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2016年 第45卷 第1期    刊出日期：2016-01-20

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综述

地理国情与复杂系统

王家耀, 谢明霞

2016, 45(1):  1-8.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150350

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研究地理国情复杂系统的意义在于合理表达“资源—环境—生态—经济—社会”系统的综合复杂关系。针对我国地理国情统计分析工作所面临的研究内容不统一、范围不一致、目标不明确等问题,本文基于复杂系统理论和协调度分析方法,分别从概念、理论与方法的角度探讨并设计了相应的解决途径。通过对地理国情、地理国情普查、地理国情统计分析的概念以及三者间的关系分析,明确和界定了地理国情的统计内容和分析范围,具体化了地理国情统计分析目标;对比分析了地理国情与复杂系统的基本特征,以及协调度分析与地理国情统计分析的目标一致性,提出了地理国情复杂系统的概念,并对其进行了定量描述;复杂系统理论为地理国情统计分析提供了新的理论指导,协调度为地理国情统计分析提供了新思路。在此基础上设计了地理国情复杂系统的测度方法和决策分析方案。通过地理国情复杂系统协调度从宏观上分析总体趋势,结合各子系统间协调度和单系统协调度从微观上确定修复方向,并制定具体改进策略,从而实现地理国情统计分析的宏观目标。

大地测量学与导航

青藏高原及其周边地区水储量变化的独立成分分析

文汉江, 黄振威, 王友雷, 刘焕玲, 朱广彬

2016, 45(1):  9-15.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140447

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采用2003年1月至2013年12月共132个月的GRACE卫星数据反演得到的水储量变化信息,利用独立成分分析方法将水储量变化信息分解成多个信号成分,然后与NOAH和WGHM两个水文模型的分析结果进行比较。成分对比结果表明,GRACE反演得到的水储量变化与NOAH和WGHM水文模型在第一个主成分方面符合很好,相关系数分别是0.884和0.877。说明GRACE反演的水储量变化和水文模型在青藏高原及其周边区域具有很强的一致性。从空间模式上看,GRACE反演水储量变化信号的强度比水文模型信号要大,可能与GRACE反演的水储量变化还包括地下水的变化情况等有关。

北斗卫星导航系统的毫米级精度变形监测算法与实现

肖玉钢, 姜卫平, 陈华, 袁鹏, 席瑞杰

2016, 45(1):  16-21.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140649

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研究了北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)毫米级精度变形监测算法。首先改进了TurboEdit方法,以能够探测到1周的小周跳;针对BDS星座结构给出更为高效的独立双差观测值搜索方法;对于模糊度固定,采用决策函数和序贯模糊度固定相结合的方法。在此基础上,研制了BDS变形监测软件。最后,利用变形监测试验平台的实测数据,从星座分布、解算精度等方面分析了BDS在变形监测中应用的可行性。结果表明,目前在试验区域内BDS与GPS在卫星几何分布等方面基本相当。BDS的短基线解算精度略低于GPS,但仍可达到平面1 mm以内、高程2 mm以内的精度水平。

Partial EIV模型的解法

王乐洋, 余航, 陈晓勇

2016, 45(1):  22-29.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140560

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提出了一种求解partial errors-in-variables(partial EIV)模型的思路。通过对partial EIV模型的部分元素进行移项,重组成新形式下的平差函数模型,两次运用间接平差原理分别求解平差参数与系数矩阵中的随机元素,把总体最小二乘平差问题转化为最小二乘平差问题,并通过适当变换提高了新解法的收敛速度。最后分别采用实测数据和模拟数据进行验证,求解了本文算法与已有算法的估值结果。算例结果表明,本文算法能取得与已有算法相同的结果,是切实可行的。

无缝仿射基准转换模型的方差分量估计

李博峰

2016, 45(1):  30-35.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140676

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以无缝仿射基准变换为例,研究了无缝基准转换模型的方差分量估计理论,导出无缝基准变换过程中两套坐标的方差分量估计公式。通过模拟试验分析表明,采用方差分量估计方法能正确地恢复出客观体现两套坐标误差的方差值,从而有效提高无缝基准转换精度。

地表形变监测的改进相干目标法

王明洲, 李陶, 江利明, 徐侃, 吴文豪

2016, 45(1):  36-43.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140617

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如何从雷达干涉时间序列影像中获取更全面的相干目标集合,进行变形时间序列分析是当前研究的难点和热点。本文提出了改进的相干目标法,可获取更为全面且可信度高的相干目标集合,进而提高地表形变监测的时空分辨率和精度。根据雷达影像中同类型地物散射分布相近的特点,采用非参数同分布检验算法提取后向散射特性相近的同质点开展空间非局部滤波,提高干涉图的质量。与此同时,利用多尺度的极大似然条纹频率估计算法分离差分干涉图中的系统性相位,并基于同质点进行自适应相干性估计,获取相干性的平稳估计量,从而获取更多的相干点目标。利用20景TerraSAR-X条带模式时间序列影像,分别利用传统的及改进后的相干目标法对香港填海区域地表形变信息进行时序分析。对试验数据的分析结果表明,本文提出的改进方法在具有稀疏植被的填海区可有效增加相干目标点的提取,得到更为可信的沉降结果。

应用延迟累加的微弱GPS信号捕获算法

李源明, 李晶, 张朋, 郑勇

2016, 45(1):  44-49.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140224

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针对在弱信号环境下传统算法无法进行捕获的问题,提出了一种改进算法。该算法在双块零拓展(double block zero padding,DBZP)算法的基础上,采用延迟累加的方法,首先将DBZP算法相关运算结果中被舍弃的部分暂存,然后对延迟1 ms的接收信号进行相关运算,得到相应的相关运算结果,将其与存储的运算结果进行相干累加,并将相干累加结果作为捕获模块输出与门限值进行比较。改进算法在增加极少运算量的前提下,通过提高相关运算结果的利用率,增加了数据观测量。仿真结果表明,改进算法能够提高捕获算法处理增益,在捕获载噪比为17 dB-Hz的信号时,检测概率能够达到91%。

BDS网络RTK中距离参考站整周模糊度单历元解算方法

祝会忠, 徐爱功, 高猛, 杨秋实

2016, 45(1):  50-57.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140525

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提出了一种BDS网络RTK中距离(50～100 km)参考站间的双频载波相位整周模糊度单历元解算方法。该方法首先利用B1、B2载波相位整周模糊度间的线性关系选取B1、B2载波相位整周模糊度备选值。利用双频载波相位整周模糊度备选值计算双差电离层延迟误差,根据参考站各卫星电离层延迟误差间的空间关系,使用双差电离层延迟误差构建双差电离层延迟误差的线性计算模型。通过双差电离层延迟误差线性计算模型的建立搜索和确定B1、B2载波相位的整周模糊度。经CORS网实测数据试验算例的验证,该方法只需一个历元的观测数据即可确定参考站间双差B1、B2载波相位整周模糊度,且不受周跳影响。

摄影测量学与遥感

基于Plücker直线的LiDAR点云配准法

盛庆红, 陈姝文, 柳建锋, 王惠南

2016, 45(1):  58-64.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140415

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高精度的LiDAR点云配准是实现点云数据整体性和保证空间目标三维表面拓扑重建的关键,本文提出了基于Plücker直线的LiDAR点云配准模型,利用Plücker直线表示LiDAR待配准点云与基准点云间的同名直线,根据同名Plücker直线重合的几何拓扑关系,建立Plücker直线共线条件方程,再用最小二乘法确定待配准LiDAR点云与基准点云间的相对位姿参数。结果表明,Plücker直线共线条件配准模型几何约束性较强,配准精度较高。

一种四叉树和测地线活动轮廓模型相结合的海陆影像分割方法

郭海涛, 孙磊, 申家双, 陈小卫, 张宏伟

2016, 45(1):  65-72.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150240

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海陆影像分割对于后续的海岸线提取、潮间带地形反演、海岸演化状况分析等都具有十分重要的意义。本文在分析了四叉树、测地线活动轮廓(GAC)模型和Canny边缘检测算子等在海陆影像分割中优缺点的基础上,提出了一种四叉树、Canny算子和GAC模型相结合的海陆影像分割方法。该方法综合利用上述各方法的优点,将Canny算子边缘检测结果融入到基于四叉树初分割的GAC模型中,重构边界停止函数,演化水平集方程,实现海陆影像分割。试验结果表明,该方法具有海陆影像分割速度快、精度高、可靠性强和自动化程度高等优点,对于弱边缘以及严重凹陷边缘,都能实现自动和准确分割。

联合概率密度空间的遥感自适应变化检测方法

吴炜, 沈占锋, 吴田军, 王卫红

2016, 45(1):  73-79.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140484

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多种因素引起的辐射特征变化,将造成阈值法变化检测的误检。对此,本文提出了一种联合概率密度空间的多阈值自适应变化检测方法。首先,将影像从像素空间转化到联合概率密度空间,将变化地物定义为联合概率密度空间的离群点,并采用迭代方法将其提取,然后映射回原始影像后确定变化区域。选取两种典型应用进行试验,结果表明,本文方法在正确率、误检率和漏检率方面优于传统方法,具有较好的稳健性。

端元可变非线性混合像元分解模型

李慧, 张金区, 曹阳, 王兴芳

2016, 45(1):  80-86.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140520

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遥感影像中混合像元普遍存在。端元固定的情况下对混合像元进行分解,很难高精度地识别影像地物。本文基于支持向量机,提出了端元可变的非线性混合像元分解模型。首先,通过构建多个支持向量机获取每个像元的优化端元集,在优化端元集的基础上运用支持向量机与两两配对方法相结合的算法获取像元组分。试验结果表明,本文提出的方法效果优于传统的多端元光谱分解法。

同名点及高程平面约束的航空影像直线匹配算法

王竞雪, 宋伟东, 王伟玺

2016, 45(1):  87-95.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140527

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针对直线匹配的难点问题及匹配约束的有效性,提出了同名点及高程平面约束的航空影像直线匹配算法。该算法在边缘点匹配结果和直线提取结果的基础上,首先利用直线邻域内的同名点确定候选直线及直线投影平面的高程值,再结合物方和像方相似性约束确定同名直线;然后根据直线索引对“一配多”的匹配结果进行整合,并对结果中的多直线进行合并,得到“一对一”的同名直线;最后利用“像方-物方-像方”的映射模式确定同名直线的同名端点。论文选取典型纹理特征的航空影像进行直线匹配试验,结果表明,本文算法能获得可靠的直线匹配结果。

结合图像信息的快速点云拼接算法

王瑞岩, 姜光, 高全学

2016, 45(1):  96-102.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140627

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现有三维激光扫描设备通常配有一个同轴相机,它可以对扫描场景进行拍摄。针对带有同轴相机的激光扫描设备,本文提出了一种结合图像信息的快速点云拼接算法。与传统拼接算法同时计算点云间的旋转和平移变换不同,本文对这两种变换分别进行求解。其中,不同扫描点云间的旋转变换是利用视觉几何知识由同轴相机在不同扫描站点下拍摄的图像直接获得,而平移变换是由本文提出的改进ICP 算法得到。在改进的ICP算法中,只有平移变换的3个未知量被迭代计算,其输入是去除旋转变换后的点云。试验结果表明利用图像获得的点云旋转变换具有很高的准确性;并且由于本文算法中迭代过程只针对平移变换的3个变量进行计算,因此与需要迭代计算6个变量的传统ICP算法相比,本文算法计算复杂度大幅降低,同时更易收敛于全局最优值且收敛速度有所提高。

地图学与地理信息

顾及邻域居民地群组相似性的道路网匹配方法

王骁, 钱海忠, 何海威, 陈竞男, 胡慧明

2016, 45(1):  103-111.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140588

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现有多源同比例尺道路网匹配方法中,大多只利用道路自身特征进行匹配,而较少顾及道路周边要素对匹配过程的影响和约束,从而影响了道路网匹配效果的进一步提高,特别是对系统误差改正后仍存在一定位置或旋转偏差的道路数据进行匹配时,这种影响尤为明显。本文借鉴人类对陌生环境的空间认知特点,提出了一种顾及邻域居民地群组相似性的道路网匹配方法。该方法通过构建城市骨架线网确定与道路相邻的居民地群组,进而计算居民地群组空间关系和几何特征相似度来获得对应道路的匹配结果。其特点在于:对存在位置或旋转偏差的道路数据匹配,以其邻域空间内居民地群组的整体相似性指标来带动道路自身匹配,实际上是增加了周边居民地群组对道路匹配过程的约束,更具鲁棒性。试验及对比分析表明,本方法能够较好地解决系统误差改正后仍存在较大位置和旋转偏差的道路数据间的匹配问题,提高匹配的正确率。

一种改进的近似等面积QTM剖分模型

赵学胜, 苑争一, 赵龙飞, 朱思坤

2016, 45(1):  112-118.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140598

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为克服传统QTM格网面积变形较大的缺陷,在“纬线法”剖分的基础上,引入变经纬度等面积剖分的思想,提出了一种新的等面积改进剖分模型。该模型通过调整纬线的位置,确保两条相邻纬线间的格网面积总和无变化,从而达到控制QTM格网面积变化及变化积累的目的。试验结果表明,该改进模型在保留了“纬线法”QTM剖分的优点(如计算简单、与经纬度格网间的对应关系明确等)以外,还具有以下优势:①模型的收敛性更好,格网单元面积最大、最小比最终收敛到1.38,远小于“纬线法”的1.73;②中低纬度区的格网单元面积变化较小,分布连续,且随剖分层次的增加,变化大的格网区域逐渐向两极移动集中;③格网单元的面积变化不会随层次的增加而累积增大。

多边形间空间关系查询的异构多核架构并行算法

谢传节, 龙舟, 马益杭, 由志杰

2016, 45(1):  119-126.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140463

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目前在空间关系查询中常用的Plane Sweep算法是一种串行算法,在处理海量空间数据时效率较低,而已有的并行计算方法对于普通的计算机并不适用。本文针对这个问题,提出了一种多边形间空间关系查询的异构多核架构并行算法,该算法先利用STR树索引过滤掉不相交的多边形,然后将过滤后的多边形数据集合分解为点集合和边集合,并对其构建四叉树索引;在保证数据浮点运算精度符合要求的情况下,利用GPU强大的批量运算能力快速处理边与边的相交情况并据此逐步计算得到环间的拓扑关系,再根据环间拓扑关系计算得到多边形间的维度扩展九交模型(DE-9IM)参数值;根据DE-9IM参数值与空间关系查询条件相比对,输出查询结果。最后通过试验验证了算法的准确性与高效性。