测绘学报

当期目录

2015年第44卷第2期刊出日期：2015-02-20

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大地测量学与导航

利用Allan方差分析GPS非差随机模型特性

张小红, 朱锋, 薛学铭, 唐龙

2015, 44(2): 119-127. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130513

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非差GPS定位中, 通常采用以观测值服从高斯白噪声条件的估计准则进行参数求解。研究表明卫星端误差、传播路径误差、测站环境误差等会破坏观测值的白噪声特性, 并且未模型化误差同样具有不利影响。这不仅破坏了估计准则的假设条件, 而且部分非白噪声有可能被状态参数吸收, 影响估计的准确性。本文将观测值白噪声、有色噪声和未模型化误差一同纳入GPS非差随机模型, 以验后残差来表征GPS数据的随机特性进行Allan方差分析, 研究噪声成分及其参数。结果表明, GPS非差噪声组合主要为WN+GM, 相位白噪声为2.392 mm, GM过程噪声为4.450 mm/√s, 相关时间为52.074 s, 伪距白噪声为0.936 m, GM过程噪声为0.833 m/√s, 相关时间为14.737 s, 相位的GM过程噪声与卫星相关性较大, 而其余噪声则与测站相关性较大, 大量分析结果表明GPS非差随机模型并不服从高斯白噪声假设, 有待精化。

SPODS软件GPS/GNSS网解的模糊度解算方法

阮仁桂

2015, 44(2): 128-134. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130461

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为了尽可能多地固定模糊度, 需要定义一组“最容易被固定”的独立双差模糊度, 当前最优的方法(传统方法)是分基线层和网层对候选双差模糊度进行独立性检验, 其中候选模糊度按照其综合固定成功概率进行排列。考虑到通常的网解中, 测站数量远多于卫星数量, 提出先星座层再网层的分层独立模糊度选取方法(新方法)以及基于更新协方差阵上三角平方根的序贯模糊度固定方法, 并应用于西安测绘研究所自主设计和开发的SPODS软件中。包含64个IGS监测站的实测GPS数据进行的单天解算试验验证了新方法的正确性。试验结果表明新方法和传统方法得到的单天GPS轨道解与IGS最终综合轨道比较的1D RMS都约为0.012 m, 独立双差模糊度成功固定的比例约为92%, 两种方法仅有非常细微的差异。不同测站数量的进一步试验表明, 新方法和传统方法在网层需要采用Grams-Schmidt方法进行独立性检验的候选双差模糊度数量的比约等于卫星和测站的数量比, 这与理论分析结论一致。对于实际应用中更为普遍的测站数量大于卫星数量的情况, 新方法将减少独立双差模糊度选取的计算时间, 且测站数越多, 其优势越明显。

不确定性平差模型的平差准则与解算方法

宋迎春, 谢雪梅, 陈晓林

2015, 44(2): 135-141. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130213

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在测量数据的获取过程中, 经常存在着不确定性, 它们影响着参数估计的可靠性。本文通过把不确定度作为参数融入函数模型, 建立了不确定性平差模型。依据残差中不确定性传播规律, 确定了残差最大不确定度达到最小的平差准则, 利用迭代算法得到了不确定性平差模型的解算方法。通过实例分析了最小二乘平差、整体最小二乘平差和不确定性平差准则下最优解的不同特点, 从一个新的角度探讨了不确定性观测数据处理方法, 推广了现有的误差理论。

利用GOCE卫星轨道数据恢复地球重力场模型方法的分析

苏勇, 范东明, 游为

2015, 44(2): 142-149. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130412

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欧空局早期公布的时域法和空域法解算的GOCE模型均采用能量守恒法处理轨道数据, 但恢复的长波重力场信号精度较低, 而且GOCE卫星在两极存在数据空白, 利用其观测数据恢复重力场模型是一个不适定问题, 导致解算的模型带谐项精度较低, 需进行正则化处理。本文分析了基于轨道数据恢复重力场模型的方法用于处理GOCE数据的精度, 对最优正则化方法和参数的选择进行研究。利用GOCE卫星2009-11-01—2010-01-31共92 d的精密轨道数据, 采用不依赖先验信息的能量守恒法、短弧积分法和平均加速度法恢复GOCE重力场模型, 利用Tikhonov正则化技术处理病态问题。结果表明, 平均加速度法恢复模型的精度最高, 能量守恒法的精度最低, 短弧积分法的精度稍差于平均加速度法。未来联合处理轨道和梯度数据时, 建议采用平均加速度法或短弧积分法处理轨道数据, 并且轨道数据可有效恢复120阶次左右的模型。Kaula正则化和SOT处理GOCE病态问题的效果最好, 并且两者对应的最优正则化参数基本一致, 但利用正则化技术不能完全抑制极空白问题的影响, 需要联合GRACE等其他数据才能获得理想的结果。

单站多参数GLONASS码频间偏差估计及其对组合精密单点定位的影响

刘志强, 王解先, 段兵兵

2015, 44(2): 150-159. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130800

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在分析传统GPS/GLONASS组合PPP数学模型中忽略GLONASS码IFB不足的基础上, 提出一种基于“多参数”的组合PPP与码IFB估计算法。将“频间偏差”与“系统时差”参数进行合并, 通过引入多个独立的“时频偏差”参数对组合PPP中的GLONASS码IFB进行函数模型补偿, 同时可实现基于单个测站观测数据的码IFB精确估计。对配备6种GNSS品牌接收机的30个IGS站实测数据进行GLONASS码IFB估计与分析。结果表明:各品牌接收机不同频率通道的GLONASS码IFB可达数米, 且表现出与频率的明显相关性, 但难以通过简单函数建模为其提供精确的先验改正值;相同品牌接收机的GLONASS码IFB整体上具有相似的特性, 而在个别测站会表现出异常特征;即使接收机类型、固件版本及天线类型完全相同的测站, GLONASS码IFB值也可能存在显著差异。新算法能实现对GLONASS码IFB的有效补偿, 明显加快组合PPP的收敛速度。虽然引入多个附加参数会导致函数模型自由度减小, 但对定位精度的影响有限, 与传统“单参数”法进行组合PPP的定位精度相当。

由GRACE RL05数据反演近10年中国大陆水储量及海水质量变化

卢飞, 游为, 范东明, 黄强

2015, 44(2): 160-167. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130753

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利用CSR(Center for Space Research) 提供的GRACE RL05数据反演2003—2012年中国大陆水储量及其周边海域海水质量变化趋势。采用改进去相关滤波算法, 使拟合最高阶次位系数为55及数据系列两端球谐位系数无需作为滑动窗口中心可直接拟合, 去条带效果相比传统方法更明显。结果表明, 中国陆地水储量在华北平原、三峡地区及青海、新疆、西藏交界地区变化较大。十年间, 华北平原地下水以4.1±1.3 mm/a速度减少, 陆地水和地表水变化主要集中在2004—2008年;三峡水库3次蓄水引起地区等效水高变化分别为52 mm、18 mm及7 mm;青海、西藏、新疆3省交界地区地表水变化引起陆地水、地下水分别以10.6±0.9 mm/a及11.6±1.0 mm/a的速度增加。扣除冰川均衡调整后, GRACE反演海水质量的变化结果显示, 东海、南海、黄海海水质量分别以4.23±0.9 mm/a、1.33±0.9 mm/a及3.09±1.1 mm/a的速度上升, 东海海水质量在长江入口附近上升速度最快。

非线性基线长约束条件线性化近似对模糊度解算影响

聂志喜, 王振杰, 欧吉坤, 姬生月

2015, 44(2): 168-173. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130491

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GNSS动态相对定位中常附加非线性的基线长约束进行解算, 而LAMBDA方法只能处理无约束或者线性约束的模型, 为了应用LAMBDA方法, 应对非线性约束条件进行线性化近似。通常附加该约束后, 模糊度固定成功率会提高, 但对于超短基线有时反而会降低。何种条件下附加线性化近似的基线长约束条件可以提高模糊度固定成功率尚未有定论。本文基于附加基线长约束的GNSS相对定位数学模型, 推导基线长约束条件线性化近似余项对浮点解的最大影响值公式, 给出基线长约束能否线性化近似的诊断条件。当该条件满足时, 线性化近似余项影响可以忽略, 附加线性化近似的基线长约束可以改善浮点解解算精度, 提高模糊度固定成功率;若不满足, 则线性化近似余项影响可能不可以忽略, 附加约束会因浮点解有偏不能固定为正确的模糊度, 并通过算例验证了相关结论。

各向异性组合滤波法反演陆地水储量变化

超能芳, 王正涛, 孙健

2015, 44(2): 174-182. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130719

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地球时变重力场模型反演陆地水储量变化已为全球气候变化研究作出巨大贡献, 考虑到时变重力场模型球谐系数中存在相关性, 其高阶次项具有较大的误差, 需采用最优的滤波方法进行空间平滑。本文提出一种新的各向异性组合滤波方法, 其基本思想是将改进的高斯滤波法与均方根(root mean square, RMS)滤波法组合, 即对球谐系数的低阶次采用改进的高斯滤波法, 而高阶次采用RMS滤波法。首先分析了最新的GRACE RL05系列时变重力场模型系数误差特性, 基于全球水储量变化反演结果, 分析比较了高斯滤波、改进的高斯滤波、RMS滤波和DDK滤波与本文提出的组合滤波法的有效性及精度, 并利用模型结果进行验证, 计算结果表明, 组合滤波法的中误差最小。研究结果表明, 本文提出的组合法相比于先前的滤波方法, 可有效地过滤高阶次的噪声, 消除南北条带误差, 同时减少信号泄漏, 提高信噪比, 保留更多有效的地球物理信号, 进而提高反演精度。

摄影测量学与遥感

多视角三维激光点云全局优化整体配准算法

李彩林, 郭宝云, 季铮

2015, 44(2): 183-189. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130737

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提出一种已知多视激光点云配准初值进行自动全局优化的整体配准算法, 并详细推导了多视激光点云配准全局优化平差模型。本算法对多视角三维激光点云的扫描顺序不作要求, 可以处理无序散乱的多视三维激光扫描点云, 同时可以获得最小二乘意义下的最优变换参数, 实现多视三维激光点云的自动精确配准。利用实际三维激光扫描点云数据进行试验, 得到了预期的结果, 验证了本文方法的可行性和有效性。

遥感影像单类分类的白化变换法

薄树奎, 李向, 李玲玲

2015, 44(2): 190-197. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130439

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提出一种基于白化变换的单类分类方法。该方法仅需要兴趣类别的训练样本。首先, 基于兴趣类别对原遥感影像作白化变换, 使兴趣类别的分布在各个方向上的方差相同。然后, 确定一个距离阈值实现单类分类, 根据切比雪夫定理, 选择不同倍数的标准差作为阈值进行单类分类试验。结果表明, 各个地物类别都在3~4倍标准差的区间内获得最高的分类精度。最后, 以3倍标准差作为阈值的单类分类结果, 与单类支持向量机方法比较, 两种方法的分类结果非常相近, 而基于白化变换的方法阈值选择简单, 鲁棒性强。

视觉感受与Markov随机场相结合的高分辨率遥感影像分割法

许妙忠, 丛铭, 万丽娟, 解天鹏, 朱晓玲

2015, 44(2): 198-205. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130453

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鉴于视觉感受对外界强大的感知与识别能力, 模拟视觉神经感知的工作机制, 并结合Markov随机场模型, 提出一种新的影像分割方法。首先, 分析视觉感知系统的工作机制, 将其特性归纳为等级层次性、学习能力、特征检测能力和稀疏编码特性, 继而利用小波变换、非监督聚类、特征分析和Laplace分布模拟视觉工作机制, 然后结合Markov随机场模型实现高分辨率遥感影像的分割。通过不同卫星的真实遥感影像进行相关试验。试验结果表明本文提出的方法在高分辨率遥感影像分割任务中有非常良好的表现。

利用改进三分量分解与Wishart分类的极化SAR图像建筑提取

刘修国, 姜萍, 陈启浩, 陈奇

2015, 44(2): 206-213. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130535

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本文针对基于Freeman分解的建筑提取方法存在的问题, 提出采用圆极化相关系数实现选择性去取向, 同时引入广义体散射模型, 构建面向建筑提取的改进三分量分解模型, 以准确分析地物的散射特性。在此基础上, 发展了一种综合利用改进三分量分解与Wishart迭代分类算法的极化SAR图像建筑提取方法。使用E-SAR全极化数据的试验结果表明, 本文方法能够有效减少建筑与植被的误分, 并提高建筑信息提取的准确性。

端元快速提取的光谱梯度特征搜索法

田玉刚, 杨贵

2015, 44(2): 214-219. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130392

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由于数据量大, 目前大多数端元提取算法均需较长的计算时间, 限制了这些算法的有效应用。本文提出了以光谱梯度特征为搜索条件的快速端元提取方法, 其核心包括基于光谱梯度特征的候选端元快速筛选和基于光谱解混误差的端元识别两部分。由于能够从影像中快速筛选出少量的像元光谱作为候选端元, 故具有较好的计算性能;同时由于避免了非端元光谱参与端元识别, 使得识别的结果具有更高的精度。试验表明, 相比经典的IEA算法和ECHO算法, 该算法不仅能大幅度地提高端元提取速度, 而且具有更准确的端元识别能力。同时, 基于该算法原理, 也可对现有各种算法进行改进, 提升现有的各种端元提取算法的运算速度。

地图学与地理信息

一种个人地理标记数据的可视化方法

华一新, 李响, 王丽娜, 张晶

2015, 44(2): 220-227. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130808

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个人地理标记数据是个人通过笔记本、平板电脑或者手机等设备发布的包含地理位置且与个人相关的文本、照片和视频等信息。本文针对个人地理标记数据的特点, 提出了一种适用于地理标签数据的可视化方法——个人地理标记数据拓扑图, 并设计和实现了核心算法。为了比较和评估该方法的效能, 对“文本列表”、“普通地图”和“标记拓扑图”3种用户界面进行可用性测试, 并对测试数据进行方差分析。测试结论表明, 3种不同用户界面在查找个人地理标记数据的效率方面存在显著性差异, 其中文本列表和标记拓扑图均优于普通地图, 文本列表和标记拓扑图在查找时间上的差异并不显著, 标记拓扑图在查找时间均值上略优于文本列表。

自发地理信息兴趣点数据在线综合与多尺度可视化方法

杨敏, 艾廷华, 卢威, 成晓强, 周启

2015, 44(2): 228-234. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130564

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移动及Web环境下, 集成各种自发地理信息POI数据与地理框架背景数据的混搭式地图应用, 越来越多地出现在主流地理信息平台及LBS服务中。由于缺乏适宜的在线多尺度可视化机制, 这种POI数据表达上通常出现拥挤、压盖等冲突现象。针对该问题, 本研究将传统的尺度变换方法与在线环境相结合, 提出一种面向城市设施POI数据的多尺度可视化策略。即由服务器端通过预处理方式对POI数据进行多层次结构化组织;在此基础上, 客户端依据显示比例尺导出对应层次的POI目标, 并通过移位操作解决局部存在的符号表达冲突现象。试验表明, 该方法符合数字化网络应用的在线实时需求, 同时也能获得较高质量的多尺度表达效果。

博士论文摘要

遥感影像立体定位的相对辐射校正和数字基高比模型理论研究

段依妮

2015, 44(2): 235-235. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140373

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