当期目录

2025年 第54卷 第1期    刊出日期：2025-02-17

上一期   

大地测量学与导航

单北斗接收机定位性能分析与评估

施闯, 邓辰龙, 范磊, 郑福, 张涛, 田原, 景贵飞, 马杰

2025, 54(1):  1-13.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240127

摘要 ( 293 )   HTML ( 46 )   PDF (5525KB) ( 314 )  

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我国北斗卫星导航系统已完成全球组网，开始向全球用户提供导航定位与授时服务。基于早期多系统兼容互操作的原则，目前市场主流的GNSS接收机均支持多系统的卫星信号接收。近年来，出于对自主性和安全性的考虑，一些部门和行业提出了使用单北斗满足高精度导航定位的需求。由于单北斗接收机在信号捕获时不能依赖其他系统信号的引导，其硬件及定位性能将可能发生改变，因此亟须对目前国产单北斗接收机的导航定位性能进行评估。本文选用M300 Pro单北斗接收机，开展了一系列测试评估试验，在对接收机的首次定位时间、信号质量和观测噪声等硬件性能进行分析的基础上，使用我国自主研发的北斗高精度数据处理软件平台（GSTAR）对静态站坐标解算、伪距单点定位、精密单点定位（PPP）、静态基线解算及实时动态定位（RTK）等定位性能进行了分析与讨论。试验结果表明，所选单北斗接收机冷启动时间低于40 s，平均观测数据完好比超过95%，伪距和载波相位观测噪声的标准差分别为0.051 7 m和0.003 4周，与国内外多GNSS系统接收机的硬件性能基本一致。利用所选单北斗接收机，可实现水平3.5 mm，高程9.9 mm的静态站坐标单天解精度；单历元伪距单点定位精度水平为2.208 m、高程为2.502 m；静态仿动态PPP固定解水平方向优于3 cm，高程优于5 cm，收敛时间优于27 min；20 km以内短基线天解重复性精度水平方向优于0.7 cm、高程方向优于1.8 cm；短基线RTK定位精度水平方向优于3 cm、高程方向优于5 cm。以上结果表明，所测国产单北斗接收机具备独立提供可靠的高精度定位服务的能力。

基于GNSS观测的2023北京特大暴雨分析

杨飞, 汪莹莹, 李志才, 余博尧, 武军郦, 曹云昌, 张澍

2025, 54(1):  14-25.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20230548

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2023年7月底，受台风“杜苏芮”“卡努”及地形等因素综合影响，北京及周边发生罕见的极端暴雨，造成严重的人员伤亡与经济损失；大气可降水量（PWV）作为影响降雨的主要因素之一，探究暴雨发生及发展过程与PWV的关系，对于进一步建立暴雨预警模型有重大意义。本文选取UTC 2023年7月25日至8月1日北京及周边地区34个GNSS站点、34个气象站、1个探空站点和ERA5数据，采用GAMIT 10.71反演高精度GNSS-PWV；提出了一种改进的插值算法并获取了本次极端暴雨期间北京及周边地区高时空分辨率的PWV空间数据；利用探空与ERA5数据，从多个角度对反演的PWV精度进行了详细评估；最后结合气象站降雨量数据，从时间和空间的角度分析了PWV变化与极端降雨之间的关系，并首次探讨了对流层延迟梯度和降雨走势的关系。结果表明，GNSS-PWV与RS-PWV的相关系数达到0.99，RMSE和bias约为0.52 mm和-0.52 mm；GNSS-PWV与ERA5-PWV的RMSE小于6 mm，bias范围为-4~1.5 mm；GNSS-PWV格网数据与ERA5反演的格网结果RMSE和bias均值分别为4 mm和1 mm。通过分析PWV与并址气象站降水观测的时间序列，发现PWV在此次降雨前极速上升，在降水过程中仍累积上升，降水结束后无法立刻消散的特性，这与此次降水接连受台风“杜苏芮”和“卡努”影响相关；其次，各站点处对流层延迟梯度展现出指向东北方向的一致性，这与PWV高值在空间上呈现由西南向东北的输送趋势一致，与实际降水路线相符。

顾及零偏几何性质的GNSS/SINS组合导航方法

罗亚荣, 郭迟, 欧阳威, 刘经南

2025, 54(1):  26-39.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240232

摘要 ( 165 )   HTML ( 21 )   PDF (1866KB) ( 113 )  

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由于包含零偏状态的捷联惯性导航系统（SINS）运动学方程不再具有群仿射性质，当前不变扩展卡尔曼滤波（EKF）算法设计过程中并未将零偏纳入具有几何性质的运动学方程。本文通过构建一个群和群作用使得包含零偏状态的运动学系统满足等变性质，能够自然地处理包含陀螺零偏和加速度计零偏的惯性基组合导航系统问题，而且能从理论上降低导航状态误差动力学的线性化误差。尽管基于不变EKF的组合导航受到广泛关注，但较少研究在世界坐标系上展开基于等变误差的GNSS/SINS紧组合导航研究。因此，本文提出一种世界坐标系上基于等变误差的GNSS/SINS紧组合导航系统。与当前流行的不变EKF不同，本文构建的等变误差建立在一个对称的基础上，该对称适当地包括群结构中的所有状态。试验结果表明：相对于右不变EKF，本文提出的滤波算法在不同大失准角情况下具有较好的瞬态响应；同时，世界坐标系下的紧组合导航在利用抗差模型后有效地提升了滤波稳健性。

水下重力实时测量数据仿真及精度分析

万宏发, 李姗姗, 李新星, 范昊鹏, 谭勖立

2025, 54(1):  40-51.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20230488

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重力辅助惯性导航是实现水下潜器长期、自主、隐蔽、精确导航的重要手段之一。水下重力传感器实时测量数据的获取以及测量数据误差补偿是将重力导航付诸实际工程需重点关注的问题。由于实施水下重力测量试验受诸多条件限制，因而缺乏符合实际物理特性的水下重力实时测量值，导致对其特性及其精度水平的认知偏差，进而影响重力辅助惯性导航的性能。海洋水下重力实时测量数据仿真依据现有海洋重力仪以及惯导元器件的性能特性对水下重力实时观测进行模拟仿真、数据处理以及精度评估，可在实验室环境下再现水下重力数据实时获取的物理过程。试验中分析了不同速度误差、纬度误差、方位角对重力测量在不同纬度处的影响，并仿真了一段24 h的水下动态重力测量过程，结果表明在选定的惯性元器件和重力仪参数条件下，自由空间重力异常测量精度为3.5 mGal，为进一步开展重力辅助惯性导航关键技术及算法模型的有效验证与优化提升提供了有效支撑。

摄影测量学与遥感

机载拼接式大面阵相机的分块多项式畸变模型

张祖勋, 赵新博, 段延松

2025, 54(1):  52-63.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240273

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机载拼接式大面阵相机因其高分辨率、广覆盖性等优点在遥感测绘工作中广受欢迎。然而，由于制造工艺、装配精度等因素的影响，相机成像过程中会产生各种复杂畸变，影响影像质量和几何处理准确性。本文针对拼接式航空面阵相机的特点，提出一种分块多项式畸变模型，该模型核心思想是在Brown畸变模型检校残差矢量场引导下，将成像幅面划分为多个子影像块，在每个子块内采用多项式描述畸变，从而实现对各种复杂畸变的有效修正。此外，为求解分块多项式参数，设计了一种云控制检校方案。本文以北京空间机电研究所研制的AFC-900相机为研究对象，在肇东开展相机的云控制检校，然后分别在肇东、介休和汨罗3个测区开展生产验证，结果表明本文提出的畸变模型可以将AFC-900相机的畸变纠正到0.5像素以内，生产成果精度满足1∶500和1∶2000大比例尺测绘规范要求。

像方距离场与物方平面约束联合的航空影像与激光点云精确配准

张永军, 朱昌俊, 邹思远, 刘欣怡, 毛庆洲, 万一

2025, 54(1):  64-74.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240122

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在地球观测领域，航空光学影像和机载激光探测与测距（light detection and ranging，LiDAR）点云是获取地表空间信息的主要数据源。精确的几何配准是融合这两类数据的前提。本文提出了一种像方距离场与物方平面约束联合的航空影像与激光点云精确配准方法。该方法分为基于线元距离场的单像配准和线面约束结合的区域网平差两个阶段。在基于线元距离场的单像配准中，首先从航空影像和机载LiDAR点云中分别提取线元素，然后基于航空影像线元素构建距离场，并将点云线基元投影至像平面。通过渐进式稳健求解最小化点云投影线基元在距离场中的全局代价，从而实现单张影像与LiDAR点云的配准。在线面约束结合的区域网平差阶段，选择部分线特征分布较为密集的影像作为关键景影像，并对关键景影像中的同名线元素进行匹配，以提取控制点作为水平及高程约束。此外，还利用影像连接点到最近水平面的距离作为高程约束，通过区域网平差实现多视航空影像与机载点云的配准。试验结果表明，该方法能在初始值较差的情况下实现稳健配准，其配准精度优于点云间距，配准精度与配准效率都显著优于迭代最近点（iterative closest point，ICP）配准算法和通过跨模态匹配进行配准的策略。

基于道路拓扑关联特征的城乡道路面精细提取网络

王艳军, 唐徐超, 王成, 蔡恒藩

2025, 54(1):  75-89.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240124

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深度学习方法已成为基于遥感影像数据的城乡道路网分类提取的主流技术。然而，现有方法存在邻近地物（如植被和建筑物等）混杂遮挡、模型训练时间长、计算复杂度高等问题，并且大多仅关注道路面、边缘线和中心线等独立目标，导致道路分类提取结果精度不高。为了充分利用道路边缘与道路面之间的空间拓扑关系约束特征，本文提出了一种基于道路拓扑关联特征信息的道路面提取网络，记作CAS-DeepNet。首先，基于DeepLabV3+网络架构，改进轻量级MobileNetV2特征提取网络，嵌入基于残差连接的边缘增强模块以捕获道路边缘信息；其次，设计基于密集连接的CS-ASPP结构以提高模型性能；然后，引入通道注意力机制，有效地融合图像中的多分支通道，以提高特征表征能力；最后，通过道路边缘拓扑关联信息构建道路连通性约束，以提升道路网提取结果完整性。在CHN6-CUG和DeepGlobe等数据集进行试验，结果表明，本文设计的CAS-DeepNet与当前流行的U-Net++、DeepLabV3+、D-LinkNet、RoadNet、ACNet和SDUNet等方法相比，在准确率、召回率、F₁值和总体精度等评价指标方面更具优势，能够明显提升道路路网提取结果精度与完整性。本文方法可为自然资源调查监测和地理空间环境感知建模提供基础支撑。

一种轻量且旋转不变的激光雷达位置识别网络

张正华, 陈国良

2025, 54(1):  90-103.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20230302

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激光雷达位置识别技术是自动驾驶、机器人导航等领域实现全局定位的关键技术，现有方法注重提升模型特征表达能力，但忽视保持位置识别过程对点云旋转的不变性，且存在参数量大、依赖复杂预处理流程等问题。对此，本文提出一种名为RIP-Net的超轻量级位置识别深度学习网络。首先，快速获取场景局部区域点簇并构建底层旋转不变特征；然后，使用残差结构与注意力机制，融合多尺度信息实现局部区域的增强感知；最后，利用广义平均池化函数聚合场景全局特征，并基于特征距离实现位置识别与定位。在4个大规模场景点云数据集上的试验结果表明：RIP-Net不仅可实现对点云旋转的不变性，各项精度指标均优于现有方法，且模型参数量仅为30万，相比现有方法显著降低；此外，RIP-Net可无须数据预处理，直接使用原始点云实现精准位置识别定位，具备良好的实用性。

广域滑坡易发性多分支网络评估及动态变化分析

吕继超, 张瑞, 何旭, 洪瑞凯, 沙马阿各, 刘国祥

2025, 54(1):  104-122.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240014

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针对卷积神经网络（CNN）在滑坡易发性评估中因数据通道叠加导致过度关注特定因子的问题，本文提出了一种多分支数据融合的滑坡易发性评估模型，该模型通过多分支结构和自适应定权机制实现多源遥感数据的特征融合，进而借助深度CNN充分提取评价因子的语义信息以准确评估滑坡易发性。试验选取青藏高原东南部作为典型研究区，与随机森林、浅层CNN和ResNet101模型的对比分析表明，本文提出的多分支网络模型在广域滑坡易发性评估方面更具优势，其准确率、精确率、召回率、F₁值、曲线下面积（AUC）和频率比精度均优于现有模型（分别达到0.88、0.89、0.92、0.90、0.92和0.97）。在此基础上，结合连续5年的滑坡易发性评估结果，进一步探讨植被、降雨量等环境因子波动与滑坡易发性指数变化间的内在关联，并通过变异系数掲示滑坡易发性指数时空变化规律。研究结果表明，近5年岷江-大渡河流域、雅砻江流域以及雅鲁藏布江流域受归一化植被指数和局部降雨变化的影响，整体风险均呈现出先增大后减小的变化特征；而金沙江流域和怒江-澜沧江流域植被和降雨量波动较小，滑坡易发性等级总体保持在中高风险水平。本文所提出的模型与方法可为同类区域滑坡风险评估提供参考和借鉴。

基于场景图的遥感场景检索方法

唐佳怡, 童晓冲, 邱春平, 雷亚现, 雷毅, 宋好帅

2025, 54(1):  123-135.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20230439

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当前，大部分的遥感场景检索都是基于遥感图像的深度特征的相似度匹配实现的，难以直接表征场景实体之间的关系信息，并且缺乏直接表达空间结构和语义的方式，因此无法满足对遥感场景的更加复杂的检索需求。本文提出了一种基于场景图的遥感场景检索方法，利用图神经网络将遥感场景对应的场景图数据映射为图级别的特征向量，利用图特征向量匹配结果逆推遥感场景检索结果。针对场景图的学习，本文制作了一套包含2380对遥感场景图的数据集，包含24类实体，8类拓扑空间关系，9类方位关系，具备空间关系结构化的表征，空间拓扑信息和方位信息齐全等优势。试验表明：基于场景图的遥感场景检索结果，在实体类别、拓扑关系、方位关系的检索准确性高，特别是与国际上具有代表性的几类遥感场景检索方法相比，本文方法在拓扑关系和方位关系的检索精度指标上有较大提升。

时空差异增强与自适应特征融合的轻量级遥感影像变化检测网络

龚良雄, 李星华, 程远明, 赵兴友, 谢仁平, 王红根

2025, 54(1):  136-153.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240299

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针对现有遥感影像变化检测方法存在多时相差异特征利用不足、多尺度特征融合不足等问题，提出一种时空差异增强与自适应特征融合的轻量级遥感影像变化检测网络。本文设计了轻量级时空差异增强模块，采用语义变化感知和空间变化感知的双分支结构，组合利用语义自适应增强机制和混合注意力机制，增强双时相特征图的空谱差异。不同尺度特征图通过边缘细化残差模块进一步优化变化区域边缘。还改进了双向特征融合金字塔结构，采用可学习的权重参数来量化不同尺度特征的重要性，实现多尺度特征的有效融合。选取10种主流的变化检测方法，在WHU-CD、LEVIR-CD、SYSU-CD和SECOND数据集上进行模型对比试验，结果表明：SEAFNet相较于多种主流的变化检测方法，在定性分析、定量分析、网络复杂度与准确度平衡方面均取得了比较优异的表现。

面向城市功能区分类的光学遥感影像-OSM数据联合自监督学习方法

李佳铃, 齐霁, 鲁伟鹏, 陶超

2025, 54(1):  154-164.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240067

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城市功能区的快速准确分类为城市规划和管理提供科学依据，有助于实现城市的可持续发展。尽管光学遥感影像提供了丰富的视觉信息，但其无法充分反映社会属性，易引发语义歧义。因此更多研究尝试联合使用包含城市社会属性的数据（如OSM数据）和光学遥感影像以期达到互补效果。但这一思路面临两个主要挑战：一是光学影像与OSM数据存在数据结构差异，传统的融合方法在特征提取阶段缺乏充分交互融合，导致模型难以充分学习数据之间的互补优势；二是随着模型学习使用的数据模态增多，训练一个稳定的模型需要更多的人工标注数据，但这显著提高了城市功能区分类模型应用的人力成本。针对上述问题，本文提出了一种面向城市功能区分类的光学遥感影像-OSM数据联合自监督学习方法。一方面，将OSM数据与光学影像在空间分布、数据结构等方面进行统一，然后在统一的多模态融合编码架构中进行特征提取和交互融合，以学习跨模态通用性表征。另一方面，采用自监督模型在大规模无标注数据上预训练，再通过少量标注数据将模型迁移到特定城市功能区分类任务中，从而减少人工成本。本文通过在北京、洛杉矶和伦敦3个大尺度区域进行城市功能区分类试验，证明了本文方法较现有主流方法的性能优势。

地图学与地理信息

叙事地图的符号体系及叙述机制

苏世亮, 李子纯, 杜清运, 李千千, 亢孟军, 翁敏

2025, 54(1):  165-181.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240175

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随着地图作为空间实践的重要媒介，广泛并深入地参与到社会建构过程，叙事地图成为当代地图学的重要分支。然而，由于叙事地图与“科学”地图的理论范式和表征机制存在差别，“科学”地图符号的理论与方法体系难以直接应用于叙事地图的研究。针对这一局限性，本研究首先立足于现代符号学的基本理论原理，深入探究叙事地图不同类型符号的视觉变量构成，结合皮尔斯理论对符号语义特征进行详细分析，并从社会符号学视角出发探讨符号互文关系，从语构、语义和语用3个维度构建叙事地图的符号体系。在此基础上，从两方面揭示叙事地图符号体系的叙述机制。一方面，基于结构主义符号学理论，将叙事地图与语言文本进行类比映射，提出叙事地图“文本”的语法规则，深入剖析语法规则创设的释义机制。另一方面，运用社会符号学“语境”理论，对叙事地图中的互文语境、情景语境及文化语境进行清晰的概念界定和内涵阐述，进一步厘清语境对叙事地图释义的规约机制。本研究为推动叙事地图的发展与应用提供了新的理论基础。

融合视觉特征与运动特征的众源轨迹数据道路交叉口识别方法

唐建波, 胡致远, 彭举, 夏何炎, 丁俊杰, 张玉玉, 梅小明

2025, 54(1):  182-193.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240101

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随着移动定位技术的快速发展，众源车辆轨迹数据已成为导航路网地图构建与实时更新的重要数据源。道路交叉口是路网地图和路径规划的关键结点，准确识别轨迹数据中的道路交叉口是基于众源轨迹数据构建导航路网地图的重要基础。目前基于众源轨迹数据的道路交叉口识别方法主要分为基于运动特征、视觉特征和深度学习的方法。然而，由于交叉口形状、大小的差异性及轨迹数据密度分布的异质性，采用单一策略或方法难以满足不同轨迹数据场景下（如轨迹稀疏区域和交叉口分布密集区域）的道路交叉口准确完整提取，而导致交叉口的漏提取或错误识别等问题。为此，本文基于组合优化思想，提出了一种融合视觉特征与运动特征的众源轨迹数据道路交叉口识别方法。该方法在提取车辆运动特征识别道路交叉口的基础上，结合人类在观察轨迹数据时的视觉认知过程，通过融合轨迹数据的运动特征与视觉特征，实现不同复杂场景下的道路交叉口识别与结果优化。采用成都市网约车轨迹数据和武汉市出租车轨迹数据进行试验与对比分析，结果表明相比于现有代表性方法，本文方法对道路交叉口识别精度和召回率均具有显著提升。

耦合公众车载影像与GNSS轨迹的精细道路信息众包提取方法

曹正阳, 张华祖, 赵紫龙, 齐恒, 唐炉亮

2025, 54(1):  194-205.  doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240246

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精细度高、现势性好的道路地图对于自动驾驶、智能交通等领域至关重要。但现有的道路测绘方法存在数据采集成本高、更新周期长等问题，无法满足智能交通对地图高时空精度的需求。公众车辆上广泛搭载的车载CCD相机与GNSS等传感器，提供了低成本、覆盖广的众包时空数据，可有效弥补传统测绘方法的不足。本文提出了一种耦合公众车载影像与GNSS轨迹的精细道路信息众包提取方法，以解决现有高精度地图成本高、更新慢、现势性低的问题。首先，本文基于跨层细化网络检测车载影像中的车道线信息；然后，基于灭点进行车载相机标定，并提出一种基于马尔可夫链的车道坐标动态计算方法，通过耦合影像与轨迹数据，解算车道线绝对位置；最后，构建一种融合众包GNSS轨迹与影像信息的高精细度道路生成模块，生成精细度高、鲜活性好、具有车道级信息的道路地图。试验以上海市虹口区的真实众包数据集为例，生成的精细道路地图在1 m范围内达到了87.43%的精度，表明本文方法有望成为一种低成本、高鲜度、覆盖广的众包测绘方法，为精细道路信息的获取提供了周期短、成本低的有效解决方案。