测绘学报

当期目录

2023年第52卷第1期刊出日期：2023-01-20

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综述

泛在感知与航天测绘

杨元喜, 王建荣

2023, 52(1): 1-7. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220405

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泛在感知是智慧地球、智慧城市建设的基础。本文将泛在感知分为主动感知和被动感知,并分析了两类感知信息的特点,前者具有时空基准,并具有规则性、精确性和可靠性,后者通常不具备时间和空间基准支持,且数据零散、杂乱、不精确;论述了泛在感知时空基准的重要性,进而讨论了泛在感知与航天测绘的关系,并梳理了泛在感知与航天测绘融合的关键技术。

快报论文

高分十四号立体测绘卫星无控定位精度初步评估

王建荣, 杨元喜, 胡燕, 吕源, 杨秀策, 卢学良, 曹彬才

2023, 52(1): 8-14. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220255

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高分十四号卫星是我国目前测绘精度最高的卫星之一,采用了先进的多载荷一体化对地观测技术,主要用于全球范围内高精度定位和测制1∶10 000比例尺地理信息产品。本文重点介绍高分十四号卫星有效载荷和地面测绘处理系统及其性能,并利用国内外高精度检测场进行了几何性能评估。试验结果表明:单航线无控定位精度境内区域达到平面1.80 m(RMS)、高程0.80 m(RMS),境外区域达到平面1.76 m(RMS)、高程0.82 m(RMS),无控定位精度处于国际已公布的光学摄影测量卫星的最高水平。

高分十四号卫星双线阵相机高精度在轨几何标定

卢学良, 王建荣, 杨秀策, 吕源, 胡燕, 魏永强, 曹彬才

2023, 52(1): 15-21. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220347

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在轨几何标定是卫星实现高精度定位的关键环节。本文基于宁夏1∶2000数字化定标场采用前方交会与后方交会交替迭代的方式对双线阵相机标定参数进行整体解算,实现了高分十四号卫星双线阵相机高精度在轨几何标定,并利用全球多处检测场对标定结果进行了检测试验。试验结果表明,通过高精度在轨几何标定后,高分十四号卫星影像无地面控制条件下直接前方交会精度达到平面2.34 m(RMS),高程1.97 m(RMS)。

大地测量学与导航

基于CRA40产品的对流层延迟计算及对比分析

周要宗, 楼益栋, 张卫星, 梁宏, 施闯, 吴迪, 曹云昌

2023, 52(1): 22-31. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210370

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2020年12月中国首款全球大气再分析CRA40正式上线。本文瞄准CRA40在对流层延迟计算中的应用,首先探讨了利用CRA40采用射线追踪技术进行对流层延迟计算的方法,然后分别在全球范围231个IGS测站和中国区域213个陆态网测站处对2018年全年基于CRA40及ECMWF两款再分析资料(ERA-Interim和ERA5)获取的对流层天顶延迟和5°高度角斜路径延迟的精度进行了比较评估,并对中国区域CRA40天顶湿延迟(ZWD)和斜路径湿延迟(SWD)的精度变化规律进行了分析。结果表明:以GNSS天顶总延迟(ZTD)为参考的CRA40 ZTD偏差RMS在全球范围为1.39 cm,略优于ERA-Interim,在中国区域为1.41 cm,基本与ERA-Interim相当;以ERA5斜路径总延迟(STD)为参考的CRA40 STD偏差RMS在全球范围和中国区域分别为10.83和12.30 cm,同ERAI无明显差异;中国区域CRA40 ZWD和SWD精度与气候类型相关,季风气候区冬季ZWD和SWD精度明显优于夏季。

沿海沉降变化GNSS定位及GNSS-IR组合监测

王笑蕾, 牛紫瑾, 何秀凤, 李润川

2023, 52(1): 32-40. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210414

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目前沿海沉降监测通常用全球导航卫星系统(GNSS)定位技术测量,然而其反映的是站点基底下方的沉积物沉降情况,对于站点基底以上的沉降信息则无法获知。而沿海地区由于冲积作用,沉积物快速堆积和压实,沉降变化较大。因此,需要对基底上方沉降进行监测,才能获得沿海整体沉降信息。随着GNSS的不断发展,GNSS-interferometric reflectometry(GNSS-IR)技术被证明可以利用多路径效应进行反射面高度监测。由于GNSS站点基底较深,且基座长度不变,通过GNSS-IR技术获得的地面高度变化,可以反映基底上方沉降情况。因此,本文利用GNSS-IR技术来测量基底上方沉降变化;同时,利用GNSS定位技术获得基底下方沉降变化,再综合利用GNSS-IR及GNSS定位技术获得整体沉降变化。本文选取沉积厚度较大的密西西比河三角洲作为试验地区,选取FSHS、GRIS和MSIN测站数据进行分析,相关算例结果表明:GNSS-IR可以用来测量基底上方沉降速率,改正后的整体沉降速率与相对海平面上升速率相当,可以更好地估计洪水易发性和陆地损失。

顾及声速结构时域变化的海底基准站高精度定位方法

赵爽, 王振杰, 聂志喜, 贺凯飞, 刘慧敏, 孙振

2023, 52(1): 41-50. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210326

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目前广泛采用GNSS-A联合技术进行海底基准站定位,高精度位置反演通常基于声速剖面数据采用等梯度声线跟踪方法实现。但该方法使用的离散声速剖面忽略了声速结构的时域连续变化特性,制约海底点定位精度。本文顾及声速结构时域变化,引入三次B样条函数表征扰动声速,基于声线跟踪理论,构建“分步迭代-渐次修正”的位置信息和声速信息迭代反演模型,进行海底基准站坐标和扰动声速的渐次修正。采用南海实测数据进行验证,结果表明:传统不施加声速修正、基于二次多项式声速修正,以及基于三次B样条函数声速修正的方法,对应的观测值残差均方根误差分别为1.43、0.44和0.21 ms;施加声速修正的反演模型有效消除了声速结构变化引起的声速相关系统性误差,显著提高了海底基准站定位精度。

顾及地表散射贡献与多基线参数线性相关性的PolInSAR植被高反演方法

林东方, 朱建军, 李志伟, 付海强, 梁继, 周访滨, 张兵

2023, 52(1): 51-60. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20200581

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单基线PolInSAR受观测信息不足影响常假设体散射占优极化方式地体幅度比为零,以实现植被高参数的反演,该假设导致植被高参数反演存在较大偏差。利用多基线观测数据,可补充观测信息实现地体幅度比参数的反演。然而,多基线反演模型引入过多模型参数,造成部分参数存在近似线性相关性,引起反演模型病态,常规算法难以得到准确的模型参数估值。鉴于此,本文提出了植被高反演多基线分步解算方法。首先,基于多基线体散射占优极化数据构建多基线反演函数模型,利用正则化方法处理模型病态问题,获得模型参数正则化估值,并通过均方误差分析方法筛选模型参数估值,确定出可靠的地体幅度比参数估值;然后,利用地体幅度比参数估值重估多基线纯体相干性,并基于最小二范估计准则融合多基线纯体相干性反演植被高参数。试验结果表明,本文方法可有效提高植被高反演精度,相较于三阶段算法与多基线常规解法,反演精度提高了26%,具备较好的可行性和有效性。

摄影测量学与遥感

渐进性优化的尺度自适应Cauchy稳健估计模型及其应用

李加元, 张永军, 艾明耀, 胡庆武

2023, 52(1): 61-70. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210415

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稳健估计技术在几何建模与平差处理中至关重要。传统加权迭代法无法处理高粗差比率(≥50%)问题;随机采样一致性方法(RANSAC)仅能获得近似解且时间复杂度高。本文提出一种渐进优化的尺度自适应Cauchy稳健估计模型。首先,通过在Cauchy核函数中引入控制参数(尺度因子)来调节其稳健性;其次,利用控制参数过滤掉一部分大残差观测值,降低真实粗差比率。所提模型采用由粗到精的迭代加权最小二乘法(IRLS)进行渐进优化,在迭代过程中不断减小控制参数来提升模型对高粗差比率的稳健性。同时,本文给出了其在经典摄影测量任务中的应用,包括误匹配剔除、后方交会及点云配准。试验结果表明,对非对抗性粗差(non-adversarial outliers),该模型能有效处理高达80%的粗差点并且其运行效率比RANSAC快2~3个数量级。

面向建筑物变化检测的主体边缘分解与重组神经网络

叶沅鑫, 孙苗苗, 周亮, 杨超, 刘天逸, 郝思媛

2023, 52(1): 71-81. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210350

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针对建筑物变化检测中传统神经网络方法易产生锯齿形边界,难以准确识别密集建筑物区域变化地物边界的问题,本文提出一种基于主体、边缘分解与重组网络的变化检测方法。该方法基于地物主体内部像元间相似性较强,而边缘像元间相似性较弱的特点,构建对地物主体与边缘分别建模的变化检测模型。该模型首先通过孪生残差网络结构提取双时相多尺度差值特征:然后,利用可学习的流域分离出地物的主体特征和边缘特征;其次,设计特征优化结构,利用主体标签和边缘标签对分离后的主体特征和边缘特征进行精准优化;最后,将优化后的主体特征和边缘特征进行重组,形成端到端的变化检测模型。通过在公开的建筑物数据集LEVIR-CD进行试验,结果表明,相较于基于U-Net网络的方法和结合时空注意力的方法,该方法能够准确识别变化建筑物的边界,获得更优的检测结果。

航拍图像道路数据集制备迭代最近边缘算法

杨东方, 赵家玮, 李永飞, 肖鹏, 杨晶岚

2023, 52(1): 82-92. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210331

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数据集制备的质量和效率是遥感图像智能处理领域所关注的共性基础问题。针对航拍图像的道路提取数据集制备困难的问题,本文提出了一种迭代最近边缘特征优化算法的航拍图像道路提取数据集制备算法。该算法首先通过人工辅助,建立航拍图像和卫星图像的单应变换关系,将卫星图像投影到航拍图像上,实现基于四点法的卫星图像到航拍图像的粗配准;然后采用边缘检测算子提取粗配准后图像的边缘特征;最后利用基于迭代最近边缘优化算法完成图像的精配准,提高航拍图像的道路数据集制备精度。通过道路提取数据集制备试验,证明了本文所提出的道路数据集制备方法在满足数据集精度要求的同时,能够显著提高道路数据集制备的效率。

高分遥感影像云雪共存区轻量云高精度检测方法

张广斌, 高贤君, 冉树浩, 杨元维, 李丽珊, 张妍

2023, 52(1): 93-107. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210686

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云检测是遥感图像预处理过程中的关键步骤,但是当场景的下垫面中存在雪时,常用的云检测方法易受到干扰而降低云检测精度。此外,现有云检测数据集多为中等分辨率,且并未强调探讨云雪共存区域。因此,本文创建发布了基于高分辨率云雪共存遥感影像的云检测数据集CloudS,并提出了一种面向高分辨率云雪共存场景的轻量云检测卷积神经网络RDC-Net。RDC-Net中包含可重构多尺度特征融合模块以用于多尺度云特征的提取;双重自适应特征融合模块以对有效云特征实现表征重建;可控深层梯度指导流模块进行网络梯度下降的无偏指导。受益于上述几个技术组件,该网络能进一步提升复杂区域云检测的稳健性并促进部署的轻量化。试验结果表明,本文方法对遥感影像中的薄云及雪域上空的云具有极佳的提取能力,同时对雪等高亮地物具有良好的抗干扰能力。此外,RDC-Net具有极少的参数量与前向推理浮点运算量,这也使得其适合于实际的工业生产部署。

地图学与地理信息

序列卷积神经网络支持下线状地图目标的分段方法

杨敏, 陈果, 李连营, 黄浩然, 苗静, 晏雄锋

2023, 52(1): 108-116. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210317

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依据形态特征差异实施分段处理是实现线状地图目标自适应综合的重要步骤。传统方法主要采用长度、角度、曲率等参量描述局部曲线段的几何形态变化,通过人工设置规则或常规机器学习方法建立模式判别模型。本文提出基于卷积神经网络的线状目标模式识别与分段方法。首先,以相邻坐标点构成的线元为基本单元,以线元端点横、纵坐标差为特征,将线状目标离散化为二维序列;然后,建立序列卷积神经网络进行线元特征序列学习与预测,实现线元层次的模式类型判别;最后,利用迭代融合方法将拓扑相邻且模式类型相同的线元合并,从而输出不同形态模式的分段结果。以1∶5万行政区界线和1∶25万山区道路数据开展试验,本文方法分段结果与人工分段结果的一致性比率分别达到91.25%和85.65%,相较传统方法有一定提升。同时,本文方法通过深度学习获取模式判别的深层次特征,能够有效避免人工选择特征带来的主观性影响,对不同尺度、不同类型的线状目标分段问题适应性更好。

格式塔原则与图形凸分解结合的建筑物群直线模式识别方法

魏智威, 丁愫, 童莹, 程璐, 刘洋

2023, 52(1): 117-128. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210286

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建筑物群空间分布模式是重要的城市结构特征。以往研究多基于格式塔原则将建筑物作为整体认知分布模式,忽略了从建筑物局部到整体的视觉认知过程而导致模式的漏识别。本文提出结合格式塔原则和图形凸分解识别直线模式方法:首先,基于三元组和格式塔原则定义直线模式;其次,结合图形凸分解识别直线模式,图形分解时顾及了建筑物图形的直角化特征。试验结果表明,本文方法能有效识别建筑群中直线模式,相比已有直线模式识别方法准确率和召回率分别提高了15.7%和30.5%。

兼顾地形形态与特征的非航海TIN-DDM自动综合算法

季宏超, 董箭, 李树军, 张志强, 魏源

2023, 52(1): 129-141. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210367

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针对当前非航海TIN-DDM自动综合算法无法充分顾及海底地形形态识别的准确性及海底地形特征维护的充分性等问题,本文在分析TIN-DDM滚动球变换概念的基础上,将地形形态识别范围的概念引入TIN-DDM采样点地形类型与滚动球半径的关联模型,通过微观(宏观)尺度下采样点地形类型的定量识别及量化评估,提出了一种兼顾地形形态与特征维护的非航海TIN-DDM自动综合算法。首先,将局部Delaunay影响域应用于采样点地形形态识别的范围约束,建立了面向微观地形的地形类型与滚动球半径关联模型;然后,通过分析临界滚动球半径数值变化规律对采样点进行了宏观尺度上的地形类型划分,建立了面向宏观地形的地形类型与临界滚动球半径的关联模型;最后,以临界滚动球半径为关联纽带,论证了采样点地形类型判定与地形形态连续尺度表达的相关性,设计了面向海底地形形态识别的采样点地形特征定量评价指标,建立了依采样点评价指标的TIN-DDM自动综合模型。试验结果表明:该算法能够在识别海底地形形态的基础上有效维护海底地形特征。

面向设施配置空间优化的量子进化算法

周鑫鑫, 袁林旺, 吴长彬, 韩佩佩, 黄敬, 俞肇元

2023, 52(1): 142-154. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210295

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设施配置空间优化旨在形成设施空间布局和调度的规划方案,是以地理信息为研究基础,以运筹建模为方法内核,以城市规划为应用导向的交叉研究问题,是一种典型高维多峰NP-Hard组合优化问题。设计并改进设施配置空间优化算法对提升规划方案适应度具有重要价值。本文剖析设施配置空间优化基本特征,引入实数编码量子进化算法,并重点构造四倍体量子染色体编码算子、总量约束算子,形成面向设施配置空间优化的量子进化算法(quantum evolutionary algorithm for spatial optimization of facility allocation,QEA-SOFA)。基于急救设施配置空间优化实例分析,QEA-SOFA算法可有效提升急救服务设施重定位优化公平性,较实数编码遗传算法提高66%。结果表明QEA-SOFA算法在高维多峰空间优化问题上全局搜索能力更强,且对空间异质区域局部搜索具有更大探测尺度,也揭示了量子进化机制在地理空间优化问题中的巨大潜力。

居民出行异质性与城市活动结构

段晓旗, 张彤, 田有亮, 刘沛林, 万桥, 秦永彬

2023, 52(1): 155-166. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210368

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城市活动结构在居民出行过程中会产生动态变化,发现城市活动结构已经成为城市地理学、交通地理学研究的热点问题,对于城市规划与管理、公交线路调配、流量估计等具有重要意义。传统的城市结构发现方法是从计算机技术发展而来的,通常只考虑区域之间的交互,忽视了区域的属性信息,并且在顾及居民出行异质性方面研究不足。本文基于自编码模型,提出一种顾及居民出行异质性探测城市活动结构的表示学习方法,实现静态属性信息与动态出行信息的融合,并引入多元高斯分布模型,旨在完成从节点表示到社区表示的完整过程,实现更为准确的表示结果;借助地理探测器思想,顾及不同社区之间的居民出行异质性特征。试验发现,本文方法能够较为准确地发现城市活动结构以及居民的出行规律,通过与传统方法的比较,证明该方法在居民出行行为的挖掘上具有独特优势,便于从居民出行的角度重新认识城市活动结构。

博士论文摘要

基于深度学习特征的遥感影像检索研究

周维勋

2023, 52(1): 167-167. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210106

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基于层次化混合模型的高分辨率遥感影像分割方法研究

石雪

2023, 52(1): 168-168. doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210147

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