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2018年 第47卷 第4期    刊出日期：2018-04-20

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大地测量学与导航

联合EGM2008模型重力异常和GOCE观测数据构建超高阶地球重力场模型SGG-UGM-1

梁伟, 徐新禹, 李建成, 朱广彬

2018, 47(4):  425-434.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170269

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本文研究了联合卫星观测数据和重力异常数据确定超高阶重力场模型的理论方法，并使用EGM2008模型重力异常和GOCE（gravity field and ocean circulation explorer）观测数据构建了重力场模型SGG-UGM-1。重点研究了由球面格网重力异常快速构建超高阶重力场模型的块对角最小二乘方法，将OpenMP技术引入到块对角最小二乘中以提高计算效率，并基于模拟数据验证了方法及算法和软件模块的正确性。采用本文制定的联合解算策略，利用GOCE重力卫星观测数据构建的220阶次法方程和EGM2008模型重力异常构建的2159阶次块对角法方程，联合求解了2159阶次的重力场模型SGG-UGM-1。将SGG-UGM-1与EGM2008、EIGEN-6C2、EIGEN-6C4等超高阶模型在频谱域内进行了比较分析，结果表明SGG-UGM-1相对参考模型的系数误差较小，且在220阶次内的系数精度相比EGM2008模型有了提高。采用中国与美国的GPS/水准数据和毛乌素测区的航空重力观测数据对这些模型进行了外符合精度的检验。检核结果表明，在中国区域，SGG-UGM-1模型大地水准面的精度在EIGEN-6C2和EIGEN-6C4两个模型之间，优于GOSG-EGM模型和EGM2008模型，与美国区域几个模型的精度相当。利用毛乌素测区的航空重力数据对几个模型进行了检核，结果表明SGG-UGM-1模型计算的重力扰动精度与EGM2008、EIGEN-6C4模型相当，优于GOSG-EGM模型和EIGEN-6C2模型。

超大视场测月天文定向方法

蒲俊宇, 郑勇, 李崇辉, 詹银虎, 陈少杰

2018, 47(4):  435-445.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170306

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利用超大视场相机测月成像实现了天文定向，推导了详细的计算公式。通过实测检验了定向方法的可靠性，跟踪拍摄15 min，内符合精度优于±7.5"，外符合精度约为±20"。基于相机成像的天文定向方法改变了利用经纬仪人眼照准的传统模式，一定程度上降低了对作业员的技能要求，且超大视场相机能对月球进行连续跟踪拍摄，无须复杂的伺服控制装置。由于月球上也有重力场，月球上观测地球也有地相变化，后期如能实现定向装置的自动安平，本方法同样适用于月球车对地球成像实现天文定向。

测量机器人小视场星图一维最大熵星点图像分割算法

时春霖, 张超, 陈长远, 杜兰, 叶凯, 韩忠

2018, 47(4):  446-454.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170202

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图像分割是处理恒星星图的基本问题之一，也是确保野外高精度天文测量精度的关键步骤。图像分割的重点是图像二值化，对于星图的复杂星空背景，传统的阈值分割算法难以将星点目标从背景中提取出来。针对徕卡视频测量机器人TS50i拍摄恒星星图的小视场、单星点、弱目标和单峰性的特点，首次提出了运用一维最大熵法对星图进行阈值分割。对比分析了常用的几种阈值分割算法，通过对分割结果的比较和定量分析，验证了一维最大熵法能够在充分保留图像信息的同时，对TS50i图像达到具有良好的二值化处理效果。基于大量实拍星图背景的仿真试验表明，以该算法为基础的星点提取算法的准确性和可靠性得到验证，星点提取精度较野外一等天文测量精度要求高一个数量级，可以满足野外高精度天文测量的需求。

拉格朗日/高斯无奇点卫星运动方程推导与分析

蒋春华, 徐天河, 乔晶, 杜玉军, 王庆, 许国昌

2018, 47(4):  455-464.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170082

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针对卫星轨道理论中的奇点问题，对拉格朗日/高斯无奇点卫星运动方程做了深入的分析和探索，从原始拉格朗日和高斯运动方程及其物理意义出发，考虑圆轨道、圆赤道轨道和赤道轨道3种奇点情况，推导了一种新的拉格朗日/高斯无奇点卫星运动方程，并探讨了方程的连续性。该方程消除了零因子，解决了卫星运动方程的奇点问题。

GLONASS频间码偏差特性分析及其在宽巷模糊度固定中的应用

徐龙威, 刘晖, 舒宝, 郑福, 温景仁

2018, 47(4):  465-472.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170439

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受接收机类型、固件版本和天线的影响，GLONASS IFCB变化规律复杂且难以有效改正，导致GLONASS HMW组合包含系统性偏差，无法用于GLONASS宽巷模糊度固定。本文提出一种基于GLONASS HMW组合观测值残差的站间IFCB估计方法，并对站间IFCB变化特性进行分析。结果表明，站间IFCB长期稳定，少数相同类型硬件（包括接收机类型、固件版本和天线）站间IFCB可达0.5 m。为削弱伪距多路径效应对站间IFCB估值的影响，基于一个轨道重复周期的观测数据求得一组站间IFCB对实时观测值进行补偿，实现HMW组合平滑序列直接用于GLONASS宽巷模糊度实时固定。进行站间IFCB补偿后，基线宽巷模糊度固定正确率均在98%以上。

噪声协方差自适应控制下的双天线GNSS/INS初始对准方法

郝雨时, 徐爱功, 隋心, 王长强

2018, 47(4):  473-479.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170316

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为降低系统模型误差及观测模型误差的影响，结合噪声协方差自适应控制机制，对双天线GNSS/INS初始对准方法进行改进。利用噪声协方差自适应控制下的扩展卡尔曼滤波进行数据处理，包括系统噪声协方差控制及观测噪声协方差控制。试验结果表明，系统噪声协方差自适应控制机制可提高系统稳定性，降低滤波稳态值；观测噪声协方差自适应控制机制可降低观测噪声的影响，提高对准绝对精度。采用后处理的方式，利用基线长度偏差最小的基线结果辅助姿态解算，绝对精度进一步提高，对准绝对精度主要受观测值影响。利用本文方法，横滚角、俯仰角对准绝对精度可达0.02°，航向角对准绝对精度可达0.04°。

动态EIV模型及其总体卡尔曼滤波方法

余航, 王坚, 王乐洋, 宁一鹏, 刘志平

2018, 47(4):  480-489.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170098

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针对求解动态EIV模型时未考虑状态方程中状态转移矩阵误差的问题，本文建立了一种能够同时顾及状态方程和观测方程中各量误差的动态EIV模型。推导了针对该动态EIV模型的总体卡尔曼滤波方法及其近似精度评定公式。对比分析了本文总体卡尔曼滤波方法与已有总体卡尔曼滤波方法及总体最小二乘方法的异同。算例结果表明，本文方法统计上要优于标准卡尔曼滤波方法和已有的总体卡尔曼滤波方法。

利用平滑先验信息方法分离高频GPS数据静态永久变形与地震波

姚依欣, 王勇, 詹金刚, 郭爱智

2018, 47(4):  490-497.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20160648

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震后高频GPS观测资料详细记录了地震引起的静态永久变形和地震波信息，如何实现二者的有效分离是准确反演地震参数的关键因素。本文引入平滑先验信息方法（SPM）对近几年3次地震的高频GPS数据进行处理和分析，尝试实现二者的有效分离。结果表明，SPM方法可以简单、快速、有效地分离高频GPS动态位移中的静态永久变形和地震波信息，数据处理结果完整、清晰地记录了由主震引起的静态永久变形、余震引起的静态永久变形和震后余滑位移以及地震波信息，可为准确反演震源参数、断层破裂过程提供重要的约束条件。

顾及陆湖反射差异的卫星测高监测湖泊水位的波形分析与重定

田山川, 郝卫峰, 李斐, 罗天文

2018, 47(4):  498-507.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170348

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以Jason-2卫星雷达测高数据监测洪泽湖水位为例，分析了湖泊水位沿卫星轨迹呈"V"字形分布的原因。分析发现：由于湖泊面积相对较小，受陆地影响，测高波形中陆地反射信号占主导地位，水面反射产生的上升前缘非常小，导致波形跟踪出错。解释了波形形成的机制、造成水位计算错误的原因，结合遥感影像证明了解释的正确性，并给出了相应的波形重定算法。结果表明，该重定算法优于常用的波形重定算法，剔除异常值后水位标准差为0.09 m，为湖泊区域的测高数据处理提供了一种参考。

摄影测量学与遥感

机载LiDAR点云数据降维与分类的随机森林方法

熊艳, 高仁强, 徐战亚

2018, 47(4):  508-518.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170417

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探索自动化的激光点云分类方法对于三维建模、城市土地分类、DEM制图等应用具有重要作用。考虑到现有的点云分类算法在提取依赖邻域结构的特征参数时面临邻域尺度的选择难、数据维度高、计算复杂，并且缺乏对分类特征参数的重要性评估和选择等问题，本文提出了基于随机森林的机载LiDAR点云数据降维与分类方法。在分析点云数据的高程、回波、强度等属性特征的基础上，提取归一化高度、高度统计量、表面特征、空间分布特征、回波特征及强度特征6大类特征参数，并构建多尺度特征参数，运用随机森林的特征选择算法对分类特征集进行优化，然后进行点云分类。试验结果表明，基于随机森林的特征选择方法可以有效地降低特征维度，并且使得总体分类精度达到94.3%（Kappa系数为0.922），相比于使用全部特征分类和SVM分类方法而言，该方法的总体分类精度均有一定程度的提高；特征的重要性度量结果表明，归一化高度特征在点云分类中所起的作用最大。

融合LiDAR点云与正射影像的建筑物图割优化提取方法

杜守基, 邹峥嵘, 张云生, 何雪, 王竞雪

2018, 47(4):  519-527.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20160534

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提出一种基于图割算法的建筑物LiDAR点云与正射影像融合提取方法。首先，利用LiDAR点云计算3个几何特征：平整度、法向量分布和高程纹理一致性。同时利用航空正射影像计算颜色特征——归一化植被指数（NDVI）。然后将两类特征联合构建能量函数数据项，综合数字表面模型（DSM）和NDVI构建平滑项，采用图割算法优化得到初始的建筑物区域。最后利用初始建筑物边缘一定范围内的正射影像颜色信息，采用前后景分割的思想进一步优化建筑物边缘。应用ISPRS Vaihingen测试数据进行试验，结果表明本文方法具有较高的建筑物提取精度。

融合遗传算法和ICP的地面与车载激光点云配准

闫利, 谭骏祥, 刘华, 陈长军

2018, 47(4):  528-536.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170235

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车载激光扫描可快速获取大场景点云，由于存在视场限制和遮挡，需地面激光点云作补充。车载与地面点云分别位于大地坐标和局部坐标系统，本文提出结合遗传算法（genetic algorithm，GA）和（iterative closed point，ICP）的自动点云配准方法以统一基准。ICP采用局部优化，效率较高，但依赖初始解；GA为全局优化方法，但效率低。融合策略为当GA配准趋于局部搜索时，采用ICP完成配准。GA配准以地面激光扫描仪内置GPS测量粗略位置限定优化搜索空间。为提高GA配准精度，提出了最大化归一化匹配分数之和（normalized sum of matching scores，NSMS）配准模型。实测数据试验验证了NSMS模型的有效性，GA配准均方根误差（root mean square error，RMSE）为1~5 cm；融合配准比GA配准效率高约50%。

地图学与地理信息

Stroke特征约束的树状河系层次关系构建及简化方法

李成名, 殷勇, 吴伟, 武鹏达

2018, 47(4):  537-546.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170141

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树状河系作为地图骨干要素之一，其简化效果直接决定地图综合的质量。树状河系简化需要考虑其语义、几何、拓扑和结构等多种特征，而现有方法大多只注重了长度、角度和属性等约束性量化指标，致使简化后的空间分布特征容易被破坏。本文首先研究基于树状河系有向拓扑树（DTT）的特征智能识别方法，然后依据Paiva提出的"180°假设"和"锐角假设"，从河口出发，自下游向上游建立顾及河流语义、长度、角度约束的树状河系stroke连接，并据此判断树状河系层次关系，最后提出河系整体选取数量确定方法和顾及密度差异的河系分层剔除选取算法，实现树状河系自动化简化。经样本数据测试，验证了该方法的可靠性，同时经实际数据测试，验证了该方法在树状河系简化中的合理性和有效性。

一种河口湾海岸线渐进化简方法

杜佳威, 武芳, 李靖涵, 行瑞星, 巩现勇

2018, 47(4):  547-556.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170440

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形态复杂的河口湾海岸线自动化简是当前线要素化简研究的难点之一。在现有研究基础上，结合地理特征影响下河口湾海岸线形态特点及海图综合约束，提出一种河口湾海岸线渐进化简方法。该方法以约束Delaunay三角网为支撑构建河口湾骨架线二叉树模型，结构化表达河口湾海岸线形态特征；基于此模型，通过叶子流路渐进取舍、"退化"充分化简细小弯曲或弯曲细小部分，通过局部夸大消除河口湾内视觉冲突等，实现河口湾海岸线化简。试验结果表明，该方法充分化简目标尺度下不可视的局部细节，顾及河口湾海岸线整体形态特征保持，在几何层次、地理层次上都具有一定优越性，适于多种形态河口湾海岸线化简应用。

博士论文摘要

变形监测分析与预报的不确定性研究

魏冠军

2018, 47(4):  557-557.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170499

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时变语义下应急物资布局与调度方法研究

班亚

2018, 47(4):  558-558.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20170429

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