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2022年 第51卷 第7期    刊出日期：2022-07-20

上一期   

序

序

杨元喜

2022, 51(7):  0-0. 

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院士论坛

多时相遥感影像的变化检测研究现状与展望

张祖勋, 姜慧伟, 庞世燕, 胡翔云

2022, 51(7):  1091-1107.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220070

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变化检测作为摄影测量与遥感领域的研究热点之一,也是人工智能体系中极具研究价值的技术分支。二者的快速发展与深度融合,已使海量、复杂和多样的遥感数据快速智能化处理成为可能,广泛应用于资源监测、城市规划、灾害评估等诸多领域。随着遥感技术和计算能力的不断革新,变化检测体系也在不断发展和演化。本文主要从几何和语义两个角度对变化检测方法进行了分析和归纳总结,重点分析了几何信息的利用方式及深度神经网络的特征融合方式,随后总结了常用的变化检测公开样本数据集,最后对当前变化检测应用中遇到的核心问题及未来发展趋势进行了梳理与展望。

论ICT时代的泛地图表达

郭仁忠, 陈业滨, 马丁, 赵志刚, 应申

2022, 51(7):  1108-1113.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220140

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信息通信技术的发展,赋予了地图表达极大的自由度,地图学的复兴促进了泛地图的发展。本文系统分析了地图定义的演变,适时论述了泛地图的概念,将传统的标准地图与各种创新形式的类地图纳入统一的泛地图框架下,提出并剖析了泛地图表达的标准地图、写实地图和写意地图分类体系,讨论了泛地图类型、风格化、连续性表示对泛地图表达的作用。

当代GNSS的发展进步与转型构想

谭述森, 张天桥

2022, 51(7):  1114-1118.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220138

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从美苏分别提出了建设GPS、GLONASS到今天,当代GNSS全球导航卫星系统工程诞生已近半个世纪。半个世纪以来,GNSS深深地改变了人类的军事斗争、经济社会和日常生活方式;面向人类文明未来的发展进步和智能时代新需求,GNSS仍然需要进一步创新转型。本文系统梳理了当代GNSS的发展进步和启示,研究了智能时代需要的GNSS深度转型方向,提出了GNSS转型发展的方案构想,供广大GNSS设计者和建设者参考。

SNREI地球形变理论模拟研究进展

孙和平, 周江存, 徐建桥

2022, 51(7):  1119-1129.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220105

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获取固体地球在内外力驱动下的形变特征是认识地球内部结构和动力过程的关键,全球和区域形变的观测与研究是高精度时空基准建立和维持的重要内容之一。本文系统介绍了地球形变理论模拟研究的主要进展,重点介绍了大气、海洋、陆地水和热在地表的负荷效应,以及内部的地震位错产生的形变问题。内容涉及基本的地球(热)弹性变形的初边值理论,及其有效求解方法与计算过程中遇到的困难及解决方案。最后在弹性形变的基础上,结合现今观测精度不断提高和人类活动对环境影响的背景,展望了未来在地球形变理论上的发展需求与应用前景。

自然资源时空信息的技术内涵与研究方向

陈军, 武昊, 刘万增, 单卫东, 张俊, 赵鹏军

2022, 51(7):  1130-1140.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210643

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用时空信息说话,在三维空间研判,凭科学事实决策,既是提升自然资源管理水平、建设现代化治理体系的主要举措,也是测绘科技界面临的一项艰巨挑战。为此,应加强时空信息的技术创新,促进其与自然资源业务的深度融合,构建新一代的自然资源时空信息技术体系,提供高质量的时空信息、开展高层次时空分析和实施高水平的时空赋能。本文分析了自然资源管理对时空信息的主体技术需求,讨论了自然资源时空信息的技术内涵,提出了以“全面动态感知、系统精准认知、全域智慧管控”为主线的总体发展思路,展望了今后的研究方向。

地表异常遥感探测与即时诊断方法研究框架

王桥

2022, 51(7):  1141-1152.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220124

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由自然和人为因素引起的各类地表异常具有突发性、多样性、随机性和复杂性,导致传统的卫星遥感探测时效严重滞后于地表异常预警和应急处置的实际需要,地表异常实时化、智能化遥感探测已成为我国新时代社会与经济高质量发展的重大战略需求,也是当前遥感科学发展面临的重大技术挑战。本文在分析地表异常遥感即时探测面临的技术挑战及其研究的必要性基础上,围绕解决地表异常遥感探测“看不到、看不清、看不快”技术瓶颈背后的科学问题,从卫星、载荷、应用三位一体的新视角,提出以“通导遥”一体化、星上在轨处理、星地互馈机器学习等为代表的地表异常遥感即时探测机理与方法研究思路,构建包括地表异常遥感响应特征与语义表征、地表异常超大动态范围自适应即时遥感探测、地表异常遥感在轨即时诊断、地表异常遥感预警知识即时生成与表达等在内的地表异常遥感即时探测研究框架,为深入开展地表异常遥感即时探测机理与方法研究提供科学方案,为实现直到用户移动终端的地表异常遥感监测预警产品即时服务提供技术体系框架。

我国空间对地观测技术的发展与展望

江碧涛

2022, 51(7):  1153-1159.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220199

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经过50余年发展,我国空间对地观测技术实现了从无到有、由弱到强等巨大跨域,已在经济建设和国防安全等领域取得了广泛应用。当前,物联网、大数据、云计算、人工智能等飞速发展,空间对地观测技术正在发生深刻变革。为把握技术发展脉络,推动“十四五”我国空间对地观测领域高质量发展,本文系统梳理了我国空间对地观测技术的发展历程,从国际竞争、国内需求和技术革新等方面分析了面临的机遇和挑战,展望了巨型星座建设、海量数据处理、智能融合应用等技术发展方向。

大地测量学与导航

基于数据与模型双驱动的音频/惯性传感器耦合定位方法

陈锐志, 钱隆, 牛晓光, 徐诗豪, 陈亮, 裘超

2022, 51(7):  1160-1171.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220169

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北斗卫星导航系统已于2020年实现全球覆盖。在开阔的室外环境,北斗可提供厘米级的定位服务,正向着更泛在、更融合、更智能的综合时空体系迈进。目前高精度室内定位技术处于百花齐放、百家争鸣的状态,尽管苹果支持的超宽带技术在市场中拥有优势,但是5G、音频和蓝牙测角等可支持所有大众手机的技术在市场中也具备竞争力。室内定位目前主要面临部署成本高、定位精度低、信号覆盖范围小和系统泛化能力差等难题。多源融合定位技术是解决这些难题的重要途径之一,特别地,融合低成本惯导定位源和高精度射频/音频定位源是目前具备实用价值的融合定位组合。行人航迹推算(pedestrian dead reckoning,PDR)定位源具有抑制积分误差累积的优势,但是由于用户手机握持姿态的复杂性和手机惯性传感器硬件的差异性,其在相对定位精度、手机泛化能力和多握持姿态支撑等方面也存在劣势,此外,受步频的影响,PDR定位源的位置更新率低于2 Hz。为了实现低成本、高精度和广覆盖的室内定位解决方案,本文提出了一种数据与模型双驱动的多源融合定位新范式,其中数据驱动的PDR部分通过构建神经网络模型,训练加速度传感器和陀螺仪测量值特征,学习速度变化矢量,推算高精度行人航迹,模型驱动部分为将数据驱动输出的相对航迹与高精度定位源输出的观测量通过扩展卡尔曼滤波,实现融合定位输出。试验结果表明,基于数据驱动的PDR方法可提供20 Hz的位置更新率,与高精度音频定位源融合,可实现0.23 m的动态定位精度。

地基GNSS大气水汽探测遥感研究进展和展望

张克非, 李浩博, 王晓明, 朱丹彤, 何琦敏, 李龙江, 胡安东, 郑南山, 李怀展

2022, 51(7):  1172-1191.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220149

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大气水汽是表征极端天气事件和气候变化的重要参数,准确监测与分析水汽含量对于精准预测各类灾害性天气事件与研究气候变化具有显著意义。作为新兴的大气水汽探测方法,GNSS大气水汽探测技术得到了广泛的关注与应用研究,随着多频多模GNSS系统的发展,全球服务能力的逐步完备和地面基础设施的不断加强,地基GNSS大气水汽探测遥感技术水平得到显著提升,为基于空间大数据揭示气候变化、极端天气过程提供了强有力的数据支撑和发展契机。本文首先系统阐述了GNSS大气水汽探测遥感技术及其应用的发展过程;然后介绍了近年来包括对流层延迟、大气可降水量等多类型GNSS大气参数高精度反演的研究进展,特别是对GNSS大气反演在极端天气短临预报及气候变化现象解释两个方向的研究工作进行了科学探析;最后,阐明了GNSS大气水汽探测遥感技术面临的主要挑战及未来研究展望。

基于块体模型的青藏高原及邻区地壳三维构造形变分析

党亚民, 杨强, 王伟, 梁玉可

2022, 51(7):  1192-1205.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220123

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2020珠峰高程测量,获得了丰富的青藏高原及邻区的GNSS监测数据。本文收集了陆态网、尼泊尔CORS网GNSS长期观测数据,计算了该地区20多年GNSS三维速度场,利用GRACE模型精化了垂直速度场,通过活动块体模型,从地壳运动、块体运动与应变、块体相对运动等多个方面研究了青藏高原地壳运动与构造形变特征。研究表明,青藏高原地壳形变具有明显的分区特征,南北向收缩主要表现在拉萨块体,东西向伸展主要表现在巴颜喀拉块体,中部羌塘块体没有明显水平挤压,但地壳隆升速率最大,且水平面积有扩大趋势,本文研究能够在一定程度上支持青藏高原地壳增厚学说。

广域实时精密定位与时间服务系统

施闯, 辜声峰, 楼益栋, 郑福, 宋伟, 张东, 毛飞宇

2022, 51(7):  1206-1214.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220153

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广域实时精密定位与时间服务已成为GNSS应用领域研究热点,目前国内外学者围绕其模型算法已展开大量的研究。本文重点论述广域实时精密定位与时间服务数据的处理方法和服务系统,给出了基于不同基准约束的卫星钟差解算数学模型,提出通过引入外接原子钟测站、标准时间源(UTC/BDT)等不同时间基准,构建卫星拟稳基准、外接原子钟跟踪站拟稳基准及标准时间源等约束下的钟差解算模型,分析了时间基准对精密单点定位和精密单点授时的影响。本文采用实时卫星轨道、钟差、相位偏差、电离层延迟等服务产品及跟踪站实时数据,验证了系统产品可靠性及终端定位与时间服务性能。实测结果表明:GPS轨道径向精度1.8 cm,钟差STD精度约0.05 ns;BDS-3轨道径向精度6.7 cm,钟差STD精度优于0.1 ns;GPS和BDS-2电离层改正精度分别为0.74 TECU与1.03 TECU。基于该产品实现了用户端PPP、PPP-RTK及PPT、PPT-RTK服务,满足了用户实时厘米级定位和优于0.5 ns的单站时间传递服务,当采用GPS+BDS-2 PPP-RTK解算时,平面收敛至5 cm约需要12 min。

垂线偏差测量的固体潮和海潮改正

郭金运, 金鑫, 边少锋, 常晓涛

2022, 51(7):  1215-1224.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220104

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垂线偏差是大地测量学和地球物理学的基础数据。固体潮和海潮是影响高精度垂线偏差测量的重要因素,固体潮改正主要表现为天体引潮位对垂线偏差的直接影响及造成地球形变而产生的附加位对其的间接影响。本文基于引力场球谐展开理论,推导了垂线偏差测量中固体潮和海潮的改正公式。利用JPL DE421星历和EOT11A海潮模型,计算全球19 570个GNSS测站处垂线偏差的潮汐改正值,分析了垂线偏差潮汐改正的时空变化规律。通过实例给出了日、月引潮位及附加位、海潮对垂线偏差子午和卯酉分量的改正。现有高精度垂线偏差测量精度已达到0.1″,而固体潮和海潮对垂线偏差的改正总量级可达我国一等天文规定精度(0.3″)的17%,因此在高精度的垂线偏差应用中需要顾及潮汐改正。

GNSS非差非组合数据处理与PPP-RTK高精度定位

袁运斌, 侯鹏宇, 张宝成

2022, 51(7):  1225-1238.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220134

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本文首先回顾了GNSS差分和组合数据处理的起源、特点和应用,并阐述了其在多频多模背景下的局限。然后,引出了非差非组合数据处理的诸多优势,介绍了构建满秩非差非组合函数模型的消秩亏方法。基于该方法,本文系统构建了系列非差非组合PPP-RTK模型,包括伪距加相位和仅用相位两大类。两类模型均考虑不同的大气约束而衍生出电离层加权、浮点和固定3种变体,且所有模型均顾及码分多址和频分多址两类系统。最后,本文测试分析了非差非组合PPP-RTK在无人船、无人机和农机应用中的动态定位性能。试验结果表明,3个场景下的模糊度首次固定时间均在10 s以内,模糊度固定成功率在96%以上,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于5 cm。在Galileo+GPS+BDS三系统农机定位中,仅用相位PPP-RTK与伪距加相位PPP-RTK定位性能相当。与Galileo+GPS双系统定位相比,三系统PPP-RTK将模糊度首次固定时间从几百秒缩短至几秒,模糊度固定成功率从85%左右提升至99%以上,定位精度提升了30%左右。

单频到五频多系统GNSS精密单点定位参数估计与应用

金双根, 汪奇生, 史奇奇

2022, 51(7):  1239-1248.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220129

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全球导航卫星系统(GNSS)已发展至多频多系统时代,特别以我国北斗卫星导航系统(BDS)为代表的四大全球导航卫星系统可全天时、全天候播发十几个频率的伪距、相位和多普勒等观测信息。多频多系统GNSS为用户提供更多的观测数据和组合选择,为精密定位、导航和授时(PNT)应用带来了新的机遇,如高精度位置服务、大地测量、空间天气和灾害监测等。但多频多系统GNSS观测为精密单点定位(PPP)组合模型和系统偏差及大气延迟估计等带来诸多问题和挑战。本文给出了单频到五频多系统GNSS精密单点定位(PPP)模型,估计和评估了单频到五频多系统GNSS PPP定位精度、接收机钟差、对流层延迟、卫星和接收机硬件延迟,以及频间偏差。给出了GNSS PPP最新应用进展,包括GNSS气象学、电离层模拟、时间频率传递、建筑物安全和地震监测及其应用。结果表明,多频多系统极大地提高了GNSS PPP参数估计的精度和可靠性,具有重要的应用价值。最后给出了多频多系统GNSS PPP应用前景与展望。

参数自主学习的车辆运动约束新模型及其惯性推算误差抑制分析

张小红, 周宇辉, 朱锋, 胡昊杰

2022, 51(7):  1249-1258.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220141

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准确、连续、可靠的位置信息是车载导航应用的基础条件,在不增加额外传感器的前提下,集成GNSS与MEMS及车载CAN总线传感器,并融入车辆运动约束信息,是最为简单有效且低成本的车载多源导航方案。在车辆运动约束中,合理配置相关参数是约束条件能否充分发挥作用的关键,本文重点针对车辆非完整性约束,采用多元回归和深度学习方法,构建了参数自主学习的车辆运动约束模型。同时,提出了在观测域直接学习侧向/垂向速度参数的新思路,相比原有方差域调参方法具有更好的约束效果。实测分析表明,相比于方差域调整参数的传统方法,在观测域进行参数自主学习的新模型具有显著的精度提升,采用多元回归模型的惯性推算误差在水平位置上减小了69.6%~81.2%,而利用深度学习则减小了60.0%~77.3%,同时,水平相对定位精度分别改善了75.2%和65.0%,新模型能够有效提升GNSS失效时车载定位精度维持能力。

大地测量坐标框架建立的进展与思考

姜卫平, 李昭, 魏娜, 刘经南

2022, 51(7):  1259-1270.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220232

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坐标框架是描述地球形状及变化、表达地球空间信息的基础,也是拓展人类活动、促进社会发展的关键地球空间信息基础设施。随着空间大地测量观测技术的发展,地球科学及相关学科间的交叉渗透融合,利用其建立全球或区域坐标框架成为当前大地测量的主要任务。研究建立1毫米级坐标框架是国际大地测量学界21世纪的学科目标和重要挑战。本文以当前建立理论最完善、应用最广泛、精度最高的国际地球参考框架为例,描述了基于空间大地测量观测技术的坐标框架建立方法,阐述了全球及区域地心坐标框架建设的最新进展及局限性,最后针对建立1毫米级坐标框架的几个关键问题提出了研究思路。

GNSS卫星精密定轨综述:现状、挑战与机遇

李星星, 张伟, 袁勇强, 张柯柯, 吴家齐, 娄嘉庆, 李婕, 郑鸿杰

2022, 51(7):  1271-1293.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220173

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GNSS卫星精密轨道是高精度GNSS应用的基础与前提,GNSS卫星精密定轨技术也一直都是卫星导航领域的研究重点与热点。本文首先介绍了GNSS星座与跟踪数据概况,梳理了精密定轨函数模型、动力学模型及随机模型构建过程中的关键问题,归纳了低轨星载观测和星间链路观测等多源数据增强GNSS精密定轨的研究进展;然后,从应用的角度总结了当前GNSS精密轨道产品的基本状态,并进行了精度评估;最后,讨论了GNSS精密定轨在大网快速解算、多层次观测数据融合、太阳光压模型精化及高精度实时定轨等方面所面临的挑战,并展望了低轨星座、光钟、激光链路等新技术给GNSS精密定轨带来的机遇。

近20年海平面变化成因研究进展及挑战

徐天河, 穆大鹏, 闫昊明, 郭金运, 尹鹏

2022, 51(7):  1294-1305.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220091

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揭示海平面变化成因有助于深入认识当前的全球气候变化,并做出积极应对。空间大地测量技术及海洋浮标观测极大地促进了对全球及区域海平面变化成因的研究,有效弥补了海洋模式对长期趋势估计不准确的缺点,有助于理解海平面长期趋势及年际变化的驱动因素。本文系统回顾了近20年关于海平面上升成因的研究进展,分析了陆地质量迁移不同成分对海平面上升的贡献。多源观测数据表明,海水质量增加贡献了2/3的海平面上升,其余1/3由海水热膨胀引起。由于气候变暖趋势没有减弱,陆地冰川消融和海水热膨胀均伴随加速度变化。这些研究成果不仅极大地提升了对当前海平面变化的认识,而且有助于约束对未来海平面上升的预测。最后,讨论了海平面变化成因研究中面临的困难与挑战:①在局部尺度上,使用观测数据尚不能完全揭示海平面长期趋势变化成因;②2016年后,全球平均海平面平衡方程的闭合差显著增大。

摄影测量学与遥感

中国城市洪涝实时预报研究:现状与挑战

林珲, 吴贤宇, 潘家祎, 邹海波

2022, 51(7):  1306-1316.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220144

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全球气候变化和快速城市化打破了城市降水—汇水—排水原有的平衡,加剧了中国城市洪涝问题,造成了巨大的生命和财产损失。因此,亟须探索精确、高效的城市洪涝预报方法,提高城市防洪抗灾能力,降低灾害损失影响。然而,城市气象水文过程的复杂性使得城市洪涝实时预报研究面临诸多挑战。本文梳理了我国城市洪涝频发的原因,总结了国内城市洪涝实时预报研究在数据和模型方面的进展,指出了当前研究面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望,以期为我国城市防洪减灾研究和工作提供参考依据。

数据驱动的多源遥感信息融合研究进展

张良培, 何江, 杨倩倩, 肖屹, 袁强强

2022, 51(7):  1317-1337.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220171

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多源遥感信息融合技术是突破单一传感器的观测局限,实现多平台多模态观测信息互补利用,生成大场景高“时-空-谱”无缝的观测数据的重要手段。随着人工智能理论与技术的日益完善,数据驱动的多源遥感信息融合获得了研究者的广泛青睐,然而,数据驱动算法与生俱来的低物理可解释性,弱泛化能力都阻碍了其在多源遥感信息融合领域的长远发展。因此,本文分别对同质遥感数据融合,异质遥感数据融合,以及点-面融合的有关研究成果进行了系统的梳理和归纳,分析了各融合问题的发展趋势。最后,对算法研究进展进行了总结,剖析了数据驱动的融合算法所面临的挑战,指出了未来多源遥感信息融合领域的研究方向。

InSAR与北斗/GNSS综合方法监测地表形变研究现状与展望

何秀凤, 高壮, 肖儒雅, 罗海滨, 贾东振, 章浙涛

2022, 51(7):  1338-1355.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220148

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作为蓬勃发展的空间大地测量技术,InSAR和北斗/GNSS在地表形变监测中具有独特优势。应用两种手段开展综合测量,可充分利用其互补性,实现北斗/GNSS高时间分辨率与InSAR高空间分辨率的有机统一。本文首先介绍了InSAR与北斗/GNSS监测地表形变的基本原理,重点探讨了InSAR研究在20余年内的理论发展;其次综述了InSAR与北斗/GNSS技术集成及数据融合研究的最新进展;然后总结分析了当前地表形变监测应用所面临的关键问题及挑战;最后对InSAR与北斗/GNSS综合测量方法的发展趋势进行了展望。

多波段多极化被动微波遥感地震应用研究进展与前沿方向探索

吴立新, 齐源, 毛文飞, 刘善军, 丁逸凡, 荆凤, 申旭辉

2022, 51(7):  1356-1371.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220131

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被动微波遥感卫星具有多波段多极化观测能力,其全天候、高灵敏度特性契合了地壳活动及地震的监测分析需求。近年来,地震孕育和发生过程中的热异常遥感监测与分析得到了广泛关注。本文从星载被动微波传感器发展和地震被动微波遥感应用两方面,梳理了多波段多极化被动微波卫星遥感用于地震监测与异常识别的研究现状,剖析了微波数据选择、异常分析方法、观测粗差剔除和信息机理认知等方面的进展与不足。总结了近年微波遥感地震应用的研究进展,阐明了多波段多极化被动微波卫星遥感用于地震异常识别的科学逻辑与复合链条。提出了地震遥感的两个前沿探索方向,即地震微波异常的可靠识别、地应力场变化微波遥感的信息物理。指出了遥感-岩石力学基础试验研究和地震遥感综合分析层面亟待解决的关键问题。进而呼吁,多学科联合、交叉乃至融合是地震遥感科学与技术向纵深发展的必由之路。

卫星编队InSAR系统设计系列关键技术

楼良盛, 缪剑, 陈筠力, 刘志铭, 张笑微, 张昊

2022, 51(7):  1372-1385.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220110

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天基InSAR系统具有全天候、全天时、数据处理自动化程度高等优点,可以快速获取数字表面模型和雷达正射影像,发展前景广阔。本文首先介绍了InSAR测量及影响产品精度误差传递模型,阐述了基于卫星编队InSAR系统;然后,从系统获取干涉数据和确保产品精度两方面出发,提出在不考虑SAR技术的情况下,卫星编队InSAR系统设计主要关键技术有:系统相干性、基线选择、卫星编队设计、双星协同工作、产品精度控制等;最后,在归纳总结天绘二号关键技术攻关的基础上,对这些关键技术所涉及的性能及核心指标进行了分析,提出了设计所关注的要素。

我国民用光学卫星测绘产品体系的建立与应用

唐新明, 王鸿燕

2022, 51(7):  1386-1397.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220181

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经过10多年的发展,我国民用光学卫星测绘及其应用取得了较大的发展。本文系统总结了我国民用光学卫星特别是立体测图卫星的在轨情况、技术参数及数据获取等总体情况。在介绍卫星测绘产品处理和体系构建等技术的基础上,对卫星测绘及其产品的应用情况进行了概况和总结,并对“十四五”期间我国测绘卫星及卫星测绘应用的发展进行了展望。

遥感大数据智能解译的地理学认知模型与方法

张兵, 杨晓梅, 高连如, 孟瑜, 孙显, 肖晨超, 倪丽

2022, 51(7):  1398-1415.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220279

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随着遥感数据和计算机算力的爆炸式增长、智能分析算法瓶颈的突破,亟须提升与之相匹配的遥感大数据处理与分析能力。针对复杂场景下遥感大数据智能处理与地理学认知耦合关联和交叉融合的关键问题,本文分析了遥感大数据与地理科学各自的特点与相互关系,提出了多模态知识融合关联的深度网络构建和面向地理制图的遥感智能解译思路,建立了遥感大数据智能处理与应用体系框架;面向技术发展和行业应用,本文提出了分别建设通用高分辨率遥感智能处理系统和智能精准应用平台的总体路线,以期推动遥感智能解译技术创新和工程化应用的全面发展。

“天-空-地”协同滑坡监测技术进展

许强, 朱星, 李为乐, 董秀军, 戴可人, 蒋亚楠, 陆会燕, 郭晨

2022, 51(7):  1416-1436.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220320

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滑坡灾害是全球范围内发生频率最高、分布范围最广、造成损失最重的自然灾害之一,严重威胁着人类生命财产和重大工程设施的安全。科学监测是实现滑坡预警预报与主动防范的重要技术前提,经过多年的技术攻关,融合高分辨率光学遥感、卫星InSAR、无人机摄影测量、无线传感网络(WSN)等多种新技术方法,滑坡监测已从传统点式人工监测逐步发展到“天-空-地”多维协同监测,在我国地质灾害风险识别与监测预警方面取得显著成效。本文结合多年来对滑坡发生机理与变形破坏过程的研究认识,从天(光学遥感和InSAR)、空(无人机摄影测量)、地(全球导航卫星系统、裂缝计等专业监测)三维立体角度对我国滑坡监测技术的最新研究进展进行了系统总结,分析讨论了不同技术在工程实践中的技术优势和适用性,构建了滑坡变形破坏全过程的“天-空-地”协同监测技术体系,为滑坡地质灾害的科学防范提供一种新的思维范式和经验指导。

数字航空摄影三维重建理论与技术发展综述

张力, 刘玉轩, 孙洋杰, 蓝朝桢, 艾海滨, 樊仲藜

2022, 51(7):  1437-1457.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220130

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航空摄影测量作为摄影测量学最重要的分支之一,近年来得到了长足的发展。倾斜航空摄影和无人机摄影测量等多种新作业模式的出现,给传统航空摄影测量带来新的挑战的同时也催生出了诸多新的解决方案。此外,人工智能领域计算机视觉技术和深度学习技术中的新理论、新方法不断融入航空摄影测量中,推动航空摄影测量向智能化、自动化方向发展。当代航空摄影测量学已经是多种传感器融合、多种数据采集方式结合、传统摄影测量和人工智能技术交叉的产物。三维重建是航空摄影测量的核心问题之一。本文阐述了当代航空摄影三维重建技术的发展趋势和存在的问题,着重从航空影像的同名连接点自动提取与匹配、区域网平差、密集匹配和单体化建模4个方面对当前的研究现状进行了总结讨论,给出了当前国内外主流的航空影像摄影测量处理框架。

InSAR部分地学参数反演

李志伟, 许文斌, 胡俊, 冯光财, 杨泽发, 李佳, 张恒, 陈琦, 朱建军, 王琪洁, 赵蓉, 段梦

2022, 51(7):  1458-1475.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220156

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自然因素或人类活动可使地球表层或内部应力发生变化,进而产生灾害事件。获取灾害事件与灾害过程的关键地学参数对于准确理解灾变过程、科学解释灾变机制、正确拟定应对策略具有重要意义。InSAR技术已广泛应用于自然因素或人类活动导致的灾害事件与灾变过程的参数反演。本文首先介绍了InSAR卫星的发展和地表形变监测的基本原理;然后分析了InSAR地学参数反演在地震、火山活动、地下水抽取、矿山开采、冻土冻融、冰川运动、地下流体迁移等各类潜在致灾事件中的研究现状;最后分析了InSAR地学参数反演存在的主要挑战和问题。

面向智能化测绘的城市地物三维提取

杨必胜, 陈驰, 董震

2022, 51(7):  1476-1484.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220183

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精准有效的三维时空信息是新型基础设施建设、实景三维中国、自然资源管理与监测等国家重大需求不可或缺的重要支撑。测绘装备的快速发展提升了点云和影像获取的便捷性,为智能化测绘提供了一种全新技术手段。然而,如何从点云、影像中智能地提取三维时空信息仍然面临诸多困境。本文围绕城市场景中地物目标智能化提取的需求,重点阐述点云位置精度改善、点云与全景影像融合、部件级典型地物要素精细提取、软件研发与工程实践4个方面的关键技术与研究进展,为实景三维中国建设等提供关键支持。

雷达影像地表形变干涉测量的机遇、挑战与展望

李振洪, 朱武, 余琛, 张勤, 张成龙, 刘振江, 张雪松, 陈博, 杜建涛, 宋闯, 韩炳权, 周佳薇

2022, 51(7):  1485-1519.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220224

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随着合成孔径雷达(SAR)卫星的不断发射,合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)得到前所未有的发展机遇,同时也面临诸多挑战。本文首先简要介绍了SAR卫星发展现状与InSAR技术的基本原理,并系统梳理了干涉图堆叠(InSAR stacking)、小基线集干涉测量(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)、永久散射体干涉测量(persistent scatterer InSAR,PS-InSAR)、分布式散射体干涉测量(distributed scatterer InSAR,DS-InSAR)和分频干涉测量(split-bandwidth interferometry,SBI)等先进InSAR技术的优缺点。在此基础上,指出目前InSAR技术面临的主要挑战(相位失相干、大气延迟、相位解缠、几何畸变和多维变形测量)及相应的解决方案。进一步从地震、火山、滑坡、地面沉降、冰川运动、人工建构筑物位移变形及大气水汽含量估计等不同的应用场景分析了InSAR技术的应用现状和存在的缺陷。最后,展望目前InSAR的发展趋势,随着更高空间分辨率,更高时间分辨率,更轻小化SAR卫星的不断发展,InSAR技术将会被应用到越来越多的新场景,激励我国雷达影像干涉测量更快发展。

地图学与地理信息

多尺度空间数据联动更新技术研究现状及展望

张新长, 何显锦, 孙颖, 黄健锋, 张志强

2022, 51(7):  1520-1535.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220095

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多尺度空间数据库是国民经济建设各级行政决策规划的重要依据,在智慧城市、国防建设中发挥着关键作用。数据的现势性影响着空间数据库的运行效率,而多尺度空间数据联动更新为保证数据的现势性提供重要技术支撑。伴随着人工智能、地理空间大数据和地图综合智能化发展,空间数据联动更新取得了不少成果,同时也面临诸多挑战。本文首先,围绕多尺度空间数据的更新策略、匹配方法、更新信息检测及更新信息传递等方面阐述了联动更新的研究进展;然后,梳理和分析了联动更新过程各阶段人工智能技术运用现状;最后,结合自动地图综合和地理空间大数据背景,探讨了多尺度空间数据联动更新的发展趋势。

从马斯洛人生需求层次理论看地图学的进展

李志林, 蓝天, 遆鹏, 徐柱

2022, 51(7):  1536-1543.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220170

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作为空间信息最重要的载体,地图担负着人们获取空间信息的需求,并伴随着人类文明从原始社会向农业社会、工业社会及信息社会的转变。研究地图学的发展历程不仅有助于认识人类文明的演变,也对地图学未来的发展具有指导意义。现有的研究主要以时间线或时间线加某一显著推动地图发展的典型事件进行地图进展不同阶段的划分,然而难以全面反映地图学与人类文明进步的密切关系。本文基于马斯洛人生需求层次理论,从需求的角度对地图学的发展历程进行回顾,并对地图学未来演变提出了展望。

地理大数据挖掘研究进展与挑战

刘耀林, 刘启亮, 邓敏, 石岩

2022, 51(7):  1544-1560.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220068

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大数据时代,全面涵盖人类活动与地理环境信息的地理大数据为更全面认识“人-地”关系提供了新的机遇。数据挖掘是地理大数据产生“大价值”的关键。与传统目的性采样数据(或“小数据”)相比,地理大数据具有更细的时空粒度、更广的时空范围、更丰富的人地关系信息、更高的时空有偏性及更低的时空精度。地理大数据的独特性使得地理大数据挖掘面临新的挑战。本文首先对地理大数据挖掘与空间数据挖掘的区别与联系进行分析;然后,对当前地理大数据挖掘方法、应用及软件的研究进展进行回顾和总结;最后,对地理大数据挖掘面临的挑战和发展趋势进行了展望。通过对地理大数据挖掘研究进展进行系统的分析,有望为地理大数据挖掘理论与方法的完善提供一定的参考和借鉴。

多源地理空间数据一致性处理研究进展

孙群, 温伯威, 陈欣

2022, 51(7):  1561-1574.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220151

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多源地理空间数据的处理和应用近年来受到广泛关注,多源地理空间数据一致性处理技术是消除多源、异构、多时相、多尺度地理空间数据之间矛盾和问题的关键技术,也是地理空间数据生产和更新的主要手段。本文讨论了多源地理空间数据不一致性产生的原因,从几何、语义、关系3个方面对一致性处理技术的研究进展进行分析和阐述,在此基础上分析地理空间数据一致性处理目前仍存在的问题,对未来的研究重点做出展望。

数字水深模型建模技术研究进展与展望

彭认灿, 董箭, 贾帅东, 唐露露, 王芳

2022, 51(7):  1575-1587.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220142

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水深是反映海底地形起伏形态的基本要素,是人类认识和利用海洋并进行科学决策的重要依据。数字水深模型是用离散水深数据实现对海底地形起伏变化的一种数字化表达。数字水深模型建模技术与所构建模型的质量、特点及应用领域密切相关,直接决定了海底地形表达的真实可靠性和精度,并将对舰船航行的安全性及其他相关应用产生重要影响,一直是海道测量和海图制图人员科学研究与海洋测绘地理信息产品生产实践关注的核心内容。本文在总结数字水深模型概念内涵的基础上,结合国内外数字水深模型建模技术现状,重点阐述了数字水深模型在航海和非航海领域的研究进展及取得的成果,并对数字水深模型建模技术的未来发展方向做出了展望。

海底地貌数据综合研究进展

武芳, 杜佳威, 吴芳华

2022, 51(7):  1588-1605.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220119

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海底地貌数据与人类认知海洋、探索海洋、利用海洋息息相关,海底地貌数据综合是海图编制、海洋空间数据处理的重点研究内容之一。海底地貌数据综合属于地图综合的研究范畴,但受历史渊源、学科体系、应用范畴等诸多因素影响,常被认为是地图综合中相对独立、特殊的研究内容。本文在明确海底地貌数据综合特殊性的基础上,从数据增强、综合方法、质量评价3个方面梳理海底地貌数据综合研究进展,归纳了几种常见的海底地貌数据综合应用案例,并从研究内容、技术方法、实践应用3个方面探讨了海底地貌数据综合的发展趋势。

自然资源要素智能解译研究进展与方向

张继贤, 顾海燕, 杨懿, 张鹤, 李海涛, 韩文立, 沈晶

2022, 51(7):  1606-1617.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220109

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自然资源要素解译是自然资源调查监测工作中最基础、投入工作量最大、技术难度最高的工作,存在可解译类别少、要素边界不准不全、类别属性可靠性不高等诸多挑战。本文从自然资源调查监测应用场景出发,首先从要素解译到场景要素耦合的解译范式、数据驱动到知识驱动的解译方法、人工目视到人机协同的解译手段3个方面阐述了自然资源要素自动解译的研究进展;然后探讨了6个重点研究方向及其研究内容,包括场景要素耦合解译、知识驱动语义理解、人机协同智能解译、内外一体与三维环境解译、关键参数精准计算与定量反演,以及高可信质量控制与真实性验证;最后进行了总结与展望,以期为自然资源要素智能解译研究提供思路,推动解决困扰遥感影像自动解译方法在自然资源调查监测业务应用中的瓶颈问题。

互联网泛在地理信息感知融合技术综述

刘纪平, 王勇, 胡燕祝, 罗安, 车向红, 李朋朋, 曹元晖

2022, 51(7):  1618-1628.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220102

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互联网数据中蕴含丰富的地理信息,其无处不在、形式与结构多样的特征决定了感知和融合面临许多技术难题。本文在分析互联网泛在地理信息分类和特征的基础上,系统研究其感知和融合技术的总体现状,总结了服务快速准确发现、深层网络数据高覆盖度采集、非结构化文本中位置信息提取和关联图像空间语义提取等感知技术发展现状,分析了异源几何数据匹配关联、地址标准化处理、同名实体语义对齐、地理实体关系构建等融合处理关键技术;在此基础上,总结和展望了互联网泛在地理信息感知融合技术在开放地理数据网络、城市治理与应急管理、网络监测与地理空间情报等领域的应用前景。

基于网络和图的时空智能——概念、方法和应用

程涛, 张洋, James Haworth

2022, 51(7):  1629-1639.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220236

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当前时空智能(SpaceTimeAI)和地理空间智能(GeoAI)已是热门的话题,该研究领域旨在将计算机科学的最新方法(如深度学习)应用于地理空间问题。虽然深度学习方法因其对栅格数据的自然适用性而在图像处理中取得了巨大成功,但仍未广泛应用于其他空间和时空数据类型。本文提出使用网络和图作为SpaceTimeAI或GeoAI的基本结构的倡议,并将其应用于城市研究中。相比于基于网格的表达,基于网络的结构更加精确和实用。图能实现对点、线、面/多边形/网格和网络等多种空间结构的表达。本文通过时空预测、聚类和时空优化等常用时空分析方法展示基于网络和图的时空智能分析的优势,并介绍其在交通出行、警务和公共卫生等领域的应用。

地理信息科学中尺度概念的诠释与表达

艾廷华, 张翔

2022, 51(7):  1640-1652.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220143

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本文对地理信息科学的尺度概念、尺度效应、尺度变换等进行了总结,提出了尺度外延与内涵联合表达的3×3尺度矩阵,深入剖析了尺度矩阵中的9个尺度子概念。基于尺度子概念的相互作用,讨论了粒度与广度的依存关系,以及时间粒度、语义粒度分别与空间粒度联合表达的基本规则。针对空间关系尺度在空间分析、空间推理中的重要意义,提出并建立了拓扑关系粒度、方向关系粒度、距离关系粒度的计算方法。在完整诠释地理信息科学中的尺度概念基础上,提出了未来关于尺度问题研究的3个方向:尺度概念形式化、尺度效应与不变性、尺度变换与知识发现。

众源地理信息研究现状与展望

范红超, 孔格菲, 杨岸然

2022, 51(7):  1653-1668.  doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220192

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众源地理信息作为新型地理信息模式,是指由互联网用户借助交互式平台,通过直接上传传感器数据或提供数字化劳动而贡献的地理信息数据。近20年来,众源地理信息热度上升,并受到越来越多研究者的关注,正在逐渐成为一种重要的地理信息数据来源。本文对近十几年来关于众源地理信息的中文和英文文献进行了系统性的分析与研究,力图展现出众源地理信息研究的发展现状,同时以这些研究发现的规律为基础,结合当前的国际形势,探讨了众源地理信息的发展机遇与挑战,同时对发展自主众源地理信息给出了建议。