测绘学报

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2018年第47卷第3期刊出日期：2018-03-20

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大地测量学与导航

GOCE卫星重力梯度校准与无阻尼控制效果分析

邹贤才

2018, 47(3): 291-297. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170219

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GOCE卫星是首颗搭载高精度梯度仪，通过加速度计差分测量确定地球重力场的现代重力卫星。该卫星设计为无阻尼飞行状态（沿轨方向），加速度计并未安置在卫星质心，这些特点使得GOCE与标准的卫星跟踪卫星重力测量模式有着显著的区别。本文首先指出GOCE任务中普通模式加速度校准存在不严密性问题，并提出了分别校准6个加速度计，分离偏差参数的方案。利用GOCE任务期内的几何法精密轨道，采用动力法完成校准，并分析了无阻尼控制的效果，发现：①虽然GOCE所在轨道高度的中性大气密度较GRACE高两到三个量级，但GOCE卫星在沿轨方向的残余非保守力比GRACE卫星的对应分量小一个量级，充分显示了无阻尼控制系统的补偿效果；②通过精密轨道内插的轨道速度与动力法轨道速度的比较可以得出，卫星无阻尼控制系统对GOCE卫星速度的显著影响；③计算了GOCE卫星所受的非保守力。获得了GOCE任务期间的加速度计校准参数，并讨论了利用其辅助重力梯度仪数据预处理的可能方法。

北斗高精度长弧历书模型设计

常志巧, 胡小工, 陈刘成, 李晓杰, 祖安然, 唐成盼, 黄华

2018, 47(3): 298-307. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170103

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历书参数可同时用于辅助常规导航和自主导航的信号捕获。延长历书参数的有效期不但可以使地面接收机启动时充分利用历书数据，对于基于星间链路观测的自主导航，历书参数的有效期还决定了地面注入历书的频度和占用的星上存储资源。通过对北斗3类导航卫星主要摄动力及其对轨道根数的长期项和长周期项的影响分析，设计了以6个轨道根数和5个摄动参数为播发参数的历书拟合模型。以一个自主运行周期90 d为时间尺度，对北斗在轨卫星进行了长弧段历书拟合试验，并同时分析了卫星位置和速度的拟合精度。结果表明新的历书拟合模型提高了历书拟合的精度，尤其对于地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星，拟合精度提高显著。对于GEO和IGSO卫星，位置拟合误差大约从200 km降低至十几千米甚至几千米，速度拟合误差大约从15 m/s降低至0.6 m/s，新方法拟合精度提高了约20~30倍；对于中圆地球轨道卫星，无论采用哪种历书模型，位置拟合误差都在5 km左右，速度拟合误差都在0.6 m/s左右，新方法拟合精度提高约15%。针对星间链路卫星10 km位置误差上限的使用需求，对比了新老历书模型的拟合弧长，常规模型最大拟合弧长约为14 d，而新历书模型的最大拟合弧长可延长至45 d，新历书模型延长了历书使用期限，优化了北斗历书模型设计。

多系统非差非组合精密单点定位电离层延迟约束权阵的确定

张辉, 郝金明, 谢建涛, 刘伟平, 周阳林

2018, 47(3): 308-315. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170151

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非差非组合精密单点定位需要估计电离层延迟参数，采用电离层先验改正模型约束可以辅助电离层参数解算。针对先验电离层改正量与实际观测量之间权比关系难以确定的问题，本文提出一种电离层约束权因子搜索算法，采用权因子对先验电离层改正量的方差进行调整，根据验后残差加权平方和最小原则通过搜索找出较优的权因子，利用验后残差动态调整先验电离层改正量的方差从而达到改善定位结果的目的。采用8个MGEX跟踪站的GPS/BDS观测数据对该算法进行验证。静态结果表明：对比传统约束方法，采用搜索算法后平均三维定位精度由3.96 cm提高到3.40 cm，平均收敛时间由76.3 min缩短为59.9 min。

南极中山站的重力和区域海洋潮汐特征

刘清超, 孙和平, 王泽民, 陈晓东, 张胜凯, 徐建桥

2018, 47(3): 316-323. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170123

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本文利用中山站弹簧重力仪记录的重力潮汐时间序列、验潮站数据、CATS2008区域和Eot11a全球海潮模型研究重力和海洋潮汐特征。结果表明，在周日频段，潮波O1的海潮振幅达到28 cm，4个主要潮波（Q1、O1、P1和K1）的全球模型与验潮站潮高差之和为4.2 cm，区域模型与验潮站潮高差之和为4.4 cm；在半日频段，潮波M2的海潮振幅达到20 cm，4个主要潮波（N2、M2、S2和K2）的潮高差之和分别为7.7 cm和5.1 cm，说明利用区域模型修正全球模型的重要性。经区域模型修正的全球海潮负荷改正后，重力主波K1、M2和S2的最终残差振幅分别下降了9.84%、56.14%和37.08%，说明区域海潮模型更能反映海洋潮汐的真实特征，用区域模型修正全球海潮模型的有效性得到验证。

联合GEO/IGSO/MEO的北斗PPP模糊度固定方法与试验分析

李昕, 袁勇强, 张柯柯, 曾琪, 张小红, 李星星

2018, 47(3): 324-331. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170341

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由于北斗地球静止轨道（geostationary earth orbiting，GEO）卫星轨道精度较低且其观测值受多路径误差和伪距偏差影响严重，目前各分析中心尚未针对北斗GEO卫星提供长期稳定的相位小数偏差（uncalibrated phase delay，UPD）产品，北斗精密单点定位（precise point positioning，PPP）模糊度固定技术研究主要针对倾斜轨道（inclined geosynchronous orbiting，IGSO）和中地球轨道（medium earth orbiting，MEO）卫星。本文采用Wanninger和Beer的高度角模型消除了IGSO/MEO观测值伪距偏差，并通过小波变换提取低频分量修正伪距观测值的方法削弱了GEO卫星多路径和伪距偏差的影响。由于窄巷UPD估值受未模型化误差影响较大，本文改进了窄巷UPD估计的策略，该策略利用上一历元成功估计的窄巷UPD对当前历元的浮点模糊度进行改正，剔除了残差较大的浮点模糊度，修正固定错误的整周模糊度，从而提高了窄巷UPD的精度和稳定性。利用估计得到的UPD产品，本文实现了联合GEO、IGSO和MEO卫星的北斗非差PPP模糊度固定，并对其定位性能进行分析。结果表明：联合GEO、IGSO和MEO卫星的PPP固定解的首次固定时间和收敛时间均可以缩短到30 min以内；6 h后的E、N、U方向的定位误差由（1.35、0.35、2.75）cm减少到（1.07、0.26、2.24）cm，分别减少了20%、27%和18%。

利用GPS垂直位移反演云南省陆地水储量变化

何思源, 谷延超, 范东明, 赵鸿彬, 郑蓉

2018, 47(3): 332-340. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170255

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地表质量的重分布会引起固体地球的弹性形变，GPS连续运行观测站能够精确测定地表负荷引起的地壳形变。本文通过模拟数据对利用云南省及其周边47个中国大陆构造环境监测网（陆态网）台站反演云南地区陆地水储量的可行性进行分析：以水文模型周年振幅为真值，计算47个台站点的负荷形变，同时加入随机误差构成模拟观测数据，最后采用模型反演陆地水储量变化；1000次的随机模拟试验表明利用当前GPS台站数据可有效地反演云南地区陆地水储量变化。基于上述结论，笔者反演了云南省2010—2014年陆地水储量变化，GPS反演结果表明：云南省陆地水变化呈现明显的地域分布特征，西南部高山地区的水储量周年变化高于东部平原地区；在时间尺度上，云南省大部分地区水储量在10月（夏季末）达到最大值，在4月（冬季末）达到最小值；云南省2010—2014年陆地水呈缓慢增长趋势，约为20 mm/a。通过GPS陆地水储量反演结果与GRACE、GLDAS以及TRMM数据综合对比分析，表明利用云南地区当前GPS台站可以作为独立观测量用于GRACE与GRACE Follow-on衔接期间的陆地水储量变化监测。

模糊度固定的北斗卫星多系统融合精密轨道确定

房亚男, 辛景民, 曾光, 王家松, 李杰

2018, 47(3): 341-347. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170378

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利用全球分布的IGS和MGEX站多模观测数据，研究了北斗卫星多系统融合双差动力学精密定轨方法，提出了适应北斗系统的双差模糊度固定策略。结合实测数据，对比了单系统与多系统融合、模糊度固定解与浮点解的定轨效果。结果表明：相比单系统定轨，多系统融合定轨能有效改进IGSO和MEO卫星轨道精度，但对于GEO卫星，多系统融合定轨并无优势；利用改进的模糊度固定策略对IGSO和MEO卫星双差模糊度进行固定，有效提高了长基线模糊度固定率，整体固定成功率由40%提高到60%以上；模糊度固定对定轨精度改进作用明显，IGSO和MEO卫星三维定轨精度分别提高了48%和36%，达到0.048 m和0.066 m。

摄影测量学与遥感

融合引导滤波和迁移学习的薄云图像中地物信息恢复算法

胡根生, 周文利, 梁栋, 鲍文霞

2018, 47(3): 348-358. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170258

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薄云覆盖遥感图像使图像上的地物信息模糊。本文给出了一种融合引导滤波和迁移学习的薄云图像中地物信息恢复算法。首先利用多方向非抽样对偶树复小波变换对薄云目标图像和无云引导图像进行多分辨率分解，再对分解后的低频子带分别进行支持向量引导滤波和迁移学习，对分解后的高频子带利用修正的Laine增强函数进行增强，然后应用基于区域能量的选择和加权相结合的方法对引导滤波输出和迁移学习模型预测的低频子带进行融合，最后对增强后的高频子带和融合后的低频子带进行多方向非抽样对偶树复小波逆变换重构，获得地物信息恢复图像。Landsat-8 OLI多光谱图像的试验结果表明，支持向量引导滤波能够有效保留目标图像的地物细节信息，域自适应的迁移学习能有效扩展可利用的多源多时相遥感图像范围，通过融合引导滤波和迁移学习能有效去除遥感图像上的薄云，获得较好的地物信息恢复效果。

ICESat激光高程点辅助的天绘一号卫星影像立体区域网平差

王晋, 张勇, 张祖勋, 李晓, 陶鹏杰, 宋孟肖

2018, 47(3): 359-369. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170425

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无地面控制点（简称无控）区域网平差是实现卫星影像无控测图的一项重要技术，对于境外和外业测控困难区域的测图具有重要意义。然而，无控区域网平差的定位精度一般难以满足对应比例尺测图规范要求。利用公开、可稳定获取的公众地理信息数据辅助区域网平差，是提高卫星影像无控定位精度的有效途径，其中ICESat激光高程点便是一种良好的高程控制数据。为了提高天绘一号卫星影像无控定位精度，本文提出ICESat激光高程点辅助的卫星影像模型法立体区域网平差方法。首先，以30 m分辨率SRTM估算的地形坡度作为限制条件，结合激光高程点自身质量评价信息，自动提取高质量ICESat激光高程点；其次，利用自动匹配的连接点进行模型法自由网平差，实现卫星影像几何定位精度的相对一致性（内部一致性）；最后，将激光高程点自动量测至卫星影像作为控制点，其平面坐标根据自由网平差结果前方交会计算而得，高程坐标取自激光点高程，再次进行区域网平差精化定向参数，提高卫星影像的绝对高程精度。最后本文利用山东全省的天绘一号卫星影像进行试验，验证了本文方法的有效性和可行性。

利用GNSS-R信号进行交通车流检测

杨磊, 杨东凯, 朱云龙, 高超群

2018, 47(3): 370-375. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20160496

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为了有效检测交通状况，提出了一种使用GNSS-R （导航卫星反射）信号进行车流检测的方法。该方法利用两种天线分别接收导航卫星直射信号和反射信号，使用通用接收机进行信号采集后，在软件接收机中进行信号处理解算，获得直射通道和反射通道的相关功率，以及卫星的高度角。然后使用反演介电常数的方法对车辆进行探测，获得交通车流状况。通过试验验证，该方法能够有效地对探测区域内的车辆进行检测，证明了使用GNSS-R进行交通车流检测的可行性。

地图学与地理信息

地图代数中的双重网格计算方法

胡海, 郝大磊, 杨传勇, 胡鹏

2018, 47(3): 376-384. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170260

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当今数据量级的骤增以及高精度要求的剧升是科学计算的新特点。随着物联网、云计算的发展，对全球范围分析计算的米级、亚米级以上高精度的要求已经出现。因为倍缩的颗粒度意味着计算量和空间复杂性几何级数般地飙升，因此机械地缩小栅格尺寸以实现计算精度和效率保证的自然途径理论和实践上都遇到极大困难。本文首先论述了实际计算中双重网格计算的原理和关键。它是在通常地图代数粗栅格距离变换后，充分利用其中心间长距离准确计算的基础，运用两端点间度量计算中的微分公式，在两端点粗栅格内各有微小位移时简易并准确计算位移后距离，以完成所有相关端点粗栅格中各细栅格阵的距离变换运算，从而实现高分辨率度量下的目标计算。并在此基础上详细阐述了实际应用中双重网格计算的具体实施方案，并讨论了它的计算复杂性。结果表明，双重网格计算方法极大地降低了计算开销，在理论和实践上突破了栅格方法对于大区域度量计算的适用性问题。

立交桥识别的CNN卷积神经网络法

何海威, 钱海忠, 谢丽敏, 段佩祥

2018, 47(3): 385-395. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170265

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OSM数据中立交桥结构的识别和分类，能够为构建多尺度模型、导航和位置服务、拥堵分析等提供重要信息。传统的立交桥识别方法依赖于人工设计的低层次特征，无法有效区分存在干扰路段的复杂立交桥结构。本文针对当前算法抗差性上存在的不足，提出了一种新的基于卷积神经网络的立交桥识别方法。该方法将矢量数据与栅格图像相结合，利用神经网络学习区分立交桥类型的高层次模糊性特征，从而对OSM中的复杂立交桥结构进行分类。试验表明，该方法有较强的抗干扰性，在复杂的立交桥形态分类中取得了良好的效果，并随着案例库的扩充和神经网络模型的优化存在进一步提升的空间。

顾及视觉规律的行政区划图自动着色回溯法

魏智威, 郭庆胜, 颜芬, 王勇

2018, 47(3): 396-402. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170148

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行政区划图着色需要顾及区域配置、色彩平衡和用户意图等。本文从视觉规律出发，在给定配色模板前提下，研究了图面色彩协调、色彩对比和视觉平衡的定量化方法，并建立了行政区划图着色效果的评价模型。在此基础上，本文提出了行政区划图自动着色的面积均衡约束回溯法。试验结果表明，本方法能较好地顾及行政区划图着色过程中的视觉规律，满足制图要求。

跨比例尺新旧居民地目标变化分析与决策树识别

陈利燕, 张新长, 林鸿, 杨敏

2018, 47(3): 403-412. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170373

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变化分析与探测是跨比例尺地图数据更新的核心问题之一。以往研究主要关注时间维上地理实体时空演化引起的地图目标变化，甚至将地图目标变化等同于地理实体真实变化，忽略了尺度维上由地图综合导致的表达变化。本文以居民地数据为例，从表层形式和深层缘由对跨比例尺新旧地图数据间的目标变化进行深入分析。在此基础上，引入机器学习领域的决策树方法构建变化信息识别模型。该模型的目标是判别时态变化和表达变化两种类型，从而提取用于更新小比例尺地图数据的真正变化信息。结合广州市多比例尺地图数据库更新任务及实际数据进行验证，结果显示设计的变化探测模型可以达到90%以上的整体精度。

海洋测量学

顾及波浪影响和深度约束的水下控制网点绝对坐标的精确确定

赵建虎, 陈鑫华, 吴永亭, 冯杰

2018, 47(3): 413-421. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170246

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为解决传统海底控制网点绝对坐标确定费时费力、垂直解精度不高的问题，提出一种顾及波浪影响和深度约束的水下控制网点绝对坐标精确确定方法。首先，开展了波浪影响研究，提出水下控制网点间高差确定方法以及利用该高差和GNSS垂直解的网点绝对高程确定方法。在此基础上，提出附加深度约束的圆走航单点绝对三维基准传递法、深度约束的二维自由网平差法及联合点间高精度深度差的组合约束平差法和三维联合约束平差法。最后对提出的方法进行验证。该方法可提高作业效率，将传统方法高程确定精度提高了1个量级。

博士论文摘要

融合新一代卫星SAR数据的地形与形变信息提取模型与方法

戴可人

2018, 47(3): 422-422. doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170422

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