测绘学报

当期目录

2022年第51卷第9期刊出日期：2022-09-20

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综述

城市人口时空分布估计研究进展

吴华意, 胡秋实, 李锐, 刘朝辉

2022, 51(9): 1827-1847. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220020

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城市人口是构成城市的社会主体，是城市发展中最为活跃的因素。城市人口时空分布是城市管理需要掌握的重要信息。正确、精细化的城市人口分布数据对于城市运行与规划、城市经济发展和人民生活具有极为重要的意义，因此城市人口时空分布估计是城市地理学需要解决和研究的热点问题之一。本文以城市人口时空分布估计的关键点为核心，从以下几个方面展开综述：①空间分布单元划分方法，即城市人口分布的空间划分方式；②主要的模型和方法，从模型思想发展过程和估计对象的角度总结了6类方法并进行详细阐述；③估计结果在城市发展中的主要应用。在此基础上，本文指出了目前人口时空分布研究在空间单元构建、建模数据、建模思想和结果验证上存在的问题，同时探讨了未来的研究方向。

多模态遥感图像匹配方法综述

眭海刚, 刘畅, 干哲, 江政杰, 徐川

2022, 51(9): 1848-1861. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20220126

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遥感图像匹配是遥感图像处理的关键基础，一直是国内外学者研究的热点。由于多模态图像具有辐射差异、几何差异、尺度差异、视角差异、维度差异等特性，目前尚未出现一种普适性强的通用匹配方法。随着遥感、人工智能、大数据等技术的不断发展和应用领域的持续拓展，图像匹配技术体系也在不断地发展和演化。本文在系统梳理图像匹配技术发展历程的基础上，对多模态遥感图像匹配分类体系进行了归纳总结，从特征驱动和数据驱动两方面论述了多模态图像匹配技术研究的最新进展，并指出其面临的核心困难及未来发展趋势，以期推动多模态图像匹配研究更加深入发展。

大地测量学与导航

北斗三号MEO卫星非保守力建模

阮仁桂, 贾小林, 冯来平, 王龙, 张奋

2022, 51(9): 1862-1869. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210319

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非保守力模型精度不高是制约BDS-3卫星定轨精度的主要因素之一。本文针对BDS-3 MEO卫星构建了地球辐射、天线辐射和箱体-两翼（BW）太阳光压模型，对典型的经验光压模型（ECOM1和ECOM2）进行补偿得到多个非保守力模型，收集全球观测网的数据进行定轨试验，通过轨道重叠互差和激光测距残差分析比较不同轨道模型的优劣。试验结果表明，经验光压模型是影响轨道精度的主要因素，在名义偏航模式下，ECOM2具有更好的表现，但ECOM1对卫星的姿态模式更不敏感。地球辐射和天线辐射会引起北斗卫星轨道径向约3 cm的系统性偏差，对二者建模后，几乎可以完全消除卫星C29和C30的激光残差系统偏差，但卫星C20和C21的系统偏差反而增大。此外，增加box-wing模型对于提高轨道精度也是有益的。

区域参考站网支撑的PPP和RTK一体化服务及其性能

舒宝, 刘晖, 王利, 张勤, 黄观文

2022, 51(9): 1870-1880. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210179

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GNSS区域参考站网可为大范围PPP和RTK终端用户提供快速精密定位服务，然而不同技术体制下的误差影响因素及服务模式不同，服务端数据处理方法及终端定位性能也会有所差异。本文在实现参考站非差模糊度固定的基础上，给出了基于区域参考站网的PPP及RTK一体化服务方法，并对两种技术体制的终端定位效果进行了全面评估。采用西北某省站间距约100 km的CORS站网数据进行试验分析，结果表明，采用区域参考站网解算的整数钟/UPD产品进行PPP固定解动态定位时精度较高，水平方向RMS可达0.5 cm，区域大气改正数可以显著提升定位终端的初始化速度，对于PPP和RTK，60.0%和87.7%的时段单历元即可得到固定解。需要注意的是，基于VRS模式的RTK定位等价于大气强约束，在大气建模精度较差时定位精度会显著下降，而采用虚拟大气约束的PPP-RTK定位精度几乎不受影响。

联合EMD-HD和小波分解的GNSS坐标时间序列降噪分析

杨兵, 杨志强, 田镇, 陈祥

2022, 51(9): 1881-1889. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210175

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针对经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）在GNSS坐标时间序列的降噪过程中存在筛选准则的选取和模态混叠效应等问题，本文引入Hausdorff距离（Hausdorff distance，HD）筛选准则并结合小波分解（wavelet decomposition，WD），提出EMD-HD&WD算法。通过对我国大陆构造环境监测网络149个GNSS测站的垂向坐标时间序列降噪处理，分别利用复合指标T值、测站的速度不确定度和闪烁噪声振幅验证算法的可靠性和普适性。结果显示：HD优于现有的筛选准则；EMD-HD&WD算法对测站的速度不确定度和闪烁噪声振幅的平均改正率均为88.4%。分析表明，本文算法能够有效识别和剔除噪声并且改善EMD的模态混叠效应，提高GNSS垂向坐标时间序列的模型精度。

惯导极区模拟测试船用IMU转换修正误差公式简化与分析

卞鸿巍, 文者, 马恒, 王荣颖

2022, 51(9): 1890-1898. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210239

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在中低纬度检验惯性导航极区性能的模拟测试系统中，基准误差造成的IMU转换修正误差是影响模拟测试精度的重要因素，本文讨论分析了其简化计算方法。采用转移前后地球球体模型下横向坐标系导航参数不变的基准轨迹转移原则，首先简述了模拟测试方法及IMU转换公式；其次，研究了IMU转换修正误差的计算方法，相比完整计算公式给出了适合船用的近似计算公式，并对其中的系数、各分量的量级及变化形式进行分析；最后，利用实测航次的导航参数，对比验证了公式计算的正确性。简化公式最大计算误差约为10%，可满足后续模拟测试中IMU误差的分析要求。

利用HHT-EEMD方法分析云南区域GNSS应变时序孕震信息

高涵, 袁希平, 甘淑, 张明

2022, 51(9): 1899-1910. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210120

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地震的孕育和发生本质上都是地壳内部应力、应变能逐渐积累并突然或缓慢释放的结果，研究应变的变化过程对于地震危险性的判定具有重要意义。本文基于云南区域2013—2019年GNSS格网应变时间序列，利用专门适用于非线性非平稳信号处理的热门时频分析方法—整体经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）分析方法，探索云南区域中强地震前GNSS应变时序的时-频-能量分布特征，尝试挖掘应变时频信号中所携带的孕震信息。利用23号、42号格网对应的地震进行震例分析，结果显示：EEMD具有分频剖面的类似特征，它能够依据数据的时间特征尺度进行信号分解，较好地剖析信号在不同频率尺度上的变化特征；Hilbert变换能够通过瞬时频率、瞬时振幅等方式突出信号的局部瞬时特性，在固有模态分量（intrinsic mode functions，IMF）异常曲线识别无效的情况下仍能凸显异常；通过EEMD、残差趋势项分析、IMF异常识别和Hilbert变换综合动态分析应变时间序列的分析方法，能够在部分地震前夕发现一些潜在异常信息，为未来云南区域强震危险地点的判定提供一定的参考。

耦合PSO与扩展RBF神经网络估计NWM模型ZTD计算精度

张爽, 陈西宏, 刘强, 刘赞, 王庆力

2022, 51(9): 1911-1919. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210117

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针对基于数值气象模型获取的对流层天顶延迟精度估计依赖外部基准的问题，本文构建耦合了粒子群算法与扩展径向基函数神经网络的ZTD精度估计模型，模型样本特征集利用NWM自身气象数据和地形特征数据构建，目标集以GNSS ZTD产品为参考值构建，模型规模结构通过层次聚类和模糊C均值聚类确定，模型参数通过粒子群算法优化。以欧洲中期天气预报中心提供的ERA5气压分层产品为NWM特例进行了模型训练和结果验证。结果表明，模型估计精度和泛化能力较好，平均估计精度优于4 mm，可在任意位置实现不依赖于外部参考基准的ZTD精度估计。

星载GNSS-R海浪有效波高反演模型构建

布金伟, 余科根, 韩帅

2022, 51(9): 1920-1930. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210284

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海浪有效波高是描述海况的重要参数，在海浪和海洋动力学的预测中起着重要的作用。然而，卫星雷达高度计和浮标等传统方法难以实现高时空分辨率的SWH估计。星载GNSS-R为估计SWH提供了一种思路。本文提出了一种基于归一化积分延迟波形反演星载GNSS-R海浪SWH的方法。首先，对星载GNSS-R延迟多普勒图进行去噪处理和数据过滤以便对DDM数据进行严格质量控制。然后，从DDM中提取NIDW，并基于NIDW计算4个GNSS-R观测值（即归一化积分时延波形的前沿斜率和前沿波形值之和，归一化积分时延波形的后沿斜率和后沿波形值之和）。随后，基于这4个观测值建立了星载GNSS-R海浪SWH反演经验模型。最后，分别将ERA5和AVISO SWH数据产品作为验证数据，并将反演模型的SWH估计结果与ERA5和AVISO SWH数据产品进行比较和分析。试验结果表明，当采用ERA5 SWH数据作为验证数据时，4个观测值反演SWH的均方根误差和相关系数分别优于0.66 m和0.65；当采用AVISO SWH数据作为验证数据时，4个观测值反演SWH的均方根误差和相关系数分别优于0.68 m和0.70。进一步表明了本文建模方法在星载GNSS-R SWH估计方面具有可行性和可靠性。

摄影测量学与遥感

单基线TanDEM-X InSAR相干性反演森林高度

张涛, 朱建军, 付海强, 汪长城

2022, 51(9): 1931-1941. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210298

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由RVoG模型演变的SINC函数模型运用到TanDEM-X InSAR数据反演森林高度时面临观测信息不足的问题，且无法适应不同的森林场景。本文针对这一问题，提出小范围LiDAR数据辅助下基于TanDEM-X InSAR相干性的森林高度反演方法，此方法无须全局高精度DEM产品提供地表相位信息而仅利用相干性即可获取森林高度信息。为验证此方法的可行性，采用西班牙境内两个典型试验区的TanDEM-X InSAR数据进行验证，并利用LiDAR树高数据进行精度评定。结果表明，单基线TanDEM-X InSAR相干性可用于反演森林高度，两个试验区的精度分别为2.34 m和1.74 m。

阶段模型修正的星载GNSS-R土壤湿度反演方法

陶庭叶, 李江洋, 朱勇超, 汪俊涛, 陈皓, 时梦杰

2022, 51(9): 1942-1950. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210026

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本文提出了一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R土壤湿度反演方法。首先，基于CYGNSS数据提取地表反射率参数，联合SMAP数据中提取的植被光学厚度、地表粗糙度和温度等辅助信息，初步构建了土壤湿度反演理论模型，并利用神经网络模型确定了土壤湿度反演的精细数学模型；然后，将该模型处理获得的土壤湿度以35%为分界点，利用本文提出的阶段函数模型提高反演精度，并使用2018年10月—2019年5月的CYGNSS数据，获得了全球范围内星载GNSS-R土壤湿度；最后，通过与SMAP提供的土壤湿度数据进行对比，评估了本文提出的星载GNSS-R土壤湿度反演方法的有效性，并对获取的星载GNSS-R土壤湿度进行了时间序列分析。结果表明，本文提出的土壤湿度反演方法的结果与SMAP土壤湿度具有良好的一致性，且随时间变化的趋势也相符合，为高精度土壤湿度反演提供了一种思路。

多波束与侧扫声呐图像的迭代自适应配准方法

章宁, 金绍华, 边刚, 肖付民

2022, 51(9): 1951-1958. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210023

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针对目前多波束与侧扫声呐图像配准方法未顾及图像形变细节信息及二者尺度差异，存在局部纹理失真的问题，本文提出了结合小波变换、仿射变换和Demons配准算法的迭代自适应配准方法。利用小波变换提取侧扫声呐图像低频信息并重构图像，先后采用仿射变换和Demons算法将重构图像与多波束图像进行迭代自适应配准，获取配准变换模型，利用该模型对侧扫声呐原图像进行整体配准变换，获得多波束图像地理坐标约束的侧扫声呐图像。实例验证结果表明：该方法能有效实现多波束与侧扫声呐图像配准，获得位置准确且纹理丰富的融合声呐图像。

地图学与地理信息

顾及局部差异的航海图线要素复杂度度量

魏泓丞, 张立华, 唐露露, 董箭, 李改肖, 袁浩

2022, 51(9): 1959-1968. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210129

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针对当前线要素复杂度的度量多基于单一线要素求取整体复杂程度，难以顾及局部差异变化这一现状，提出一种用于航海图线要素复杂程度的度量方法。首先，分析了线要素节点所构三角网边长与线要素复杂程度的关联性；然后，通过构建约束Delaunay三角网、计算线要素数据点复杂度并内插等操作，得到了航海图线要素复杂场；最后，选取两组不同的典型海域航海图作为试验数据，并通过统计试验验证了本文方法的合理性。试验结果表明：本文方法在顾及局部差异的基础上，能较好地定义航海图线要素的复杂度，并可精细化地定量评估航海图线要素在各区域的复杂程度。

建筑物多边形高精度识别的傅里叶形状描述子神经网络方法

刘鹏程, 黄欣, 马宏然, 杨敏

2022, 51(9): 1969-1976. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210730

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形状识别是地图空间认知的重要内容之一，结合有效的形状特征向量提取方法和空间认知试验的神经网络方法是提高形状识别的有效途径。本文构建了一种融合了圆形度、偏心率和矩形度等宏观形状特征参量的傅里叶形状描述子作为形状特征向量的神经网络建筑多边形状识别器。首先，利用傅里叶变换和计算几何方法分别提取建筑多边形的傅里叶形状描述子及圆形度、偏心率、矩形度参量，并组成形状特征向量。然后，通过样本数据的训练实现了建筑多边形与形状模板之间匹配的神经网络识别器。结果表明，本文方法相较于以往的方法大幅度提高了精度（达到98.7%），而且特征提取算法不受多边形点数不一致的限制。通过对武汉、郑州两大城市的真实建筑物数据进行形状识别，证实该方法具有较好的识别效果。

博士论文摘要

面向地震风险评估的高分辨率遥感影像建筑物信息提取与研究

刘耀辉

2022, 51(9): 1977-1977. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20200630

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结构总体最小二乘估计理论的拓展及其应用研究

吕志鹏

2022, 51(9): 1978-1978. doi:10.11947/j.AGCS.2022.20210103

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