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2016年 第45卷 第3期    刊出日期：2016-03-20

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综述

GNSS互操作若干问题

杨元喜, 陆明泉, 韩春好

2016, 45(3):  253-259.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150653

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GNSS兼容与互操作是国际卫星导航领域的热点议题,也是用户实现多系统融合导航必须具备的条件。本文首先介绍了兼容与互操作的基本概念;简要分析了多GNSS系统互操作的基本趋势及GNSS 4大核心系统信号互操作的现状;分析了现有北斗卫星导航系统(BDS)在信号互操作方面存在的问题,指出其对用户接收机制造商和多GNSS用户的影响;分析了坐标基准和坐标框架在互操作方面存在的问题及其可能带来的影响,指出坐标系统的实现、维持甚至更新策略带来的误差都可能给多GNSS互操作及导航定位结果带来影响;讨论了时间基准互操作存在的问题,以及可能的解决措施。最后归纳了本文的主要结论。

大地测量学与导航

基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法

姚宜斌, 赵庆志, 何亚东, 李祖锋

2016, 45(3):  260-266.  doi:10.11947/j.AGCS.2015.20150205

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针对传统水汽密度层析方法的缺点,设计并实现了一种基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法,提高了观测数据的利用率。利用香港CORS网的实测GPS和气象数据,并结合研究区域内45004探空站的探空数据,验证了该算法用于实测数据的可行性及精度,并分析了不同天气对层析新算法的影响。试验结果表明:该算法在观测数据的利用率上远大于传统层析方法,以探空数据为参考基准,RMS、水汽廓线相关系数和误差分布均优于传统方法。此外,降水天气对层析结果影响要比无降水天气的影响大。

大角度三维基准转换的解析封闭解

李博峰, 黄善琪

2016, 45(3):  267-273.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150108

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传统大地测量应用中的基准转换往往涉及小角度旋转,可只考虑旋转角的一阶量采用线性化方法求解。现代空间测量技术成果应用的基准转换涉及大角度旋转,通过将旋转矩阵所有元素作为未知数并利用旋转矩阵正交条件采用附约束条件平差法迭代求解。本文以空间三维基准转换为例,采用多元模型的矩阵形式将多点坐标组成矩阵处理,并利用旋转矩阵的正交条件导出了大角度三维基准转换的解析分步解。同时引入两套公共点坐标误差对传统三维基准转换模型扩展,导出了同时顾及两套公共点坐标误差的大角度三维基准转换模型的解析解。试验表明:给出的大角度三维基准转换解析解能在实现与传统迭代解等效转换结果的同时,有效避免复杂耗时的迭代计算,提高计算效果。

姿态模式切换期间QZSS卫星轨道及其钟差产品特性分析

周佩元, 杜兰, 方善传, 路余, 张中凯, 李夫鹏

2016, 45(3):  274-281.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150386

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导航卫星姿态控制模式切换对精密定轨解算得到的轨道和钟差均有较大影响。本文首先从理论上分析了卫星偏航姿态及其对精密定轨的影响,然后分别以卫星激光测距检核和钟差多项式拟合的方法对IGS MGEX分析中心的QZSS卫星轨道和钟差产品精度进行评价,最后以谱分析方法和改进阿伦方差揭示了卫星钟差的周期特性。基于2014年全年的QZSS卫星轨道和钟差产品的研究表明,一年内有两次长约20 d的地影季,太阳角呈现半年周期的波动;QZSS卫星在低太阳角时有零偏保护,其卫星轨道和钟差精度都与太阳角有显著相关性;卫星钟差具有与轨道周期相近的周期项,且周期项振幅与太阳角的大小也具有相关性,表明现有的定轨策略存在不足。考虑到QZSS与目前北斗星座中IGSO和MEO卫星姿态控制模式的相似性,该结论对于研究我国BDS姿态切换期间的精密定轨有一定参考价值。

天绘一号三线阵相机在轨几何参数精化

耿弘毅, 龚志辉, 高超, 杨戬峰, 唐可

2016, 45(3):  282-290.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150206

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为了找到适合天绘一号卫星三线阵相机在轨几何精化的模型和算法,首先分析了外方位线元素误差在几何参数精化中的影响,然后通过对定姿数据的预处理,消除了其中含有的高频噪声,并用正弦函数补偿了卫星平台飞行过程中的低频抖动,为三线阵相机每个镜头设计了姿态角常差模型。此外,根据传统的附加参数模型,构建了直接以像素坐标为观测值的内方位元素模型,并使用单侧有控外推的方式,确定最佳的精化模型参数组合及求解策略。试验表明,采用本文的精化方案,利用合理分布的控制点,天绘一号能达到平面精度约1 GSD,高程精度约0.8 GSD。

基于非线性高斯-赫尔默特模型的混合整体最小二乘估计

方兴, 曾文宪, 刘经南, 姚宜斌, 王勇

2016, 45(3):  291-296.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150157

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针对EIV模型的系数矩阵同时包含固定量和随机量的情况,通过将系数矩阵中的随机量提取出来纳入平差的随机模型,从而将EIV模型表示为非线性高斯-赫尔默特(Gauss-Herlmert,GH)模型形式,推导了混合LS-TLS(least squares-total least squares, LS-TLS)算法及其精度估计公式。算法适用于系数矩阵包含固定列、固定元素和随机元素的一般情况。模拟实例结果表明,混合LS-TLS算法与已有能够解决系数矩阵同时含固定量和随机量的结构性或加权TLS算法的估计结果一致;混合LS-TLS的估计结果统计上要优于LS或TLS估计结果。

基于中位数法的抗差总体最小二乘估计

陶叶青, 高井祥, 姚一飞

2016, 45(3):  297-301.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150234

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针对现有总体最小二乘抗差算法存在的缺陷,应用中位数法确定模型参数的初值,提出了对模型的观测向量与系数矩阵中的观测元素进行分类定权的思想,避免了中误差估计偏差与随机模型误差对等价权函数抗差性的影响。基于中位数法建立总体最小二乘抗差迭代算法,并结合算例对算法进行验证。结果表明,在相同观测样本条件下,本文提出的算法拟合的精度高于传统算法拟合的精度。

P范分布的实数阶与对数矩估计法

潘雄, 罗静, 汪耀

2016, 45(3):  302-309.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150166

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从参数估计的精度和算法的复杂度出发,对P范分布参数的估计方法进行了改进。根据误差分布的实际情况,引入实数阶和对数矩估计方法,建立了P范分布的参数估计的实数阶矩估计方法。首先,利用实数阶矩估计法,导出了形状参数p与实数阶阶数r的关系式,对形状参数的选取给出了相应的建议;其次,改进矩估计理论,利用对数矩估计方法导出了形状参数、期望及中误差的非线性估计公式,消除了函数截断误差对参数估计值计算的影响,并利用迭代算法给出了相应参数的解算方法和计算流程;最后,用一个模拟算例和两个实测算例分析了实数矩、对数矩和极大似然估计3种估计方法的稳定性和精度。结果说明,本文提出的矩估计方法在稳定性、精度和收敛速度等方面均优于极大似然估计方法,推广了现有的误差理论。

摄影测量学与遥感

大范围倾斜多视影像连接点自动提取的区域网平差法

闫利, 费亮, 叶志云, 夏旺

2016, 45(3):  310-317.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140673

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提出了一种大范围倾斜多视影像自动连接点提取和光束法区域网平差算法。首先利用POS数据对倾斜影像进行矫正并预测候选像对,使用SIFT特征进行影像匹配;然后利用并查集数据结构实现多视影像间连接点对应关系的快速确定;最后将POS数据和控制点数据作为带权观测值进行平差解算。选取3种典型的倾斜相机系统(组装轻量级倾斜相机、国产SWDC-5相机、微软UltraCam相机)进行了试验,结果表明,本文算法能够适应国内外流行的倾斜摄影系统,且一次性可处理的影像数目超过2000张;在相同条件下倾斜影像光束法区域网平差的整体精度优于传统垂直摄影情形,实际精度可以达到水平方向0.75 GSD,高程方向2.0 GSD。

SAR影像与光学影像的高斯伽玛型边缘强度特征匹配法

陈敏, 朱庆, 朱军, 徐柱, 黄澜心

2016, 45(3):  318-325.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150084

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提出了一种基于影像边缘强度图描述的SAR影像与光学影像匹配方法。首先对影像进行粗纠正,消除影像之间的尺度和旋转变化;其次,改进相位一致性特征检测方法,提取对影像相干斑噪声稳健的特征点;然后基于高斯伽玛型双边窗口比值算子计算影像边缘强度图,在此基础上构造不变特征描述符;最后联合几何约束条件,实现SAR影像与光学影像匹配。试验结果证明,与现有方法相比,本文方法能够大幅提高SAR影像与光学影像匹配结果中的正确匹配特征数量以及影像配准精度。

以SRTM-DEM为控制的光学卫星遥感立体影像正射纠正

张浩, 张过, 蒋永华, 汪韬阳

2016, 45(3):  326-331.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150358

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针对全球测图缺少统一的控制基准的问题,提出了利用SRTM-DEM作为控制基准,对光学卫星遥感影像进行正射纠正的方法。首先,对光学卫星影像构建的立体影像对进行自由网平差并制作DEM;然后,以SRTM-DEM作为控制,将DEM作为单元模型,进行独立模型法DEM区域网平差,获得单元模型的定向参数;最后,改正立体影像的成像几何模型参数,进行正射纠正。选取湖北咸宁和江西某地两个测区的资源三号数据进行试验,试验结果表明,资源三号正视全色影像的平面定向精度由12.93像素提高到6.85像素。

鱼眼相机矢量观测检校模型及其应用

詹银虎, 郑勇, 张超, 骆亚波, 王凯

2016, 45(3):  332-338.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150080

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提出了一种基于矢量观测的鱼眼相机检校新模型。该模型中的基本观测量不仅包括半视场角,而且包括方位角。在模型中引入罗德里格矩阵,采用3个罗德里格参数表示外方位元素,简化了观测方程的形式及运算。采用实测的星图数据对新模型与基于半视场角约束的检校模型进行比较,结果表明新模型在约束方位角误差方面具有明显的优势,在约束半视场角误差方面略有不足。建议在实际应用中首先采用基于半视场角约束的检校模型确定径向畸变参数,然后再采用新模型求解其他相机参数。

纹理特征向量与最大化熵法相结合的SAR影像非监督变化检测

庄会富, 邓喀中, 范洪冬

2016, 45(3):  339-346.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150022

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合成孔径雷达(SAR)影像具有明显的斑点噪声,在变化检测中,一般需要考虑空间邻域信息。本文结合SAR影像丰富的纹理信息,提出一种考虑空间邻域信息的高分辨率SAR影像非监督变化检测方法,用基于灰度共生矩阵(GLCM)的32维纹理特征向量构造差异影像。通过最大化熵法自动选取阈值,对精度指标随窗口大小的变化进行回归分析,得到适合于变化检测的窗口为11×11。试验表明,本文方法优于马尔科夫随机场法,可以减小斑点噪声的影响,有效提高高分辨率SAR影像变化检测的精度。

架空输电线路机载激光雷达点云电力线三维重建

林祥国, 张继贤

2016, 45(3):  347-353.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150186

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电力线三维重建是机载激光雷达(LiDAR)电力巡线的一项重要任务之一。本文提出了一种基于架空输电线走廊机载LiDAR点云的电力线三维重建方法。首先,基于电塔LiDAR点和初始线路轨迹数据提取精确的电塔位置、电塔数量、线路轨迹、总档数等信息;然后,将线路分档,并确定每一档的二维空间范围和相应的电力线LiDAR点云;接着,分别对每一档的电力线LiDAR点云进行中心化投影,并利用k-means聚类将每一个电力线LiDAR点划分到相应的根;最后,利用直线和抛物线相结合的模型进行单档单根电力导线三维重建。两景试验表明,本文方法可以实现自动、高精度、正确的重建长距离架空输电线走廊电力线三维模型,重建过程中具有对电力线数目、空间配置结构、类型、粗差点、档距长度、点云不规则断裂等因素不敏感的优势。

地图学与地理信息

采用弯曲进行道路化简冲突避免的方法

何海威, 钱海忠, 王骁, 胡慧明, 陈竞男

2016, 45(3):  354-361.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140576

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针对道路化简后可能导致要素间空间关系前后不一致的问题,提出了一种采用弯曲进行道路化简冲突避免的方法。首先,以弯曲为单元分析道路化简前后弯曲的形态变化规律,对化简过程产生的要素间空间冲突类型进行了归纳和总结;其次,基于道路弯曲与要素之间的空间关系,提出了相应的冲突判别规则;最后,利用弯曲化简的可控性和弯曲组的间接化简策略实现对化简冲突的避免。试验表明,该方法能有效地识别和避免道路化简产生的空间冲突,确保化简前后道路与其他要素空间关系的一致性。

顾及尺度差异的复合空间对象方向相似度定量计算模型

陈占龙, 龚希, 吴亮, 安晓亚

2016, 45(3):  362-371.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150099

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介绍了一种顾及尺度差异的复合空间对象的方向关系表达模型,及基于该模型的方向相似度度量方法。该方向关系模型对方向关系矩阵模型进行改进,根据空间对象的形状定量描述空间对象之间的方向关系。采用分解思想,借鉴平衡传输问题的优化方法计算复合方向矩阵间最小转换代价,即方向矩阵间的距离,从而量化方向对间的差异,最终获得不同尺度下的复合对象的方向相似度并对其进行比较。对不同尺度复合空间对象的方向相似性的试验表明,该方法简单可行且不失精度,结果符合人类认知。

线对象的惯性函数描述与三角剖分方法

吴明光, 郑培蓓, 闾国年

2016, 45(3):  372-378.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140545

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现有线对象三角剖分算法没有顾及线对象的整体结构特征,导致三角剖分质量不高,难以支持大数据量的矢量制图和高更新率的动态制图。本文提出线对象的惯性函数,设计了一种线对象的单调分解与三角剖分方法。惯性函数的单调递增区间作为线对象的渐变区间,连续剖分为一个优化的三角形条带;惯性函数的单调递减区间作为线对象的突变区间,离散剖分为一个优化的三角形扇。试验表明:本文方法三角剖分的顶点、三角形、图元的个数均优于基于顶点和基于线段的三角剖分方法,能够显著提升线对象的绘制效率。本文方法也适用于封闭线型、宽度渐变线型与光滑线型。