测绘学报

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2021年第50卷第4期刊出日期：2021-04-20

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北斗导航卫星系统

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

蔡洪亮, 孟轶男, 耿长江, 高为广, 张天桥, 李罡, 邵搏, 辛洁, 卢红洋, 毛悦, 袁海波, 刘成, 胡小工, 楼益栋

2021, 50(4): 427-435. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200549

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本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法，并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明，定位导航授时服务方面，空间信号测距误差0.23 m（RMS），空间信号可用性99.44%，空间信号连续性99.99%，PDOP可用性100%，B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m（95%），B1C信号全球定位可用性99.93%，B1C信号授时精度14.7 ns（95%）；星基增强服务方面，定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m（95%）、具有垂直引导能力的一类进近（APV-I）可用性100%；精密单点定位服务方面，定位精度水平方向0.17 m（95%）、垂直方向0.22 m（95%）、平均收敛时间9 min；区域短报文通信服务成功率99.6%，服务容量1530万次/h（上行）、935万次/h（下行）；全球短报文通信服务成功率96.46%，服务容量40万次/h（上行）、21万次/h（下行）；国际搜救服务方面，搜救信号接收成功率98.3%（发射功率37 dBm）。

北斗三号全球导航卫星系统全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM)应用性能评估

袁运斌, 李敏, 霍星亮, 李子申, 王宁波

2021, 50(4): 436-447. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200421

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2020年6月23日，我国北斗三号全球导航卫星系统正式完成星座全球组网。北斗三号全球导航卫星系统采用新一代全球广播电离层延迟修正模型（BDGIM），为用户提供电离层延迟改正服务。本文利用高精度全球电离层格网（GIM）以及实测BDS/GPS数据提供的电离层TEC作为参考，从延迟改正精度及北斗单频伪距单点定位应用、模型系数性能等方面，对北斗三号系统组网前后（2020年5月1日至2020年7月20日）BDGIM模型的改正精度等应用性能进行了分析与研究，并将其与美国GPS播发的Klobuchar模型和北斗二号卫星导航系统播发的BDS Klobuchar模型进行对比。研究表明，BDGIM模型在对北斗三号系统组网完成前后电离层延迟修正精度没有发生显著变化。上述时段内，以国际GNSS服务（IGS）发布的最终GIM产品为参考，BDGIM模型在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别达到84.45%、74.74%和64.57%；以选取的全球83个GNSS检测站BDS、GPS双频数据实测电离层TEC为参考，BDGIM在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别为73.12%、70.18%及68.06%；当BDGIM模型应用于北斗单频伪距单点定位时，在中国区域、亚太地区和全球范围内分别实现了2.22、2.66和2.96 m的三维定位精度。

北斗三号卫星多频多通道差分码偏差估计与分析

邓远帆, 郭斐, 张小红, 刘万科

2021, 50(4): 448-456. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200504

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差分码偏差（DCB）是电离层建模与导航定位授时的主要误差源，北斗多频多通道信号衍生出一系列新的DCB。本文首先分析了北斗三号卫星的码观测值组合及可估的DCB类型，建立了北斗三号卫星多频码偏差估计的数学模型，利用IGS实测数据首次估计得到了22种不同类型的北斗DCB。在此基础上，全面比较分析了各类DCB的内符合精度、外符合精度及月稳定度。结果表明，北斗三号卫星各类DCB的闭合差基本都在0.2 ns以内，具有较好的内符合精度；估计结果与中科院（CAS）、德国宇航中心（DLR）提供的DCB产品具有一致性，与CAS的6种DCB偏差基本在0.1 ns以内，与DLR的4种DCB偏差基本在0.2 ns以内；由于误差传递的影响，通过线性转换得到DCB值的精度和可靠性不及DCB直接估计量；北斗三号卫星各类DCB的月平均标准差为0.083 ns，具有较好的中长期稳定性；相较于北斗二号卫星，北斗三号卫星的DCB稳定性相对更优。

北斗三号卫星导航信号接收机端伪距偏差建模与验证

毛飞宇, 龚晓鹏, 辜声峰, 王琛琛, 楼益栋

2021, 50(4): 457-465. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200584

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接收机端伪距偏差是指非理想的卫星导航信号在接收机前端带宽和相关器间隔不同时产生的伪距测量系统性偏差。研究表明，北斗二号、GPS和Galileo系统均存在与接收机类型相关的伪距偏差，影响基于混合类型接收机站网的精密数据处理。本文基于iGMAS网和MGEX网观测数据，采用MW组合、伪距残差和伪距无几何距离无电离层组合3种方法分析北斗三号接收机端伪距偏差特性。试验结果表明，北斗三号同样存在与接收机类型相关的伪距偏差，且无电离层组合的伪距偏差可以达到6 ns。根据偏差特性，按接收机类型建立了8类伪距偏差改正模型。将上述模型应用于卫星差分码偏差（DCB）估计与单频伪距单点定位，结果表明，模型改正后可以显著提升不同接收机类型估计的卫星DCB一致性，其中基于iGMAS网和MGEX网两个不同接收机站网估计得到的北斗三号C2I-C6I、C1P-C5P和C2I-C7D DCB差值分别平均降低了91.6%、64.7%和71.9%；模型改正后单频伪距单点定位水平方向和高程方向精度分别提升了13.9%和11.0%。

北斗混合星座分层约束下的精密定轨方法

房亚男, 朱俊, 李杰, 王冲, 王家松, 张少愚

2021, 50(4): 466-474. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200406

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针对北斗导航卫星系统首创的GEO+IGSO+MEO混合星座设计，本文研究了根据不同星座，采取不同约束条件和数据处理策略的北斗卫星精密定轨方法，提出了一种针对北斗系统混合星座的分层约束精密定轨方案。该方案首先将北斗卫星分为非GEO（IGSO/MEO）和GEO两部分进行解算，利用GPS解算的公共参数对北斗IGSO/MEO精密定轨形成有效约束，然后固定GPS和北斗IGSO/MEO解算结果，最后单独对北斗GEO卫星进行强约束下的轨道解算。利用实测数据进行了精密定轨试验，试验结果表明：采用本文提出的方法，北斗GEO卫星和非GEO卫星三维重叠弧段轨道精度分别为0.688 m和0.042 m，比传统方法分别提高了54.2%和72.4%。另外，采用激光测距检核和测站坐标静态精密单点定位的方法对轨道精度进行了验证，激光检核精度提高了44.3%，测站坐标在水平和高程方向上精度分别平均提升了21.5%和20.7%。

大地测量学与导航

手机GNSS数据质量提取的变分模态分解法

朋子涵, 高成发, 刘永胜, 张瑞成, 尚睿

2021, 50(4): 475-486. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200258

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观测噪声提取是数据质量分析与随机模型构建的基础。当前手机GNSS观测噪声提取主要采用三阶差分法与历元间差分法，这些方法的提取结果都会受到卫星相关性和历元间相关性的影响。本文提出结合变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）提取手机观测噪声的方法。模拟分解试验表明：VMD能够较好地对混合信号进行分解。提取小米8手机GNSS观测噪声并进行分析，结果表明：GPS、BDS和Galileo 3系统伪距观测噪声计算结果一致，GLONASS系统伪距噪声大约是其他系统的两倍，四系统的载波观测噪声相当，手机GNSS观测噪声与Android系统版本无关。相比于高度角随机模型，载噪比随机模型更适用于手机GNSS定位。利用数据质量提取结果拟合载噪比随机模型，并进行定位试验。定位结果表明：相对于高度角随机模型，采用载噪比随机模型后手机伪距单点定位效果能提升25%以上。手机PPP平面定位结果能收敛至0.6 m以内，高程定位精度收敛至1.2 m以内。

单星模糊度固定的整数相位钟法及在低轨卫星定轨中的应用

邵凯, 易彬, 张厚喆, 谷德峰

2021, 50(4): 487-495. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200302

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单星GPS相位模糊度固定可以显著提升低轨卫星的定轨精度。目前，CNES/CLS、武汉大学和CODE 3家机构都已公开发布用于单星模糊度固定的GPS整数相位钟产品。本文首先利用整数相位钟方法实现单星模糊度固定，并应用于低轨卫星精密定轨中；然后，对比分析了不同机构提供的整数相位钟产品在低轨卫星单星模糊度固定和精密定轨中的应用性能；最后，通过对GRACE-FO编队卫星数据进行处理，发现基于不同机构产品的窄巷模糊度固定成功率都可以达到94%左右。不同机构产品获得的模糊度固定解轨道的SLR（satellite laser ranging）检核残差RMS约为0.9 cm，与模糊度浮点解的定轨结果相比，单星绝对轨道精度提高了约30%。在分别利用CNES/CLS、武汉大学和CODE产品实现单星模糊度固定后，双星相对轨道的KBR（K-band ranging）检核残差RMS分别从5.7、5.4和5.3 mm减小到2.1、2.0和1.5 mm。结果表明，不同整数相位钟产品在GRACE-FO卫星单星模糊度固定和精密定轨中的效果相当。

GNSS/MODIS信号紧耦合水汽层析算法

张文渊, 张书毕, 郑南山, 丁楠, 刘鑫, 马朋序

2021, 50(4): 496-508. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200222

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GNSS水汽层析技术凭借高精度、高时空分辨率及全天候监测等优点，已成为探测大气水汽最具潜力的技术之一。目前，融合多源大气遥感数据逐步成为弥补传统层析模型GNSS信号几何缺陷的研究热点。本文利用Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪（moderate resolution imaging spectroradiometer，MODIS）提供的观测数据，首先分析了传统体素模型融合MODIS信号的不足；然后提出了基于体素节点模型的GNSS/MODIS信号紧耦合水汽层析算法，该算法将高分辨率MODIS PWV以三维信号的形式引入层析模型中；最后利用2016年7月徐州地区的15幅MODIS影像及同步GNSS数据对3种模型的层析结果质量进行了评估。试验结果表明：利用本文所提出的紧耦合算法，层析模型的平均有效观测信号数量提高了34.15%，层析结果平均RMSE（root mean square error）值降低了25.10%。此外，以邻近时刻探空站数据作为参考值，发现0~2 km的近地层，紧耦合算法的层析结果明显优于传统算法，这表明融合MODIS观测信号可改善近地层三维水汽场的重构质量。

地图学与地理信息

桌面式虚拟环境与真实环境中个体特征影响空间认知能力的差异分析

黄丽娜, 张定娆, 应申, 艾廷华

2021, 50(4): 509-521. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200134

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利用虚拟地理环境模拟、表达和重构客观真实环境是当前空间认知科学领域的主要试验研究范式之一。针对人们在虚拟环境和真实环境中的认知表现是否一致的问题，本文以桌面式虚拟环境和真实环境为试验场景设计对照试验，将空间认知分为格局认知、对象认知和空间响应3个维度，通过设计认知试验，分析两种环境下参与者的空间认知差异，探究个体特征对空间认知的影响及其环境效应。研究表明：①环境类型和个体特征对空间对象认知无显著影响；②具有地理知识背景、旋转心象地图、使用协调空间参考框架人群的格局认知更详细和准确；③环境类型对路径响应无明显影响，但对转角响应影响显著。参与者在虚拟环境中可以更有效地识别正确方向，并且专业背景具有显著的主效应，MRT水平与环境类型具有显著的联合效应。本文研究结果为基于桌面式虚拟环境进行空间对象认知模拟试验的有效性提供了依据，也可用于指导根据用户特征订制个性化虚拟环境。

基于深度学习的人群活动流量时空预测模型

李静, 刘海砚, 郭文月, 陈欣

2021, 50(4): 522-531. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200230

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传统的时空预测方法缺乏对复杂时空非线性关系的描述，且难以顾及空间多尺度特征对于预测结果的影响。针对这一问题，本文提出了一种融合空间多尺度特征的时空网络模型（MST-Net），将流量预测的回归问题转换为具有时空特性的判别模型。首先，通过并联卷积提取空间多尺度特征；然后，通过引入注意力机制的门控循环单元提取时间特征；最后，利用全连接层得到预测结果。本文将该模型用于人群活动流量的预测，分别在两组真实的社交媒体签到数据集上进行试验。试验结果表明：本文采用的卷积层连接方式和特征融合方法，相比于单层卷积层提取空间特征、其他连接方式和融合方法以及传统的时空预测模型，在均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）两个预测结果评价指标上均有不同程度的提高，说明本文方法具有较高的预测精度，能够较好地拟合时空问题的非线性关系，实现人群活动流量的预测。

居民出行与轨迹行为交互模式挖掘与关联技术

代维秀, 陈占龙, 谢鹏

2021, 50(4): 532-543. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200072

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出租车是居民出行的重要交通工具，其轨迹数据蕴含着丰富的居民出行信息。原始出租车轨迹数据因缺少语义信息无法直观反映居民出行规律。通过轨迹数据挖掘技术处理之后的出租车轨迹数据能够反映居民活动规律和行为模式，从而为城市规划决策提供参考依据。本文重点研究了基于语义的交互模式度量，通过出租车停留点推断其语义信息；然后根据语义信息构建语义交互矩阵，用以推断和描述行为目的交互模式；最后选取北京市中心为研究区域进行方法验证。结果表明，中心城区内不同类别的停留点聚集分布规律不同，围绕高校和商圈聚集较明显；工作日各类停留点的活跃度持续时间较非工作日长；工作日和非工作日行为目的交互模式差别显著，工作日以职住和工作交互为主，非工作日以休闲和居住交互为主。本文研究可以为城市规划管理、资源调度和应急管理提供一定的决策支持。

空间知识挖掘的自然面群聚集度聚类方法

刘呈熠, 武芳, 巩现勇, 行瑞星, 杜佳威

2021, 50(4): 544-555. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200297

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空间聚类是挖掘空间知识的重要手段之一。针对现有方法难以处理几何、分布特征差异大的面群聚类问题，本文提出了一种面要素分布密度的描述参数—聚集度，并设计了一种自然面群聚类方法。首先，分析了面要素分布密度的影响因子，定义了聚集度的概念，设计其计算方法并验证其有效性及优势；然后，基于聚集度和边界最短距离建立相邻面从属关系，识别聚类中心，完成初始群组的构建；最后，围绕群组特征设计了边缘检测和群组合并模型，实现了邻近相似群组的合并。试验表明，相较于最小生成树、强度函数聚类方法，本文方法兼顾几何特征、分布特征的复杂性，有效提升了自然面群的聚类效果。

快报论文

2020珠峰测量与高程确定

党亚民, 郭春喜, 蒋涛, 张庆涛, 陈斌, 蒋光伟

2021, 50(4): 556-561. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210034

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为实现中国和尼泊尔共同宣布珠峰高程，我国于2019—2020年开展了珠峰高程测量工作，并于2020年5月27日完成峰顶测量。首次在珠峰北侧区域实施航空重力测量、开展峰顶地面重力测量，首次联合航空和地面重力等数据确定了基于国际高程参考系统（international height reference system，IHRS）的珠峰区域重力似大地水准面模型和峰顶大地水准面差距。此次珠峰测量，各种先进测量装备尤其是国产测量仪器全面担纲，通过多种技术手段相互验证和严密检核计算，确保了珠峰高程测量成果的精度和可靠性。最后，中尼双方合作开展数据处理，共同确定珠峰峰顶雪面正高（海拔高）为8 848.86 m。

博士论文摘要

内陆干旱区尾闾湖湿地识别及其景观结构动态变化——以艾比湖湿地为例

王敬哲

2021, 50(4): 562-562. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200066

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天山中段玛纳斯河上游山区雪盖衰退过程遥感研究

李海星

2021, 50(4): 563-563. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200147

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