ARQ实现基于SPARQL语法的地理语义空间查询。实验表明，方法高效可行，不仅能够快速定位空间RDF节点，而且能够快速进行RDF空间查询并返回RDF结果。

三角网求交的共形几何代数算法

宗真 袁林旺 罗文 俞肇元 胡勇

2014, 43(2):  200-207. 

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针对传统三角网求交计算方法逻辑结构复杂，维度上不统一等不足，本文基于几何代数理论，从对象表达、关系运算相统一的角度，构建了基于meet算子的自适应三角网求交算法。利用共形几何代数中与Grassmann分级结构一致的对象外积表达，建立了三角网的几何代数表达；基于meet算子构建空间三角网求交算法，探讨了该算法对几何对象及维度的自适应性；最后基于南极冰盖模拟数据对上述算法进行案例验证。结果显示，本文算法可以很好的支撑三角网的求交运算，在简化了算法结构的同时提升了算法的多维适用性，可为基于几何代数的多维融合空间分析算法构建提供借鉴。

城市汽车导航中一种改进的D-S证据理论地图匹配算法

李珂 杨杨 邱雪松

2014, 43(2):  208-220. 

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车联网中基于D-S证据理论的地图匹配算法，通常考察定位点到候选道路的投影距离和车辆行驶方向与候选道路的角度差这两种证据。目前城市交通网络结构日趋复杂，此算法得到的匹配结果有一定的局限性，匹配精度也无法满足车联网技术的需求。随着GPS等定位设备的不断发展与改进，车辆的行驶速度与定位时间间隔等数据已可以准确获取，在此基础上，本文对车辆的可达性信息进行考察，作为新的证据与传统证据融合后得到的结果进行D-S证据的二次融合。除此之外，本文针对城市环境中不同道路拓扑结构，对传统算法中的位置信息和车辆行驶方向信息的可靠性参数进行仿真训练，得出更为精确的可靠性参数值以供改进的算法使用。通过仿真实验表明，改进后的算法的匹配精度和稳定性得到了极大的提高，可以更好地适用于城市复杂路网中地图匹配的问题。

常用纬度差异极值符号表达式

李忠美 李厚朴 边少锋

2014, 43(2):  214-220. 

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对测量和地图学中六种常用纬度进行全面系统的比较，借助计算机代数系统推导出常用纬度间的差异极值点及对应差异极值的符号表达式，并将其表示为关于偏心率的幂级数形式；以CGCS2000椭球为例，将各纬度间的差异明确到数值上。结果表明，辅助纬度与大地纬度的差异极值点均在右侧；地心纬度与大地纬度差异极值最大，归化纬度与大地纬度差异极值最小。这些研究结果可为大地测量及地图投影提供理论依据。