测绘学报

融合多尺度与边缘特征的道路提取网络

孙根云, 孙超, 张爱竹

2024, 53(12): 2233-2243. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230291

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利用遥感影像提取道路对城市发展有重要意义。但是由于道路尺度多变、易被遮挡等因素，导致出现道路漏检、边缘不完整等问题。针对以上问题，本文提出了一种融合多尺度与边缘细节特征的道路提取网络（MeD-Net）。MeD-Net包括道路分割与边缘提取两部分。道路分割网络使用多尺度深层特征处理模块（MDFP），提取顾及全局与局部信息的多尺度特征，在卷积后使用组归一化优化模型训练；边缘提取网络利用细节引导融合算法提升深层边缘特征的细节信息，并利用注意力机制进行特征融合。为验证算法性能，本文利用Massachusetts道路数据集和青岛地区GF-2号道路数据集进行试验。试验表明，MeD-Net在两个数据集上交并比和F₁值均取得最高精度，能够提取不同尺度道路和更完整地保持道路边缘。

融合密集连接和自注意力机制的高分辨率遥感影像变化检测方法

庞世燕, 郝京京, 左志奇, 兰晶晶, 胡翔云

2024, 53(12): 2244-2253. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230454

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遥感影像变化检测是遥感影像分析中的一项重要任务，在城市动态监测、地理信息更新、自然灾害监测、违章建筑物查处、军事目标打击效果分析及国土资源调查等方面应用广泛。作为像素级别的预测任务，当前的变化检测有两个比较突出的问题：一是受限于自注意力计算的效率问题，遥感影像中的远程上下文信息利用不足；二是侧重于深度变化语义特征的提取，而忽略了包含高分辨率和细粒度特征的浅层信息的应用。针对第1个问题，本文采用Transformer对提取的两期深层影像特征进行上下文建模，提升深层变化特征的质量。为了兼顾Transformer的效率问题，本文将图像特征图转化为稀疏标记，以此来显著减少Transformer的令牌数量。针对第2个问题，本文采用密集跳跃连接的方式，以保留浅层变化特征中的高分辨率和细粒度信息。采用了3个公开的数据集进行试验验证，结果表明，与其他先进的变化检测方法相比，本文方法的IoU指标分别达到了85.44%、84.15%和94.61%，均优于其他对比方法。

面向全频率非差模糊度固定的相位钟/相位偏差估计方法

耿江辉, 林吉航, 张启元, 温强, 曾竞, 金彪

2024, 53(12): 2254-2267. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230060

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非差模糊度固定是GNSS精密单点定位（PPP）的关键技术。传统的PPP方法通常依赖特定的基准频率（如GPS L1/L2）信号构建无电离层组合观测模型，模糊度固定（ambiguity resolution，AR）所必需的卫星钟差和相位偏差产品被迫与这些预定的观测模型和信号频率绑定，限制了用户选择的灵活性。为满足用户自由选择信号频率实现高精度定位的需求，本文提出“全频率相位钟/相位偏差”的估计方法，利用非差整数模糊度约束的网解估计相位钟和观测值信号偏差产品，同时保证其遵从IGS的经典钟差/偏差基准，以实现适用于任意观测模型和信号频率的PPP-AR。在197个IGS MGEX（multi-GNSS）测站的静态数据和车载动态数据中进行的PPP-AR解算试验证明，本文的GPS/Galileo/BDS全频率相位钟/相位偏差产品可在任意频率组合上保持相对一致的模糊度固定效率和静动态定位精度。本文强调，非差整数模糊度约束的网解确保相位钟/相位偏差的严格耦合，是保证全频率非差模糊度固定能力的关键。从2023年开始，武汉大学以快速产品的形式日常发布上述全频率相位钟/相位偏差产品（ftp://igs.gnsswhu.cn/pub/whu/phasebias/）。

顾及BDS-3/GNSS星钟状态的超快速钟差参数估计模型

胡超, 王潜心

2024, 53(12): 2268-2281. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20240112

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高质量卫星轨道与钟差参数是实现导航系统可靠PNT服务的前提之一。针对多系统超快速定轨中钟差参数易受观测数据质量与模型配置影响的问题，本文提出一种顾及BDS-3/GNSS星钟状态的超快速钟差参数估计模型。首先，在固定的轨道、站坐标等参数基础上，构建顾及钟差速度与加速度的观测方程；然后，利用相位时间差分与模型奇异值分解算法，建立钟差参数质量控制与历元间传递模型；最后，引入钟差状态转移方程并顾及BDS-3/GNSS星钟频率稳定性，实现钟差及其状态参数的单历元同步估计。试验表明，本文提出的BDS-3/GNSS超快速钟差估计模型至少可实现钟差估计精度提升46.9%；且利用估计的钟差状态参数可导出历元间任意时刻钟差。相较于传统的超快速钟差产品，基于估计的BDS-3/GNSS钟差参数可实现四系统动态PPP测站的E、N与U方向定位精度与收敛性能分别提升1.7%、6.0%、31.2%与44.9%、33.3%、38.9%；且预报钟差精度也得到了改善，基于钟差及其状态序列的预报钟差参数可分别降低四系统静态PPP的E、N与U方向定位残差与收敛时间6.3%、13.5%、11.3%与14.5%、1.6%、12.4%。因此，本文提出的BDS-3/GNSS超快速钟差估计方法可有效提升钟差质量，并实现实时与近实时服务能力的提升。

顾及水汽分布的非均匀离散化GNSS水汽层析精化方法

张文渊, 戚铭心, 张书毕

2024, 53(12): 2282-2294. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20220534

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GNSS水汽层析技术凭借其高精度、全天候的探测优势，成为反演高时空大气水汽分布的重要手段。现有GNSS水汽层析模型通常采用均匀离散化方式对三维层析区域进行划分，但由于大气水汽的空间异质性，均匀离散化方法并不符合大气水汽在垂直方向的真实分布特点。本文充分考虑大气水汽的垂直变化规律，提出了一种顾及水汽分布的非均匀离散化GNSS水汽层析精化方法。该方法根据水汽含量的垂直递减特征，构造了基于可降水量变化率的垂直非均匀分层方法，并在不同高度层设置了水平非均匀离散化方案，形成了从地表到对流层顶体素分辨率逐渐减小的非均匀离散化水汽层析模型框架。基于2017年7月香港地区的GNSS实测数据、探空数据和ERA5再分析资料开展了水汽层析试验，结果表明：以探空水汽廓线为参考值，非均匀离散化方法的均方根误差相较于传统方法的3种方案分别降低了21.8%、20.9%、20.5%；以ERA5三维水汽数据为参考值，本文方法对应的整个区域层析结果的RMSE值分别降低了15.4%、11.4%、12.6%。此外，在2 km以下的近地区域，本文方法的层析结果精度也要明显优于传统方法，有望为降雨预报提供更高精度和更高分辨率的近地表三维大气水汽产品。

顾及残余信噪比差异的地基GNSS反射干涉信号冰期探测法

宋敏峰, 何秀凤, 王笑蕾

2024, 53(12): 2295-2304. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230338

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全球导航卫星系统干涉反射测量技术（GNSS-IR）因其成本低、时空采样高等特点，在陆地、海洋表面参数探测方面展现出巨大的潜力。然而，GNSS-IR应用于冰期探测的研究还少有提及，且已有方法受反射面特性及导航信号差异性影响无法实现多系统和多频段有效探测。针对此，本文从反射信号建模、仿真分析和反射面介电常数、粗糙度方面深入探讨了反射信号在冰、水反射面场景下的差异，提出了一种基于残余信噪比外包络线积分的功率因子参数进行冰期探测的方法。试验选取了双王城水库大坝GNSS测站进行方法验证和对比。结果表明：残余信噪比的振幅和衰减变化受反射面介电常数、粗糙度、信号频率以及冰层厚度影响较大；基于振幅因子和衰减因子的冰期探测方法展现出明显的信号间差异性，且对结冰敏感性受粗糙度影响较大，单一因子无法实现全频段冰期探测；本文提出的功率因子参数在结冰前后，基于BDS和GPS全频段数据均呈现显著差异，证实了本文方法的有效性和高稳健性。本文研究也进一步提升了GNSS-IR技术对近地表监测的能力。

倾斜地球同步轨道SAR卫星星载GNSS定轨分析

杨鹏, 王振兴, 田晓彬, 郑世贵, 黄勇

2024, 53(12): 2305-2315. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230176

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随着高轨卫星的广泛应用，其轨道精度需求越来越高。本文基于星载GNSS测量，仿真分析了位于倾斜地球同步轨道的SAR卫星定轨精度。结果表明，在满足信号可见性的条件下，IGSO卫星可见GPS+BDS导航星数平均约20颗，PDOP值在1~2之间；利用星载GNSS伪距/载波相位测量值可以得到优于1 m的高轨SAR卫星定轨精度，高阶勒让德误差波动小于10 mm；太阳辐射压摄动对轨道影响较大，10^-8 m·s^-2量级的模型误差最大可使定轨精度降低一个量级。

自适应局部空谱一致下的机载LiDAR数据建筑物提取算法

王丽英, 张康丽, 李鑫奥, 有泽, 丰勇

2024, 53(12): 2349-2360. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230517

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现有研究均将建筑物激光反射强度的全局统计特性用于辅助机载激光雷达数据的建筑物提取，但是这类方法无法满足大尺度复杂城区场景下光谱迥异建筑物完备、准确提取的需求。为此，本文提出一种自适应局部空谱一致下的机载LiDAR数据建筑物提取方法。该方法首先将原始机载LiDAR数据转换为LiDAR 3D影像。然后，依据建筑物高程跳变和边缘局部接近直线特性选取种子体素，进而依据单体建筑示出的空间连续性及光谱一致性将与种子体素空谱一致的连通分量标记为建筑物屋顶。其中，单体建筑的光谱一致性由统计空间连通的种子体素的强度特性给出。最后，结合建筑屋顶对立面的空间约束以及立面的局部强度一致性约束提取建筑物立面。该方法通过自适应于各建筑单体光谱的设计解决了不符合光谱全局统计特性的建筑物的准确提取问题，提升了点云光谱信息的使用价值，并由此拓宽了点云光谱信息的应用场景。选用国际摄影测量与遥感协会提供，不同复杂程度的3组城区场景实测机载LiDAR数据测试本文方法的可行性和有效性。试验结果表明：可实现不同复杂程度场景下的建筑物提取；建筑物提取结果的平均完整率、正确率及质量分别为99.0%、98.0%、96.8%，明显优于传统的利用光谱全局统计特性的建筑物提取方法。

综合时序光学和SAR数据的南方多云雨地区耕地种植强度提取

陈启浩, 李广潮, 曹文静, 刘修国

2024, 53(12): 2361-2374. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230497

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及时准确地获取耕地种植强度时空分布信息对于调整农业生产布局、制定粮食生产决策具有重要参考价值。目前种植强度提取研究大都利用光学数据和物候知识展开，然而在南方多云雨地区易缺失多季种植耕地的关键物候参数，具有与作物相似物候特点的易混植被难以剔除，像素级结果中椒盐噪声明显。因此，本文基于时序光学和SAR数据，提出一种综合光学物候参数、SAR时序特征及超像素优化的耕地种植强度提取方法。首先利用光学NDVI、LSWI时序曲线获取生长期数量和生长期长度，然后构建SAR时序特征识别早稻移栽灌水信号，最后利用空间上下文信息对种植强度提取结果进行超像素优化。利用2020—2021年洪湖市的时序Sentinel-1/2数据，验证了本文方法的有效性，总体精度和Kappa系数分别达92.02%和0.84。结果表明，引入生长期长度可以有效去除易混植被，SAR时序特征将易被错分的双季水稻正确分类，超像素优化使种植强度结果更加准确和完整，本文方法在多云雨种植制度复杂区域能够获取准确的种植强度分布信息。

基于相似性衡量函数优化的SAR时空极化信息一体化洪涝变化检测方法

赵金奇, 李宇轩, 刘子蓉, 安庆, 宋时雨, 牛玉芬

2024, 53(12): 2375-2390. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230355

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合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）具备全天时、全天候的观测优势，能够在恶劣环境下进行洪涝监测。现有洪涝变化检测方法易受其他地物变化影响且对SAR数据特性针对性不强。针对以上问题，本文提出了一种基于相似性衡量函数优化的SAR时空极化信息一体化洪涝的变化检测方法。该方法融合多时相、多极化信息，构建“时-空-极化”SAR数据，并对K-means聚类方法进行改进，通过一体化处理减少先聚类后变化检测的误差累积；进一步顾及“时-空-极化”SAR影像数据特性，引入交叉熵对相似性衡量函数进行优化，能够对由于洪涝引起的水体变化进行准确区分。最后，利用武汉市全极化Radarsat-2数据和黄冈市黄梅县双极化Sentinel-1数据对本文方法的有效性进行试验，试验结果表明，本文方法在武汉两个试验区中虚警率（false alarm，FA）、总体错误率（total errors，TE）、总体正确率（overall accuracy，OA）和卡帕系数（Kappa）4个精度评价指标均优于其他对比方法，分别为5.06%、5.66%、94.34%、0.69，以及1.61%、2.61%、97.39%、0.65；在黄梅县的试验结果中TE、OA和Kappa表现最优，分别为1.67%，98.33%和0.73。本文方法可以有效抑制其他地物变化对洪涝变化检测的影响。同时具有较快的响应速度，且能够有效抑制城市变化和山区阴影对洪涝检测的影响。

深度和法线联合估计的深度学习多视密集匹配方法

刘瑾, 季顺平

2024, 53(12): 2391-2403. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230579

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近年来，基于深度学习的多视密集匹配方法在三维重建任务上展现出了巨大的潜力，但是这些方法在恢复场景的几何结构细节方面仍显不足。在一些传统的多视密集匹配方法中，法线常被作为一种重要的几何约束来辅助推理精细的深度图，然而，这种蕴含了场景几何结构特征的法线信息在深度学习方法中却并未得到充分利用。本文针对多视密集匹配和三维场景重建任务，提出了一种基于深度学习的深度和法线联合估计方法。该方法采用多阶段金字塔的网络结构，从多视影像中同时推理深度和表面法线，并促进二者的联合优化。所提出的网络由特征提取模块、法线辅助的深度估计模块、深度辅助的法线估计模块及深度-法线联合优化模块组成。其中，深度估计模块通过整合表面法线信息构建具有几何感知的代价体，从而推理精细的深度图；法线估计模块利用深度约束构建局部代价体来推理精细的法线信息；联合优化模块则用于增强深度和法线估计结果之间的几何一致性。在WHU-OMVS数据集上的试验结果表明，本文方法在深度推理和表面法线推理任务上都表现出色，并显著优于现有方法。在两种不同数据集上的三维重建结果进一步表明，本文方法能够有效地恢复局部高曲率区域和全局平面区域的几何结构，有助于获得具有良好结构的高质量三维场景模型。

基于深度流形蒸馏网络的高光谱遥感图像场景分类方法

赵全意, 郑福建, 夏波, 李政英, 黄鸿

2024, 53(12): 2404-2415. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230373

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当前场景分类任务大多面向高分辨率遥感图像，由于缺乏光谱信息限制了它的场景鉴别能力，而高光谱遥感图像具有“空谱合一”的特性，在场景分类问题上具有独特优势。针对高光谱遥感图像中地物分布复杂，以及高光谱图像中维度高、存在冗余等问题，本文提出一种高光谱场景分类流形蒸馏网络（hyperspectral scene classification manifold distillation network，HSCMDNet），有效提高了分类性能。对于遥感图像地物分布复杂问题，HSCMDNet模型使用基于移位窗口的层次化视觉Transformer（hierarchical vision transformer using shifted windows，SwinT）作为教师网络来充分挖掘高光谱图像的长距离依赖信息，捕获不同波段之间的关系。在此基础上，在教师网络与ResNet-18学生网络之间设计流形蒸馏损失，通过在流形空间中匹配学生和教师的中间层输出特征实现教师模型的知识更有效地向轻量化学生模型转移，缓解了高光谱图像中维数高导致的高计算复杂性问题。在欧比特高光谱图像场景分类数据集（Orbita hyperspectral image scene classification dataset，OHID-SC）及天宫二号遥感图像自然场景分类数据集（natural scene classification with Tiangong-2 remotely sensed imagery，NaSC-TG2）上，所提出的HSCMDNet网络的最佳分类精度分别达到了93.60%和94.55%。

先验门控卷积网络支持的暴雨时空过程预测

刘杰

2024, 53(12): 2416-2416. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230407

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国产风云卫星降水反演误差解析及其融合改进研究

吴昊

2024, 53(12): 2417-2417. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230409

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航空影像人工目标深度学习检测方法研究

莫楠

2024, 53(12): 2418-2418. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230423

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基于非差改正数的北斗卫星导航系统增强定位算法

李军

2024, 53(12): 2419-2419. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230424

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基于多特征的层次化高分辨率SAR影像输电塔检测

李佳楠

2024, 53(12): 2420-2420. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230450

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基于雷达数据的空间目标编目定轨关键技术及其应用研究

刘磊

2024, 53(12): 2421-2421. doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230452

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