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2021年 第50卷 第12期    刊出日期：2021-12-20

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位置服务与地理空间信息处理

结合感知哈希与空间约束的室内连续视觉定位方法

张星, 林静, 李清泉, 刘涛, 方志祥

2021, 50(12):  1639-1649.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200286

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视觉定位主要通过相机视觉信息与环境视觉特征的匹配实现位置计算。然而视觉匹配计算量较大，难以支持室内连续定位。对于视觉数据稀疏的环境，单纯依靠视觉匹配也难以实现连续的轨迹定位。针对这一问题，本文提出一种结合感知哈希与空间约束的室内连续视觉定位方法，通过智能手机采集的连续视频帧与室内图像数据集的匹配，实现精确的视觉定位。为改进视觉匹配效率，构建了一种双层次的匹配图像搜索策略，包括基于感知哈希方法的全局搜索策略和顾及运动连续性的局部搜索策略。在此基础上，设计了一种室内连续视觉定位算法，结合视觉匹配与航位推算提高视觉定位的空间连续性，并利用运动恢复结构方法提高航向角估计精度。试验结果表明，本文方法在图像匹配定位、连续离线定位、连续在线定位模式下的平均定位误差分别为0.70、0.86和0.93 m，能够达到亚米级定位精度。在线定位模式下，本文方法的平均计算时间为0.42 s，能够支持连续的视觉定位。

基于出租车轨迹的可导航路网构建

张彩丽, 向隆刚, 李雅丽, 王文龙

2021, 50(12):  1650-1662.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200470

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出租车轨迹不仅反映城市路网的静态几何与拓扑结构，而且蕴含转向等动态导航信息。考虑到交叉口的位置、拓扑连接及转向规则是构建可导航路网的基础与关键，本文利用出租车轨迹的空间分布与动态连接信息，采用“交叉口位置—路段几何—导航属性”的研究思路，提出一种交叉口引导的可导航路网构建方法。设计了一种顾及多模特征的交叉口集成识别技术，并引入随机森林算法，探索待定交叉口的零标注监督式去伪；在此基础上提出一种基于Delaunay三角网的多阶段路段生成方法；最后围绕交叉口，挖掘路段的转向及单双向信息，从而构建出可导航路网。与其他方法相比，本文方法在交叉口、路段及转向等可导航路网信息提取方面具有更高的完整性与准确性。

顾及距离约束的地标相对影响力评价模型

谭永滨, 李小龙, 程朋根, 蔡联斌, 唐瑶

2021, 50(12):  1663-1670.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200363

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位置的准确描述与否直接影响着LBS的服务质量。相对位置描述作为文本大数据中位置信息交换的常用方式，其关键点在于参照地标的选择，准确地评价地标影响力是正确选择参照地标的重要依据。目前，地标影响力的模型与方法重点关注地标内在特征的影响。然而，非孤立存在的地标却同时受到了内在特征与相邻地标的双重约束，因此，在实际场景中是无法忽略距离因素对地标选择的影响。针对上述问题，本文从认知、视觉及场景等方面评价地标的个体影响力；利用待定位点与地标的距离，计算每个地标对待定位点的距离相对影响力；提出了顾及距离约束的地标影响力评价模型。最后以南昌市八一广场周边区域内的多个相邻地标为例，结合现场问卷调查验证本文提出的评价模型的有效性。问卷结果表明，本文提出的模型较好地评价了地标的相对影响力，能够为人们推荐比已有模型更符合心理预期的参照地标。

复杂建筑物最短邻近线多边形聚合法

王勇, 罗安, 王慧慧, 曹元晖, 刘纪平

2021, 50(12):  1671-1682.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200493

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建筑物多边形聚合一般是以相离的空间拓扑关系为基础，但是随着数据来源的多源化，复杂建筑物内部多边形的空间拓扑关系多样化甚至不一致，导致难以对此类复杂建筑物进行聚合，而智慧城市中建筑物多尺度可视化要求快速准确地提取复杂建筑物轮廓形状。为此，本文提出一种基于加密顶点间最短邻近线的建筑物多边形聚合方法。首先，基于聚合距离递归搜索邻近多边形以确定聚类范围，便于对地图数据分区处理；然后，对每个聚类区域，按照多边形边线的坐标点顺序，采用线性插值方法为多边形的每条边线生成加密点；在加密多边形边线顶点后，通过网格索引搜索和构建各点与邻近建筑物多边形的最短邻近线，并删除3类异常情况，形成有效最短邻近线集合；随后，按照一定顺序合并有效最短邻近线，形成最短邻近线组，并进一步过滤掉3类特殊情况，确定建筑物多边形的聚合区域；最后，顺时针按最小旋转角原则进行递归搜索，提取包含内环和外环的建筑物多边形外围轮廓。试验证明，该方法能快速探测建筑物多边形之间的邻近聚合区域，实时准确地提取复杂建筑物实体的外轮廓线，处理结果的整体轮廓接近真实情况，为复杂建筑物可视化提供条件。

建筑物图形形状相似性计算的序列分析法

魏智威, 郭庆胜, 程璐, 刘洋, 童莹

2021, 50(12):  1683-1693.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200227

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建筑物图形形状相似性能有效用于建筑物匹配、分类和查询等。基于DNA序列比对的Needleman-Wunsch（NW）算法和Smith-Waterman（SW）算法，本文提出一种度量多直角建筑物图形形状相似性的方法。本文方法顾及建筑物图形多直角表达的形态特征，将邻近两个转折作为建筑物图形编码序列的基础元素，并基于这些基础元素的类型、角度和长度特征定义基础元素间相似性；其次，利用NW算法和SW算法计算建筑物图形编码序列间的相似程度，该相似程度表达了对应建筑物图形间的形状相似性。基于形状的空间查询试验结果表明，本文方法能有效度量多直角建筑物图形间的形状相似性，符合人的空间视觉认知。

区块链与数字水印相结合的地理数据交易存证及版权保护模型

朱长青, 徐鼎捷, 任娜, 崔瀚川, 赵亚宙

2021, 50(12):  1694-1704.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200559

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为有效解决地理数据交易过程中交易双方互信问题，本文提出了一种结合零水印、IPFS和智能合约技术的地理数据交易存证与版权保护模型。该模型利用区块链结合IPFS网络构建了一种新型的零水印注册机制，消除了对第三方IPR机构的依赖，还通过智能合约的设计在零水印注册的同时将交易信息上链永久存证，实现零水印注册的时间戳认证。模型中区块链存证的不可篡改性与智能合约自动执行的运行机制使交易双方能够在无第三方监管的情况下，达成共识、实现互信。在模型基础上，以开放联盟链作为智能合约开发平台，实现了地理数据交易存证与版权保护系统。利用本系统，交易双方可调用智能合约获取链上交易凭证，再通过从IPFS网络下载的零水印提取数据的水印信息，最终结合交易凭证与水印信息进行数据版权确认与来源追溯，进而有效地维权或解决纠纷。试验表明，本文提出的方法能够同时保障交易双方权益并保护交易数据安全。

空间方向相似性二元组模型度量方法

龚希, 谢忠, 周林, 何占军

2021, 50(12):  1705-1716.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200361

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针对方向关系矩阵模型对同一方向片区内方向变化识别能力不足、对不同方向片区间基准方向距离定义不完备、对任意方向关系矩阵间距离计算不够精确等问题，本文提出一种方向关系二元组模型，结合格网方向关系矩阵与质心方向关系矩阵，顾及对象的分布比例及质心位置变化，区分同一方向片区内的方向关系差异。同时，基于人类空间认知优化传统邻域图，建立适用于任意方向关系间基准距离度量的质心方向距离，通过EMD（Earth mover's distance）距离进一步提升方向关系二元组间距离计算的精确度。试验结果表明，本文方法简单可行，度量结果更符合人类认知，可应用于制图综合结果评估等任务。

道路网选取的案例与本体推理方法

郭漩, 钱海忠, 王骁, 刘俊楠, 钟吉

2021, 50(12):  1717-1727.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200360

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道路网选取是一个模糊决策过程，针对当前制图综合案例推理算法中容易出现噪声和冲突、部分结果需人工参与决策等问题，本文以本体技术为基础，提出一种利用本体组织案例并进行知识推理的道路网选取方法。首先，从已有系列比例尺数据中提取案例，并基于三元法进行形式化描述；其次，以案例数据为中心构建本体知识库，重新组织案例表达方式；然后，利用本体规则扩展，识别并消除案例库中的噪声和冲突；最后，通过语义映射和图查询等推理手段，建立待选取数据语义、几何特征与本体知识库的映射关系，实现道路网自动选取。试验表明，该方法可有效还原专家知识，降低决策难度，促进道路网选取向知识推理方向发展。

导航卫星系统

北斗三号星座拟稳钟差测定及其预报

杨宇飞, 杨元喜, 陈金平, 唐成盼, 李冲, 郭海荣, 杨建华, 刘金获, 杨斌

2021, 50(12):  1728-1737.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210084

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北斗三号卫星搭载了Ka波段星间链路载荷，可实现卫星之间的测距与通信。将星座内所有卫星的原子钟视为一个钟组，利用星间双向观测实时测量钟组内部时差，选取部分较为稳定的钟作为基准钟，可以建立星座拟稳原子时，得到各卫星的星座拟稳钟差，再通过少量链路向BDT溯源，即可最终得到卫星相对于BDT的钟差。以星座拟稳时间为观测量进行星载原子钟性能及钟差预报精度分析，可以避免卫星轨道误差对于钟差的影响，得到更加真实可靠的分析结果。试验结果表明：北斗三号星载原子钟，尤其是氢原子钟，具有良好的稳定性，MEO卫星氢原子钟天稳哈达马方差为3.5E-15，IGSO卫星氢原子钟为2.8E-15，铷原子钟为8.2E-15；星座拟稳钟差1 h预报误差RMS约为0.1 ns，可有效分离钟差预报误差和时间溯源误差，使北斗三号空间信号精度达到甚至优于15 cm。显然，星间链路的巨大潜力有待进一步挖掘。

SSR延迟下的轨道钟差外推误差及其对多GNSS实时精密单点定位的影响评估

舒宝, 王利, 张勤, 黄观文

2021, 50(12):  1738-1750.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200580

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对于实时精密单点定位用户，一般需通过无线网络接入基于状态空间表述（SSR）的差分改正数信息。在实际应用中，由通信链路不稳定导致精密轨道钟差改正数发生延迟的现象十分普遍。对于多模GNSS组合实时定位而言，不同系统的卫星轨道类型和卫星钟性能不同，在发生SSR延迟时的轨道钟差精度保持能力各具特点，此时采用常规模型难以有效维持实时精密定位的精度及可用性。本文基于CNES提供的GPS、GLONASS、BDS-2、BDS-3和Galileo实时精密产品，详细分析了不同SSR延迟下4个系统卫星轨道及钟差的外推误差，并评估了外推误差对多模GNSS实时精密定位的影响。研究结果表明，随着SSR延迟时间的增长，轨道钟差外推精度随之降低，然而，同样延迟下，不同GNSS卫星的轨道钟差外推误差存在显著差异，在SSR延迟为10 min时，GLONASS卫星轨道及钟差外推引起的空间信号测距误差分别可达20.9和7.3 cm（钟差已通过光速换算为距离），而BDS和Galileo卫星轨道及钟差外推引起的空间信号测距误差均可保持在2.2 cm以内，SSR延迟下BDS和Galileo实时定位性能保持能力明显优于GLONASS和GPS。相比传统实时定位模型，采用6 h更新的超快速精密轨道并顾及多模GNSS不同卫星钟差的外推误差特性时，SSR延迟下的四系统组合实时定位性能显著提升，在SSR延迟为10 min时，其水平和高程方向的定位精度仍可保持在1.7和2.1 cm。本文的研究对于提升实时定位的稳健性及优化SSR产品的播发频率具有重要参考价值。

ARAIM算法的风险概率优化分配

韩清清, 王利, 罗思龙, 舒宝, 岳聪

2021, 50(12):  1751-1761.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200260

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基础的ARAIM（advanced receiver autonomous integrity monitoring）算法将连续性风险和完好性风险概率平均分配给所有可见卫星，导致VPL（vertical protection level）较为保守。因此，采用了一种最大值最小化方法，利用Matlab的fminimax函数，对完好性风险和连续性风险进行合理分配，提高单星座ARAIM的可用性。实测数据的算例结果表明：无论是静态还是动态数据，最大值最小化方法都能够合理地进行风险分配。GPS和BDS单系统的VPL平均改善率为12.14%和10.63%，STD（standard deviation）平均改善率为78.69%和72.33%，并且该优化算法与其他两种优化算法相比，提高LPV-200下ARAIM可用性的效果更佳。仿真全球的结果表明：采用最大值最小化方法之后，GPS的ARAIM可用性大于90%、99.5%的覆盖范围由26.60%、0%分别增加到了38.69%、17.35%；BDS的ARAIM可用性大于90%、99.5%的覆盖范围由30.73%、19.91%分别增加到了34.28%、22.33%。

GNSS多径信号3种非监督学习法分析与比较

朱彬, 杨诚, 刘岩

2021, 50(12):  1762-1771.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20210233

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城市复杂环境中GNSS信号容易被遮挡、反射，导致定位精度下降，定位不连续。本文综合考虑伪距残差、信噪比、高度角和伪距率一致性特征值对GNSS信号的影响，采用k-means++、高斯混合聚类（GMM）和模糊c-均值（FCM）3种非监督学习聚类方法，试图分离视线信号（LOS）、多路径和非视线信号（NLOS）。利用已知坐标的静态GPS/BDS多系统伪距单点定位对3种聚类效果进行了验证。结果表明，3种方法中FCM的轮廓系数最大，聚类性能最好；剔除NLOS信号后，3种方法的定位效果都得到了显著提升。在对比3种方法的RMSE后发现，k-means++和FCM在3个方向的精度提升最好，约为50%。相比于监督分类方法，非监督分类方法剔除NLOS信号方法易于实现，无须先验信息，能降低运算负荷和设备成本，在改善定位精度方面有一定优势。

GRACE Follow-On卫星的星载GNSS相位测速法

刘晗, 魏辉, 邹贤才

2021, 50(12):  1772-1779.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200140

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通常认为，低轨卫星的速度和加速度信息需要首先进行卫星精密定轨，再通过轨道微分法得到最终解算结果。本文基于GRACE Follow-On卫星的GPS载波相位观测数据，通过数值微分方法直接对载波进行微分，解算得到卫星的速度和加速度。基于2018-11-01—2018-11-10的GRACE Follow-On C/D卫星实测数据进行了试验，利用CODE精密星历和5 s钟差产品，结果表明，当微分器长度设置为9点时，载波相位直接法确定C和D卫星速度的3D RMS分别可达0.227 6 mm/s和0.238 4 mm/s（微分间隔为60 s）；确定卫星加速度的3D RMS分别可达 4.1 μm/s²和4.5 μm/s² （微分间隔为90 s）。载波相位直接微分法相比于运动学轨道差分法而言，无须固定模糊度，削弱了轨道历元间相关性对其微分速度和加速度的影响，可为GRACE Follow-On任务的精密定轨和重力场解算提供高精度的速度和加速度信息。

博士论文摘要

多传感器融合的高精度无缝定位模型与方法研究

刘飞

2021, 50(12):  1780-1780.  doi:10.11947/j.AGCS.2021.20200396

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