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2015年 第44卷 第9期    刊出日期：2015-09-24

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大地测量学与导航



自适应抗差Kalman滤波在多天线原始观测值瞬时姿态确定中的应用

甘雨, 隋立芬, 刘长建, 董明

2015, 44(9):  945-951.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140492

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由载波相位观测值直接解算姿态能实现观测及姿态约束信息的最优利用。本文推导了基于失准角及乘性误差四元数的载波相位观测模型,分别建立了有外部角速度传感器和无外部传感器辅助下姿态参数估计的状态模型;利用自适应抗差滤波估计姿态误差,借鉴分类自适应因子的思想,分别确定模糊度和姿态误差参数的自适应因子,其中姿态自适应因子由Ratio值构造的三段函数确定。自适应抗差滤波能够充分利用约束信息和历史信息,将其融合在浮点解计算过程中,极大提高模糊度浮点解精度及其协方差的结构,在此基础上使用整数最小二乘模糊度降相关平差法(least-squares ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)方法即能快速搜索出固定解,满足实时性需求。采用实测舰载GNSS 3天线测姿算例对方法进行了验证,结果表明,基于自适应抗差滤波的观测值直接定姿方法效率高、可靠性好。



多源重力数据球冠谐模型抗差融合法

王燚, 姜效典, 李德勇

2015, 44(9):  952-957.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140345

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提出了一种基于球冠谐模型的抗差岭估计数据融合算法,并通过数值计算对算法的有效性进行验证。结果表明融合后的球冠谐模型不仅能够抵抗系数阵的病态性,而且能够有效地消除观测粗差的影响。最后就观测噪声大小对融合结果的影响进行了探讨。



一种无须变换参考星的GNSS单基线卡尔曼滤波算法

张宝成, 袁运斌, 蒋振伟

2015, 44(9):  958-964.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140430

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处理单基线全球导航卫星系统观测数据可获取位置、时间、大气延迟等信息,其应用包括相对定位、时频传递等。为实现实时性,常采用卡尔曼滤波递归地估计各类参数;为确保可靠性,还需形成一组独立的双差模糊度,并将其正确地固定为整数。实践中,滤波函数模型较常采用双差观测方程(即双差滤波模型)。若在当前历元原先的参考星不再可视时,双差滤波模型则需要定义新的参考星,并“映射”双差模糊度预报值以确保滤波连续。此外,双差滤波模型所计算的接收机相位钟差估值吸收了对应于参考星的站间单差模糊度,因此当参考星变换后可能会发生“整周跳跃”。在仍将双差模糊度作为一类可估参数的前提下,本文推导出以站间单差观测方程为滤波函数模型的算法(单差滤波模型),并证明了其与双差滤波模型具备理论上的等价性和实施上的差异性。与双差滤波模型相比,单差滤波模型不再需要“映射”双差模糊度预报值等运算,从而具备了更高的计算效率和灵活性;单差滤波模型所提供的接收机相位钟差估值也不受“整周跳跃”的影响,因此特别有利于频率传递应用。



利用GOCE模拟观测反演重力场的Torus法

刘焕玲, 文汉江, 徐新禹, 朱广彬

2015, 44(9):  965-972.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20150110

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在介绍Torus方法反演地球重力场模型的基本原理和方法的基础上,基于圆环面上均匀分布的卫星引力梯度模拟观测值解算了200阶次的地球重力场模型,在无误差情况下,Torus方法解算模型的阶误差RMS小于10^-16,验证了该方法的严密性。利用61 d GOCE卫星轨道上无误差的模拟引力梯度观测值解算了200阶次的地球重力场模型,分析了格网化误差、极空白对解算精度的影响,迭代3次后,在不考虑低次系数情况下,模型的大地水准面阶误差和累积误差均较小,最大值仅为0.022 mm和0.099 mm。在沿轨卫星引力梯度模拟数据中加入5 mE/Hz^1/2的白噪声,基于Torus方法和空域最小二乘法解算了200阶次的地球重力场模型,Torus方法的精度略低于空域最小二乘法的精度,在不考虑低次项的情况下,两种方法解算模型的大地水准面阶误差最大值分别为1.58 cm和1.45 cm,累积误差最大值分别为6.37 cm和5.55 cm。但由于采用了二维快速傅里叶技术和块对角最小二乘法,极大地提高了计算效率。本文数值结果说明Torus方法是一种独立有效的方法,可用于GOCE任务海量卫星引力梯度观测值反演重力场的快速解算。



同波束干涉测量在月面相对定位中的应用

黄岸毅, 谢鑫, 张智斌, 李恒年

2015, 44(9):  973-979.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140142

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基于同波束干涉测量原理和观测模型,针对月面目标特性,推导了给定着陆器先验位置的差分时延、差分时延率观测方程。引入指定高程约束、月球数字地形模型等约束方程,提出巡视器相对位置确定的卡尔曼滤波算法。通过仿真数据进行了验证和评估,表明该算法可快速、较高精度地确定月面巡视器相对着陆器的位置。

摄影测量学与遥感



车载激光扫描数据中多类目标的层次化提取方法

董震, 杨必胜

2015, 44(9):  980-987.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140339

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提出了一种从车载激光扫描数据中层次化提取多类型目标的有效方法。该方法首先利用颜色、激光反射强度、空间距离等特征,生成多尺度超级体素;然后综合超级体素的颜色、激光反射强度、法向量、主方向等特征利用图分割方法对体素进行分割;同时计算分割区域的显著性,以当前显著性最大的区域为种子区域进行邻域聚类得到目标;最后结合聚类区域的几何特性判断目标可能所属的类别,并按照目标类别采用不同的聚类准则重新聚类得到最终目标。试验结果表明,该方法成功地提取出建筑物、地面、路灯、树木、电线杆、交通标志牌、汽车、围墙等多类目标,目标提取的总体精度为92.3%。



以重心坐标为基准的空间后方交会非迭代法

李加元, 胡庆武, 艾明耀

2015, 44(9):  988-994.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140473

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为解决基于迭代的空间后方交会算法在倾斜摄影中可能出现的不收敛现象,提出了一种以重心坐标为基准的非迭代解算方法。首先将控制点物方空间坐标描述成重心坐标,并基于其坐标参考无关性,采用总体最小二乘方法求出对应像方空间坐标,然后通过正交矩阵方法进行绝对定向并优化。试验结果表明,该方法几乎对任意影像姿态均能正确解算,并且精度达到甚至优于基于迭代的空间后方交会方法。



大气折射对光学卫星遥感影像几何定位的影响分析

严明, 王智勇, 汪承义, 于冰洋

2015, 44(9):  995-1002.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140211

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采用ISO国际标准大气模型和Owens大气折射系数算法,根据大气层内不同纬度和海拔高度处的大气折射系数分布规律,把地球大气简化为对流层和同温层的双层均匀球形大气,从在轨光学卫星CCD探元视线出发,使用视线跟踪几何算法,计算不同侧视角下大气折射产生的几何位置偏差。结果表明,大气折射几何偏差随卫星观测角的增加而非线性迅速增加。当卫星运行在650 km的太阳同步轨道,侧视30°成像时,大气折射产生约2.5 m的几何偏差;卫星侧视45°成像时,大气折射产生约9 m的几何偏差。在高分辨率敏捷卫星成像和宽视场卫星遥感图像的严密几何定位处理中,使用本文提出的大气折射几何偏差算法和严密几何定位大气折射校正模型,在地心地固坐标系下补偿严密几何模型中存在的大气折射偏差,能够进一步提升高分辨率卫星遥感图像的无控几何定位精度,应用于我国高分系列卫星遥感图像地面几何定位处理。



融合光谱-空间信息的高光谱遥感影像增量分类算法

王俊淑, 江南, 张国明, 李杨, 吕恒

2015, 44(9):  1003-1013.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140388

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提出了一种融合光谱和空间结构信息的高光谱遥感影像增量分类算法INC_SPEC_MP_ext。通过主成分分析(PCA)提取高光谱影像的若干主成分,利用数学形态学提取各主分量影像对应的形态学剖面(MP),再将所有主分量影像的形态学剖面归并联结,组成扩展的形态学剖面(MP_ext)。将MP_ext与光谱信息相结合以增加知识,最大限度地挖掘未标记样本的有用信息,优化分类器的学习能力。不断从分类器对未标记样本的预测结果中甄选置信度高的样本加入训练集,并迭代地利用扩大的训练集进行分类器构建和样本预测。以不同地表覆盖类型的AVIRIS Indian Pines和Hyperion EO-1 Botswana作为测试数据,分别与基于光谱、MP_ext、光谱和MP_ext融合的分类方法进行比对。试验结果表明,在训练样本数量有限情况下,INC_SPEC_MP_ext算法在降低分类成本的同时,分类精度和Kappa系数都有不同程度的提高。

地图学与地理信息



非专业弱关联影像的地理配准及其精度评估

刘颖真, 贾奋励, 万刚, 诸云强, 霍超

2015, 44(9):  1014-1021.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140394

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由非专业弱关联影像自动化构建的三维地理空间模型是地理空间信息的重要来源。非专业弱关联影像在三维重建后必须经过地理配准,具有了绝对地理空间坐标系的位置信息及其准确的空间精度信息后,才有可能成为有效的地理空间信息。本文提出了一种以相机GPS模块获取的地理空间坐标为依据的理配准方法,依据影像的地理空间坐标和其三维重建后得到图像空间坐标的空间相似性,考虑GPS实时测量坐标精度较差和高程测量值不稳定的特点,采用RANSAC方法求解二维和三维两种空间变换参数及地理配准结果。利用差分GPS测量的影像位置数据对地理配准的精度进行了分析,给出了位移、旋转和缩放等误差的定量评估结果,分析了产生错误结果的原因。这种地理配准方法对数据采集设备要求低,过程无须人工参与。试验证明,在参与地理配准运算的照片数量较多时,配准结果正确、空间精度较高。



使用点评数据探测城市商业服务设施的发展规律

蒋波涛, 王艳东, 叶信岳

2015, 44(9):  1022-1028.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140556

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大众点评网提供的商业设施及其满意度评价数据为城市商业设施的时空分布与发展规律研究提供了一个重要的信息源,它们来源于分布在道路两侧的商业设施。根据此特征,本文设计了一种基于道路网约束的反映商业服务设施与交通网络关系的密度计算方法,对点评数据中蕴含的设施空间分布、设施数量与其满意度之间关系进行了分析。它将商业设施在空间上的二维分布映射至一维的道路网上,更真实地反映了商业服务设施与所处交通环境的影响,揭示了商业服务设施位置、数量及其满意度之间的关系,为城市规划的定量化研究提供了数值依据。



应用描述词汇约简的OGC地理信息服务演绎推理

苗立志, 胥婕, 周亚, 程文超

2015, 44(9):  1029-1035.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140021

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针对OGC地理信息服务在地理空间知识的有效组织和表达方面的能力比较弱,缺乏对服务信息的描述,数据丰富而知识缺乏,致使已有的数据在知识的表示和检索上存在缺陷,通过引入地理本体,按照基础地理信息要素分类,对地理信息服务的关键描述词汇进行提取,构建了地理信息服务本体库和实例数据库,应用粗糙集理论建立关键描述词汇约简模型,基于该模型实现了对地理信息服务实例数据库进行知识约简,形成最优实例数据库。最后应用地理信息服务本体库和实例数据库,基于演绎推理模型开发实例原型系统,实现了对地理信息服务对象的语义检索和推理,并通过试验从查全率和查准率两个指标验证了该方法的可行性、有效性和准确性。

中国测绘地理信息学会2014年青年优秀论文



侧视地图中建筑物轮廓线提取的三维城市模型法

朱园媛, 朱庆, 张叶廷, 彭明军, 高山

2015, 44(9):  1036-1041.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140662

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针对城市侧视地图上建筑物轮廓线主要依靠人工交互提取,成本高昂、效率低下且精细度和准确度有限的问题,提出了一种任意视角侧视地图中建筑物轮廓线的自动提取方法。采用深度缓冲区分割算法获取单个建筑物对象的颜色缓冲区,顾及了存在建筑群的情况和建筑物密集区域的遮挡问题,再基于颜色缓冲区追踪建筑物轮廓线。为了保持遮挡一致性且便于匹配提取出的矢量轮廓线与栅格侧视地图,本文还提出了基于投影空间分块加载三维城市模型的方法。最后,以武汉市典型三维城市模型数据为例,证明了该方法的有效性和可靠性。



结合Gram-Schmidt变换的高光谱影像谐波分析融合算法

张涛, 刘军, 杨可明, 罗文杉, 张育育

2015, 44(9):  1042-1047.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140637

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针对高光谱影像谐波分析融合(HAF)算法在影像融合时不顾及地物光谱曲线整体反射率这一缺陷,提出了结合Gram-Schmidt变换的高光谱影像谐波分析融合(GSHAF)改进算法。GSHAF算法可在完全保留融合前后像元光谱曲线波形形态的基础上,将高光谱影像融合简化为各像元光谱曲线的谐波余相组成的二维影像与高空间分辨率影像之间的融合。它是在原始高光谱影像光谱曲线被谐波分解为谐波余项、振幅和相位后,首先将其谐波余项与高空间分辨率影像进行GS变换融合,这样便可有效地修正融合后像元光谱曲线的反射率特征,随后再利用该融合影像与谐波振幅、相位进行谐波逆变换,完成高光谱影像谐波融合。本文最后利用Hyperion高光谱遥感影像与ALI高空间分辨率影像对GSHAF算法进行可行性分析,再以HJ-1A等卫星数据对其进行普适性验证,试验结果表明,GSHAF算法不仅可以完全地保留光谱曲线波形形态,而且融合后影像的地物光谱曲线反射率更接近真实地物。



联合Topex/Poseidon与Envisat高度计数据监测我国大陆地表覆盖变化

柯宝贵, 章传银, 常晓涛, 张利明

2015, 44(9):  1048-1055.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140634

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首次联合Topex/Poseidon(T/P)与Envisat高度计数据,提取了2002年5月至2005年5月期间两高度计Ku波段的后向散射系数,采用连续张力曲线样条格网化方法,有效地解决了数据稀疏区容易出现极值以及对数据密集区进行格网化时不平滑的问题,得到了格网时间序列数据,分析了T/P与Envisat两高度计后向散射系数的统计差异,进而讨论了我国陆地覆盖的空间分布特征,定性地研究了内蒙古高原、华北平原、东北平原、青藏高原、云贵高原、黄土高原、长江中下游平原的后向散射系数的成因机制及其随时间的演化规律,研究结果可为因自然灾害和环境变化而导致地表覆盖变化的监测提供决策支持。



基于激光点云的隧道断面连续提取与形变分析方法

李珵, 卢小平, 朱宁宁, 卢遥, 武永斌, 李国清

2015, 44(9):  1056-1062.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140632

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地铁施工、运营阶段的监控量测,可有效保障隧道结构的稳定与周围环境的安全。现有的收敛计、全站仪等变形监测手段,虽然可以得到高精度的观测数据,但获取的监测点位过于稀疏,难以全面反映隧道整体的形变特征。本文将三维激光扫描技术用于地铁隧道形变监测,提出了基于激光点云的隧道断面连续提取与形变分析方法,并对提取的两期断面进行了形变分析,试验结果表明该方法能够更直观地表现隧道整体变形,研究成果可为隧道形变动态监测提供借鉴。