测绘学报

当期目录

2022年第51卷第2期刊出日期：2022-02-20

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大地测量学与导航

GNSS约束的MERSI/FY-3A PWV校准方法

赵庆志, 杜正, 姚顽强, 姚宜斌

2022, 51(2): 159-168. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210060

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精确的水汽信息对于短临天气预警和长期气候监测具有重要意义。本文针对搭载在我国第2代极轨卫星风云三号A星（FY-3A）上中分辨率光谱成像仪（medium-resolution spectral imager，MERSI）获取水汽精度较低的现状，提出一种GNSS约束的MERSI/FY-3A PWV校准方法。首先，对MERSI/FY-3A的PWV段产品进行处理得到水汽日产品，并利用GNSS和无线电探空（radiosonde，RS）数据对其进行评估；然后，根据PWV的季节分布特性，构建GNSS约束的MERSI/FY-3A PWV季节自适应校准模型；最后，分别利用GNSS、RS和再分析资料对校准后的MERSI/FY-3A水汽进行对比，验证提出方法的有效性。研究表明：本文提出的PWV校准方法，能够有效改善MERSI/FY-3A水汽日产品和旬产品的精度，改善率分别为58.63%和68.72%。该方法可为遥感水汽快速校准研究提供重要的理论依据。

GLONASS频间码偏差实时估计方法及其在RTK定位中的应用

徐龙威, 吴忠望, 董绪荣

2022, 51(2): 169-181. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200416

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GLONASS伪距频间偏差难以利用经验模型消除。在RTK定位解算中，尤其是需顾及大气延迟的中长距离异质基线，IFCB会降低模糊度收敛速度，甚至导致模糊度固定错误。本文基于双差HMW组合和消电离层组合，提出一种站间IFCB实时估计算法，实时获取各频段的非组合站间单差IFCB。试验结果表明，站间IFCB长期稳定，可达数个纳秒；在GPS/GLONASS观测值先验误差比值为3：5的条件下，未改正的IFCB可能导致基线GPS/GLONASS组合RTK定位性能比单GPS差。将本文提出算法应用于RTK定位，能够有效消除IFCB的影响，RTK模糊度浮点解精度、定位收敛速度和固定率都有明显改善，部分基线的RTK定位首次固定时间从9.2 s提高到2.1 s，固定解比率从84.5%提高到97.9%。

UUVs集群协同定位的分散式增广信息滤波方法

杜祯强, 柴洪洲, 向民志, 章繁, 黄紫如, 朱华巍

2022, 51(2): 182-191. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210144

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无人水下航行器集群协同作业能够扩展单体UUV的感知范围，实现单体UUV无法或难以完成的复杂任务。由于水下环境的复杂性及UUV各传感器存在观测限制、时延等问题，传统分散式Kalman滤波方法所需要的庞大实时通信在实际中难以实现，使得当前UUVs集群协同定位为不严密的解算。本文提出一种以增广信息滤波为核心的UUVs集群协同定位分散式滤波方法，在顾及算法严密性的基础上实现了UUVs分散式协同定位。每个UUV平台根据本地的传感器数据建立自己的状态链，同时广播自己的观测信息，各个平台协同完成信息矩阵的Cholesky修正。基于严密的数理理论证明了所提出的UUVs协同定位的分散式滤波与集中式滤波的一致性，并与传统方法进行对比分析。理论仿真分析表明，较之传统方法单体UUV的观测更新或两个UUV之间的相互观测都会导致UUVs集群全体状态更新，本文方法使得观测更新仅与观测直接涉及的UUV相关，有效地降低了通信载荷，实现观测信息的即插即用，扩展性良好。

GOCE引力梯度内部校准方法

潘娟霞, 邹贤才

2022, 51(2): 192-200. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210067

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GOCE卫星引力梯度仪的精确校准是反演高精度重力场的前提之一，本文利用GOCE卫星L1b数据中的引力梯度仪及恒星敏感器数据实现了卫星引力梯度的内部校准。以最小二乘联合多个恒星敏感器观测数据确定内部校准使用的角速度，有效避免了单个恒星敏感器低精度角速度分量对坐标转换过程的影响。考虑到恒星敏感器坐标系与梯度仪坐标系间旋转矩阵随时间的变化，本文在ESA官方内部校准方法的基础上，提出了顾及旋转矩阵校准参数的内部校准模型，并利用2009年11月的GOCE实测数据验证了该方法的效果。结果表明，该旋转矩阵校准参数数值约100″，且在该月存在3″~30″的漂移；与GOCE官方内部校准方法对比，从卫星引力梯度精度结果来看，在低于0.005 Hz频段内，同时解算旋转矩阵的校准参数与梯度仪内3个加速度计对的校准参数的内部校准模型优于仅考虑加速度计对校准参数的模型；除此之外，本文讨论了以该模型为基础的GOCE梯度仪数据校准的可能方法，为GOCE及后续重力卫星的数据处理工作提供参考。

组合GNSS观测值反演海面高度

王洁, 王娜子, 徐天河, 高凡, 贺匀峤

2022, 51(2): 201-211. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200367

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与验潮站技术相比，岸基全球导航卫星定位系统干涉反射技术（GNSS-IR）海面测高成本较低，且其观测量不受地壳沉降的影响，并可利用目前已有的沿海岸GNSS固定站提供的数据反演海面高度。目前常用观测量为大地测量型GNSS接收机给出的信噪比（SNR）值，然而，早期很多GNSS设备的输出文件中都不包含该值，导致无法利用它们研究海面高度长期变化趋势。但经典的码伪距和载波相位观测值中，同样包含着GNSS-IR测高信息。本文分别引入单频码伪距和单频载波相位的组合，以及单频码伪距和双频载波相位的组合GNSS两种观测值的组合实现了岸基海面测高。本文采用模拟数据证明了基于前一组合的GNSS-IR测高精度受到电离层延迟残差的影响，而后一种组合可避免该误差项的影响。为验证两种组合方法的有效性，在山东威海一海上栈桥上开展了试验，采集了全球定位系统（GPS）和北斗卫星导航系统（BDS）的观测数据，并处理得到了海面测高信息。最后，将反演结果与26 GHz雷达高度计的观测值进行了比较分析，发现二者具有较好的一致性，相关系数均优于85%。试验结果表明：两种码伪距和载波相位组合法均可用于GNSS-IR测高。另外，由于当前GNSS-IR测高受多种误差项影响，导致反演精度较低，使得后一种组合在避免电离层延迟残差方面的优越性并没有明显体现。本文组合方法的引入，增加了海面高度反演方法的多样性，提升了GNSS-IR测高技术的应用空间。

摄影测量学与遥感

移动机器人SLAM位姿估计的改进四元数无迹卡尔曼滤波

赵玏洋, 闫利

2022, 51(2): 212-223. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210082

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在全自主运动控制的移动机器人系统中，自身位姿的估计和校正对于移动机器人的运动至关重要。卡尔曼滤波是解决移动机器人同步定位与地图构建（SLAM）常用方法。相较于卡尔曼滤波，无迹卡尔曼滤波（UKF）无须对复杂的非线性函数进行雅可比矩阵运算。本文基于无迹卡尔曼滤波，根据先验协方差的平方根选择sigma点，计算协方差以及加权均值。用四元数表示姿态，将四元数矢量转换为旋转空间进行矩阵运算，在此基础上设计了一种位姿估计算法——基于四元数平方根的无迹卡尔曼滤波（QSR-UKF）算法。试验将EKF、QSR-UKF、SR-UKFEKF 3种算法的位姿估计结果进行仿真分析，并通过相关定量指标进行了描述，验证了本文算法的有效性。

面向对象的多尺度加权联合稀疏表示的高空间分辨率遥感影像分类

洪亮, 冯亚飞, 彭双云, 楚森森

2022, 51(2): 224-237. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20190290

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针对高空间分辨率遥感影像中的地物具有多尺度特性，以及各个尺度的对象特征对地物分类精度的影响具有较强的尺度效性，并结合面向对象影像分析方法和多尺度联合稀疏表示方法在高空间分辨率遥感影像分类中的各自优点，提出了一种面向对象的多尺度加权稀疏表示的高空间分辨率遥感影像分类算法。首先，采用多尺度分割算法获得多尺度分割结果并提取对象的多尺度特征；然后，根据影像对象的多尺度分割质量测度计算各尺度的对象权重，构建面向对象的多尺度加权联合稀疏表示模型；最后，采用2个国产GF-2高空间分辨率遥感数据集和1个高光谱-高空间分辨率航空遥感数据集（WashingtonD.C.数据）验证该算法的有效性。试验结果表明，与SVM、像素级稀疏表示、单尺度和多尺度对象级稀疏表示和深度学习等算法相比较，本文算法获得了较高的OA和Kappa分类精度，提高了各个尺度地物的分类精度，有效抑止了地物分类结果中的椒盐噪声现象，同时保持大尺度地物的区域性和小尺度地物的细节信息。

基于生成对抗网络的建筑物损毁检测

葛小三, 陈曦, 赵文智, 李瑞祥

2022, 51(2): 238-247. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200318

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建筑物作为自然灾害中最受影响的承灾体之一，其损毁信息的准确提取对灾后应急救援具有十分重要的意义。本文借鉴多模态的思想，提出了一种自动检测损毁建筑物的recursive-generative adversarial networks（RS-GAN）方法，将损毁建筑物检测分为灾前建筑物识别和灾后损毁建筑物检测两个任务，且分别在两个GAN分支中完成。RS-GAN加入联合损失函数将两个GAN分支进行连接，充分利用两个任务之间的潜在互利性提升检测效果。RS-GAN利用第1条GAN分支识别建筑物灾前形状与位置，并将识别结果作为第2条GAN分支的输入进行损毁建筑物检测任务，从而使检测结果具有更清晰的轮廓。该方法为端到端模型，在不需要过多的人工干预情形下，实现了损毁建筑物的自动检测。为了验证RS-GAN模型的效果，在圣罗莎和密苏里两个数据集上进行了测试。试验结果表明，RS-GAN方法拥有更好的检测性能，在圣罗莎数据集上的总体精度和平均精度分别达到了0.90和0.86。

空间网络对时序InSAR相位解缠的影响——以Delaunay与Dijkstra网络为例

马张烽, 蒋弥, 李桂华, 黄腾

2022, 51(2): 248-257. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200469

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在时间序列InSAR相位解缠的过程中，相干目标需事先构建空间网络之后再进行模糊度解算。Delaunay三角网是当前时序相位解缠的主流构网方法，但其网络形态易包含高相位梯度的边缘，导致违背相位连续性假设。考虑到目前很少有关于空间网络对解缠影响的研究及相位解缠对InSAR技术测量精度的主导地位，本文在量化分析Delaunay网络对解缠影响的基础上，提出引入图论中的Dijkstra最短路径算法优化Delaunay网络中所有边的相位梯度，进而改善时序相位解缠的精度。本文采用模拟和真实数据对基于Delaunay网络和基于优化网络的相位解缠进行了对比验证。结果表明，本文提出的构网方法能够更好地满足相位连续性假设，减少约33%由解缠误差所导致的不闭合三角环数。较传统研究聚焦解缠方法和目标函数的改进而言，本文研究揭示了空间网络的改善对时间序列相位解缠的重要性。

地图学与地理信息

多尺度空间同位模式挖掘的点过程分解方法

邓敏, 谌恺祺, 石岩, 陈袁芳, 郭艺文

2022, 51(2): 258-268. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200548

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空间同位模式挖掘旨在发现多类地理要素或事件频繁互邻近形成的关联规则，对于理解复杂地理现象内在发生机理具有重要价值。针对现有基于关联规则的空间同位模式挖掘方法难以对地理数据特性（如多尺度性）进行有效建模的缺陷，本文提出了一种基于点过程建模与分解的多尺度空间同位模式挖掘方法。首先通过构建一个随机变量将多类要素实例分布数据表达为混合空间点过程，并引入一个非参统计指标对同位模式进行特征尺度判别；基于此，定义一种条件概率密度分布函数，利用点过程分解思想挖掘多尺度空间同位模式及其实例分布。试验分析结果表明本文方法可以准确挖掘空间同位模式在不同尺度的空间分布形态，并且有效降低了人为设定参数的主观性。

建筑物形状特征分析表达与自适应化简方法

晏雄锋, 袁拓, 杨敏, 孔博, 刘鹏程

2022, 51(2): 269-278. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210302

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建筑物化简是地图制图领域关注的热点问题之一。集成不同算法构建形状特征自适应的化简模型是应对建筑物多样化形态的有效策略，但当前相关研究主要从局部结构模式或化简结果评价展开，缺乏对形状结构的整体分析视角和深层次认知。本文提出一种深度学习支持下的形状自适应建筑物化简方法。首先，利用图卷积自编码网络对建筑物形状进行深度认知，提取隐含在边界节点分布中的形状特征并进行编码表达；然后，通过监督学习方法建立形状编码与化简算法之间的映射关系，从而实现依据输入建筑物的形状特征选择适宜化简算法的自适应机制。试验表明，本文方法的化简结果在位置、方向、面积和形状保持指标上总体优于单一算法，具备较好的理论与应用价值。

多源道路智能选取的本体知识推理方法

郭漩, 钱海忠, 王骁, 刘俊楠, 任琰, 赵钰哲, 陈国庆

2022, 51(2): 279-289. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210168

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大数据时代道路数据来源日益增多，跨数据源的道路选取面临巨大挑战。本文针对数据语义不一致问题，提出一种基于本体知识推理的多源道路选取方法。首先，将1：5万基本比例尺地形图道路数据作为基础案例，将四维图新导航电子地图和开放街道地图中的道路数据作为试验数据，基于stroke计算道路等级、长度、连通度、接近度、中介度特征项，提取特征项概念并构建本体；然后，从语义特征项和数值特征项两方面计算本体概念相似性，建立基础案例与试验数据间的关联关系；最后，基于本体和语义网规则语言定义本体通用、语义特征、数值特征三类选取规则，实现跨数据源道路选取的过程性知识推理。试验表明，本文方法可基于本体概念相似性度量消除语义差异，同时利用语义网规则语言进行知识推理，可实现多源道路数据向基本比例尺数据的智能选取。

数字环境下面状要素分级设色的适宜方案分析

姚翔宇, 黄丽娜, 于洋

2022, 51(2): 290-300. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200499

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为探究明度与色相同步变化时不同分级设色方案在数字环境下的适宜性，基于Munsell色彩调和秩序与CIEDE2000色差公式设计了7种分级设色方案，并开展了视觉认知试验。试验结果表明：①增加各级间色差会导致颜色辨识的准确性增强；②与各级间色差相等的色阶相比，色差先增大后减小的色阶有利于读图判别；③图斑面积分布均匀程度对颜色辨识的影响并不显著；④色阶的总色差增大，会导致颜色过渡的协调性降低。色差先增大后减小的色阶能产生较好的辨识效果，同时保持较好的色彩协调性，且相关规律可以推广到图斑面积分布均匀程度不同的地图中，在分级设色中运用具有优势。

顾及空间分布与注记相关性的点要素注记配置算法

曹闻, 彭斐琳, 童晓冲, 戴浩然, 张勇

2022, 51(2): 301-311. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210247

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点状要素注记自动配置问题是数据可视化研究的难点之一。稠密型点状要素注记之间往往存在着较大的相关性和冲突性，从而导致注记效率低下及配置结果不合理的问题。本文通过充分挖掘稠密型点状要素的空间分布特征和注记相关性，提出了一种顾及空间分布与注记相关性的点要素注记配置算法。首先，充分挖掘点要素的局部空间分布特征和注记间的相关性构建注记关联度模型；其次，利用基于注记关联度模型的空间聚类算法对其整体空间分布特征进行描述和分析，将单一数据集划分为若干个独立的子数据集，以消除整体求解中独立数据集产生的干扰性和模糊性；最后，利用点要素的局部空间分布特征和注记相关性构建基于增序注记关联度模型的注记次序规则，并采用多层次元启发算法求解注记配置的近似最优解。试验结果表明：在5%~40%注记密度下的点要素注记配置，新算法较传统元启发式算法的求解效率提高10.41%~28.92%，注记质量评价函数值下降5.5~35.9，有效提升了点要素注记配置的效率和质量。

博士论文摘要

频率域光谱的土壤铜铅浓度差异区分及反演研究

付萍杰

2022, 51(2): 312-312. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200417

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被动微波遥感雪深反演混合像元问题研究

刘晓敬

2022, 51(2): 313-313. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200430

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