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2017年 第46卷 第11期    刊出日期：2017-11-20

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大地测量学与导航

顾及设计矩阵误差的AR模型新解法

姚宜斌, 熊朝晖, 张豹, 张良, 孔建

2017, 46(11):  1795-1801.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170004

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在自回归模型求解中，设计矩阵和观测值均存在误差，传统的最小二乘法不能很好地解决这一问题。本文提出了一种顾及设计矩阵误差的AR模型新解法，通过引入虚拟观测值，使观测向量与设计矩阵不仅同源而且带误差的元素个数相同，然后通过对观测方程进行等价变换巧妙实现了在最小二乘框架下求解自回归问题。利用模拟数据及实测数据分别对新算法进行了内符合精度检验，并利用实测数据对新算法进行外符合精度检验，结果表明新算法得到的结果显著优于奇异值分解（singular value decomposition，SVD）解法及传统最小二乘解法，验证了算法的精度和有效性。

扰动重力梯度的球冠谐分析建模

王燚, 姜效典

2017, 46(11):  1802-1811.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20160412

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从球冠谐理论出发，详细推导了球冠坐标系下扰动重力梯度的无奇异性计算公式。基于Tikhonov正则化方法，利用GOCE卫星实际观测数据解算局部重力场球冠谐模型。数值计算表明，基于扰动重力梯度的球冠谐分析建模方法能够有效地恢复局部重力场中的短波信号，与GO_CONS_GCF_2_DIR_R5模型的差异在±0.3×10^-5 m/s²水平。

北斗卫星ECOM光压模型参数选择策略分析

毛悦, 宋小勇, 贾小林, 阮仁桂

2017, 46(11):  1812-1821.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20160485

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以ECOM经验光压模型为基础，利用北斗卫星3年的精密星历进行轨道拟合，获得了ECOM光压参数的变化规律，给出了北斗3类卫星的ECOM光压参数选择策略。从北斗卫星姿态控制模式出发，通过卫星星体受照分析，指出在北斗卫星地影期零偏航状态下，由于太阳对卫星帆板的不正照，导致与动态偏航姿态相比，光压摄动力存在与轨道周期相关的分量，需要在ECOM 5参数的基础上增加D向周期分量进行吸收。通过MGEX全球网数据定轨试验，本文提出的方法可使零偏段定轨重叠段位置精度提高50%～80%。

摄影测量学与遥感

球面全景影像相对定向与精度验证

谢东海, 钟若飞, 吴俣, 符晗, 黄小川, 孙振兴

2017, 46(11):  1822-1829.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20160645

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对传统的5点法相对定向算法的共面误差计算方法进行改进，提出了一种适合球面全景成像特点的相对定向计算流程。与传统方法相同，该算法首先计算本质矩阵，然后对本质矩阵进行奇异值分解得到旋转矩阵和平移矢量的候选解，最后利用重建的物方三维点坐标排除错误解。本文的贡献在于推导了球面全景共面条件公式，并使用点到核线平面的球面距离作为球面全景共面条件的误差项。模拟数据试验显示：当图像特征点的随机噪声在像素范围内时，3个姿态角的中误差约为0.1°，由相对定向恢复的相对平移量与模拟值的夹角中误差约为1.5°。使用车载全景相机配合POS获取的数据进行试验的结果显示：横滚角和俯仰角的中误差可以达到0.2°以内，航向角的中误差可以达到0.4°以内，由相对定向恢复的相对平移量与POS平移量的夹角中误差可以达到2°以内。采用本文相对定向算法的结果生成球面全景核线影像，提取影像之间同名点坐标并计算其列方向误差，结果显示核线影像同名点列坐标差的中误差在1个像素以内。

星载多相机拼接成像传感器在轨辐射定标方法

韩杰, 谢勇

2017, 46(11):  1830-1840.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170071

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星载传感器在轨辐射定标是定量遥感的核心和基础，其定标精度将直接决定定量遥感产品的质量。但是对于多相机拼接成像传感器而言，现有在轨辐射定标方法无法实现各相机绝对辐射定标与相机间相对辐射校正的一体化处理。因此，本文以高分一号（GF-1）卫星宽视场（WFV）传感器为例，提出了一种基于改进型辐射区域网平差的在轨辐射定标方法。该方法首先利用传统的交叉定标方法获取WFV传感器各相机的辐射控制点信息，然后在同轨相邻相机影像重叠区域中提取辐射连接点信息，最后在考虑相机间相对辐射校正与绝对辐射定标之间的耦合关系后，采用整体平差的方式同时获取各相机在轨绝对辐射定标系数及辐射约束条件方程参数。试验结果表明采用该方法获得的各波段在轨绝对辐射定标系数的相对误差均优于9.34%，同时利用该定标系数能够实现同轨相邻相机影像间相对辐射校正处理，其重叠区域各波段表观辐亮度差异绝对值的平均值均小于1.63 W·m^-2·sr^-1·μm^-1。

面向线性光谱混合分解的邻域像元集螺线型构建方法

刘博宇, 陈军, 邢华桥, 武昊, 张俊

2017, 46(11):  1841-1849.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170109

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高时间分辨率遥感影像在地表景观破碎区域易形成混合像元，难以发挥其高时间维度优势。现有方式多是基于线性光谱混合模型，借助邻域像元所构成的像元集合组成线性方程组，求出组分光谱值的最小二乘解，提高其空间分辨率。然而，现有方法依赖窗口形式来构建邻域像元集合，在某些区域易造成方程组无解的欠定问题。本文在分析其问题原因的基础上，引入阿基米德螺线代替传统的矩形窗口，对邻域各像元依次遍历，构建空间邻近、组分相近的邻域像元集合来解决该问题。在GlobeLand 30数据上的试验表明，螺线型构建方法对5种混合尺度上多种类型地物均具有稳定的精度，与传统窗口构建方法相比，可从构建邻域像元集合方面将总体理论精度提高2%，分解结果精度提高近1个数量级。

顾及拓扑关系的立体影像直线特征可靠匹配算法

王竞雪, 朱庆, 王伟玺

2017, 46(11):  1850-1858.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170162

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针对单直线匹配过程中缺乏考虑邻近直线特征之间关系，纹理断裂处单一直线描述符的弱可靠性，提出了一种顾及拓扑关系的立体影像直线特征可靠匹配算法。该算法首先根据直线间距离、角度等基本拓扑关系对参考影像、搜索影像上提取的直线进行编组；然后将编组得到的直线组作为匹配基元，充分利用直线特征组内的拓扑关系，依次采用核线约束、单应矩阵约束、象限约束、不规则三角形区域灰度相关约束对其进行匹配；最后将同名直线组分裂为两对同名单直线、并对分裂后的结果进行整合、拟合、检核等后处理，得到“一对一”的同名直线。选取典型纹理特征的航空影像和近景影像进行参数分析及直线匹配试验，结果表明，本文算法能获取可靠的直线匹配结果。

全波形激光雷达的波形优化分解算法

王滨辉, 宋沙磊, 龚威, 陈振威, 林鑫, 程学武, 李发泉, 史硕

2017, 46(11):  1859-1867.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170045

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随着数据存储能力和处理速度的提高，三维激光扫描系统逐渐具备全波形采集和分析技术。为了从全波形数据中获得脉冲时间、幅度、脉宽以及多回波分布等综合信息，波形分解成为了全波形激光雷达数据处理的关键技术之一。针对LM算法在一定程度上依赖初值，而传统激光雷达数据处理容易遗漏部分重叠的返回波，本文提出了一种改进回波分量初值设定的算法来获取回波脉冲的位置、宽度和强度。针对一套自主研发的全波形记录激光雷达演示系统进行了波形分解试验，定性和定量分析结果验证了该方法的有效性、可靠性和准确性。

融合升降轨的极化干涉SAR三层模型植被高度反演方法

沈鹏, 汪长城, 朱建军, 高晗, 付海强, 解清华, 王赛, 何帅帅

2017, 46(11):  1868-1879.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170122

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森林参数的获取不仅可以估算地表生物量和林下地形，还有助于研究全球碳循环和分析全球气候变化。极化干涉SAR植被参数反演算法一般是基于随机地体两层模型（RVoG），但是当实际植被有着冠层、树干层和地表层的明显三层结构时，植被参数反演精度就会变差；另外，由于机载SAR系统数据的近距远距垂直向波数差异较大，导致试验结果存在着由其引起的系统误差。针对这两个问题，本文提出了一种融合升降轨的极化干涉SAR三层模型植被参数反演方法。该方法首先采用三层植被RVoG模型修正微波在穿透植被时的散射过程；然后采用融合升降轨道数据的方式削弱其系统误差；最后，采用非线性迭代平差的反演算法来进行植被高度反演。为了验证该方法的有效性，采用了德国宇航局DLR提供的BioSAR2008项目的两景升轨及两景降轨E-SAR P波段全极化SAR数据进行试验，并采用3组反演策略进行比较分析。结果表明，三层植被模型能够更好地描述植被散射过程；同时，新方法有效降低了由垂直向波数引起的系统误差，提高了树高反演精度。

高分辨率遥感影像的随机森林变化检测方法

冯文卿, 眭海刚, 涂继辉, 孙开敏, 黄伟明

2017, 46(11):  1880-1890.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170074

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基于面向对象分析（OBIA）的遥感影像变化检测研究已取得显著的进展，代表了遥感影像变化检测的发展范式，未来是发展更加智能的解译分析方法。随机森林作为一种新的机器学习算法，其预测效果和性能稳定性要优于许多单预测器和集成预测方法。本文充分利用OBIA及随机森林机器学习算法的优势，提出了利用随机森林进行面向对象的遥感影像变化检测。首先基于熵率对影像进行超像素分割，通过最优超像素个数评价指数来获取最佳的影像分割结果，并提取每个超像素在前、后时相影像上的光谱特征和Gabor特征作为随机森林的特征输入数据，用于模型的训练。在初始像素级检测结果之上，自动进行分类样本选择并构建分类器模型，用训练好的模型来提取最终的变化区域。利用Quickbird、IKONOS、SPOT-5等3组多光谱影像进行试验，结果表明，本文方法在变化检测精度上要优于对比方法。

地图学与地理信息

信息量与相似度约束下的网络地图服务缩略图自动生成算法

成晓强, 杨敏, 桂志鹏, 艾廷华, 吴华意

2017, 46(11):  1891-1898.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170080

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缩略图可显著提高图片和视频等图形图像资源的展现效率，有效改善信息检索过程中的用户体验。地图服务是一种耦合空间和尺度信息的图像资源，其设计创作、检索筛选和存储管理均需要缩略图的支撑。设计精巧的缩略图带给人良好、鲜活的第一印象，帮助用户实现高效的交互与探索；粗糙凌乱的缩略图则让用户产生抵触情绪，打消其继续探索地图服务的主动性。本文借鉴视频关键帧的思路并结合地图表达特点，提出了地图服务关键位置和关键尺度的概念，并设计了相应的量化指标和提取算法，重点解决了缩略图视觉效果不佳、地图信息量不足和自动化程度不高等问题。算法基于信息量识别地图中内容丰富的关键位置，然后利用跨比例尺相似度判断发生显著变化的关键尺度，最后自动筛选出若干张代表地图服务内容的缩略图。试验表明本方法提取的缩略图数量适中、内容丰富、代表性强，可高度还原地图服务的内容构成和外观样式。

手绘地图开域空间方向关系检索法

安晓亚, 刘平芝, 金澄, 徐道柱, 王峰

2017, 46(11):  1899-1909.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170001

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为满足智能化检索地理信息的需求，提出一种基于开域空间方向关系的手绘地图检索方法。首先设计了一种适用于手绘地图检索的开域空间方向关系描述模型。该模型通过开域既能自适应精确描述，又可通过松弛化策略模糊描述手绘对象间方向关系。提出基于开域空间方向关系的手绘地图检索流程，建立了R树空间索引和方向关系相似度计算模型，给出了输出结果的评价方法。采用实际数据的试验结果表明，该方法可在较大范围地图场景中有效检索到排名靠前的结果。

基于案例推理的居民地选取方法

谢丽敏, 钱海忠, 何海威, 刘闯, 段佩祥

2017, 46(11):  1910-1918.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170061

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针对当前中小比例尺地图中居民地选取面临的专家制图经验难以形式化表达的问题，提出一种基于案例推理的居民地选取方法。首先，把制图专家对居民地交互选取结果作为案例对象，挖掘居民地案例的属性特征指标，对属性赋值和归一化处理；然后，采用逐步消元法对居民地最佳属性组合进行选择，并构建源案例库；最后，采用案例推理方法，结合KNN算法，训练案例库确定KNN算法的最佳K值，将新案例与源案例库检索匹配，得出最佳决策结果，进而指导待决策居民地的自动选取。经试验验证，该方法能够较好地还原专家的选取意向，具有较好的抗噪声能力，在面状居民地自动选取中取得了较好的效果。

点状地名信息的加权泰森多边形检索法

张宇, 王琦, 吴文周, 苏奋振

2017, 46(11):  1919-1926.  doi:10.11947/j.AGCS.2017.20170125

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鉴于地名库中多数地名仅以中心点坐标形式记录其空间位置信息，缺乏其空间范围的具体描述，造成地名检索中的片面性和局限性，本文在深入分析地名及其空间属性、空间关系的基础上，考虑同类型地名的不同性质在检索中的重要作用，利用泰森多边形在地名边界近似中的优势，提出了针对点状地名信息的加权泰森多边形检索法，依据同类型地名的面积属性作为权重指标构建泰森多边形，以近似表达地名的空间范围，进而描述地名间的各类空间关系；并从拓扑关系、方位关系与距离关系3个方面给出了具体公式以计算地名间的空间相似性；最后以行政区划边界近似与检索为例验证该方法。试验结果表明，该方法可较好地近似表达地名空间范围及空间关系，增强了检索词与地理信息资源在空间位置上的相似性度量，检索结果优于传统方法。