测绘学报

当期目录

2021年第50卷第10期刊出日期：2021-10-20

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大地测量学与导航

利用GNSS PWV的AOD自适应预测方法

赵庆志, 苏静, 杨鹏飞, 姚宜斌

2021, 50(10): 1279-1289. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210052

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气溶胶光学厚度（aerosol optical depth，AOD）是气溶胶总含量的基本参数，对研究大气空气质量变化具有重要作用。为了探究不同类型AOD对空气质量的影响，本文提出两种基于GNSS PWV的AOD自适应预测方法。提出的方法考虑了相邻历元间AOD的时间自相关性，且模型系数能够自适应更新。一种方法是直接基于GNSS PWV对550 nm的AOD进行建模，简称TAF （total AOD forecast）模型。另一种AOD建模方法顾及了5种不同类型AOD对PWV的敏感性，简称FTAF （five type-based AOD forecast，FTAF）模型。该模型首先建立PWV与5种类型AOD的函数关系。其次，依据550 nm AOD与5种类型AOD之间的关系，确定不同类型AOD在550 nm AOD中所占的权重。最后，利用PWV预测5种类型的AOD，并通过加权平均获取最终的550 nm AOD。选取京津冀地区16个GNSS测站数据对提出模型的精度进行验证，结果发现提出的两种550 nm AOD预测模型均具有较高的精度，且FTAF模型优于TAF模型。本文提出的AOD预测模型能有效地将GNSS反演的对流层参数应用于大气环境遥感监测，为大气环境质量研究提供了一种新思路。

多频多模GNSS接收机差分相位偏差的短期时变特性

糜晓龙, 袁运斌, 张宝成

2021, 50(10): 1290-1297. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200489

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随着中国北斗三号全球导航卫星系统（BeiDou-3 Navigation Satellite System，BDS-3）的建成、欧盟伽利略系统（Galileo）及日本准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system，QZSS）的发展，越来越多的卫星可用于反演大气电离层。通常，接收机差分码偏差（differential code biases，DCB）的短时变化被认为是利用全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）反演电离层的重要误差来源，然而，有研究表明，接收机差分相位偏差（differential phase biases，DPB）的短时变化也有可能影响电离层反演的精度和可靠性。为此，本文提出了基于站间单差模型并采用不变换参考星策略来估计接收机DPB的方法，可实现接收机DPB的连续估计。基于几台可跟踪BDS-3信号的多频多模接收机采集的数据，对BDS-3、Galileo、GPS和QZSS重叠频率组合的DPB进行了分析。结果表明，四系统的接收机DPB日变化都是很明显的，并且和温度有很强的相关性；基于不同系统重叠频率组合的DPB之间存在强相关；基于相同类型接收机的DPB的变化也存在明显的相关性。

地基GNSS-IR风速反演原理及方法初探

王笑蕾, 何秀凤, 陈殊, 张勤, 宋敏峰

2021, 50(10): 1298-1307. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200586

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随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems，GNSS）的发展，曾经被认为是误差源的多路径效应，已经被证实可以用来监测水位、雪深、植被指数、土壤湿度等反射面参数，其中的地基分支逐步发展为GNSS干涉遥感（GNSS-interferometry reflectometry，GNSS-IR）技术。为了扩展GNSS-IR技术的监测对象和应用范围，本文提出了一套地基GNSS-IR风速反演的原理及方法。首先，本文基于信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）振荡原理、散射模型原理、波浪谱原理，从理论上证明了SNR截止高度角参数与风速之间存在一一对应的数学关系，并仿真得到了具体的数学关系。然后，本文使用小波分析方法从实测SNR序列中获取SNR截止高度角，并将同一GPS卫星、每天同一时间内SNR序列的截止高度角进行基准统一，获得截止高度角变化量；根据该变化量反演风速。算例选取香港HKQT站在“山竹”和“天鸽”台风前后时间的数据进行分析，结果发现：GPS L5信号的截止高度角变化量与实测风速数据对应关系良好，相关性达到70%~85%；截止高度角变化量可以刻画风速从低风速逐步抬升至高风速的变化情况；同一站点截止高度角变化量与风速之间存在特定的数学关系；相关结论证实了利用SNR可以估计风速变化。最后，本文讨论了GNSS-IR风速反演技术中下一步的研究方向，以期推进该技术的实际应用进程。

测高重力异常中央区奇异积分数值求积公式

宗敬文, 李厚朴, 纪兵, 欧阳永忠

2021, 50(10): 1308-1319. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200564

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为简化逆Stokes法和逆Vening-Meinesz法反演中央区重力异常计算过程，提高计算效率，本文采用数值求积公式，分别利用Simpson公式和Cotes公式对逆Stokes法和逆Vening-Meinesz法中的奇异积分问题进行了新的研究，系统地推导出了中央区重力异常普适数值积分计算公式。在大地水准面高和垂线偏差理论模型下的分析表明，此公式可直接利用格网节点处的大地水准面高和垂线偏差计算重力异常值，形式简单，计算效率高，计算精度与解析法计算结果精度相当，可以满足实际应用。研究结果可为高精度卫星测高反演重力异常提供基础理论依据。

顾及时变递减因子的中国大陆地区大气可降水量垂直改正模型

黄良珂, 莫智翔, 刘立龙, 谢劭峰

2021, 50(10): 1320-1330. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200530

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大气可降水量（PWV）在研究全球气候变化和数值天气预报中扮演着关键角色。然而，目前PWV的垂直改正主要依靠简单的经验改正模型，在一定程度上限制了多源水汽产品的高精度融合及不同水汽产品相互比较的可靠性。本文针对中国地区地形起伏大、气候多变等特点，利用2012—2017年欧洲中期天气预报中心提供的ERA5再分析资料，按全国、地理分区方法分别构建了顾及时变递减因子的中国大陆地区PWV垂直改正模型（简称为C-PWVC1模型和C-PWVC2模型）。以2017年中国地区86个探空站数据为参考值，分别将ERA5和MERRA-2再分析资料格网数据插值到探空站来对新建立的模型进行精度评估。结果表明：①C-PWVC1和C-PWVC2模型在PWV垂直改正中的性能相当；②C-PWVC模型相比于未顾及垂直改正的情况，对ERA5和MERRA-2的修正精度（RMS值）整体分别提高了16%和8%，与常用的PWV垂直改正模型相比，对ERA5改善不够显著，而对MERRA-2则提高了12%；③C-PWVC模型在两种PWV高差较大时，表现出显著的优势，对MERRA-2的改正效果比ERA5更明显；④C-PWVC模型在不同空间分辨率的ERA5上，相比于常用的PWV垂直改正模型具有更好的插值精度和稳定性，尤其在中国南部和西部地区表现出显著的优势。因此，C-PWVC模型在中国大陆地区有较好的PWV垂直改正性能，可为中国区域的多源水汽产品比较、融合提供重要应用。

卫星重力与光学遥感组合的念青唐古拉山脉冰川变化分析

周苗, 常晓涛, 朱广彬, 瞿庆亮, 刘伟

2021, 50(10): 1331-1337. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200463

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利用GRACE （gravity recovery and climate experiment）和GRACE-FO重力卫星数据，反演了2002年8月至2020年4月间念青唐古拉山脉冰川质量变化，并结合光学遥感技术对念青唐古拉山脉西段冰川面积和储量变化进行估计。结果表明：①研究时段内念青唐古拉山脉冰川整体呈退缩趋势，2013年之后消融速度有所增加。②通过与夏季温度变化和降水异常对比，能够发现温度变化与冰川消融曲线相关性较好，降水在研究时段内持续减少，说明温度升高和降水减少是念青唐古拉山脉冰川质量常年亏损的主要原因。③念青唐古拉山脉西段冰川面积2003—2017年间共减少了72.30 km²，年均减少速率为5.16 km²/a，海拔5600~5800 m区间内冰川面积退缩最为明显。④卫星重力和光学遥感技术协同应用可以优势互补，既能快速定位变化剧烈的区域，又能对冰川信息进行精准提取，从而实现从大范围到小区域的多尺度监测。目前，两种技术联合应用方面仍存在一些不足，有待进一步研究。

摄影测量学与遥感

高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证

李国元, 唐新明, 陈继溢, 么嘉棋, 刘诏, 高小明, 左志强, 周晓青

2021, 50(10): 1338-1348. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210025

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装备在高分七号卫星上的是我国首个具备全波形记录功能的激光测高仪，主要用于获取地面稀疏的高程控制点，提高了同平台立体影像无地面控制点的立体测图精度。高分七号卫星激光测高标准化处理是测绘应用的关键步骤，所生成的激光测高标准产品是后续对外分发和业务化应用的重要前提。本文围绕高分七号卫星的激光数据，研究了激光测高数据处理方法，验证了激光测高标准产品的几何精度。选择几何定标区以及陕西华阴、德国北威州等多个验证区，结合高精度外业测量点和机载LiDAR-DSM数据，对高分七号卫星激光测高标准产品开展精度验证。验证结果表明，高分七号SLA03产品定标区两波束激光的平面精度分别为（3.896±1.029） m和（3.286±0.337） m、高程精度分别为（0.018±0.099） m和（-0.017±0.096） m。采用高程控制点质量控制参数ECP_Flag能有效标识出可用于高程控制的激光点，其中陕西华阴验证区两波束激光总体精度分别为（-0.113±2.519） m和（0.191±1.071） m，经质量控制后ECP_Flag标记为1的激光点高程精度为（0.111±0.152） m和（-0.064±0.115） m；德国北威州总体精度为（-0.897±5.485） m和（-0.202±6.207） m，ECP_Flag标记为1的激光点高程精度为（-0.304±0.190） m和（-0.279±0.220） m。目前高分七号卫星激光测高标准产品已在自然资源部国土卫星遥感应用中心实现业务化生产。

结合邻域信息和结构特征的遥感影像变化检测

叶沅鑫, 孙苗苗, 王蒙蒙, 谭鑫

2021, 50(10): 1349-1357. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200130

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为提高像元级变化检测方法的精度，提出一种结合邻域信息和结构特征的遥感影像变化检测方法。该方法涵盖邻域相关影像（neighborhood correlation image，NCI）、匹配误差和结构特征3种属性特征。首先，通过邻域相关分析技术获得表示上下文信息的邻域相关影像，利用邻域间像素的互相关性进行模板匹配获得匹配误差。然后，基于方向梯度信息提取能抵抗影像间光谱差异的结构特征。随后将邻域相关影像、匹配误差、结构特征作为决策树的分类属性，获取初始变化检测结果。最后，利用马尔可夫随机场（Markov random field，MRF）对其进行优化，获得最终的二值变化图。本文通过采用两组不同传感器的双时相遥感影像进行试验。结果表明，相较于采用变化向量分析法（change vector analysis，CVA）、单一邻域信息法及邻域信息和纹理特征相结合的方法，本文方法有效提高了变化检测的精度。

高光谱影像小样本分类的图卷积网络方法

左溪冰, 刘冰, 余旭初, 张鹏强, 高奎亮, 朱恩泽

2021, 50(10): 1358-1369. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200155

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现有的基于卷积神经网络的高光谱影像分类方法通常对影像的规则正方形区域进行卷积，无法普遍适应具有不同地物分布和几何外观的影像局部区域，因此在小样本情况下的分类性能较差，而图卷积网络能对图拓扑信息所代表的不规则影像区域进行卷积。为此，本文提出基于图卷积网络的高光谱影像分类方法。该方法在构建拓扑图的过程中考虑了影像的空间光谱信息，并利用图卷积网络聚合邻居节点的特征信息。在Pavia大学、Indian Pines和Salinas 3个数据集上的试验结果表明，该方法能在训练样本较少的情况下取得较高的分类精度。

多光谱光学遥感影像水体提取模型

邓开元, 任超

2021, 50(10): 1370-1379. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200482

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地表水监测是遥感的重要基础应用。光学遥感水体提取的原理是基于不同的地物具有不同的光谱反射特性，某些地物（冰雪、阴影、云）因为与水体具有相似的反射特性导致提取分类失败。本文针对传统水体指数在水体提取时出现错分、漏分的问题，提出一种归一化多波段水体指数NDMBWI。分别用3个试验对本文指数的稳定性进行测试。试验1的区域为西藏林芝地区，数据源为同一时相的Landsat 8、Sentinel 2卫星影像，试验结果验证了本文指数抑制冰雪的能力，本文指数的Kappa系数为0.86、总体精度为0.93、错分误差为0.03、漏分误差为0.12、制图精度为0.97、生产者精度为0.88，均优于已有的指数。试验2的数据源为高分一号，以香港迪士尼为试验区域，在存在少量云的环境下进行水体提取，证明了本文指数能抑制云及其云下阴影。试验3提取了多个地区的水体，验证了本文水体指数的稳定性。本文使用多源光学遥感影像验证了NDMBWI的可行性，不需额外借助辅助数据，即可排除雪、云、阴影的影响，能够更加有效地自动化提取水体，可推广到海岸带资源研究、冰川变化、内陆湖泊变化等领域。

结合自适应PCNN的非下采样剪切波遥感影像融合

成飞飞, 付志涛, 黄亮, 陈朋弟, 黄琨

2021, 50(10): 1380-1389. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200589

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为解决全色与多光谱遥感影像融合中脉冲耦合神经网络参数不能自适应调节问题，提出一种基于参数自适应脉冲耦合神经网络模型（PA-PCNN）和保持能量属性（EA）融合策略相结合的非下采样剪切波变换（NSST）的遥感影像融合方法：①通过提取多光谱影像YUV颜色空间变换的Y亮度分量并与全色影像进行NSST变换，获得高频系数和低频系数。②针对低频子带系数，采用EA法进行融合；针对高频子带系数，通过PA-PCNN模型得到的最优参数，以确定最优的PCNN模型，进而实现高频子带系数的融合。③将NSST和YUV进行逆变换得到融合影像。本文选取空间频率、相对无量纲全局误差、相关系数、视觉信息保真度、基于梯度的融合性能和结构相似度测量等6种客观评价指标对融合影像的光谱和空间细节评价，利用多组不同分辨率全色和多光谱遥感影像，通过与4种融合方法对比验证，结果表明本文方法在视觉感知和客观评价方面总体优于其他全色与多光谱遥感影像融合方法。

SAR影像和光学影像梯度方向加权的快速匹配方法

樊仲藜, 张力, 王庆栋, 刘思婷, 叶沅鑫

2021, 50(10): 1390-1403. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200587

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针对SAR影像与光学影像之间存在显著的非线性灰度差异导致影像匹配困难的问题，本文提出了一种基于影像结构特性的快速匹配方法（SAR-to-optical fast matching algorithm，SOFM）。传统基于影像灰度的匹配方法一般难以抵抗影像间的非线性灰度差异，而影像中的几何结构和形状特征在不同类型的影像之间较为稳定，因此本文综合利用影像的梯度幅值和梯度方向信息构建出一种能够有效表达影像结构的特征描述符—角度加权方向梯度（angular weighted orientated gradients，AWOG），随后基于模板匹配的策略，选择描述符之间的差值的平方和（sum of squared difference，SSD）建立用于匹配的相似性测度，并给出了在频率域中表达的影像匹配函数。基于SOFM方法建立了一套完整的影像匹配流程，随后选择多组影像进行匹配试验，结果表明，本文方法能够有效抵抗SAR影像与光学影像之间的非线性灰度差异，并且在匹配性能和匹配精度等方面都优于经典的基于影像灰度的匹配方法以及其他基于影像结构特性的匹配方法。

地图学与地理信息

基于主题模型的地理环境时空数据隐含语义理解

朱杰, 张宏军, 廖湘琳, 田江鹏

2021, 50(10): 1404-1415. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200380

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文本是战场信息的重要数据模态，从中挖掘地理环境时空语义信息是机器理解战场环境的重要方法，有助于扩展战场环境的空间认知与理解。本文设计一种基于主题模型，反映地理时空因素与事件主题之间语义关系的计算方法，通过信息抽取，挖掘主题要素相关信息，形成不同主题分类及其对应的特征词汇分布；将事件主题与地理时空语义特征建立联合分布模型，自动发现时间、空间与事件主题之间的相关性，从而生成地理时空隐含的语义主题。通过试验验证并结合应用实践，得到如下结论：利用事件主题与位置信息的关联，并应用空间分析方法探寻不同主题的时空分布规律，可为新事件的位置预测及趋利避害对策制定提供基础，从而拓展传统的地理事件主题分析。

博士论文摘要

智能手机Wi-Fi/PDR室内混合定位优化问题研究

毕京学

2021, 50(10): 1416-1416. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200408

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径向基函数在重力场建模及数据融合中的应用研究

马志伟

2021, 50(10): 1417-1417. doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200409

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