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2021年 第50卷 第1期    刊出日期：2021-01-20

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综述

天空地多源遥感数据的广义摄影测量学

张永军, 张祖勋, 龚健雅

2021, 50(1):  1-11.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200245

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21世纪以来，随着云计算、大数据、物联网、机器学习等信息技术领域的飞速发展，人类已进入人工智能新时代。摄影测量学科也顺应新一轮科技革命的浪潮，快速发展为全新的广义摄影测量学，其载体平台、仪器设备、数据处理理论技术及应用领域都已发生显著变化，天空地一体化的多传感器多层次综合立体观测技术得到极大发展，全面进入综合智能摄影测量时代。本文提出广义摄影测量学的科学概念，并详细论述其学科内涵、发展特点、研究方向与应用领域。在全新的广义摄影测量框架下，数据获取呈现多视角成像、多模态协同、多时相融合、多尺度联动等特点，数据处理则呈现多特征耦合、多控制约束、多架构处理、多学科交叉等趋势。天空地一体化广义摄影测量学的全面发展和智能服务，尚需在天空地多视角/多模态影像处理、智能信息提取与监测、点云与影像联合建模、无人系统自主导航、智能制造系统视觉检测等方面取得更大突破，形成从天空地多源遥感数据实时/准实时智能几何处理到信息提取服务的完整理论和技术体系，迎接智能化测绘新时代的到来。

大地测量学与导航

基于GNSS水准和重力场误差特性的大地水准面精度评估方法

章传银, 马旭, 章磊, 丁剑

2021, 50(1):  12-17.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200211

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缺乏有效的大地水准面成果精度评估方法，是高程基准现代化及其成果应用面临的关键问题。本文基于GNSS水准高程异常与重力场频域误差特性，研究GNSS水准与重力地面高程异常融合的技术要求，进而提出一种大地水准面成果的误差表达与精度评估方法。经示例测试分析，得出主要结论如下：①实用地面高程异常（即融合后的似大地水准面）精度，应采用随距离非线性变化的高程异常差误差曲线表达；②似大地水准面的精度评估，推荐采用两项误差指标和两条误差曲线共4个要素完整表达，即重力地面高程异常差误差、实用地面高程异常内部误差、实用地面高程异常差误差曲线与GNSS水准高程异常差误差曲线；③当两个GNSS水准点间距离接近或小于所有GNSS水准点平均间距时，GNSS水准高程异常对实用地面高程异常的贡献起主要作用；④较大空间尺度的实用地面高程异常精度主要依靠重力地面高程异常控制。

Android智能手机GNSS高精度实时动态定位

高成发, 陈波, 刘永胜

2021, 50(1):  18-26.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20200107

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本文基于智能手机GNSS观测值的质量和性质，利用手机载波相位观测值不确定度进行粗差处理，使用星间单差法消除智能手机伪距和载波相位观测值之间差值不固定特性的影响，针对手机观测值修改滤波过程中的观测值噪声方差数值，采用不固定载波相位整周模糊度的常加速度动态单频Kalman滤波模型实现实时PPP和RTK两种定位方法，提高手机实时GNSS定位精度。使用某智能手机进行验证，单频实时动态PPP定位在99s内达到稳定状态，平面定位精度为1.51 m，高程精度为2.79 m；RTK定位在27 s内达到稳定状态，平面定位精度为0.73 m，高程精度为0.78 m。测试结果表明目前智能手机的GNSS定位模块具有提供更加精准的位置服务能力，甚至在某些特定场景下具有实施测绘作业的潜能。

Swarm系列卫星非差运动学厘米级精密定轨

张兵兵, 牛继强, 王正涛, 徐丰, 田坤俊

2021, 50(1):  27-36.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20190165

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采用2015年5月24日—30日的Swarm星载GPS双频观测数据，基于Melbourne-Wübbena（MW）和消电离层线性组合，在精密单点定位技术的基础上，采用批处理最小二乘估计法对不同轨道高度的Swarm系列卫星进行非差运动学精密定轨。利用星载GPS相位观测值残差、与欧空局发布的简化动力学轨道对比，以及SLR检核3种方法对Swarm系列卫星非差运动学定轨结果进行精度评估。结果表明：①Swarm系列卫星星载GPS相位观测值残差RMS为6~7 mm；②与欧空局发布的简化动力学轨道进行求差，径向、切向及法向轨道差值RMS为2~4 cm；③与欧空局发布的运动学轨道进行求差，径向、切向及法向轨道差值RMS为1~2 cm；④SLR检核结果表明Swarm-A/B/C卫星轨道精度为3~4 cm。因此，采用非差运动学定轨方法与本文提供的定轨策略进行Swarm系列卫星精密定轨是切实可行的，定轨精度为厘米级。

汶川地震后龙门山断层中段愈合过程的GPS时间序列反演

赵静, 占伟, 任金卫, 江在森, 顾铁, 刘杰, 牛安福, 苑争一

2021, 50(1):  37-51.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200047

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利用汶川地震后、芦山地震前3年时间（2010.30—2013.30）的GPS连续站时间序列结果，采用TDEFNODE负位错反演程序，对龙门山断层中南段闭锁程度和滑动亏损速率动态演化进行了反演计算与分析，并讨论了汶川地震后断层中段的愈合过程和西南段的大震背景。结果表明：①汶川地震震中周边破裂区域的闭锁程度逐渐增强，由2010年基本处于蠕滑状态，至2013年处于较强闭锁状态；闭锁范围也逐渐增大，由汶川震中西南方向逐渐趋近震中位置，表明该部分断层正在快速愈合。汶川震中北东方向的大部分破裂区域依然处于蠕滑状态，表明该部分断层还未开始愈合。②芦山地震震中附近及其西南方向断层一直处于强闭锁状态，且完全闭锁区域的滑动亏损速率逐年减小，可能表明愈合区域分担了部分巴颜喀拉块体对四川盆地的挤压作用。以上结果表明，龙门山破裂断层不同段震后愈合过程和活动特征都有显著差异；处于强闭锁状态的龙门山断层西南段，在挤压弹性应变快速积累的情况下，发生大震的背景有所增强。

基于钟差预测的铯原子钟频率异常检测算法及性能分析

伍贻威

2021, 50(1):  52-60.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190322

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提出一种基于钟差预测的铯原子钟频率异常检测算法。将钟差预测不确定度的解析表达式作为理论依据，以预测误差作为检验统计量，对检验统计量做二元假设检验。在两种情况下，检验统计量都服从正态分布。通过约束虚警概率（P_FA），查询正态分布的分布函数，得到对应的检测门限值。根据在异常情况下的检验统计量分布函数和检测门限值，推导给出了求解平均频率跳变幅度（Y_a）对应的检测概率（P_D）的表达式。仿真试验和实测数据试验都验证了理论分析的结论。在此基础上总结了提高检测概率的方法。

GPS/BDS/Galileo三频精密单点定位模型及性能分析

周锋, 徐天河

2021, 50(1):  61-70.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200146

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在精细考虑伪距和载波相位硬件偏差时变特性的基础上，导出了更为严谨的非差非组合观测方程，并给出了非组合模式下两类GNSS偏差的数学表达形式。基于此，本文详细研究了3种常用的三频精密单点定位（PPP），即无电离层两两组合IF1213、单个无电离层组合IF123与非组合UC123函数模型的独立参数化方法，系统分析了3种PPP模型的相互关系以及GPS/BDS/Galileo三频静、动态PPP定位性能。结果表明，静态PPP收敛后定位精度水平方向优于1.0 cm，高程优于1.5 cm；动态PPP水平方向优于2.0 cm，高程优于5.0 cm；三频PPP的定位性能与双频PPP基本相当。

利用深层卷积神经网络实现地形辅助的多波束海底底质分类

阳凡林, 朱正任, 李家彪, 冯成凯, 邢喆, 吴自银

2021, 50(1):  71-84.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200065

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海底底质分类对于海洋资源开发与利用、海洋科学研究等多方面具有重要意义。目前，多波束探测是实现大范围海底底质分类的有效手段之一，通常基于多波束反向散射强度提取角度响应（AR）特征及反向散射图像特征进行底质分类。由于特征来源较单一，分类器结构简单，往往分类精度不高。为此，本文提出了一种基于深层卷积神经网络（CNN）的多波束海底底质分类方法。除反向散射强度特征外，还利用地形特征，将特征向量转换为波形图，再输入卷积神经网络进行训练和分类。试验对比不同特征组合以及BP网络、支持向量机（SVM）、K近邻（KNN）、随机森林（RF）4种常规分类器，本文模型算法总体分类精度达到94.86%，Kappa系数为0.93，精度具有明显优势，效率也比较高。表明该方法有效利用两种数据类型所蕴含的海底底质信息，充分发挥卷积神经网络权值共享、高效率等特点，实现高分辨率海底底质分类，可对海底底质分类研究提供参考。

摄影测量学与遥感

附加视线向量修正的卫星影像区域网平差

伍洋, 张永生, 李凯, 于英, 赖广陵

2021, 50(1):  85-96.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20190093

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针对传统有理函数模型（RFM）区域网平差方法局限于姿态和轨道测量误差小、相机视场角小及影像交会角良好的情况，提出了附加视线向量修正的卫星影像区域网平差方法。首先利用影像附带的有理多项式系数（RPC）计算出像元视线向量，其次根据该视线向量恢复成像时刻虚拟位置和姿态信息，然后对恢复的虚拟位置和姿态构建误差补偿模型，最后通过最小二乘方法整体解算模型参数和连接点物方坐标。该方法从系统误差产生的原因构建补偿模型，可以规避传统区域网平差方法的近似假设和条件限制。通过对模拟数据以及多套测绘卫星和非测绘卫星数据进行试验的结果表明，该方法处理大姿态角误差、大视场角以及弱交会角等各种严苛条件下的卫星影像能达到比传统方法更好的效果。

高分辨率遥感影像城中村提取的景观语义指数方法

张涛, 丁乐乐, 史芙蓉

2021, 50(1):  97-104.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20190463

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城中村是中国一类特殊的非正式居民区。本文从城中村的物理特点出发，采用景观语义指数描述复杂的城中村场景，提出基于景观语义指数的高分辨率遥感影像城中村提取方法，并采用“分类置信度-反馈”机制进行实际可操作的大范围城中村制图。以广州市核心城区为例，城中村检测的总体精度达到了90%以上。试验结果表明相对于传统的光谱、纹理特征，景观语义指数能够更好地描述城中村的根本形态特点，更准确的城中村提取。此外，“分类置信度-反馈”机制能够充分参考机器学习的分类概率，以有限的人工干预生产更加准确的城中村制图产品。因此，本文方法能够有效应用于大范围的城中村提取与制图。

深度学习支持下的丘陵山区耕地高分辨率遥感信息分区分层提取方法

刘巍, 吴志峰, 骆剑承, 孙营伟, 吴田军, 周楠, 胡晓东, 王玲玉, 周忠发

2021, 50(1):  105-116.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20190448

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耕地是丘陵山区稀缺的土地资源，具有地形条件复杂、种植结构多样的特点，导致了山地耕地信息难以快速、准确获取，并且基于传统的遥感数据及遥感监测方法开展山区耕地信息快速自动提取比较困难。针对这一问题，本文以西南山区贵州省息烽县作为试验区，根据地理空间异质性特征，提出分区控制、分层提取的耕地形态信息提取思路，构建了一种地貌单元约束条件下的分区分层耕地形态信息的提取方法。该方法首先根据地貌-植被特征将试验区划分为平坝区、山坡区、林草区3类地理分区；然后在每类分区基础上，根据耕地所呈现的视觉特征划分为不同的类型，对不同类型的耕地分别设计不同的深度学习模型进行分层提取。试验结果证明，该方法对山区复杂地形背景噪声具有较好的抑制作用，所提取的耕地地块信息相比于传统方法更符合实际耕地的实际分布形态，有效地减少了漏提率和错提率。

地图学与地理信息

图像匹配的物体空间关系推理表达

李钦, 游雄, 李科, 王玮琦

2021, 50(1):  117-131.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20190497

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物体空间关系指的是物体在欧氏空间中的邻近关系，根据图像中包含物体的邻近关系解决图像匹配的问题。本文首先基于对比机制训练物体块特征提取网络，构建物体块深度特征，该特征可以有效匹配不同图像中的相同物体块；其次，基于已有的先验图像数据推理表达图像中物体的空间邻近关系，构建场景物体空间邻近图；进而基于该空间邻近图计算场景图像对的空间邻近度，完成图像空间关系匹配。试验表明不匹配图像间的空间邻近度一般为0，而匹配图像间的空间邻近度一般大于0，本文空间关系匹配涉及多个物体间的相互关系，具有更强的稳健性，其匹配效果明显优于对比试验中的其他方法，可以高效稳定地完成图像匹配任务。

改进的地图制图点注记配置探测信息模型

胡冯伟, 乔俊军, 陈张健, 龚丽芳, 李爱勤

2021, 50(1):  132-141.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200018

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点注记作为地图信息传输的媒介之一，是地图不可或缺的组成部分。以往对点注记的自动化配置研究主要考虑注记的冲突问题，忽略了背景要素的空间分布与结构特征，而背景要素分布结构与点注记质量密切相关。本文以注记清晰性、指代明确性、配置均匀性和归属正确性规则为出发点，构建点注记质量与背景要素的相关性量化描述，提出一种改进的探测信息模型。模型顾及了要素拓扑关系、数据结构、视觉位置、行政区划所导致的探测信息量的差异性，以国家1∶100万基础地理信息数据为例，将研究结果与第一代模型以及Maplex进行对比验证分析。试验表明，本文模型能够进一步减少局部区域的探测信息量，有效规避了背景要素，提升了注记的清晰性与可读性。

博士论文摘要

基于Morse理论的三角网格特征提取及简化研究

张春亢

2021, 50(1):  142-142.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20190491

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