测绘学报

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2024年第53卷第5期刊出日期：2024-06-19

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青藏高原冰冻圈重大变化专栏

亚洲高山区冰川厚度变化光学立体和双基SAR卫星监测数据、方法与展望

周玉杉, 李新, 郑东海, 任姗姗, 汪赢政, 李志伟

2024, 53(5): 779-800. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230260

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冰川厚度变化是评估区域冰储量变化的最重要指标，以光学立体卫星和双基干涉SAR卫星为代表的冰川区高程测量已成为评估大范围冰储量变化的主要手段。本文首先总结了当前应用于亚洲高山区冰川区的主要光学和雷达卫星数据及其测高精度；然后，对当前冰川厚度变化卫星监测的方法（即监督校正的DEM差分法、自动化校正的DEM差分法、时序DEM参数化回归法和非参数化回归法）及其应用情况进行了梳理和总结，发现当前研究存在冰川雪盖区高程估计不准、雷达波穿透深度估计不准和季节尺度冰厚变化监测难等问题，导致当前对冰川局部变化过程的认识有限；最后，探讨了未来有关冰厚变化监测的潜在发展方向，提出利用当前存档卫星数据、融合多源测高数据、结合未来高时空分辨率观测计划将有助于解决当前所面临的问题。

利用InSAR技术估计长江源冰川2000—2020年物质平衡

李佳, 李志伟, 钟文杰, 顾云杨, 李龙, 郭磊, 冯娟娟

2024, 53(5): 801-812. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230262

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本文以获取近20年长江源冰川物质平衡，揭示冰川物质平衡影响因素及冰川物质流失对河流径流量影响为目标开展研究。利用InSAR技术和双站TerraSAR-X/TanDEM-X影像生成两期覆盖长江源全域冰川的DEM，分别和SRTM DEM差分，去除高程差系统误差后获取长江源地区冰川2000—2012年和2000—2020年间的高分辨率冰川厚度变化，再结合冰川密度将厚度变化转为冰川物质平衡。估计结果与区域内冰川实地物质平衡监测结果仅相差0.03 m w.e.a^－1，表明精度较高。结果显示长江源地区冰川在2000—2012年间的物质平衡为（－0.30±0.02）m w.e.a^－1，在2000—2020年间为（－0.45±0.04）m w.e.a^－1，2012—2020年间冰川消融相比2000—2012年间明显加速。推测夏季气温升高和夏季降水减少是冰川加速消融的主要原因。另外，长江源地区冰川消融速度存在从东南向西北递减的趋势，分析认为这一现象与西部地区温度更低，升温更慢，冰川海拔更高，积累区面积比例更高，冰面坡度更陡有关。2000—2020年间，沱沱河流域冰川物质损失量仅占沱沱河径流量的4.4%，而沱沱河与当曲流域的冰川物质损失量之和仅占通天河径流量的2.5%，表明当前冰川物质损失对长江上游径流量的影响较小。

联合GNSS与GRACE/GRACE-FO数据反演中国西南地区陆地水储量变化

杨兴海, 袁林果, 姜中山, 汤苗

2024, 53(5): 813-822. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230221

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GNSS和重力恢复与气候试验（GRACE）及其后续任务（GRACE-FO）给陆地水储量变化（TWSC）研究带来了技术革新，但这两种技术估计的区域TWSC具有不同的时空尺度和精度特性。因此，有必要融合两种观测数据，以获得同一尺度且高精度的TWSC。本文基于GNSS独立反演模型，使用求和算子对喷气推进实验室（JPL）的GRACE/GRACE-FO Mascon数据进行求和运算来构建约束，通过赤池贝叶斯准则选择最优模型参数，构建了一种联合GNSS与GRACE/GRACE-FO数据的区域TWSC反演模型。随后，本文设计数值模拟试验，以验证利用该模型反演中国西南地区TWSC的可行性。结果显示，1000次试验中联合反演估算的均方根误差均值为10 mm，比GNSS独立反演结果低47%。基于此方法，本文联合GNSS与JPL Mascon数据反演了中国西南地区2011年1月—2022年6月的时变TWSC。对比联合反演、GNSS独立反演、GRACE/GRACE-FO和高分辨率全球陆地数据同化系统（GLDAS）的结果，发现联合反演与GLDAS的TWSC周年振幅空间分布特征最吻合，表明联合反演估计的TWSC空间分辨率优于GNSS独立反演和GRACE的结果。最后，结合水平衡方程估算的区域水文收支情况，并通过广义三角帽方法评估陆地水储量等效水柱高的变化率（d（EWH）/dt）的不确定性。结果显示，联合反演估计的d（EWH）/dt不确定性为8 mm/月，较GRACE/GRACE-FO、GNSS独立反演和水平衡方程结果分别低33%、68%和62%。研究结果表明，与GNSS和GRACE/GRACE-FO独立反演方法相比，联合反演能够改善TWSC估值的精度，可为水资源管理决策及水文气候学研究提供更可靠的数据支撑。

基于SWOT卫星模拟数据的青藏高原湖泊水位与面积测量精度评估

韩潇然, 柯樱海, 于金媛, 赵孟杰, 张国庆

2024, 53(5): 823-834. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230211

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青藏高原作为“亚洲水塔”，密集分布着众多高山湖泊，其湖泊数量与面积约占我国湖泊的一半。青藏高原湖泊作为气候与环境的“指示剂”，在时间序列上监测这些湖泊的水位与水量变化至关重要。2022年12月发射的地表水与海洋地形（SWOT）卫星将以前所未有的高时间分辨率和面状测高模式监测近乎全球的地表水动态。在数据正式向科学界公开前，有必要对SWOT卫星的性能及测量精度进行评估。本文使用SWOT卫星模拟观测生成器，实现了青藏高原部分湖泊水位与面积的模拟观测，并结合水位计数据，对SWOT卫星在时间失真、测高误差和面积误差方面的测量精度评估。结果表明，不同数据采集间隔的时间失真平均百分比误差小于4.1%，测高误差平均小于3 cm，面积误差小于湖泊面积的7%。该研究的开展为SWOT卫星在青藏高原湖泊上的应用奠定了基础，将更好地理解未来湖泊变化对气候变化的响应。

青藏高原冰冻圈温度遥感观测、反演与应用

周纪, 王子卫, 丁利荣, 唐文彬, 王伟, 马晋, 蒋蕙如, 刘双, 张涛, 侯映旭

2024, 53(5): 835-847. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230261

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冰冻圈是气候变化的灵敏指示器，地表温度和近地表气温则是指示器直接感测的信号，是回溯冰冻圈演化历史、监测当前状态、模拟未来变化的关键参量。受恶劣环境、复杂地形、低可达性及众多特殊下垫面等因素的综合影响，当前青藏高原温度的地面观测困难、站点稀少，而遥感已成为温度获取的有效手段。本文聚焦地表温度和近地表气温，阐明了地面观测、卫星和无人机等遥感反演估算的相关方法手段，梳理和总结了学术界围绕青藏高原冰冻圈取得的研究进展，介绍了遥感温度参量在青藏高原冻土、湖冰、冰川等方面的应用。本文总结了青藏高原冰冻圈对温度遥感获取的挑战，探讨了未来值得着重开展的研究方向。

基于偏相关分析的2003—2020年青藏高原地表温度变化驱动因子量化研究

杨梦娇, 赵伟, 詹琪琪, 张亚, 孟晓荣, 蔡俊飞, 杨羽佳

2024, 53(5): 848-859. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230206

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地表温度（LST）作为地气相互作用的关键参数，在地表水热循环中发挥重要作用，能准确表征地表热环境的变化。青藏高原拥有除极地以外储量最大的冰冻圈范围，对区域和全球气候系统及生态经济具有深远影响。作为受气候变化影响最显著的区域之一，深入了解青藏高原冰冻圈LST变化驱动因子，能为精准认知青藏高原冰冻圈热环境变化规律及驱动机制提供关键科学支撑。本研究基于地表温度年周期模型提取的年均地表温度（MAST），采用偏相关分析，分析了2003—2020年MAST与云量、植被覆盖度、积雪覆盖率、降水和气温5个与MAST变化密切相关的驱动因子之间的关系，揭示青藏高原不同区域MAST变化的主要驱动因子及其空间分布特征。结果表明，白天云量、植被覆盖度、积雪覆盖率和降水这4个驱动因子主要以负偏相关为主，晚上则以正偏相关为主，对于气温来说昼夜都以正偏相关为主。就青藏高原MAST动态的主导因子来说，昼夜MAST在青藏高原不同区域的主导因素存在明显差异，白天青藏高原的MAST的变化主要受云量的影响（主导变化面积占比达38.17%），影响区域集中分布于青藏高原的西北部和西部，且以负偏相关性为主。夜晚青藏高原MAST变化主要以气温为主导（主导变化面积超过48%），且以正偏相关为主，反映出夜晚MAST受气候变暖的影响强于白天。本研究能为气候变化背景下青藏高原冰冻圈保护和可持续发展提供科学的参考。

青藏高原草地物候的空间尺度效应

马杜娟, 谢江流, 陈瑞, 严欣玉, 尹高飞

2024, 53(5): 860-868. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230256

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准确的高山植被物候遥感产品是维持生态平衡、正确反映地表能量平衡及冰冻圈稳定的基础性数据。然而，目前常用于提取物候的遥感数据空间分辨率多样，基于不同空间尺度提取的物候可能存在尺度效应，但该问题目前并未受到广泛关注。本文利用10 m分辨率Sentinel-2、500及5600 m分辨率MODIS遥感数据，使用NDGI植被指数，基于GEE云平台提取了2022年青藏高原地区相应空间分辨率的物候产品，探讨了不同空间分辨率物候差异，定量分析了物候产品的空间尺度效应，并阐明了其随地形复杂度的变化。研究发现，相比于高空间分辨率遥感产品（10 m），较粗空间分辨率（500、5600 m）的春季物候存在明显的滞后现象。使用不同空间分辨率遥感产品探测草地物候时，尺度效应普遍存在，其中，秋季物候的尺度效应小于春季物候。另外，植被物候的尺度效应受地形影响，且随地形复杂度增大而增大。

大地测量学与导航

北斗实时百皮秒级单差时频同步方法

施闯, 宋伟, 郑福, 王浩源, 王玉琢, 张爱敏, 唐卫明

2024, 53(5): 869-878. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230353

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高精度时频传递与时间同步服务已成为全球导航卫星系统应用领域的研究热点，国内外学者围绕GNSS高精度时频同步模型算法及相关应用等方面开展了诸多研究。本文提出基于载波相位的差分高精度时间传递模型，实现基于北斗卫星导航系统的实时百皮秒级单差时频同步。以中国计量科学研究院的光纤链路为参考，北斗时间同步精度优于时频同步系统的实时秒脉冲时间同步精度优于100 ps；在7 d的测试时段内，链路的时间稳定度优于70 ps；链路频率万秒稳定度可达10^－15量级，频率长期稳定度可达10^－16量级。利用BDS进行单差时频同步的频率稳定度与GPS相当，对开展BDS在时频领域的下一步推广应用提供重要的参考意义。

Schmidt算法在导航卫星自主定轨中的应用

宋小勇, 杨元喜, 毛悦, 阮仁桂, 王龙

2024, 53(5): 879-888. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230228

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针对现有导航卫星自主定轨采用的等效观测Kalman滤波算法精度难以进一步提升的问题，本文将顾及卫星间状态量协方差信息的Schmidt分布式算法应用于自主定轨，给出了逐观测量处理的Schmidt分布式算法测量更新和时间更新计算公式，提出了采用平方根滤波方法解决Schmidt分布式算法用于星间链路定轨时协方差阵非负定问题。仿真和实测数据自主定轨结果表明，相比等效观测分布式滤波算法，本文方法能够有效提升自主定轨精度。

顾及衰减系数时空变化的全球PWV垂直改正模型

蒋春华, 高祥, 王帅民, 祝会忠, 陈少妮, 刘广盛

2024, 53(5): 889-899. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230148

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大气可降水量（precipitable water vapor，PWV）在多尺度气候变化及大气物理过程中扮演着重要的角色。为提高PWV垂直改正精度进一步扩展各类PWV产品的空间应用性，本文基于2010—2019年ERA5再分析资料构建了一种顾及PWV垂直衰减系数时空变化的全球适用范围的分层格网模型（GPWVCS）。同时联合2020年ERA5及无线电探空PWV，评估了本文模型在全球范围内的精度及适用性。结果表明，相比于经验模型及未分层的GPWVC模型，GPWVCS模型有效提升了PWV的垂直改正精度。以ERA5 PWV为参考，全球范围内GPWVCS模型修正PWV的RMS不超过1.9 mm。以探空数据为参考，GPWVCS模型在热带、温带、寒带及全球范围的年均RMS分别为2.24、1.29、0.44、1.44 mm，较经验模型分别提升34.6%、14.1%、10.9%及21.4%，较GPWVC模型分别提升6.4%、5.8%、9.4%及6.0%。GPWVCS的分层算法最大限度地削弱了PWV指数外推的误差累积影响，本文开发的水平分辨率为1°×1°、2°×2°及5°×5°的模型均能够显著提升全球范围内多种高差下PWV的垂直改正效果，用户可以根据计算效率及精度需求自行选择最佳模型。

复杂地区局部重力场带限SRBF二次逼近法

马志伟, 边少锋, 徐如一, 陈永冰

2024, 53(5): 900-916. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230132

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本文利用基于带限球面径向基函数（SRBF）的重力场二次累积逼近法，对地形复杂地区重力场模型的构建进行了较为详细的数值分析和验证工作。首先，利用带限SRBF将卫星重力场模型（GGM）数据与航空重力数据进行融合，构建了研究地区的初始重力场模型（基于SRBF的重力场第一次逼近）。与仅依赖于航空数据得到的重力场模型相比，初始重力场模型与GPS/水准数据之间的大地水准面差异标准差（STD）在研究区域降低了约0.022 m，表明了融合GGM和航空重力数据进行初始重力场建模的有效性。然后，在移去参考重力场模型、初始重力场模型和残余地形模型效应的基础上，利用残余地面和航空重力数据进行了基于带限SRBF的重力场第二次逼近。与传统的基于SRBF的一次逼近方法相比，二次SRBF逼近方法所得模型在研究区域的大地水准面差异STD和RMS值分别降低了0.036 m和0.024 m，显示了带限SRBF二次累积逼近方法的优越性。此外，研究区域地形属于复杂的山区，可以为复杂地区重力场模型的构建提供一定参考。

降雨和库水位变动联合作用下滑坡位移加权反分析及监测预警方法

袁维, 籍晓蕾, 王东坡, 管凯歌, 裴子豪, 钟辉亚, 唐佳, 孙瑞峰, 王伟, 郑贺民, 郭帅杰, 李红旭

2024, 53(5): 917-932. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230009

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降雨和库水位变动是诱发大型库岸滑坡体持续变形甚至失稳的主要外在因素。针对以上两种因素联合作用下滑坡体的变形特征，本文提出一种基于多源数据的“反演-评估-融合-预警”四步式滑坡监测预警方法。该方法采用趋势项位移进行力学参数反演，有效避免了降雨、库水位变动等外在因素对反演结果的影响。同时，采用熵权值构建了反演目标函数，借此考虑了不同位置监测点对反演结果的影响程度。此外，考虑了滑坡体自身的地质条件和坡体结构对监测预警的影响，综合运用安全系数和综合变形速率构建了具有地质和力学基础的预警模型。采用本文方法对贵州三板溪水电站东岭信滑坡体进行了力学参数反演和监测预警，结果表明：该滑坡体整个监测期间的安全系数在1.25～1.70之间波动，整体状态呈下降趋势，基于安全系数的角度判断其尚处于稳定状态；综合变形速率呈现上、下波动趋势，与安全系数在变化规律上具有高度的相关性，两者可以从整体上表征该滑坡体在降雨和库水位变动联合作用下稳定性的演进过程；当前监测时刻点的综合变形速率是0.059 9，根据分级预警模型判断此滑坡体当前处于稳定变形阶段（Ⅰ级预警），与安全系数的判断结果具有一致性。

时序InSAR与GNSS联合约束下的亚东-谷露断裂运动特征

周苍海, 田镇, 石震, 托坎哈衣那尔·

2024, 53(5): 933-945. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230480

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亚东-谷露断裂作为青藏高原东南部自新生代以来规模最大、活动性最强的拉张断裂，在青藏高原的构造变形与物质运移等过程中起着重要的调节与转换作用。但由于以往大地测量资料的不足，导致对亚东-谷露断裂整体运动特征的定量化分析较为匮乏。因此，本文收集并处理了亚东-谷露断裂地区2017年10月至2022年4月的哨兵影像数据，并联合GNSS速度场，解决了不同参考系下的形变场融合问题，获取了覆盖整个亚东-谷露断裂的高精度、高分辨率震间地壳形变场。进一步基于弹性微块体模型，精细厘定了亚东-谷露断裂现今活动特征：断裂整体以东倾为主，最佳倾角为68°，现今以拉张运动为主，速率为2～6 mm/a，并由南到北逐渐递增。另外，该断裂中段和北段的闭锁深度约为14 km；但南段可能受到主喜马拉雅逆冲断裂的影响，导致闭锁区域较浅，深度仅为4 km。最后，基于断裂的滑动亏损率与历史地震分布，分析得到断裂北段的地震危险性更高，为区域的地质灾害评估提供了重要参考。

摄影测量学与遥感

无序无人机影像的并行化SfM三维重建方法

姜三, 马一尘, 李清泉, 江万寿, 郭丙轩, 王力哲

2024, 53(5): 946-958. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230335

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增量式运动恢复结构（ISfM）已成为无人机影像三维重建的关键技术。然而，大数据量、大重叠度和高分辨率的无序无人机影像导致的匹配对检索代价大、迭代优化误差累积和效率低的问题，使其难以满足大场景ISfM处理需求。本文提出联合全局描述子和图索引的无人机影像并行化SfM方法。针对影像特征数量大、影像检索编码本尺寸增加导致的匹配对检索效率低的问题，设计了联合全局描述子和图索引的高效影像检索方法，从而加速影像匹配。针对分块并行化SfM子场景合并存在同名点搜索效率低、内存消耗大、合并解算精度低的问题，设计了基于按需匹配图和双向重投影误差的子场景合并方法，实现无人机影像的并行化SfM重建。利用不同场景、不同采集方式获取的真实无人机影像进行试验，结果表明本文方法能够实现36～108倍加速比的匹配对检索，ISfM重建效率达到30倍加速，且相对定向和绝对定向精度与传统方法相当。

观测信息不足条件下TanDEM-X InSAR的大范围林下地形反演

朱珺, 彭葳, 付海强, 欧蔓, 雷缮诚, 张石平

2024, 53(5): 959-966. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230004

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TerraSAR/TanDEM-X InSAR双站卫星系统是目前最主要的全球测图卫星系统之一，但该系统主要获取单基线、单极化InSAR数据。受观测信息不足的限制，无法直接分离植被体散射与地表散射信息，难以获取高精度的森林高度和林下地形。鉴于此，本文提出了联合单/双基线的大范围林下地形反演方法，其核心思想为：在InSAR干涉对重叠区，每个干涉对有不同的基线，两个干涉对重叠相当于双基线观测，可以采用RVoG模型估计森林高度。然后，利用简化的RVoG模型（C-SINC模型），以重叠区反演的树高结果为已知值，通过假定不同树高的散射过程具有相似性，对C-SINC模型进行求解进而获取林下地形。最后，以西班牙Teruel试验区对本文方法进行验证，与LiDAR DEM进行精度对比，InSAR DEM的RMSE为7.43 m，本文方法获取的林下地形RMSE为5.98 m，精度提高了20%。本文方法为利用TanDEM-X实现大范围林下地形测绘提供了参考。

地图学与地理信息

叙事地图的要素及组织：基于电子游戏“要素-结构-场景”架构的视角

应申, 徐雅洁, 李玉

2024, 53(5): 967-980. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230435

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信息通信技术背景下，地图的对象空间从二元空间拓展到三元空间，信息空间的出现给地图学带来的一系列挑战，由地图投影、制图综合、符号系统构成的传统制图学经典理论框架已难以满足元宇宙、虚实融合和人机物融合等带来的空间刻画需求。针对目前叙事地图的理论框架大多面向传统的地图媒介和形式，本文以“要素-结构-场景”为架构探讨了叙事地图在新时代背景和数字载体下的组织形式。明确叙事要素是叙事地图构建的基础，叙事结构为叙事要素提供组织形式，叙事场景为叙事地图的叙事要素和叙事结构的呈现提供载体。鉴于地理环境类电子游戏具有天然的叙事性，本文通过该类游戏对“要素-结构-场景”这一框架进行了例证，旨在为信息通信时代下叙事地图的应用和实践提供理论基础。

博士论文摘要

基于全局能量函数和锚点图的室内语义分割

苏飞

2024, 53(5): 981-981. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230099

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基于Ka/Ku波段测高及船载重力数据的全球海洋重力异常模型构建研究

祝程程

2024, 53(5): 982-982. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230102

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