测绘学报

当期目录

2021年第50卷第5期刊出日期：2021-05-20

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大地测量学与导航

虚拟AP支持的室内非线性约束区域定位

薛卫星, 李清泉, 周宝定

2021, 50(5): 569-579. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200450

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在具有线性约束的室内区域，如走廊或狭窄通道，使用行为地标和室内地图辅助的方法，可以提供较为精确的位置信息。但在非线性约束的室内区域，如办公室、商铺和机场大厅等空间范围较大的室内空间，人为活动轨迹难以进行线性约束，很难使用行为地标和室内地图辅助的方法进行定位。虚拟无线信号接入点（access point，AP）是利用无线信号衰减的简化公式计算出的AP的“虚拟位置”。基于此，本文提出一种基于虚拟AP坐标的指纹点聚类算法，完成离线阶段对指纹点的聚类分割；提出一种基于八阵图的AP选取算法，减少在线定位阶段使用的AP的数量，降低用户定位的计算量。最后，在典型的室内场景，对所提出算法进行试验验证，显著提高了室内非线性约束区域定位的精度。

分布式InSAR编队卫星精密绝对和相对轨道确定

邵凯, 张厚喆, 秦显平, 黄志勇, 易彬, 谷德峰

2021, 50(5): 580-588. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200415

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低轨卫星编队的精密轨道和基线确定是分布式InSAR卫星系统完成科学任务的重要前提。目前，基于GNSS数据的缩减动力学绝对和相对轨道确定是获得高精度轨道和基线产品的主要手段。本文利用天绘二号编队星载GPS实测数据，采用缩减动力学定轨方法进行编队卫星绝对和相对定轨研究。GPS数据质量分析表明，A星与B星接收机的信号跟踪能力和数据质量基本相当。通过对轨道机动进行常值加速度建模，可以有效消除机动对天绘二号编队绝对和相对定轨的影响。单星绝对定轨结果表明，6 h重叠弧段轨道差值三维（3D）RMS小于1.2 cm，A星和B星绝对轨道的卫星激光测距数据检核残差RMS分别为2.76 cm和2.33 cm。双星相对定轨结果表明，6 h重叠弧段基线差值3D RMS达到0.66 mm，本文基线产品与西安测绘研究所基线产品互比对差值RMS在径向、切向、法向和3D方向分别为0.73、1.11、0.51和1.43 mm。

病态乘性误差模型的加权最小二乘正则化迭代解法及精度评定

王乐洋, 陈涛, 邹传义

2021, 50(5): 589-599. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200126

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针对乘性误差模型的病态问题，引入Tikhonov正则化方法，导出了病态乘性误差模型的加权最小二乘正则化解。顾及加权最小二乘正则化法在求解病态乘性误差模型时，参数估值与观测值之间存在复杂的非线性关系，本文利用一种无需求导、通过加权的方式便能够计算非线性函数的均值和均方误差阵的比例对称采样的无迹变换（scaled unscented transformation，SUT）法，对病态乘性误差模型进行精度评定。模拟算例和真实算例结果表明，本文提出的加权最小二乘正则化迭代解法可以有效减弱模型的病态性，基于SUT法的精度评定方法能够得到比已有方法更为合理的精度信息，具有较强的适用性。

摄影测量学与遥感

多时相Sentinel-1A InSAR的连盐高铁沉降监测分析

何秀凤, 高壮, 肖儒雅, 罗海滨, 冯灿

2021, 50(5): 600-611. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200226

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多时相InSAR技术具有探测大范围毫米级地表形变的能力，已被广泛应用于地面沉降监测。近几年，应用多时相InSAR技术监测以高铁为代表的大尺度人造线状地物形变备受关注。本文将C波段SAR数据用于高铁沿线路基形变监测，应用相位稳定性分析和改进的StaMPS技术来增加相干性点的密度和形变参数解算的稳定性。采用研究区时间跨度为21个月的47景Sentinel-1A数据，对连（云港）盐（城）高铁及其沿线区域进行多时相InSAR分析，并利用同时期连续的北斗导航卫星系统（BeiDou navigation satellite system，BDS）观测数据对线性沉降速率和时序位移分别进行监测分析，进而对比验证二者的沉降监测结果。研究结果表明：利用C波段的Sentinel-1A数据能够获取毫米级的线性形变速率和时序位移序列，InSAR与BDS二者平均时序位移均方根误差为3.8 mm，与BDS监测结果相比取得很好的一致性，且连盐高铁线路整体表现稳定。

遥感图像蚁群算法和加权图像到类距离检索法

叶发茂, 孟祥龙, 董萌, 聂运菊, 葛芸, 陈晓勇

2021, 50(5): 612-620. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200357

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遥感图像检索目的是从遥感图像库中寻找出与查询图像相关的图像，但在检索过程中一般只考虑查询图像与待检索图像的相似度，通常忽略了遥感图像库中图像之间的语义相似度。针对该问题，本文提出一种基于蚁群算法和改进的加权图像到类距离的遥感图像检索算法。首先利用信息素浓度描述遥感图像库中图像之间的语义相似度，然后采用蚁群算法更新信息素浓度，最后在检索过程中，充分利用图像之间的语义相似度，提升遥感图像检索性能。此外，还改进了一种加权图像到类距离，用于提高度量查询图像与待检索图像间的相似度准确性，从而进一步提升检索性能。在两个公开的遥感图像数据集（UCMD和PatternNet）上的试验结果表明，本文方法能够取得比现有方法更好的检索结果。

结合区域增长与RANSAC的机载LiDAR点云屋顶面分割

赵传, 郭海涛, 卢俊, 余东行, 林雨准, 姜怀刚

2021, 50(5): 621-633. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200270

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建筑物屋顶面大小差异较大、形状复杂、数量不确定等特点，以及机载LiDAR点云密度不均、分布不规则、缺乏语义信息等特性，对屋顶面的准确分割造成了很大干扰，因此现有分割方法的精度和适用性仍有待提高。针对上述问题，本文提出一种结合区域增长与RANSAC的机载LiDAR点云屋顶面分割方法。首先，引入稳健的法向量估计算法计算点云法向量，利用提出的迭代区域增长策略和RANSAC提取多个可靠屋顶面片；然后，基于可靠屋顶面片参数和RANSAC计算内点的思想，迭代合并可靠屋顶面片，并精化屋顶面参数；最后，计算未能通过前面步骤分割的点到各屋顶面的垂直距离，将其标记为距离最小且小于阈值的屋顶面，并通过局部范围内投票的方式精化屋顶面分割结果。利用多个具有代表性的建筑物点云和一组区域建筑物点云进行试验，结果表明，所提出的方法可有效地分割不同复杂程度的建筑物屋顶面，并能较好地分割面积较小的屋顶面，以屋顶面和单点为评价单元的平均分割正确率为95.56%和97.93%，分割的结果可为建筑物三维模型重建、点云精简等应用提供可靠的信息。

时序Sentinel-1TOPS模式SAR数据精配准

马张烽, 蒋弥, 丁琪瑄

2021, 50(5): 634-640. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200082

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Sentinel-1卫星星座采用TOPS作为默认成像模式，要求方位向配准精度达到0.001像素以便确保相邻burst干涉图的相位偏差小于3°。ESD技术是消除几何配准系统误差、纠正方位向配准偏移量的有效方法，但在低相干性场景或快速去相关的条件下，该方法配准精度会随着相干的降低而衰减，并导致配准误差的传播，造成干涉图出现相位跳变。为解决这一问题，本文提出一种TOPS模式数据时间序列配准方法。该方法在图论框架下采用Bellman-Ford单源最短路径算法最大化时间网络的相干性并确保网络中包含多余观测，进而削弱平差过程中的误差传播。本文采用模拟数据和覆盖关中平原的真实数据对现有时序配准方法进行了对比验证。结果表明，本文方法能够有效提高TOPS时序配准的精度。

多分支网络联合的倾斜影像仿射不变特征匹配

张传辉, 姚国标, 张力, 艾海滨, 满孝成, 黄鹏飞

2021, 50(5): 641-651. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200506

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倾斜立体影像间存在较大仿射变形甚至透视畸变，导致现有的宽基线立体影像匹配算法容易失效或仅获得稀少匹配。基于此，本文提出一种多分支卷积网络联合的倾斜立体影像仿射不变特征匹配算法。算法首先使用Hessian算子提取初始特征邻域，接着引入三分支网络（TN）模型，并通过深度学习策略获得仿射不变特征邻域。为提高非同名相似特征的匹配效果，提出多边约束损失函数并训练多分支描述符网络（MDN）模型，继而得到具有较高区分度的描述符。然后采用最/次近邻距离比率（NNDR）测度获得同名特征，并通过随机采样一致性（RANSAC）算法剔除可能的误匹配点。最后，多组低空无人机倾斜立体影像试验结果验证了算法的有效性。

高分辨率遥感影像深度迁移可变形卷积的场景分类法

施慧慧, 徐雁南, 滕文秀, 王妮

2021, 50(5): 652-663. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200190

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近年来基于深度卷积神经网络的高分辨率遥感影像场景分类成为广泛关注的焦点。由于现有深度卷积神经网络对遥感场景影像的几何形变不具有稳健性，本文提出了一种基于深度迁移可变形卷积神经网络（DTDCNN）的场景分类方法。该方法先利用大型自然场景数据集ImageNet上训练的深度模型提取遥感影像的深度特征，然后引入可变形卷积层，进一步学习对遥感场景的几何形变具有稳健性的深度特征。结果表明：增加可变形卷积后，DTDCNN在AID、UC-Merced和NWPU-RESISC45数据集上的精度分别提高了4.25%、1.9%和4.83%。该方法通过对场景中不同目标进行感受野自适应调整，增强了空间采样位置能力，有效提高了遥感场景分类的精度。

地图学与地理信息

语义辅助的CityGML模型一致性检测方法

王永君, 陈青燕, 杨玉娇, 陈学业, 孙剑

2021, 50(5): 664-674. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20190474

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CityGML数据因建模方法、模型优化及数据转换等原因所导致的模型几何、拓扑、语义不一致性广泛存在，影响了对其的进一步应用。本文提出并构建了顾及语义约束的CityGML建筑物模型拓扑一致性规则集，设计了对CityGML LOD2/LOD3/LOD4多细节层次建筑物模型数据进行自动检测与修复的算法，并采用OGC官网公开数据对算法进行了验证试验。试验结果表明，所构建一致性规则集具有较好的完备性，算法能够检测出CityGML建筑物模型数据存在的绝大多数拓扑不一致问题，并能对其中部分的拓扑错误和几何错误进行自动修复。

顾及各向异性的多参数协同优化IDW插值方法

颜金彪, 吴波, 何清华

2021, 50(5): 675-684. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200148

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反距离加权插值（inverse distance weighting，IDW）的精度受到空间邻近度、距离衰减系数及最邻近点数等多个参数共同的影响。然而，目前的IDW插值算法大多仅考虑单参数的调优，或对各参数独立调优，难以实现插值模型的整体优化。此外，传统的IDW插值算法没有顾及各向异性对空间邻近度的影响。本文提出一种顾及空间各向异性的多参数协同优化IDW插值算法（PIDW）。首先，引入距离调节参数以及方向参数，将经典各向同性的欧氏空间距离扩展为各向异性的“椭圆”距离；然后，引入粒子群优化算法对最邻近点数、距离衰减系数、距离调节及各向异性方向的多参数进行协同优化，获得插值精度的偏差与方差在全局意义下的满意解。试验采用两个不同尺度的空间数据验证了PIDW算法的插值效果，结果表明本文的插值算法能够显著地提高各向异性环境下IDW插值算法的精度。通过与经典的IDW及其改进算法的IDW、普通克里金及顾及各向异性的普通克里金算法的比较分析，进一步证实了PIDW具有较好的插值效果。

全球ZWD垂直剖面滑动窗口的格网模型

黄良珂, 朱葛, 彭华, 陈华, 刘立龙, 姜卫平

2021, 50(5): 685-694. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200515

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对流层延迟是GNSS导航定位的主要误差源之一。针对已有对流层天顶湿延迟（ZWD）垂直剖面模型存在建模仅采用单一格网点数据以及使用月均剖面数据等不足，本文提出了一种基于滑动窗口的ZWD垂直剖面格网模型构建方法，建立了一种顾及精细季节变化的高精度全球ZWD垂直剖面模型（GZWD-H模型）。同时，联合2017年全球321个探空站资料，对GZWD-H模型的垂直插值及其在全球大地观测系统（GGOS）大气格网ZWD空间插值中的应用进行了精度检验，并与全球性能优异的GPT2w模型进行对比。结果表明：①以全球探空站数据积分计算的ZWD分层剖面信息为参考值，GZWD-H模型在全球ZWD的垂直插值中均表现出了最优的精度和稳定性，相对于GPT2w-1和GPT2w-5模型分别提升了4%和7%；②以全球探空站数据计算的地表ZWD信息为参考值，GZWD-H模型在GGOS大气格网ZWD产品空间插值中的精度相对于GPT2w-1和GPT2w-5模型分别提升了17%和35%；③相对于GPT2w-1模型，GZWD-H模型进一步减少和优化了模型参数。因此，GZWD-H模型在全球GNSS大气探测和GNSS精密定位中具有重要的应用。

海洋测量学

顾及传播曲面的多波束波束脚印高精度快速归位算法

毕自军, 赵建虎, 郑根, 刘美琴

2021, 50(5): 695-705. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200486

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针对传统多波束波束脚印位置归算方法忽视收/发换能器位置差异给深水测深带来的显著影响，以及新算法虽顾及收/发差异但效率偏低的问题，本文提出一种顾及传播曲面的高精度快速波束脚印位置归算算法：①基于多波束测量和声线传播原理，提出波束传播曲面模型；②将扇区内波束分为插值结点和待插值点；针对前者，提出采用迭代搜索和插值的方法避免建立完整的传播曲面；③针对后者，利用插值结点参数，提出基于多项式插值的方法获取其发射单程时间和声线俯角、方位角；④综合完成所有波束脚印位置归算。浅水和中深水区试验表明，本文方法的交叉线检验精度与Caris相近，且均优于传统算法；相较Caris计算结果，本文同号波束脚印的深度偏差分别为0.35‰水深和0.11‰水深，且计算效率分别提高了8%和35%。

博士论文摘要

GNSS与GRACE联合的陆地水储量变化监测及其负荷形变研究

李婉秋

2021, 50(5): 706-706. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200213

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基于TLE数据的空间目标大气再入预报

刘劲宏

2021, 50(5): 707-707. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200219

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