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2023年 第52卷 第5期    刊出日期：2023-05-20

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快报论文

夜光遥感在土叙地震应急响应中的应用

李熙, 巩钰, 曹汉瑞

2023, 52(5):  697-705.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20230503

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2023年2月6日,土耳其相继发生M_w7.8级和M_w7.5级大地震,土耳其和叙利亚两国遭受重大人员和财产损失。本文介绍了研究团队开展土叙地震应急响应的过程,在地球观测组织(GEO)合作框架下,与联合国卫星中心合作,通过夜光遥感技术开展震区损失评估的过程,主要包括调用卫星应急拍摄、数据处理和数据分析等工作。其中,利用NPP-VIIRS夜光影像对受灾城市进行了大尺度的损失评估,利用SDGSAT-1和Yangwang-1高分辨率夜光影像对阿德亚曼和安塔基亚两座严重受灾城市进行了精细尺度的评估。在此基础上,还介绍了如何通过国际合作框架向全世界发布土叙地震评估报告。该工作证明了夜光遥感能够开展重大自然灾害的应急响应,能够与日间遥感形成互补,从而对灾区进行快速和宏观评估。

大地测量学与导航

改进的函数滤波器及其在航空重力测量中的应用

柳林涛, 梁星辉, 郎骏健, 石志敏, 姚彦吉, 胡辉雯, 沈聪

2023, 52(5):  706-713.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210515

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本文构造了一种函数滤波器,该滤波器由一个参数化的高斯函数与一个尺度化的香农函数构成,可实现对时间序列的低通、带通和高通滤波处理。该滤波器的频率响应函数在滤波波段平坦且过渡带光滑。滤波器的截断频率与过渡带长度分别由香农函数的尺度参数和高斯函数的窗宽参数独立调节,这使得滤波器具有较好的设计灵活性,这也是本文的创新之处。由于滤波器是连续可导的,因此它可以适应于任意采样率序列的滤波,并且能够对原始时间序列进行求导滤波。模拟算例显示该滤波器具有很好的滤波准确度。应用该滤波器到航空重力测量数据滤波处理中,得到了分辨率7 km的航空重力测量结果。该滤波器使得滤波(低通、带通和高通)工作变得简明且高效。

GRACE与GRACE Follow-On重力卫星数据揭示出的黄河流域2002—2020年干旱特征

瞿伟, 晋泽辉, 张勤, 高源, 张普方

2023, 52(5):  714-724.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210458

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研究黄河流域干旱时空变化特征,对认知黄河流域水资源演化规律具有重要意义。本文充分利用GRACE(gravity recovery and climate experiment)与GRACE-FO(GRACE Follow-On)重力卫星在大尺度范围下监测水文信息变化中的优势,基于2002年4月至2020年7月GRACE和GRACE-FO RL06 Mascon数据,计算了黄河流域陆地水储量异常(terrestrial water storage anomaly,TWSA)及对应的水储量亏损赤字(water storage deficit index,WSDI),据此分析了黄河流域上游、中下游干旱事件及其严重性、干旱持续时间、平均与最大水储量赤字等干旱特征,并与其他4种常用干旱指数,标准降水蒸散发指数(standardized precipitation evaporation index,SPEI)、自矫正帕尔默干旱指数(self correct-Palmer drought severity index,sc-PDSI)、标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)和标准化径流指数(standardized runoff index,SRI)识别结果进行了对比分析。研究结果表明:在WSDI识别出的黄河流域上游、中下游分别发生的5期干旱事件及其对应的干旱等级中,存在其他传统干旱指数未识别现象;在黄河流域以往干旱事件识别中,WSDI也展现出了较其他4种传统干旱指数显著的识别优势。相比传统干旱指标多仅依赖于稀疏地表水文监测信息,基于重力卫星监测数据的WSDI干旱指标可在大尺度范围下有效识别出流域干旱特征。

顾及组合导航闭环反馈的变分贝叶斯自适应滤波优化算法

李增科, 孙耀文, 陈昭冰, 赵龙, 高井祥

2023, 52(5):  725-737.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210689

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多传感器组合的方式可以较好地应对全球导航卫星系统信号被遮挡、干扰等情况下的导航定位问题,滤波方法是导航定位中将多源数据融合最常使用的方法之一。在滤波过程中,组合导航的系统噪声和量测噪声无法实时精确地测定,常通过自适应滤波的方法进行时间更新和量测更新的平衡解算。贝叶斯自适应滤波方法在很多时候具有较好的效果,但是和其他的自适应滤波方法一样,该类方法都需要进行自适应因子的选取。本文根据组合导航对于实时性要求及其闭环反馈的特殊性,在变分贝叶斯自适应滤波的基础上进行了算法的优化,给出了一种调节因子的动态计算方法,并以GNSS和惯性导航系统组合系统为例,通过模拟和实测试验进行验证。试验结果表明,本文算法不需要通过迭代计算的方法就可以获取高精度组合结果,提升了计算效率;对于真实的动态场景中,本文算法的调节因子动态自适应确定,结果更具有优越性。

联合SVM和HMM的水上/水下导航场景感知模型构建

朱锋, 罗科干, 陈惟杰, 刘万科, 张小红

2023, 52(5):  738-747.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220013

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导航场景感知是智能化PNT的重要特征,更是实现多场景无缝导航定位的基础。本文聚焦水上/水下导航场景,考虑电磁波的衰减程度差异将其细分为水上、浅水、深水3类场景,利用支持向量机(support vector machine,SVM)进行场景分类与识别,在此基础上,引入隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)表达导航场景切换,进一步提升场景识别可靠性。本文分别构建了基于结果联合(SVM-HMM1)及基于概率联合(SVM-HMM2)的水上/水下导航场景感知模型。实测分析表明,两种模型能够实现高精度场景感知,SVM-HMM1与SVM-HMM2识别准确率分别为91.36%与95.11%;与单一的HMM和SVM模型相比,联合模型在结果分类与识别上更为稳定,准确率提升约为0.95%~8.46%。

超高阶全球地形球谐系数模型的构建方法与实现

单建晨, 李姗姗, 范雕, 李新星, 黄炎, 邢志斌

2023, 52(5):  748-759.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220003

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针对10 800阶地形球谐系数模型构建的计算精度、计算稳定性及超大规模运算量等问题,本文首先通过比较分析矩形离散积分方法、Gauss-Legendre积分方法和Driscoll/Healy积分方法,验证了Driscoll/Healy积分方法具有更高的计算精度。然后,给出了改进的Belikov公式,将完全正常化缔和勒让德函数在全球范围内以优于10^-12精度高效、稳定递推至10 800阶;提出了联合FFT和基于OpenMP的多核并行方法求解超高阶球谐系数的优化策略,显著提高了球谐系数模型构建的计算效率。最后,利用Earth2014_TBI与全球海底地形模型STO_IEU2020格网数据建立了全球10 800阶地形球谐系数模型sph.10 800_IEU,总体精度与Earth2014_TBI2014.shc相当,在试验海域的相对精度略优于模型Earth2014_TBI2014.shc。

星光导航星点目标区域提取算法改进

徐彬, 郑勇, 陈张雷, 陈冰, 陈虓, 李崇辉

2023, 52(5):  760-768.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210674

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星图中星点目标区域的提取关乎星点中心提取的精度,对后续星光导航定位计算至关重要。本文针对现有边界搜索算法实时性差、个别星点边界搜索计算失效的不足,以及视框提取算法单个视框内有多颗星点时无法识别处理的缺陷,提出了一种适用于大视场星图多星点目标区域提取的改进算法。基本思路是:首先采用视框提取算法初步提取目标区域;然后利用本文提出的对角线判定算法,筛选出单星点目标区域和可能含有多星点的目标区域;最后对可能的多星点目标区域采用边界搜索算法,提取每颗星点的目标区域,实现多颗星点目标区域的识别处理。实测星图处理结果表明,本文算法提取单星点目标区域的效率比边界搜索算法提高48%;视框大小为16~60个像素时,提取多星点目标区域的准确率优于98%,可消除视框提取算法由于多星点无法识别引起的近10像素的星点中心坐标误差,使星图中所有星点中心坐标的总体提取精度提高3.78倍,达到0.038像素。

摄影测量学与遥感

L波段差分干涉SAR卫星基础形变产品分类

李涛, 唐新明, 李世金, 周晓青, 张祥, 许耀宗

2023, 52(5):  769-779.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220050

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L波段差分干涉SAR卫星(陆探一号,LT-1)是我国第1组以干涉为核心任务的L频段全极化民用SAR卫星星座,LT-1由1型2星组成,利用差分形变测量技术完成指定区域的形变监测任务。本文综合研究了我国形变监测需求以及卫星观测能力,提出了基础形变产品的3个层次。第1层次为形变场产品,是使用同一地区两景检校的单视复数(single look complex,SLC)影像进行差分干涉生产的。第2层次为形变速率场产品,是使用同一地区多景检校的SLC影像,通过对其形变场产品进行加权堆叠生产的。第3层次为形变时序产品,是使用同一地区多景检校产品,通过时序建模生产的。本文以覆盖山西省大同市云冈区的Sentinel-1数据为例,对形变产品进行了研究分析,并对产品的特性和结果进行了初步说明。本文提出的形变产品体系能够为产品的业务化生产提供参考。

“祝融号”火星车立体视觉系统的几何自检校

张烁, 温博, 张建利, 亓晨, 彭松, 刘少创, 贾阳, 鄢咏折, 马友青, 杨欢, 李昊, 吴运佳, 谢婉蓉

2023, 52(5):  780-788.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210710

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祝融号是我国首个成功在火星表面开展巡视探测的火星车。为了确保火星车遥操作任务精准的实施,需要对立体视觉系统实施自检校。本文提出了附有立体约束和桅杆机构运动约束的联合平差自检校模型。经过模拟试验证明本文提出的自检校方法具有较高的视觉定位精度。在火星真实试验中,获得检核点中误差的平均值为12.3 mm。有效保障了"祝融号"火星车精准地完成遥操作任务。

基于空间一致性的同平台点云配准方法

张广运, 韩一, 张荣庭, 李明峰, 吉文来

2023, 52(5):  789-797.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220262

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基于特征的点云配准技术利用点云局部特征建立对应点,但受噪声和重复结构影响,对应点结果不可避免地包含了大量错误匹配,导致配准精度降低。为充分利用离散点间几何信息优化同平台点云配准精度,本文提出了基于空间一致性的同平台点云配准方法,该方法通过增加候选匹配点构建同平台点云图模型,为获取图模型的最优匹配结果,提出了重加权随机游走匹配(reweight random walks matching,RRWM)的优化方法。基于假设验证方法构建了点云配准模型,并结合试验验证了本文方法的有效性。

高分遥感影像双通道并行混合卷积分类方法

顾小虎, 李正军, 缪健豪, 李星华, 沈焕锋

2023, 52(5):  798-807.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220163

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高空间分辨率遥感影像拥有丰富的空间细节信息和多光谱信息。研究表明,二维卷积神经网络适于提取空间信息,而三维卷积神经网络更适于提取光谱信息。为了更好地利用空谱信息,本文提出一种双通道并行混合卷积神经网络(DPHCNN)方法,充分联合二维与三维卷积神经网络在空谱信息提取上的优势,同时引入混合注意力机制、多尺度卷积增强空间细节特征的提取能力,实现高分影像的精准分类。试验中利用高分二号影像数据集进行验证,与当前先进的深度学习分类方法相比,本文提出的DPHCNN方法在保证分类精度高、分类效率较好的同时,能在多时相影像分类中保持最高的稳健性,在综合评价上更具优势。

结合多路径的高分辨率遥感影像建筑物提取SER-UNet算法

胡明洪, 李佳田, 姚彦吉, 阿晓荟, 陆美, 李文

2023, 52(5):  808-817.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210691

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针对深层卷积较难兼顾全局特征与局部特征从而导致提取建筑物边缘不准确和微小建筑物丢失的问题,以注意力机制和跳跃连接为基础提出SER-UNet算法。SER-UNet算法在编码器阶段耦合SE-ResNet和最大池化层,在解码器阶段关联SE-ResNet与反卷积层,通过跳跃连接将编码器提取的浅层特征和解码器提取的深层特征进行融合后输出特征图。验证SER-UNet算法的有效性,在MAP-Net网络并行多路径特征提取阶段使用SER-UNet算法替换原网络中的特征提取结构,分别在WHU数据集和Inria数据集上进行评估,IoU与精度分别达91.46%、82.61%和95.67%、92.75%,对比UNet、PSPNet、ResNet101、MAP-Net网络,IoU分别提高0.49%、0.14%、1.89%、1.57%,精度分别提高0.14%、1.06%、2.42%、1.09%。分析SER-UNet算法的泛化能力,将级联SER-UNet的MAP-Net网络在AerialImage数据集上进行提取验证,IoU与精度分别达85.32%和94.13%。结果表明,结合SER-UNet算法的MAP-Net并行多路径网络表现出较好的提取精度与泛化能力。此外,SER-UNet算法可以有效地嵌入PSPNet、ResNet101、HRNetv2等网络中,提升网络特征表示能力。

地图学与地理信息

顾及缺失值的因果图时空预测网络

王培晓, 张彤, 聂士超, 杨瑾萱, 王天骄

2023, 52(5):  818-830.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220021

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时空预测是地理时空大数据挖掘的基础研究命题。目前,多种模型用于预测未知系统的时空状态。然而,存在的大多数预测模型仅在没有缺失数据的时空数据集上进行测试,忽略了缺失值对预测结果的影响。在真实场景中,由于传感器或网络传输故障,数据缺失是一个不容忽视的问题。鉴于此,本文提出了一种顾及缺失值的因果图卷积网络(causal graph convolutional network considering missing values,Causal-GCNM)模型用于时空预测。Causal-GCNM模型可以自动捕捉时空数据中的缺失模式,使得Causal-GCNM模型在不需要借助额外插值算法的前提下,可以直接完成时空预测任务。本文提出的模型在3种真实的时空数据集(交通流数据集、PM_2.5监测数据集及气温监测数据集)得到了验证。试验结果表明,Causal-GCNM模型在4种缺失条件(20%随机缺失、20%块状缺失、40%随机缺失及40%块状缺失)下仍然具有较好的预测性能,并在预测精度和计算效率两类指标上优于10种存在的基线方法。

融合地理条件驱动效应和图卷积的土地利用演化模拟CA模型

赵冰冰, 谭骁勇, 杨学习, 石岩, 邓敏

2023, 52(5):  831-842.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220145

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针对现有土地利用演化建模方法受限于欧氏空间约束,从而无法有效建模土地在地理条件驱动下产生的跳跃式增长模式,本文提出一种融合地理条件驱动效应和图卷积的土地利用演化模拟CA模型。首先,通过在卷积神经网络中引入空洞卷积层建模元胞的空间邻域多尺度效应;然后,基于元胞的地理条件向量构建区域地理条件相似图,并应用图卷积神经网络提取相似图中的区域发展潜力特征;最后,融合人工神经网络模型与元胞自动机模型进行土地利用演化模拟。本文凭借对地理条件驱动效应的建模增强了模型对跳跃式增长模式的捕捉能力,实现了城市土地利用演化的有效模拟。本文分别在长沙市芙蓉区、南京市玄武区及南昌市这3个研究区域进行试验。试验结果表明,相比于经典的只考虑欧氏空间邻域特征的土地利用演化建模方法,本文方法在总体精度、Kappa系数和figure of merit(FoM)系数上都有不同程度地提高,能够更为准确地模拟土地利用演化。

地理要素类别语义相似度动态加权计算方法

谭永滨, 高玲玲, 李霖, 程朋根, 王红, 李小龙, 陈诚

2023, 52(5):  843-851.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220330

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语义相似度计算是解决地理要素类别语义异质问题的关键技术,在地理数据共享与交换应用中起着重要的作用。本文面向基础地理信息领域,针对相同特征属性在不同地理要素类别语义中存在重要性差异的特点,提出了一种基于动态权重的地理要素类别语义相似度算法。本文算法引入词频-逆向文件频率,利用属性值的特殊性,计算特征属性的动态权重,根据不同类型的特征属性提出相应的相似度算法,重点分析多值复杂型属性值的分解及相似度算法,得到地理要素类别间的相似度。最后,从基础地理要素类别中选择200组样本对计算语义相似度,并与其他4种相似度算法进行对比分析。试验结果表明,本文算法能够有效地反映特征属性的重要性差异,获得更准确合理的地理要素类别的语义相似度。

复杂网络视角下的居民地选取方法

吕峥, 孙群, 马京振, 温伯威

2023, 52(5):  852-862.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20220267

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多要素协同综合是制图综合重要的发展方向。针对当前居民地选取方法对道路网与居民地间地理关联性利用不够深入的问题,将居民地与道路网融合为整体,本文提出了一种复杂网络视角下的居民地选取方法。首先,整合居民地与道路网的几何信息、属性信息与拓扑信息,构建以居民地为节点、以交通通达关系为边的含权居民地网络;然后,评价目标居民地在局部网络中的居民地吸引能力与交通流控制能力,并加权求和获得综合重要性;最后,利用距离约束Delaunay三角网进行迭代选取。试验表明,本文方法能够兼顾居民地的密度特征与网络特征,选取结果与道路网结构吻合良好,较好地保持了道路网与居民地的地理关联性。

博士论文摘要

基于DEM的黄土小流域侵蚀监测与输沙过程模拟研究

代文

2023, 52(5):  863-863.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210522

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城市复杂环境下Visual/INS/LiDAR融合高精度位姿估计方法研究

蔺小虎

2023, 52(5):  864-864.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210525

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利用重力场模型和GPS/水准数据研究局部高程基准

赫林

2023, 52(5):  865-865.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210535

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保持数据可用性的矢量地图数字水印方案研究

奚旭

2023, 52(5):  866-866.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210538

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填筑碾压施工质量智能监控关键技术研究及应用

张文

2023, 52(5):  867-867.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210545

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全球电离层实时建模方法研究

陈军

2023, 52(5):  868-868.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210566

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特长沉管隧道高精度贯通测控方法研究

李冠青

2023, 52(5):  869-869.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210582

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三维点云的室内外场景层次化理解方法研究

杨俊涛

2023, 52(5):  870-870.  doi:10.11947/j.AGCS.2023.20210586

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