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2016年 第45卷 第5期    刊出日期：2016-05-20

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综述

综合PNT体系及其关键技术

杨元喜

2016, 45(5):  505-510.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20160127

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综合定位、导航与授时(PNT)的核心是不过分依赖GNNS,采用一切可以应用的PNT信息源实施全空域目标定位、导航与授时服务。本文分析了综合PNT需求,论述了综合PNT的基本定义和基本概念,分析了综合PNT所涉及的信息源,论述了综合PNT关联的核心技术,包括多源PNT传感器集成技术、多源PNT的数据融合技术。强调指出,综合PNT体系的信息源必须是"基于不同物理原理的多源信息";综合PNT的运控系统应该基于云平台,实现用户志愿者共同测控;用户终端或传感器必须"深度集成、低功耗";PNT服务信息必须是"智能融合或自适应融合"。综合PNT系统应该在统一时空基准下,满足服务的可用性、精确性、可靠性、连续性和稳健性。

大地测量学与导航

重力网的分段线性动态平差

隗寿春, 徐建桥, 周江存

2016, 45(5):  511-520.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150362

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为研究重力场的时变特性,考虑到我国全国重力网布设和观测的现状,引入一种分段线性动态平差模型,用于流动重力网的平差处理。与传统静态平差模型相比,该模型可以得到更可靠的重力场变化特征。为验证模型的有效性,对我国全国重力网数据和模拟数据分别进行了动态平差和静态平差处理。结果显示,对于全国重力网数据,两种平差方法得到的重力变化率的平均差值为13.4×10^-8 m·s^-2/a,最大差值达50×10^-8 m·s^-2/a,且动态平差精度明显优于传统静态平差。对于模拟数据,动态平差结果中80%以上的平差值与理论值差值在1×10^-8 m·s^-2/a以内,只有两个差值超过2×10^-8 m·s^-2/a,而静态平差结果中只有44.4%的平差值与理论值差值在1×10^-8 m·s^-2/a以内,差值超过2×10^-8 m·s^-2/a的占21%。因此,本文提出的分段线性动态平差模型与传统静态平差模型相比能更有效地反映真实重力场的变化信息。

顾及地形效应的重力向下延拓模型分析与检验

刘敏, 黄谟涛, 欧阳永忠, 邓凯亮, 翟国君, 吴太旗

2016, 45(5):  521-530.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150453

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向下延拓是航空重力测量数据实际应用中必不可少的技术环节。向下延拓属于不适定反问题,其解算过程具有较大的不确定性,故该问题一直是大地测量领域国内外学者的研究热点。本文深入分析研究了当前国内外最具代表性的3种向下延拓计算模型的技术特点和适用条件,提出了应用超高阶位模型、局部地形改正和移去-恢复技术顾及地形效应,以及位场延拓结果球面化曲面的工程化方法,重点探讨了计算模型的稳定性及数据观测误差对延拓计算结果的影响。通过理论分析、数值仿真和实测数据计算等手段,定量评估了不同向下延拓模型的解算精度及其可靠性。其主要结论是:传统逆Poisson积分模型解严重受制于输入数据观测噪声的干扰,在现有作业条件下,该模型至多只能用于1 km以下高度的延拓解算;频谱截断积分和位模型加地改两种延拓新模型具有良好的计算稳定性,完全适用于2'分辨率和5 km飞行高度条件下的航空重力测量数据向下延拓解算,其延拓计算精度可达2×10^-5 m/s²,可满足各方面实际应用需求。

广义残差地形模型及其在局部重力场逼近中的应用

吴怿昊, 罗志才, 周波阳

2016, 45(5):  531-537.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150219

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研究了残差地形模型中的非调和性问题,比较了基于棱柱体和球冠体的积分模型,提出了基于球冠体积分的广义残差地形模型。以泊松小波径向基函数为构造基函数,结合广义残差地形模型,融合多源实测重力数据构建了局部区域重力场模型。研究结果表明:基于棱柱体积分的残差地形模型精度较低,在山区可能引入毫伽级以上的误差,建议采用更为接近真实地形表面的球冠体积分模型。相比于原始的残差地形模型,基于球冠体积分的广义残差地形模型能更为精确地逼近局部重力场模型中地形因素引起的高频效应。

陆态网络绝对重力基准的建立及应用

邢乐林, 李辉, 李建国, 张为民, 何志堂

2016, 45(5):  538-543.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140653

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利用陆态网络100个基准站的首期观测数据,建立了基本覆盖我国大陆范围的高精度绝对重力基准,各基准站点值精度均小于5.0 μGal/a,为相对重力联测提供了高精度起算基准点,可获得真实的相对重力联测平差结果,避免重复重力观测获得的重力场动态变化图出现畸变。成都基准台重复重力观测获得的重力变化规律表明,汶川地震前长期重力变化率达5.01±0.7 μGal/a,如此大的震前重力变化很可能是由于地下物质运移引起的。联合绝对重力和GRACE卫星长期测量数据,根据二者系统偏差确定了武汉地区的地壳沉降速率,为-3.27±0.65 mm/a。

南极冰盖DEM机载测高验证与分析——以西南极Thwaites冰川为例

黄科伟, 李斐, 张胜凯, 郝卫峰, 肖峰, 袁乐先

2016, 45(5):  544-551.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150290

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利用冰桥计划(IceBridge)在西南极Thwaites冰川的机载激光测高数据,对ICESat卫星测高数据和目前国际常用的4种南极DEM,包括Bamber 1 km DEM、ICESat DEM、RAMPv2 DEM和JLB97 DEM的精度进行了验证和分析。结果表明,ICESat卫星测高数据和ICESat DEM有着较高的高程可靠性,其与冰桥计划机载测高数据的平均高程差小于5 m,标准差小于15 m。Bamber 1 km DEM高程可靠性相比ICESat卫星测高数据和ICESat DEM低一些。JLB97 DEM、RAMPv2 DEM与冰桥计划机载测高数据之间的标准差超过30 m,尤其在坡度较大的区域,高程可靠性低。

部分变量误差模型的整体抗差最小二乘估计

赵俊, 归庆明

2016, 45(5):  552-559.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150374

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部分变量误差模型(partial EIV model)的加权整体最小二乘(weighted total least-squares, WTLS)估计不具备抵御粗差的能力。鉴于粗差可能同时出现在观测值和系数矩阵中,本文在提出部分变量误差模型WTLS估计的两步迭代解法的基础上,运用抗差M估计的等价权方法,发展了一种整体抗差最小二乘(TRLS)估计方法,并采用一致最大功效统计量确定降权因子。针对WTLS估计两步迭代解法的特点,设计了两个不同的降权方案:第1个方案是在估计系数矩阵元素时,不对观测值降权,仅对系数矩阵降权;第2个方案是在估计系数矩阵元素时,既对系数矩阵降权,同时也对观测值降权。通过对模拟2D仿射变换和线性拟合实例进行计算和分析,结果表明第1方案优于第2方案,并且优于基于残差和验后单位权方差的抗差估计和现有的变量误差模型抗差估计。

依不同纬度变量的子午线弧长正反解公式的级数展开

过家春, 李厚朴, 庄云玲, 李大军, 吴艳兰

2016, 45(5):  560-565.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140575

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推导了以归化纬度、地心纬度解算子午线弧长的展开公式,同时又根据拉格朗日反演定理,得到了由子午线弧长反解归化纬度、地心纬度的直接公式。该组公式与子午线弧长正反解公式的大地纬度表达在结构形式上保持一致,进一步揭示了子午线弧长同3种纬度变量之间的内在联系。分析表明,基于归化纬度的子午线弧长解算与大地主题解算方法具有理论上的统一性,正反解精度均高于传统基于大地纬度的展开。

短基线集形变模型反演的正则化解算方法

姜兆英, 刘国林, 陶秋香

2016, 45(5):  566-573.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150143

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针对短基线集形变模型反演中法方程系数矩阵呈病态的问题,提出一种正则化稳健解算方法。该方法基于Tikhonov正则化理论,将形变速率求解问题转化为极小化问题,根据L-曲线法选取正则化参数,考虑最小二乘残差各个分量间的关系选取正则化矩阵,实现短基线集形变模型反演的稳健解算。分别采用LS法、岭估计法和Tikhonov正则化法对覆盖北京地区的29景ENVISAT ASAR数据进行处理,反演出研究区沉降速率图。通过对代表不同沉降情况的21个点的均方误差值和时间相干值、整个研究区的均方误差图等的对比分析,表明本文提出的短基线集形变模型反演的正则化稳健解算方法可获取更可靠的形变监测结果。

摄影测量学与遥感

干涉复小波复数域双变量滤波算法

何永红, 朱建军, 解清华, 许兵, 付海强

2016, 45(5):  574-580.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140546

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针对复小波双变量滤波模型仅考虑小波复系数实部,忽略了系数的虚部,导致信号相位噪声的增加而影响滤波效果的问题,提出基于复小波变换的复数域双变量模型干涉图滤波算法。该算法将双变量贝叶斯估计算法从实数域推广到了复数域,用噪声复系数概率密度函数刻画了小波复系数实部与虚部的相关性,根据小波分解复系数来估计噪声方差和信号方差,建立了复小波复数域双变量滤波模型,求得了干涉图复系数的贝叶斯估计。试验结果表明,本算法对干涉图噪声有较强的抑制能力,保留了干涉图的边缘及细节信息,滤波性能优于传统的实数域复小波双变量滤波、Goldstein滤波、单小波滤波和最优化融合滤波方法。

国产高分辨率遥感卫星影像自动云检测

谭凯, 张永军, 童心, 康一飞

2016, 45(5):  581-591.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150500

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云检测一直是卫星影像处理的难题,特别是混有地物光谱特性的薄云长期成为影像产品生产的阻碍。本文所介绍的国产高分辨率遥感卫星影像自动云检测方法能够有效克服这一难题。首先采用改进的颜色转换模型,将影像由RGB转换至HIS颜色空间,利用影像强度信息与饱和度信息生成基底图,并使用影像近红外与色调信息对其进行优化,生成修正图。然后利用直方图均衡化与双边滤波结合带限定条件的Otsu阈值分割提取纹理信息,并对修正图进行误差剔除生成云种子图。最后以HIS颜色空间的强度信息为向导,结合云种子图进行云精确提取。与不同自动、人工交互式云检测方法相比,总体精度提高了10%左右,并且能够较好地提升云检测效率。

方差分量估计在机载InSAR区域网平差中的应用

熊新, 靳国旺, 张红敏, 徐青

2016, 45(5):  592-600.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150415

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基于验后方差分量估计的思想,针对观测值中各类观测分量的方差难以直接估计的问题,研究了机载InSAR区域网平差干涉参数定标权值确定理论,设计了利用Helmert方差分量估计扩展模型的机载InSAR区域网平差干涉参数定标权值确定方法。采用我国机载双天线InSAR数据进行相关试验,表明验后估计定权能合理地顾及DEM的生成精度和拼接精度。

非量测数字相机实验室几何标定

袁枫, 张继贤, 齐维君, 方爱平

2016, 45(5):  601-607.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140539

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非量测数字相机的几何标定,包括内方位元素和畸变的精确测定,直接影响其用于航空摄影测量的最终精度。本文研制出一套非量测数字相机实验室几何标定系统。该系统采用平行光管加星点板作为目标发生器,在测量出一组目标点在相机的CCD靶面上的像点坐标及对应的平行光线的入射角后,结合几何标定的数学模型,可以实现相机的高精度几何标定。采用佳能EOS 5D Mark Ⅱ和哈苏H3D两款典型的数字相机进行了试验与分析。试验结果验证了本文标定方法的正确性以及精度的可靠性。

地图学与地理信息

道路网多特征匹配优化算法

付仲良, 杨元维, 高贤君, 赵星源, 范亮

2016, 45(5):  608-615.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150388

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同名道路匹配技术是道路数据集成、更新和融合的重要前提。道路网匹配在智能交通(intelligent transportation system,ITS)与位置服务(location-based service,LBS)等方面具有重要的研究价值和应用意义。本文提出了一种道路网多特征匹配优化算法:首先从形状、距离、语义3方面分别设计了基于面积累积的形状差、综合中值Hausdorff距离和全局加权属性项距离3种相似性度量,以更准确地描述道路待匹配对之间的特征差异;然后通过SVM对相似性特征样本集训练,以构建道路网回归匹配模型;最后利用此模型对未知匹配结果道路待匹配对进行匹配结果预测。大量试验结果表明,本文算法对非线性偏差明显的道路网数据能够实现较高的匹配准确率和召回率,能有效地用于包含多重匹配关系的道路网匹配。

开放式地理实体关系抽取的Bootstrapping方法

余丽, 陆锋, 刘希亮

2016, 45(5):  616-622.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150181

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从网络文本中抽取地理实体间空间关系和语义关系要求高时效性和强鲁棒性。本文提出一种开放式地理实体关系的自动抽取方法,通过bootstrapping技术统计词语的词性、位置和距离特征来计算语境中词语权值,据此确定描述地理实体关系的关键词,最终组织成结构化实例,并使用百度百科和Stanford CoreNLP开展了试验。研究结果表明,本文方法能自动挖掘自然语言的部分词法特征,无须领域专家知识和大规模标注语料,适用于未知关系类型的信息抽取任务;较之经典的Frequency、TF-IDF和PPMI频率统计方法,精度和召回率分别提升约5%和23%。

顾及位置关系的网络POI地址信息标准化处理方法

王勇, 刘纪平, 郭庆胜, 罗安

2016, 45(5):  623-630.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150618

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针对互联网POI(兴趣点)地址信息中广泛存在的地址要素不完整、文字表达不一致等不规范现象,提出一种顾及位置关系的网络POI地址信息标准化处理方法,首先对POI信息进行切分提取并逐层匹配地址树模型;然后基于4种位置关系从标准POI库中选出相应集合,作为丰富和修正非标准POI地址要素的候选;最后通过最小粒度地址要素的回溯,实现POI地址信息的快速标准化处理。试验表明该方法可以获得较高的准确率,尤其适用于在互联网数据环境中的POI地址信息标准化。