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2021, 46(11): 1609-1619.
doi: 10.13203/j.whugis20210202
摘要:
网络实时动态测量(real-time kinematic, RTK)技术可为大范围区域用户提供实时高精度的定位服务，然而目前该技术对卫星导航定位(satellite navigation and positioning，SNAP)基准站网密度要求较高。为了满足稀疏大尺度SNAP基准站网区域的高精度定位服务需求，提出了一种基于虚拟大气约束（virtual atmosphere constrait, VAC）的网络RTK服务方法，首先构建非组合双差观测值模型，快速解算并固定SNAP基准站基线模糊度；然后提取基线大气延迟，分别建立斜路径电离层和天顶对流层误差模型；最后将内插的大气延迟及其精度信息作为虚拟观测值，提升终端RTK的定位性能。采用中国西北的SNAP基准站网数据(平均站间距为205.1 km)和网内外6个流动站数据进行RTK验证，结果表明，所提方法可以满足大尺度参考网下用户的高精度定位需求，相比传统的虚拟基准站技术，VAC服务模式下的终端定位精度、初始化速度平均分别提升61.64%和9.96%，该模式下测试终端固定解水平和高程方向的平均均方根分别为1.19 cm、2.73 cm；采用多次初始化进行验证，平均88.78%的时段在2个历元内即可完成初始化；VAC服务模式对大尺度SNAP基准站网内外用户均具有较好的适应性。
网络实时动态测量(real-time kinematic, RTK)技术可为大范围区域用户提供实时高精度的定位服务，然而目前该技术对卫星导航定位(satellite navigation and positioning，SNAP)基准站网密度要求较高。为了满足稀疏大尺度SNAP基准站网区域的高精度定位服务需求，提出了一种基于虚拟大气约束（virtual atmosphere constrait, VAC）的网络RTK服务方法，首先构建非组合双差观测值模型，快速解算并固定SNAP基准站基线模糊度；然后提取基线大气延迟，分别建立斜路径电离层和天顶对流层误差模型；最后将内插的大气延迟及其精度信息作为虚拟观测值，提升终端RTK的定位性能。采用中国西北的SNAP基准站网数据(平均站间距为205.1 km)和网内外6个流动站数据进行RTK验证，结果表明，所提方法可以满足大尺度参考网下用户的高精度定位需求，相比传统的虚拟基准站技术，VAC服务模式下的终端定位精度、初始化速度平均分别提升61.64%和9.96%，该模式下测试终端固定解水平和高程方向的平均均方根分别为1.19 cm、2.73 cm；采用多次初始化进行验证，平均88.78%的时段在2个历元内即可完成初始化；VAC服务模式对大尺度SNAP基准站网内外用户均具有较好的适应性。
2021, 46(11): 1620-1626.
doi: 10.13203/j.whugis20200432
摘要:
当前，在低轨导航增强、对地观测和科学应用等领域，低轨卫星对轨道参数的精度和实时性提出了更高的要求。利用国际GNSS服务组织实时服务（international global navigation satellite system service real-time service，IGS-RTS）播发的GPS卫星轨道与钟差改正数，针对极区实时改正数接收中断情况下实现厘米级星载GPS实时定轨的关键问题开展研究。首先分析了实时改正数及其短时外推引起的星历综合误差的变化特性；然后以此为依据，在星载GPS实时精密定轨数学模型中构建分段随机游走的伪模糊度参数随机模型，以减小星历综合误差对实时精密定轨的影响，从而实现厘米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时精密定轨软件SATODS，使用GPS广播星历与CLK93实时产品，对为期一周的重力场恢复和气候实验（gravity recovery and climate experiment，GRACE）C卫星的GPS双频实测数据模拟在轨实时精密定轨处理。实验结果表明，在考虑极区改正数接收中断的情况下，所提实时精密定轨方法可以达到7.04 cm的位置精度以及0.20 mm/s的速度精度，所提方法具有可行性和有效性。
当前，在低轨导航增强、对地观测和科学应用等领域，低轨卫星对轨道参数的精度和实时性提出了更高的要求。利用国际GNSS服务组织实时服务（international global navigation satellite system service real-time service，IGS-RTS）播发的GPS卫星轨道与钟差改正数，针对极区实时改正数接收中断情况下实现厘米级星载GPS实时定轨的关键问题开展研究。首先分析了实时改正数及其短时外推引起的星历综合误差的变化特性；然后以此为依据，在星载GPS实时精密定轨数学模型中构建分段随机游走的伪模糊度参数随机模型，以减小星历综合误差对实时精密定轨的影响，从而实现厘米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时精密定轨软件SATODS，使用GPS广播星历与CLK93实时产品，对为期一周的重力场恢复和气候实验（gravity recovery and climate experiment，GRACE）C卫星的GPS双频实测数据模拟在轨实时精密定轨处理。实验结果表明，在考虑极区改正数接收中断的情况下，所提实时精密定轨方法可以达到7.04 cm的位置精度以及0.20 mm/s的速度精度，所提方法具有可行性和有效性。
2021, 46(11): 1627-1635.
doi: 10.13203/j.whugis20210055
摘要:
全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）水汽层析技术凭借高精度、低成本、全天候等优点成为获取高时空分辨率水汽三维分布的重要手段之一。引入遥感卫星提供的高分辨率水汽信息，首次提出附加高水平分辨率大气可降水量（precipitable water vapor, PWV）约束的GNSS水汽层析算法，对现有水汽层析算法的约束条件进行补充和改进。首先对高分辨率PWV观测值进行校正，然后基于二次加密划分的层析体素块构造PWV约束方程，通过将PWV约束方程融合到GNSS层析模型来改善模型的约束条件，进而优化层析结果质量。利用徐州地区2017-08的GNSS观测数据和风云三号A星（Fengyun-3A, FY-3A）遥感水汽数据对该算法的可行性及精度进行验证，分别以高精度的探空水汽廓线和ERA5三维水汽密度场为参考值对层析结果进行评估。实验结果表明，所提算法反演的水汽廓线和三维水汽分布均优于传统层析算法，各类精度指标都有了显著改善，其中平均均方根误差由2.73 g/m3减小为1.78 g/m3，反演精度提高了34.80%，进一步表明所提算法可有效改善层析结果质量，有助于获取高精度和高可靠性的三维大气水汽分布。
全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）水汽层析技术凭借高精度、低成本、全天候等优点成为获取高时空分辨率水汽三维分布的重要手段之一。引入遥感卫星提供的高分辨率水汽信息，首次提出附加高水平分辨率大气可降水量（precipitable water vapor, PWV）约束的GNSS水汽层析算法，对现有水汽层析算法的约束条件进行补充和改进。首先对高分辨率PWV观测值进行校正，然后基于二次加密划分的层析体素块构造PWV约束方程，通过将PWV约束方程融合到GNSS层析模型来改善模型的约束条件，进而优化层析结果质量。利用徐州地区2017-08的GNSS观测数据和风云三号A星（Fengyun-3A, FY-3A）遥感水汽数据对该算法的可行性及精度进行验证，分别以高精度的探空水汽廓线和ERA5三维水汽密度场为参考值对层析结果进行评估。实验结果表明，所提算法反演的水汽廓线和三维水汽分布均优于传统层析算法，各类精度指标都有了显著改善，其中平均均方根误差由2.73 g/m3减小为1.78 g/m3，反演精度提高了34.80%，进一步表明所提算法可有效改善层析结果质量，有助于获取高精度和高可靠性的三维大气水汽分布。
2021, 46(11): 1636-1640.
doi: 10.13203/j.whugis20190166
摘要:
观测数据受到粗差污染时，平差结果往往失真，不可采用。选择合适的统计检验量是对测量数据进行粗差处理的关键一环，而构造统计检验量必须对尺度因子做出估计。首先对样本尺度因子的绝对中位差（median absolute deviation，MAD）估计进行了讨论，并详细探讨了其中涉及到的Fisher一致性调节因子的确定；然后在此基础上，分别提出了平差模型中基于标准化残差和一致最大功效（uniformly most powerful，UMP）统计检验量序列的尺度因子的两种抗差估计方法，尺度因子的两种抗差估计都可用于构造相应的统计检验量以识别和定位可疑观测量；最后对全球导航卫星系统（global navigation satellite systems，GNSS）网平差进行具体数值计算，结果表明，尺度因子的MAD估计具有良好的抗差性，不但可用于粗差处理，还可用于平差成果的精度评定。
观测数据受到粗差污染时，平差结果往往失真，不可采用。选择合适的统计检验量是对测量数据进行粗差处理的关键一环，而构造统计检验量必须对尺度因子做出估计。首先对样本尺度因子的绝对中位差（median absolute deviation，MAD）估计进行了讨论，并详细探讨了其中涉及到的Fisher一致性调节因子的确定；然后在此基础上，分别提出了平差模型中基于标准化残差和一致最大功效（uniformly most powerful，UMP）统计检验量序列的尺度因子的两种抗差估计方法，尺度因子的两种抗差估计都可用于构造相应的统计检验量以识别和定位可疑观测量；最后对全球导航卫星系统（global navigation satellite systems，GNSS）网平差进行具体数值计算，结果表明，尺度因子的MAD估计具有良好的抗差性，不但可用于粗差处理，还可用于平差成果的精度评定。
2021, 46(11): 1641-1648.
doi: 10.13203/j.whugis20210056
摘要:
洪水监测不仅在防洪减灾中发挥着重要作用，而且对了解洪水的时空演变以及洪灾的预报、预警具有重大的实际意义。全球导航卫星系统反射（global navigation satellite system-reflectometry，GNSS-R）测量的出现为洪水监测提供了一种新的解决方案。首先介绍了一种基于旋风全球导航卫星系统（cyclone global navigation satellite system，CYGNSS）原始计数时延多普勒图（delay-Doppler map，DDM）的相干信号探测方法；然后利用星载GNSS-R信号对洪水的敏感性，分析了南亚洪水发生前后的空间范围和时间序列变化；最后与地表反射率监测洪水的方法进行比较分析。结果表明，在旱季，两种方法与土壤湿度主被动探测卫星（soil moisture active passive，SMAP）的监测范围基本相似；而在雨季，地表反射率的探测范围比SMAP卫星探测范围约大6.69%，功率比的探测范围比SMAP卫星约小3.6%。因此，所提方法比地表反射率更加准确，且该方法无需考虑地表特征等对非相干散射功率的影响，是一种简单有效的洪水探测方法。
洪水监测不仅在防洪减灾中发挥着重要作用，而且对了解洪水的时空演变以及洪灾的预报、预警具有重大的实际意义。全球导航卫星系统反射（global navigation satellite system-reflectometry，GNSS-R）测量的出现为洪水监测提供了一种新的解决方案。首先介绍了一种基于旋风全球导航卫星系统（cyclone global navigation satellite system，CYGNSS）原始计数时延多普勒图（delay-Doppler map，DDM）的相干信号探测方法；然后利用星载GNSS-R信号对洪水的敏感性，分析了南亚洪水发生前后的空间范围和时间序列变化；最后与地表反射率监测洪水的方法进行比较分析。结果表明，在旱季，两种方法与土壤湿度主被动探测卫星（soil moisture active passive，SMAP）的监测范围基本相似；而在雨季，地表反射率的探测范围比SMAP卫星探测范围约大6.69%，功率比的探测范围比SMAP卫星约小3.6%。因此，所提方法比地表反射率更加准确，且该方法无需考虑地表特征等对非相干散射功率的影响，是一种简单有效的洪水探测方法。
2021, 46(11): 1649-1657.
doi: 10.13203/j.whugis20200675
摘要:
西藏自治区贡觉县雄松乡至沙东乡金沙江流域作为川藏铁路的必经河流，地形崎岖、地质灾害隐患点多，亟需对该地区隐患点进行全方位的识别。首先，选取61景哨兵一号（Sentinel-1）升轨影像、53景Sentinel-1降轨影像和7景陆地观测技术卫星2号（advanced land observing satellite 2，ALOS-2）升轨影像对研究区域进行滑坡探测与监测。然后，利用合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）通用型大气改正在线服务（generic atmospheric correction online service for InSAR，GACOS）辅助干涉影像堆叠技术（InSAR Stacking）的方法，获取研究区域雷达视线（line of sight, LOS）方向的InSAR年形变平均速率图，并结合3个轨道的结果提取出沿坡向和垂直滑坡向的平均速率图。最后，与LiCSBAS时间序列分析包的结果进行比较，发现两者具有高度一致性，LOS向年形变速率图像的相关系数在0.92以上，沿坡向和沿垂直滑坡向年形变速率的相关系数在0.85以上，证明了GACOS辅助下InSAR Stacking结果的可靠性。此外，还发现研究区域内沿坡向最大年形变速率为-163 mm/a；结合InSAR形变结果与光学遥感影像解译，可将该滑坡群分为A~G 7个区域进行实时监测。
西藏自治区贡觉县雄松乡至沙东乡金沙江流域作为川藏铁路的必经河流，地形崎岖、地质灾害隐患点多，亟需对该地区隐患点进行全方位的识别。首先，选取61景哨兵一号（Sentinel-1）升轨影像、53景Sentinel-1降轨影像和7景陆地观测技术卫星2号（advanced land observing satellite 2，ALOS-2）升轨影像对研究区域进行滑坡探测与监测。然后，利用合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）通用型大气改正在线服务（generic atmospheric correction online service for InSAR，GACOS）辅助干涉影像堆叠技术（InSAR Stacking）的方法，获取研究区域雷达视线（line of sight, LOS）方向的InSAR年形变平均速率图，并结合3个轨道的结果提取出沿坡向和垂直滑坡向的平均速率图。最后，与LiCSBAS时间序列分析包的结果进行比较，发现两者具有高度一致性，LOS向年形变速率图像的相关系数在0.92以上，沿坡向和沿垂直滑坡向年形变速率的相关系数在0.85以上，证明了GACOS辅助下InSAR Stacking结果的可靠性。此外，还发现研究区域内沿坡向最大年形变速率为-163 mm/a；结合InSAR形变结果与光学遥感影像解译，可将该滑坡群分为A~G 7个区域进行实时监测。
2021, 46(11): 1658-1665.
doi: 10.13203/j.whugis20190174
摘要:
针对经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）方法存在信噪分离不准确的缺陷，以及独立分量分析（independent component analysis，ICA）存在不确定性的问题，提出了一种改进完备集成经验模态分解（improved complete ensemble empirical mode decomposition, ICEEMD）、ICA与最小失真准则（minimal distortion principle，MDP）相结合进行变形数据去噪的方法。首先，使用ICEEMD方法对变形监测数据进行有效分解，并以此构建虚拟噪声信号；其次，对虚拟噪声进行二次ICEEMD分解，提取更接近真实噪声的二次虚拟噪声信号，再以二次虚拟噪声和原变形数据组成输入观测通道，使用ICA进行处理；然后，通过计算ICA处理后的独立分量与输入信号的相关系数，解决独立分量的排序不确定性与相位不确定性问题；最后，使用MDP准则有效解决了独立分量的幅值不确定性。对加噪仿真数据和实际桥梁GNSS变形监测数据进行详细分析，结果表明，所提方法可取得良好的去噪效果，有效提升去噪的性能指标，充分验证了所提方法在变形监测数据去噪中具备的可行性和有效性。
针对经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）方法存在信噪分离不准确的缺陷，以及独立分量分析（independent component analysis，ICA）存在不确定性的问题，提出了一种改进完备集成经验模态分解（improved complete ensemble empirical mode decomposition, ICEEMD）、ICA与最小失真准则（minimal distortion principle，MDP）相结合进行变形数据去噪的方法。首先，使用ICEEMD方法对变形监测数据进行有效分解，并以此构建虚拟噪声信号；其次，对虚拟噪声进行二次ICEEMD分解，提取更接近真实噪声的二次虚拟噪声信号，再以二次虚拟噪声和原变形数据组成输入观测通道，使用ICA进行处理；然后，通过计算ICA处理后的独立分量与输入信号的相关系数，解决独立分量的排序不确定性与相位不确定性问题；最后，使用MDP准则有效解决了独立分量的幅值不确定性。对加噪仿真数据和实际桥梁GNSS变形监测数据进行详细分析，结果表明，所提方法可取得良好的去噪效果，有效提升去噪的性能指标，充分验证了所提方法在变形监测数据去噪中具备的可行性和有效性。
2021, 46(11): 1666-1676.
doi: 10.13203/j.whugis20210199
摘要:
雪水当量的监测对于气候变化的预测、水资源管理、农业生产规划具有重要意义。GPS干涉反射(GPS interferometric reflectometry, GPS-IR)技术是一种十分有效的地表积雪监测技术，基于GPS-IR技术提出了一种雪水当量的快速估计方法。首先基于GPS-IR技术获取美国板块边界观测（plate boundary observatory，PBO）GPS站的雪深时间序列；然后利用美国积雪遥测（SNowTELemetry, SNOTEL）站观测数据构建雪水当量转换模型；最后以北美历史与预测气候数据项目（historical and projected climate data for North America，ClimateNA）的气候预测数据作为参数约束，将GPS日雪深快速转化为雪水当量，并对雪水当量估计与验证过程的影响因素进行评价。实验结果表明，基于GPS-IR技术得到的雪深序列具有良好可靠性，与观测值的相关系数（R2）达到0.98，均方根误差（root mean square error, RMSE）为11.1 cm，偏差（Bias）为-3.7 cm；快速转化模型对雪水当量估计具有较高精度（R2=0.98，RMSE=4.2 cm，Bias=-2.5 cm）与稳定性；转化模型时空稳定性较高，残差集中在5 cm内；气候预测数据的引入、积雪分布差异对雪水当量估计与验证影响较小。所提方法在积雪监测设备缺乏区域可实现雪水当量快速估计，同时也为现有积雪观测网络增强、积雪产品改善等研究提供参考。
雪水当量的监测对于气候变化的预测、水资源管理、农业生产规划具有重要意义。GPS干涉反射(GPS interferometric reflectometry, GPS-IR)技术是一种十分有效的地表积雪监测技术，基于GPS-IR技术提出了一种雪水当量的快速估计方法。首先基于GPS-IR技术获取美国板块边界观测（plate boundary observatory，PBO）GPS站的雪深时间序列；然后利用美国积雪遥测（SNowTELemetry, SNOTEL）站观测数据构建雪水当量转换模型；最后以北美历史与预测气候数据项目（historical and projected climate data for North America，ClimateNA）的气候预测数据作为参数约束，将GPS日雪深快速转化为雪水当量，并对雪水当量估计与验证过程的影响因素进行评价。实验结果表明，基于GPS-IR技术得到的雪深序列具有良好可靠性，与观测值的相关系数（R2）达到0.98，均方根误差（root mean square error, RMSE）为11.1 cm，偏差（Bias）为-3.7 cm；快速转化模型对雪水当量估计具有较高精度（R2=0.98，RMSE=4.2 cm，Bias=-2.5 cm）与稳定性；转化模型时空稳定性较高，残差集中在5 cm内；气候预测数据的引入、积雪分布差异对雪水当量估计与验证影响较小。所提方法在积雪监测设备缺乏区域可实现雪水当量快速估计，同时也为现有积雪观测网络增强、积雪产品改善等研究提供参考。
2021, 46(11): 1677-1685.
doi: 10.13203/j.whugis20210061
摘要:
三维电子密度是研究电离层空间结构的关键参数，现有的技术和方法存在空间分辨率不足的缺陷。基于此，提出一种联合全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)和国际参考电离层(international reference ionosphere，IRI)模型估计高空间分辨率三维电子密度分布的方法。首先利用全极化SAR计算法拉第旋转(Faraday rotation，FR)角；然后根据FR角结合磁场信息估计垂直总电子含量(vertical total electron content，VTEC)；最后联合估计的VTEC和IRI电子密度剖线求解三维空间电子密度分布。为了验证所提方法的可行性，利用覆盖美国阿拉斯加地区的先进陆地观测卫星（advanced land observing satellite, ALOS）-1全极化SAR影像进行了实验，并获取GPS及Poker Flat测站的非相干散射雷达(incoherent scattering radar, ISR)数据对实验结果进行验证。结果发现，相对于IRI三维电子密度，所提方法获取的高空间分辨率三维电子密度整体误差减少了33.57%，其中高于133 km的电子密度误差减少了47.98%。
三维电子密度是研究电离层空间结构的关键参数，现有的技术和方法存在空间分辨率不足的缺陷。基于此，提出一种联合全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)和国际参考电离层(international reference ionosphere，IRI)模型估计高空间分辨率三维电子密度分布的方法。首先利用全极化SAR计算法拉第旋转(Faraday rotation，FR)角；然后根据FR角结合磁场信息估计垂直总电子含量(vertical total electron content，VTEC)；最后联合估计的VTEC和IRI电子密度剖线求解三维空间电子密度分布。为了验证所提方法的可行性，利用覆盖美国阿拉斯加地区的先进陆地观测卫星（advanced land observing satellite, ALOS）-1全极化SAR影像进行了实验，并获取GPS及Poker Flat测站的非相干散射雷达(incoherent scattering radar, ISR)数据对实验结果进行验证。结果发现，相对于IRI三维电子密度，所提方法获取的高空间分辨率三维电子密度整体误差减少了33.57%，其中高于133 km的电子密度误差减少了47.98%。
2021, 46(11): 1686-1692.
doi: 10.13203/j.whugis20200646
摘要:
振动信号的时频特征提取是分析大型工程结构物健康状态、评估结构设计参数的有效方法，也是及时诊断与预警结构异常的重要前提。针对现有特征提取方法不能准确提取完整时频特征的问题，提出一种结合变分模态分解（variational mode decomposition, VMD）与希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform, HHT）的时间-频率-能量多维度特征提取的新方法(VMD-HHT)。首先利用VMD提取振动事件的频率分量，滤除噪声分量；然后对提取出的振动信号进行HHT变换，获取振动事件的时间-频率-能量谱；最后为求取振动位移量，在提取的特征频率基础上，通过对加速度数据进行频域积分获取振动形变量。通过仿真分析和海洋石油平台上振动监测实测发现，所提方法能够精确提取时间-频率-能量多维特征信息, VMD-HHT模型辅助的频域积分方法求取的振动位移具有较高的精度和可靠性。
振动信号的时频特征提取是分析大型工程结构物健康状态、评估结构设计参数的有效方法，也是及时诊断与预警结构异常的重要前提。针对现有特征提取方法不能准确提取完整时频特征的问题，提出一种结合变分模态分解（variational mode decomposition, VMD）与希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform, HHT）的时间-频率-能量多维度特征提取的新方法(VMD-HHT)。首先利用VMD提取振动事件的频率分量，滤除噪声分量；然后对提取出的振动信号进行HHT变换，获取振动事件的时间-频率-能量谱；最后为求取振动位移量，在提取的特征频率基础上，通过对加速度数据进行频域积分获取振动形变量。通过仿真分析和海洋石油平台上振动监测实测发现，所提方法能够精确提取时间-频率-能量多维特征信息, VMD-HHT模型辅助的频域积分方法求取的振动位移具有较高的精度和可靠性。
2021, 46(11): 1693-1702.
doi: 10.13203/j.whugis20200053
摘要:
基于南北地震带南段重力网2015—2016年的地震重力测量数据，对重力网经典平差和拟稳平差进行深入的分析，给出了相对重力仪一次项系数的评定方法，并基于重力点值变化及误差定义了两种定量参数化指标量P值和R值，为分析重力网点值变化的显著性程度提供定量依据。研究结果表明，经典平差和拟稳平差计算的2015—2016年重力网点值变化形态整体一致，但拟稳平差的指标量（P=0.55）小于经典平差（P=1.70）；经典平差的起算基准与重力点值变化密切相关，在点值变化误差相同的前提下，不变基准的指标量（P=0.96）小于时变基准的指标量（P=1.70），降低了其反映的重力网点值变化的显著性程度；拟稳点决定了拟稳平差重力网点值变化的真实度，对平差结果至关重要。该研究结果可为地震重力网平差提供参考依据。
基于南北地震带南段重力网2015—2016年的地震重力测量数据，对重力网经典平差和拟稳平差进行深入的分析，给出了相对重力仪一次项系数的评定方法，并基于重力点值变化及误差定义了两种定量参数化指标量P值和R值，为分析重力网点值变化的显著性程度提供定量依据。研究结果表明，经典平差和拟稳平差计算的2015—2016年重力网点值变化形态整体一致，但拟稳平差的指标量（P=0.55）小于经典平差（P=1.70）；经典平差的起算基准与重力点值变化密切相关，在点值变化误差相同的前提下，不变基准的指标量（P=0.96）小于时变基准的指标量（P=1.70），降低了其反映的重力网点值变化的显著性程度；拟稳点决定了拟稳平差重力网点值变化的真实度，对平差结果至关重要。该研究结果可为地震重力网平差提供参考依据。
2021, 46(11): 1703-1715.
doi: 10.13203/j.whugis20200481
摘要:
利用大规模、高分辨率可见光遥感图像探测舰船目标一直是遥感领域的研究热点，其在军事和民用领域发挥着重要作用。舰船目标背景的复杂多变性，舰船目标的多尺度、多种类、多姿态类内差异性，以及检测模型的局限性等问题，都给大范围的高分辨率可见光遥感图像舰船目标探测带来了极大的挑战。首先对利用遥感技术进行舰船检测的方法体系进行总结归纳，然后在此基础上聚焦当前研究热点，对2010—2020年高分可见光遥感图像舰船目标的检测技术体系与发展历程进行概述，并对主流的检测方法进行详细论述，以期推动高分辨率可见光遥感影像舰船检测更加深入的研究和更加广泛的应用。
利用大规模、高分辨率可见光遥感图像探测舰船目标一直是遥感领域的研究热点，其在军事和民用领域发挥着重要作用。舰船目标背景的复杂多变性，舰船目标的多尺度、多种类、多姿态类内差异性，以及检测模型的局限性等问题，都给大范围的高分辨率可见光遥感图像舰船目标探测带来了极大的挑战。首先对利用遥感技术进行舰船检测的方法体系进行总结归纳，然后在此基础上聚焦当前研究热点，对2010—2020年高分可见光遥感图像舰船目标的检测技术体系与发展历程进行概述，并对主流的检测方法进行详细论述，以期推动高分辨率可见光遥感影像舰船检测更加深入的研究和更加广泛的应用。
2021, 46(11): 1716-1726.
doi: 10.13203/j.whugis20200651
摘要:
近年来，基于深度学习的超分辨率重建技术已经广泛应用于多时相高光谱影像、高分影像超分辨率重建等领域。多角度遥感影像之间具有丰富的互补信息，可用于超分辨率重建。针对高分辨率多角度遥感影像提出了一种基于动态上采样滤波网络的超分辨率重建方法。该方法的网络结构为端到端双路网络，其中一个分支网络通过动态上采样滤波模块来实现分辨率提升，另一个分支网络用来学习影像中的高频信息，将两个分支网络输出的结果相加即可得到最终的超分辨率重建影像。为了验证该方法的有效性，利用WorldView-2美国亚特兰大地区和巴西里约热内卢地区多角度遥感影像数据分别进行了2倍、3倍、4倍超分辨率重建模拟实验和真实实验，并进行了多组对比实验。实验结果表明，所提方法可以在顾及多角度影像角度维信息的同时有效提升目标影像空间分辨率，并且较好地保持了影像的细节信息。
近年来，基于深度学习的超分辨率重建技术已经广泛应用于多时相高光谱影像、高分影像超分辨率重建等领域。多角度遥感影像之间具有丰富的互补信息，可用于超分辨率重建。针对高分辨率多角度遥感影像提出了一种基于动态上采样滤波网络的超分辨率重建方法。该方法的网络结构为端到端双路网络，其中一个分支网络通过动态上采样滤波模块来实现分辨率提升，另一个分支网络用来学习影像中的高频信息，将两个分支网络输出的结果相加即可得到最终的超分辨率重建影像。为了验证该方法的有效性，利用WorldView-2美国亚特兰大地区和巴西里约热内卢地区多角度遥感影像数据分别进行了2倍、3倍、4倍超分辨率重建模拟实验和真实实验，并进行了多组对比实验。实验结果表明，所提方法可以在顾及多角度影像角度维信息的同时有效提升目标影像空间分辨率，并且较好地保持了影像的细节信息。
2021, 46(11): 1727-1736.
doi: 10.13203/j.whugis20200702
摘要:
针对异源遥感影像之间存在光照差异显著、对比度差异大和非线性辐射畸变等问题所导致的匹配难题，提出了一种顾及各向异性加权力矩与绝对相位一致性方向直方图的异源影像匹配方法。首先利用各向异性滤波进行影像非线性扩散，计算影像的相位一致性最大矩和最小矩，并构造各向异性加权力矩方程，求解得到各向异性加权力矩图；然后对相位一致性模型进行扩展，生成绝对相位一致性方向梯度，并结合对数极坐标描述模板，设计了一种绝对相位方向梯度直方图（histogram of absolute phase consistency gradients，HAPCG）；最后利用欧氏距离作为匹配测度进行同点名识别。将多组存在光照、对比度和非线性辐射差异的异源遥感影像作为数据源，分别与尺度不变特征变换（scale invariant feature transform，SIFT）、位置尺度定向不变特征变换（position scale orientation-SIFT，PSO-SIFT）、Log-Gabor直方图描述符（Log-Gabor histogram descriptor，LGHD）和辐射变化不敏感特征变换（radiation-variation insensitive feature transform，RIFT）等方法进行对比实验。结果表明，在异源遥感影像匹配中，所提方法在综合匹配性能上明显优于SIFT、PSO-SIFT和LGHD等方法，其平均同名点匹配数量提升了2倍以上，均方根误差为1.83像素。与RIFT方法相比，在匹配同名点相近的情况下，所提方法可以取得更高的匹配精度，能实现异源遥感影像稳健匹配。
针对异源遥感影像之间存在光照差异显著、对比度差异大和非线性辐射畸变等问题所导致的匹配难题，提出了一种顾及各向异性加权力矩与绝对相位一致性方向直方图的异源影像匹配方法。首先利用各向异性滤波进行影像非线性扩散，计算影像的相位一致性最大矩和最小矩，并构造各向异性加权力矩方程，求解得到各向异性加权力矩图；然后对相位一致性模型进行扩展，生成绝对相位一致性方向梯度，并结合对数极坐标描述模板，设计了一种绝对相位方向梯度直方图（histogram of absolute phase consistency gradients，HAPCG）；最后利用欧氏距离作为匹配测度进行同点名识别。将多组存在光照、对比度和非线性辐射差异的异源遥感影像作为数据源，分别与尺度不变特征变换（scale invariant feature transform，SIFT）、位置尺度定向不变特征变换（position scale orientation-SIFT，PSO-SIFT）、Log-Gabor直方图描述符（Log-Gabor histogram descriptor，LGHD）和辐射变化不敏感特征变换（radiation-variation insensitive feature transform，RIFT）等方法进行对比实验。结果表明，在异源遥感影像匹配中，所提方法在综合匹配性能上明显优于SIFT、PSO-SIFT和LGHD等方法，其平均同名点匹配数量提升了2倍以上，均方根误差为1.83像素。与RIFT方法相比，在匹配同名点相近的情况下，所提方法可以取得更高的匹配精度，能实现异源遥感影像稳健匹配。
2021, 46(11): 1737-1745.
doi: 10.13203/j.whugis20200674
摘要:
叶面积密度可以表征冠层内部叶面积的垂直分布，是作物生长发育、营养诊断和育种研究的重要结构参数。激光雷达通过发射多脉冲和接收多回波信号可以探测到作物冠层内部信息。首先基于无人机激光雷达获取60个小区多航线的玉米点云数据，采用基于接触频率的体素法对叶面积密度进行估算，再对多个体素大小进行分析得到最优体素大小（0.2 m）；其次对各航线以及航线叠加效果进行对比，得到无人机激光雷达获取点云数据的最优激光脉冲入射角（-30°~52°）；然后结合玉米叶倾角和激光脉冲入射角对叶面积密度估算模型进行校正，从而提高叶面积密度估算精度；最后通过对不同种植密度和不同品种的玉米叶面积密度分布进行分析，得到不同品种玉米的发育快慢、株型特点以及最合理的种植密度。以上结果可为基于无人机激光雷达数据估算叶面积密度提供指导，并为玉米育种和科学管理提供参考。
叶面积密度可以表征冠层内部叶面积的垂直分布，是作物生长发育、营养诊断和育种研究的重要结构参数。激光雷达通过发射多脉冲和接收多回波信号可以探测到作物冠层内部信息。首先基于无人机激光雷达获取60个小区多航线的玉米点云数据，采用基于接触频率的体素法对叶面积密度进行估算，再对多个体素大小进行分析得到最优体素大小（0.2 m）；其次对各航线以及航线叠加效果进行对比，得到无人机激光雷达获取点云数据的最优激光脉冲入射角（-30°~52°）；然后结合玉米叶倾角和激光脉冲入射角对叶面积密度估算模型进行校正，从而提高叶面积密度估算精度；最后通过对不同种植密度和不同品种的玉米叶面积密度分布进行分析，得到不同品种玉米的发育快慢、株型特点以及最合理的种植密度。以上结果可为基于无人机激光雷达数据估算叶面积密度提供指导，并为玉米育种和科学管理提供参考。
2021, 46(11): 1746-1755.
doi: 10.13203/j.whugis20210052
摘要:
针对合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像辐射定标中角反射器布设受限等问题，提出一种利用通讯信号塔辅助求解SAR影像绝对辐射定标常数的方法。首先根据信号塔独特的几何结构特征，分别对上下两部分建立等效简化模型；然后利用物理光学法求解两部分等效模型的雷达截面积（radar cross section, RCS），并叠加得到信号塔模型整体RCS；最后根据信号塔整体RCS，使用积分法求解SAR影像中信号塔脉冲响应能量及绝对辐射定标常数。为了验证所提方法的准确性，选取了4类常见类型的信号塔分别建立对应的等效简化模型并求解其对应RCS，同时利用FEKO软件仿真这4类信号塔。将所提方法实验结果与FEKO软件仿真结果进行对比，发现所提方法能够节约大量仿真所需时间，提升计算效率；对真实SAR影像进行绝对辐射定标常数求解，并与标称定标常数进行对比，结果表明，所提方法具有可行性和有效性。
针对合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像辐射定标中角反射器布设受限等问题，提出一种利用通讯信号塔辅助求解SAR影像绝对辐射定标常数的方法。首先根据信号塔独特的几何结构特征，分别对上下两部分建立等效简化模型；然后利用物理光学法求解两部分等效模型的雷达截面积（radar cross section, RCS），并叠加得到信号塔模型整体RCS；最后根据信号塔整体RCS，使用积分法求解SAR影像中信号塔脉冲响应能量及绝对辐射定标常数。为了验证所提方法的准确性，选取了4类常见类型的信号塔分别建立对应的等效简化模型并求解其对应RCS，同时利用FEKO软件仿真这4类信号塔。将所提方法实验结果与FEKO软件仿真结果进行对比，发现所提方法能够节约大量仿真所需时间，提升计算效率；对真实SAR影像进行绝对辐射定标常数求解，并与标称定标常数进行对比，结果表明，所提方法具有可行性和有效性。
2021, 46(11): 1756-1765.
doi: 10.13203/j.whugis20210063
摘要:
净初级生产力（net primary productivity, NPP）不仅直接反映了植被群落的生产能力，而且是判定生态系统碳源与碳汇和调节生态过程的主要因子。提出一种耦合CASA（Carnegie-Ames-Stanford approach）模型与CA-Markov模型的方法，以渭河流域为例，基于CASA模型对NPP估算结果进行数值区间划分，以区间划分类型作为CA-Markov模型迁移演算的基础，对NPP在像元尺度上进行模拟及预测，反映其时空演化特征和机理，并预测现有模式下的生产力发展模型，为植被生态安全提供参考。结果表明，实验区内，CASA模型与CA-Markov模型的耦合具有较好的适用性，Kappa系数达到0.877 6，该耦合模型适用于探究现有环境驱动模式下的NPP时空演变。
净初级生产力（net primary productivity, NPP）不仅直接反映了植被群落的生产能力，而且是判定生态系统碳源与碳汇和调节生态过程的主要因子。提出一种耦合CASA（Carnegie-Ames-Stanford approach）模型与CA-Markov模型的方法，以渭河流域为例，基于CASA模型对NPP估算结果进行数值区间划分，以区间划分类型作为CA-Markov模型迁移演算的基础，对NPP在像元尺度上进行模拟及预测，反映其时空演化特征和机理，并预测现有模式下的生产力发展模型，为植被生态安全提供参考。结果表明，实验区内，CASA模型与CA-Markov模型的耦合具有较好的适用性，Kappa系数达到0.877 6，该耦合模型适用于探究现有环境驱动模式下的NPP时空演变。
2021, 46(11): 1766-1773.
doi: 10.13203/j.whugis20200711
摘要:
三维地质体模型的剖切面分析和地下工程开挖模拟是三维地质建模与可视化分析软件的重要功能。传统显式剖切方法依赖于前期建立的三维地质体模型，而模型的拓扑问题易导致剖面空洞或三角形交叉等现象，且剖切精度与最大剖切深度受限于已有地质体模型的建模精度和深度。由此引入隐函数表达多种类型的剖切面，设置合理的剖切运算顺序，基于移动四面体的剖切面网格显式化运算与属性定义方法，提出了一种直接由地质调查源数据快速生成地质剖切面的隐式剖切新方法。针对1∶5万区域地质调查数据与岩土勘察钻孔数据开展了剖切分析实验，结果表明，所提方法可以有效避免因地质体模型拓扑不正确导致的剖切方法稳定性问题，且支持的剖切面类型更加丰富，剖切深度和剖切面表达精度更可控，为三维地质模型的空间分析方法提供了新的思路与借鉴。
三维地质体模型的剖切面分析和地下工程开挖模拟是三维地质建模与可视化分析软件的重要功能。传统显式剖切方法依赖于前期建立的三维地质体模型，而模型的拓扑问题易导致剖面空洞或三角形交叉等现象，且剖切精度与最大剖切深度受限于已有地质体模型的建模精度和深度。由此引入隐函数表达多种类型的剖切面，设置合理的剖切运算顺序，基于移动四面体的剖切面网格显式化运算与属性定义方法，提出了一种直接由地质调查源数据快速生成地质剖切面的隐式剖切新方法。针对1∶5万区域地质调查数据与岩土勘察钻孔数据开展了剖切分析实验，结果表明，所提方法可以有效避免因地质体模型拓扑不正确导致的剖切方法稳定性问题，且支持的剖切面类型更加丰富，剖切深度和剖切面表达精度更可控，为三维地质模型的空间分析方法提供了新的思路与借鉴。
2021, 46(11): 1774-1781.
doi: 10.13203/j.whugis20210058
摘要:
现有轨迹匹配方法具有一定局限性，其匹配精度无法满足车辆导航定位的需求。针对拓扑匹配方法对于起始匹配位置的依赖性，提出了顾及速度与航向信息的轨迹匹配方法。该方法综合利用速度、距离和航向约束改进起始匹配路段和起始位置的判定，并通过后续时刻车辆的正确匹配位置修正起始位置，避免了传统拓扑匹配方法中起始位置匹配错误导致的误差传递累积，提高匹配路段的准确性。同时以起始位置为基础，速度与时间信息为约束确定匹配点。为验证所提方法的有效性，选取多条复杂程度各异的路线进行实验，并与现有的几何匹配方法和拓扑匹配方法进行比较。实验结果表明，该方法在不同复杂程度的城市路网下具有良好的匹配效果，准确率可达93.53%。在匹配准确率方面优于现有的两种方法，在匹配效率方面能满足定位导航的需求。
现有轨迹匹配方法具有一定局限性，其匹配精度无法满足车辆导航定位的需求。针对拓扑匹配方法对于起始匹配位置的依赖性，提出了顾及速度与航向信息的轨迹匹配方法。该方法综合利用速度、距离和航向约束改进起始匹配路段和起始位置的判定，并通过后续时刻车辆的正确匹配位置修正起始位置，避免了传统拓扑匹配方法中起始位置匹配错误导致的误差传递累积，提高匹配路段的准确性。同时以起始位置为基础，速度与时间信息为约束确定匹配点。为验证所提方法的有效性，选取多条复杂程度各异的路线进行实验，并与现有的几何匹配方法和拓扑匹配方法进行比较。实验结果表明，该方法在不同复杂程度的城市路网下具有良好的匹配效果，准确率可达93.53%。在匹配准确率方面优于现有的两种方法，在匹配效率方面能满足定位导航的需求。
2021, 46(11): 1782-1790.
doi: 10.13203/j.whugis20200698
摘要:
已有的建筑物化简方法大多侧重于化简原则中的某一方面，且对制图专家已有的化简共识考虑不足。通过模仿制图专家建筑物化简的思维过程和操作流程，提出一种利用“计算区”（与某组小于阈值的边化简有关的节点序列称为该组边的计算区）进行建筑物短边结构识别与渐进式化简的方法。首先对建筑物轮廓进行预处理和垂直增强；然后对其分组，并利用“计算区”对小于阈值的边进行结构识别、分析，确定最优化简方案；最后通过整体调整，在形状保持的前提下减小面积差。以众源开放街道地图（OpenStreetMap，OSM）建筑物数据为例，将所提方法与ArcGIS建筑物化简工具化简的结果进行对比分析，实验结果表明，所提方法有效减少了图形节点数，增强了平行、直角等形状特征，并减小了化简前后面积差，较好兼顾并平衡了建筑物化简原则的几个方面，为建筑物化简提供了新思路。
已有的建筑物化简方法大多侧重于化简原则中的某一方面，且对制图专家已有的化简共识考虑不足。通过模仿制图专家建筑物化简的思维过程和操作流程，提出一种利用“计算区”（与某组小于阈值的边化简有关的节点序列称为该组边的计算区）进行建筑物短边结构识别与渐进式化简的方法。首先对建筑物轮廓进行预处理和垂直增强；然后对其分组，并利用“计算区”对小于阈值的边进行结构识别、分析，确定最优化简方案；最后通过整体调整，在形状保持的前提下减小面积差。以众源开放街道地图（OpenStreetMap，OSM）建筑物数据为例，将所提方法与ArcGIS建筑物化简工具化简的结果进行对比分析，实验结果表明，所提方法有效减少了图形节点数，增强了平行、直角等形状特征，并减小了化简前后面积差，较好兼顾并平衡了建筑物化简原则的几个方面，为建筑物化简提供了新思路。
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doi: 10.13203/j.whugis20200280
摘要:
采用地面三维激光扫描技术（terrestrial laser scanning，TLS）、地基合成孔径雷达干涉测量（ground-basedinterferometric synthetic aperture radar，GB-InSAR）和无人机（unmanned aerial vehicle photography，UAV）航空摄影测量的综合遥感方案应用于崩塌体应急监测。引入迭代最近点法（iterative closest point，ICP）先实现TLS点云和UAV影像离散点云配准，再利用几何映射方法实现GB-InSAR二维形变图与TLS点云三维匹配。针对崩塌体应急缺少人工目标辅助校正几何映射偏差问题，综合目视解译以及TLS地形点云模拟GB-SAR图像提取各数据间同名特征点。而后基于同名特征点计算空间坐标变换参数，建立变换方程完成误匹配纠正。通过模拟数据及某滑坡崩塌残余体实际监测数据验证论文的匹配方法，实测匹配精度达像元级，满足应急监测需求。
采用地面三维激光扫描技术（terrestrial laser scanning，TLS）、地基合成孔径雷达干涉测量（ground-basedinterferometric synthetic aperture radar，GB-InSAR）和无人机（unmanned aerial vehicle photography，UAV）航空摄影测量的综合遥感方案应用于崩塌体应急监测。引入迭代最近点法（iterative closest point，ICP）先实现TLS点云和UAV影像离散点云配准，再利用几何映射方法实现GB-InSAR二维形变图与TLS点云三维匹配。针对崩塌体应急缺少人工目标辅助校正几何映射偏差问题，综合目视解译以及TLS地形点云模拟GB-SAR图像提取各数据间同名特征点。而后基于同名特征点计算空间坐标变换参数，建立变换方程完成误匹配纠正。通过模拟数据及某滑坡崩塌残余体实际监测数据验证论文的匹配方法，实测匹配精度达像元级，满足应急监测需求。
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doi: 10.13203/j.whugis20200555
摘要:
提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS）长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程，并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差，增加历元间的约束。然后使用一种非差整周模糊度实时线性计算方法，依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度，解决了在基准星变换时，模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题。由于充分利用了各频率观测值信息，避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响，非组合方法的模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。最后使用实测数据进行算法验证，结果表明，各基准站模糊度平均固定速度为20个历元，可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。
提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS）长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程，并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差，增加历元间的约束。然后使用一种非差整周模糊度实时线性计算方法，依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度，解决了在基准星变换时，模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题。由于充分利用了各频率观测值信息，避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响，非组合方法的模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。最后使用实测数据进行算法验证，结果表明，各基准站模糊度平均固定速度为20个历元，可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。
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doi: 10.13203/j.whugis20200700
摘要:
全球生态系统服务（ecosystem services，ESs）大幅衰退，迫切需要正确的环境治理政策。为解决当前我国生态环境治理存在的两个问题：缺少以生态功能区为单位的统筹规划和缺乏对ESs协同权衡的深入理解，本研究以生态功能区为研究单元，测定四项ESs（粮食生产（grain production，GP）、植物固碳（carbonsequestration，CS）、户外休憩（outdoor recreation，OR）和生物多样性维护（biodiversity conservation，BC））的时空变化，探究ESs协同权衡的形成机制及其对温度、降水、日照、海拔和城市化程度这5项影响因子的空间非平稳性响应。本研究提出―差异比较法‖来确定ESs协同权衡的空间分布，通过主成分分析法选取影响因子，并通过地理加权逻辑回归（geographical weighted logistic regression，GWLR）确定ESs协同权衡对影响因子的空间响应。结果表明，ESs协同权衡具有显著的空间自相关性。每两项服务在空间上并非只是单一关系，而是同时存在协同与权衡关系。其中BC与OR在整个研究区内表达出高度协同关系，且其二者与其他两项服务GP、CS之间协同权衡的空间分布也十分相似。ESs协同权衡对所有影响因子均表达出显著响应，该响应具有空间异质性，其正负性和强度随空间变化。研究通过总结ESs协同权衡发生的规律，对已有的协同权衡形成机制进行细化：在一定的区域范围内，支持性土地利用类型和非支持性土地利用类型的面积比例，以及它们对各项服务的支持程度会使得两项服务在该区域范围内区分出优势服务和劣势服务。优势服务和劣势服务之间存在动态差距，当该差距处于增加状态时可能导致权衡发生。
全球生态系统服务（ecosystem services，ESs）大幅衰退，迫切需要正确的环境治理政策。为解决当前我国生态环境治理存在的两个问题：缺少以生态功能区为单位的统筹规划和缺乏对ESs协同权衡的深入理解，本研究以生态功能区为研究单元，测定四项ESs（粮食生产（grain production，GP）、植物固碳（carbonsequestration，CS）、户外休憩（outdoor recreation，OR）和生物多样性维护（biodiversity conservation，BC））的时空变化，探究ESs协同权衡的形成机制及其对温度、降水、日照、海拔和城市化程度这5项影响因子的空间非平稳性响应。本研究提出―差异比较法‖来确定ESs协同权衡的空间分布，通过主成分分析法选取影响因子，并通过地理加权逻辑回归（geographical weighted logistic regression，GWLR）确定ESs协同权衡对影响因子的空间响应。结果表明，ESs协同权衡具有显著的空间自相关性。每两项服务在空间上并非只是单一关系，而是同时存在协同与权衡关系。其中BC与OR在整个研究区内表达出高度协同关系，且其二者与其他两项服务GP、CS之间协同权衡的空间分布也十分相似。ESs协同权衡对所有影响因子均表达出显著响应，该响应具有空间异质性，其正负性和强度随空间变化。研究通过总结ESs协同权衡发生的规律，对已有的协同权衡形成机制进行细化：在一定的区域范围内，支持性土地利用类型和非支持性土地利用类型的面积比例，以及它们对各项服务的支持程度会使得两项服务在该区域范围内区分出优势服务和劣势服务。优势服务和劣势服务之间存在动态差距，当该差距处于增加状态时可能导致权衡发生。
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doi: 10.13203/j.whugis20200187
摘要:
随着北斗三号卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System-3，BDS-3）开始向全球提供导航服务，独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。本文结合风云三号D星（FengYun-3D，FY-3D）全球卫星导航系统掩星探测仪（Global Navigation satellite system Occultation Sounder，GNOS）的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子（Position Dilution of Precision，PDOP），并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差（Signal-In-Space Range Error，SISRE）。仿真结果表明，在95%的置信水平下，从地面到2000Km的轨道高度BDS在全球范围内最小可见卫星数为6，最大PDOP小于5，星座可用性已经达到100%，全球平均可见卫星数BDS比GPS高50%以上； BDS广播星历的轨道误差为1.5m，时钟误差为2.4ns，SISRE达到了0.79m，BDS-3的卫星时钟精度已达到GPS相当的水平。然后使用GNOS在轨数据测试了BDS的可见卫星数、信号强度、伪距测量精度、定位精度等，重点对BDS-2卫星的码偏移进行了详细的分析。在轨数据分析表明，只使用BDS-2信号时在服务区域内可实现100%的定位，三维定位精度为5.53米；确认了北斗地球同步轨道、倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星均存在随仰角变化的码偏移，其中北斗地球同步轨道卫星在仰角低于40°时的码偏移是首次直接测量得到；使用BDS双频测量数据获得了836千米轨道高度以上顶部电离层的全球相对分布，电离层对伪距的相对延时在0.6m左右。本文的研究对于BDS的天基应用有重要意义，为天基BDS接收机的设计奠定基础。
随着北斗三号卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System-3，BDS-3）开始向全球提供导航服务，独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。本文结合风云三号D星（FengYun-3D，FY-3D）全球卫星导航系统掩星探测仪（Global Navigation satellite system Occultation Sounder，GNOS）的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子（Position Dilution of Precision，PDOP），并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差（Signal-In-Space Range Error，SISRE）。仿真结果表明，在95%的置信水平下，从地面到2000Km的轨道高度BDS在全球范围内最小可见卫星数为6，最大PDOP小于5，星座可用性已经达到100%，全球平均可见卫星数BDS比GPS高50%以上； BDS广播星历的轨道误差为1.5m，时钟误差为2.4ns，SISRE达到了0.79m，BDS-3的卫星时钟精度已达到GPS相当的水平。然后使用GNOS在轨数据测试了BDS的可见卫星数、信号强度、伪距测量精度、定位精度等，重点对BDS-2卫星的码偏移进行了详细的分析。在轨数据分析表明，只使用BDS-2信号时在服务区域内可实现100%的定位，三维定位精度为5.53米；确认了北斗地球同步轨道、倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星均存在随仰角变化的码偏移，其中北斗地球同步轨道卫星在仰角低于40°时的码偏移是首次直接测量得到；使用BDS双频测量数据获得了836千米轨道高度以上顶部电离层的全球相对分布，电离层对伪距的相对延时在0.6m左右。本文的研究对于BDS的天基应用有重要意义，为天基BDS接收机的设计奠定基础。
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doi: 10.13203/j.whugis20200692
摘要:
随着人工智能的发展，利用高分影像进行滑坡等地质灾害识别逐渐成为研究热点。滑坡目视解译需依赖专家经验，传统滑坡自动识别方法又易将滑坡和裸地、道路等地物混淆。针对以上问题，提出基于模拟困难样本的Mask R-CNN（mask region- based convolutionalnetwork）滑坡提取方法。在现有样本的基础上，利用滑坡的形状、颜色、纹理等特征模拟更为复杂的滑坡背景，进行困难样本挖掘增强，并将得到的困难样本输入Mask R-CNN网络进行滑坡精细检测分割。在实际研究区域中，由于滑坡数量有限，因此在频率域进行小样本学习，在减少数据需求的同时，保证分割识别的准确度。在贵州毕节的实验结果表明，基于模拟困难样本的Mask R-CNN方法检测精度为94.0%，像素分割平均准确率为90.3%，可实现低虚警率下的高性能检测分割；采用频率域学习，在一半数据输入量的情况下，模型检测精度仍可得到提升；并利用天水地区的滑坡区域进行实际验证，进一步证明了所提方法的有效性。
随着人工智能的发展，利用高分影像进行滑坡等地质灾害识别逐渐成为研究热点。滑坡目视解译需依赖专家经验，传统滑坡自动识别方法又易将滑坡和裸地、道路等地物混淆。针对以上问题，提出基于模拟困难样本的Mask R-CNN（mask region- based convolutionalnetwork）滑坡提取方法。在现有样本的基础上，利用滑坡的形状、颜色、纹理等特征模拟更为复杂的滑坡背景，进行困难样本挖掘增强，并将得到的困难样本输入Mask R-CNN网络进行滑坡精细检测分割。在实际研究区域中，由于滑坡数量有限，因此在频率域进行小样本学习，在减少数据需求的同时，保证分割识别的准确度。在贵州毕节的实验结果表明，基于模拟困难样本的Mask R-CNN方法检测精度为94.0%，像素分割平均准确率为90.3%，可实现低虚警率下的高性能检测分割；采用频率域学习，在一半数据输入量的情况下，模型检测精度仍可得到提升；并利用天水地区的滑坡区域进行实际验证，进一步证明了所提方法的有效性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200557
摘要:
企鹅是南极的代表性生物，监测企鹅的数量及分布对研究南极环境变化有重大意义。以往研究大多基于中高分辨率影像进行企鹅识别，识别精度难以进一步提高，且已有的企鹅种群的时间序列分析都是基于间接识别方法，因此发展基于高分辨率遥感影像的企鹅数量精确识别就显得尤为重要。本研究选取东南极企鹅岛为研究对象，中国南极科学考察队利用遥感无人机分别于2017年1月、2018年1月和2019年12月对该区域进行航拍观测，获得了厘米级的高分辨率影像。基于面向对象分类法，分别提取了三幅影像的企鹅阴影像元，计算得到企鹅数量，并标记了企鹅栖息地。总体精度达到91%。实验结果显示了企鹅种群动态变化，其中企鹅栖息地分布较固定，但数量出现波动，三幅影像中分别为1068对、1003对和1081对。
企鹅是南极的代表性生物，监测企鹅的数量及分布对研究南极环境变化有重大意义。以往研究大多基于中高分辨率影像进行企鹅识别，识别精度难以进一步提高，且已有的企鹅种群的时间序列分析都是基于间接识别方法，因此发展基于高分辨率遥感影像的企鹅数量精确识别就显得尤为重要。本研究选取东南极企鹅岛为研究对象，中国南极科学考察队利用遥感无人机分别于2017年1月、2018年1月和2019年12月对该区域进行航拍观测，获得了厘米级的高分辨率影像。基于面向对象分类法，分别提取了三幅影像的企鹅阴影像元，计算得到企鹅数量，并标记了企鹅栖息地。总体精度达到91%。实验结果显示了企鹅种群动态变化，其中企鹅栖息地分布较固定，但数量出现波动，三幅影像中分别为1068对、1003对和1081对。
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doi: 10.13203/j.whugis20210035
摘要:
天问一号是中国首次独立开展的行星际探测任务，将实现对火星的环绕、着陆、巡视探测。天问一号正常任务阶段环绕以极轨设计为主与历史火星任务类似，对当前火星重力场模型精度改进有限，因此其拓展任务轨道选取至关重要。本文通过对极轨圆轨道和近赤道大偏心率轨道进行仿真模拟，分析两种典型轨道构型对现有火星重力场模型改进的可能性，基于不同误差考量仿真解算了对应6个重力场模型。借助重力场功率谱分析，发现在测量噪声为0.1 mm/s的情况下，不论采用极轨还是近赤道轨道，一个月的跟踪数据均可较好的反演出42阶次的火星重力场模型；考虑综合误差影响之后，发现两种轨道对于重力场解算精度类似，其中实施近赤道大偏心率轨道对35阶次以上约束略强。
天问一号是中国首次独立开展的行星际探测任务，将实现对火星的环绕、着陆、巡视探测。天问一号正常任务阶段环绕以极轨设计为主与历史火星任务类似，对当前火星重力场模型精度改进有限，因此其拓展任务轨道选取至关重要。本文通过对极轨圆轨道和近赤道大偏心率轨道进行仿真模拟，分析两种典型轨道构型对现有火星重力场模型改进的可能性，基于不同误差考量仿真解算了对应6个重力场模型。借助重力场功率谱分析，发现在测量噪声为0.1 mm/s的情况下，不论采用极轨还是近赤道轨道，一个月的跟踪数据均可较好的反演出42阶次的火星重力场模型；考虑综合误差影响之后，发现两种轨道对于重力场解算精度类似，其中实施近赤道大偏心率轨道对35阶次以上约束略强。
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doi: 10.13203/j.whugis20200221
摘要:
信息通信技术（information and communications technology，ICT）等技术的发展使现代地图面临着机遇和挑战，地图趋向数字虚拟空间方向发展，地图学的研究方法、主题与传统大相径庭，地图虚拟空间的理论还有很大的发展空间，同时互联网技术（internet technology，IT）领域的学科跨界迫使地图逐渐发展成为互联网产品的附属物，内忧外患的双重夹击使得地图学亟待完善和更新理论。“师夷长技以制夷”，地图学发展的难题促使学者向其他领域进行探索，“数字+文化”的发展将游戏推向高新技术的前列。游戏通常具有明显的地理意义，游戏地图则是现代ICT技术和地图的合体。以游戏地图的结构为研究对象，以游戏地图的维度、交互性、叙事探索性和文化传播性来探究虚拟空间的特点、本质及对现实物理世界的启示，发掘其对地图理论的扩展，从而完善ICT时代地图学的知识和理论，促进地图学的发展。
信息通信技术（information and communications technology，ICT）等技术的发展使现代地图面临着机遇和挑战，地图趋向数字虚拟空间方向发展，地图学的研究方法、主题与传统大相径庭，地图虚拟空间的理论还有很大的发展空间，同时互联网技术（internet technology，IT）领域的学科跨界迫使地图逐渐发展成为互联网产品的附属物，内忧外患的双重夹击使得地图学亟待完善和更新理论。“师夷长技以制夷”，地图学发展的难题促使学者向其他领域进行探索，“数字+文化”的发展将游戏推向高新技术的前列。游戏通常具有明显的地理意义，游戏地图则是现代ICT技术和地图的合体。以游戏地图的结构为研究对象，以游戏地图的维度、交互性、叙事探索性和文化传播性来探究虚拟空间的特点、本质及对现实物理世界的启示，发掘其对地图理论的扩展，从而完善ICT时代地图学的知识和理论，促进地图学的发展。
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doi: 10.13203/j.whugis20200172
摘要(235)
摘要:
针对多种分布形式混合的观测数据，建立了 P 范分布混合模型，考虑到模型中混合数属于不完全数 据，引入 EM 算法，对该混合模型的参数进行估计，详细推导 P范混合模型参数估计的迭代公式，并给出了相应的迭代步骤。最后采用混合高斯分布数据、拉普拉斯分布与高斯分布混合数据以及实测 GPS 观测值残差数据，验证了本文公式的正确性和适应性。算例结果表明，相比于单一概率分布，P范混合模型能够准确反映数据分布的实际情况，同时利用 EM 算法估计的模型参数具有较高的精度。
针对多种分布形式混合的观测数据，建立了 P 范分布混合模型，考虑到模型中混合数属于不完全数 据，引入 EM 算法，对该混合模型的参数进行估计，详细推导 P范混合模型参数估计的迭代公式，并给出了相应的迭代步骤。最后采用混合高斯分布数据、拉普拉斯分布与高斯分布混合数据以及实测 GPS 观测值残差数据，验证了本文公式的正确性和适应性。算例结果表明，相比于单一概率分布，P范混合模型能够准确反映数据分布的实际情况，同时利用 EM 算法估计的模型参数具有较高的精度。
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doi: 10.13203/j.whugis20200028
摘要:
本文应用张量不变理论对卫星重力梯度数据确定地球重力场的方法进行了研究，就张量不变观测方程的线性化处理、非全张量观测值的数据处理策略以及白噪声特性下的梯度观测值恢复地球重力场的精度等进行了数值分析。结果表明，张量不变解实现了不同观测值的联合求解，基于先验重力场模型的线性化方法在实现张量不变观测模型线性化处理的同时，提升了张量不变方法的模型解算精度，且初始参考模型的选择对解的收敛特性影响较小；在无噪声和白噪声条件下，利用先验位模型的球谐综合值代替低精度梯度分量实现非全张量梯度观测值的处理均是可行的，不会改变解的收敛速度和最终精度。
本文应用张量不变理论对卫星重力梯度数据确定地球重力场的方法进行了研究，就张量不变观测方程的线性化处理、非全张量观测值的数据处理策略以及白噪声特性下的梯度观测值恢复地球重力场的精度等进行了数值分析。结果表明，张量不变解实现了不同观测值的联合求解，基于先验重力场模型的线性化方法在实现张量不变观测模型线性化处理的同时，提升了张量不变方法的模型解算精度，且初始参考模型的选择对解的收敛特性影响较小；在无噪声和白噪声条件下，利用先验位模型的球谐综合值代替低精度梯度分量实现非全张量梯度观测值的处理均是可行的，不会改变解的收敛速度和最终精度。
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doi: 10.13203/j.whugis20200286
摘要:
利用不同尺度下的位场数据进行边界检测可获得相应的多尺度边界信息，其在区域地质构造单元划分、地质填图、矿产资源圈定和结晶基底研究等方面具有广泛应用。本文通过联合二维经验模态分解（Bi-dimensional Empirical ModeDecomposition，BEMD）和小波模极大值（Wavelet Modulus Maximum，WMM）方法实现位场数据多尺度分解及各尺度异常边界检测，首先依据本文作者前期研究成果显示BEMD方法能够实现对位场的多尺度分解，且分解各尺度异常具有实际地质含义；然后对构建的模型重力异常进行边界检测，结果显示WMM方法具有良好的抗噪声干扰能力，能够清晰、准确地检测出组合模型体的边界位置、走向及分布范围；最后，将该联合方法用于三峡地区布格重力异常的多尺度分解和各级固有模态函数的边界检测，结合径向对数功率谱曲线对分解各尺度异常进行场源深度估计，得到了三峡地区不同深度层位上的构造或岩体线性分布特征，并对各尺度异常边界检测结果与区域地质构造特征进行了比较分析和解释，验证了该方法的优越性和有效性。
利用不同尺度下的位场数据进行边界检测可获得相应的多尺度边界信息，其在区域地质构造单元划分、地质填图、矿产资源圈定和结晶基底研究等方面具有广泛应用。本文通过联合二维经验模态分解（Bi-dimensional Empirical ModeDecomposition，BEMD）和小波模极大值（Wavelet Modulus Maximum，WMM）方法实现位场数据多尺度分解及各尺度异常边界检测，首先依据本文作者前期研究成果显示BEMD方法能够实现对位场的多尺度分解，且分解各尺度异常具有实际地质含义；然后对构建的模型重力异常进行边界检测，结果显示WMM方法具有良好的抗噪声干扰能力，能够清晰、准确地检测出组合模型体的边界位置、走向及分布范围；最后，将该联合方法用于三峡地区布格重力异常的多尺度分解和各级固有模态函数的边界检测，结合径向对数功率谱曲线对分解各尺度异常进行场源深度估计，得到了三峡地区不同深度层位上的构造或岩体线性分布特征，并对各尺度异常边界检测结果与区域地质构造特征进行了比较分析和解释，验证了该方法的优越性和有效性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200004
摘要:
针对大地纬度、地心纬度、等距离纬度、等面积纬度、等角纬度与归化纬度间差异极值无符号表达式的问题，利用计算机代数系统，采用针对一般小参数方程的迭代解法推导出了常用纬度与归化纬度的差异极值符号表达式，并将式中系数展开为椭球偏心率e和第三扁率n的幂级数形式。结果表明，差异极值点均位于π/4附近，等面积纬度与归化纬度间差异极值的绝对值最小，大地纬度与归化纬度间差异极值的绝对值最大，基于n展开的符号表达式比基于e展开的符号表达式形式上更加简洁，该表达式适用于任何椭球参数，具有通用性，一定程度上丰富了常用纬度分析理论。
针对大地纬度、地心纬度、等距离纬度、等面积纬度、等角纬度与归化纬度间差异极值无符号表达式的问题，利用计算机代数系统，采用针对一般小参数方程的迭代解法推导出了常用纬度与归化纬度的差异极值符号表达式，并将式中系数展开为椭球偏心率e和第三扁率n的幂级数形式。结果表明，差异极值点均位于π/4附近，等面积纬度与归化纬度间差异极值的绝对值最小，大地纬度与归化纬度间差异极值的绝对值最大，基于n展开的符号表达式比基于e展开的符号表达式形式上更加简洁，该表达式适用于任何椭球参数，具有通用性，一定程度上丰富了常用纬度分析理论。
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doi: 10.13203/j.whugis20200007
摘要:
针对钱德勒极移和周年极移的时变特性，建立一种附有时变参数的周期项预报模型，该模型同时考虑钱德勒项和周年项振幅和相位的时变特性。基于最小二乘时变外推模型（LS extrapolation of variable harmonic models，VLS）和自回归（autoregressive，AR）模型组合（VLS+AR）对极移进行1～365d跨度预报，并同LS+AR模型的预报结果进行对比。结果表明，VLS+AR模型在极移预报精度上较LS+AR模型有一定的提高，尤其对于中长期预报改善更为明显。
针对钱德勒极移和周年极移的时变特性，建立一种附有时变参数的周期项预报模型，该模型同时考虑钱德勒项和周年项振幅和相位的时变特性。基于最小二乘时变外推模型（LS extrapolation of variable harmonic models，VLS）和自回归（autoregressive，AR）模型组合（VLS+AR）对极移进行1～365d跨度预报，并同LS+AR模型的预报结果进行对比。结果表明，VLS+AR模型在极移预报精度上较LS+AR模型有一定的提高，尤其对于中长期预报改善更为明显。
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doi: 10.13203/j.whugis20200016
摘要:
点云坡度滤波算法原理简单、易于实现，为进一步提升坡度滤波算法的自适应性，提出了一种多尺度自适应点云坡度滤波算法。首先，在数据预处理的基础上引入虚拟网格对点云数据进行分割；然后，利用距离加权的方式逐次计算网格点的坡度角，结合k均值聚类和正态分布自适应确定滤波阈值；最后，使用多尺度策略逐级缩小网格尺寸实现点云数据的精细滤波。采用两种密度不同的点云数据集对算法进行了验证，并将结果与2种坡度滤波算法及国际摄影测量和遥感学会（international society for photogrammetry and remote sensing，ISPRS）提供的经典算法作了对比，试验表明新算法整体滤波结果较好，稳定性更高，且能适应不同场景的点云数据。
点云坡度滤波算法原理简单、易于实现，为进一步提升坡度滤波算法的自适应性，提出了一种多尺度自适应点云坡度滤波算法。首先，在数据预处理的基础上引入虚拟网格对点云数据进行分割；然后，利用距离加权的方式逐次计算网格点的坡度角，结合k均值聚类和正态分布自适应确定滤波阈值；最后，使用多尺度策略逐级缩小网格尺寸实现点云数据的精细滤波。采用两种密度不同的点云数据集对算法进行了验证，并将结果与2种坡度滤波算法及国际摄影测量和遥感学会（international society for photogrammetry and remote sensing，ISPRS）提供的经典算法作了对比，试验表明新算法整体滤波结果较好，稳定性更高，且能适应不同场景的点云数据。
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doi: 10.13203/j.whugis20210100
摘要:
在数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）建模过程中，经典空间插值方法均没有考虑断裂线附近的局部地形特征影响，使得断裂线局部区域高程被平滑，从而导致地形特征失真。为了解决该问题，本文构造了一种顾及断裂地形特征的定权方法，并以径向基函数（Radial Basis Function，RBF）为插值算子，提出了加权径向基函数方法。在实验分析中，以10组ISPRS公共数据和1组山体滑坡区域的机载激光雷达点云数据为例，借助本文方法构建样区DEM，并将计算结果与标准RBF及传统插值算法（如反距离加权法、克里金法、约束不规则三角网法）进行比较。精度分析表明，不论采样点数为多少，本文方法计算精度均优于其他插值方法。对DEM山体阴影图分析表明，相较于传统插值方法，本文方法能较好的保持断裂线局部地形特征。
在数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）建模过程中，经典空间插值方法均没有考虑断裂线附近的局部地形特征影响，使得断裂线局部区域高程被平滑，从而导致地形特征失真。为了解决该问题，本文构造了一种顾及断裂地形特征的定权方法，并以径向基函数（Radial Basis Function，RBF）为插值算子，提出了加权径向基函数方法。在实验分析中，以10组ISPRS公共数据和1组山体滑坡区域的机载激光雷达点云数据为例，借助本文方法构建样区DEM，并将计算结果与标准RBF及传统插值算法（如反距离加权法、克里金法、约束不规则三角网法）进行比较。精度分析表明，不论采样点数为多少，本文方法计算精度均优于其他插值方法。对DEM山体阴影图分析表明，相较于传统插值方法，本文方法能较好的保持断裂线局部地形特征。
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doi: 10.13203/j.whugis20190434
摘要:
断裂构造研究是重力解释一项重要工作，与构造单元划分密切相关。全张量重力梯度数据以其信息量大、含有更高频的信号成分，能更好地描述小的异常特征等优点在地球物理领域中得到广泛应用。本文基于全张量重力梯度组合研究南海断裂识别及提取方法。首先，比较多种重力梯度边界识别方法，包括直接利用重力梯度三分量法和全张量梯度组合法，分析它们的优缺点。通过对比分析，传统重力梯度三分量方法不能有效地均衡深浅异常的振幅，当异常中同时出现正负异常可能产生假的边界结果；全张量重力梯度组合法不仅可以有效地避免传统方法的缺陷，获得的边界还具有良好的连续性和收敛性。其次，利用改进的Canny（computational theory of edge detection）边界提取法确定断裂的精确平面位置，得到了与全张量梯度组合法一致的结果。由此，本文推断南海断裂以NE向走向和NW向走向为主，其次是NEE向、NW向、EW向和近SN向走向。
断裂构造研究是重力解释一项重要工作，与构造单元划分密切相关。全张量重力梯度数据以其信息量大、含有更高频的信号成分，能更好地描述小的异常特征等优点在地球物理领域中得到广泛应用。本文基于全张量重力梯度组合研究南海断裂识别及提取方法。首先，比较多种重力梯度边界识别方法，包括直接利用重力梯度三分量法和全张量梯度组合法，分析它们的优缺点。通过对比分析，传统重力梯度三分量方法不能有效地均衡深浅异常的振幅，当异常中同时出现正负异常可能产生假的边界结果；全张量重力梯度组合法不仅可以有效地避免传统方法的缺陷，获得的边界还具有良好的连续性和收敛性。其次，利用改进的Canny（computational theory of edge detection）边界提取法确定断裂的精确平面位置，得到了与全张量梯度组合法一致的结果。由此，本文推断南海断裂以NE向走向和NW向走向为主，其次是NEE向、NW向、EW向和近SN向走向。
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doi: 10.13203/j.whugis20210204
摘要:
甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）是测量EOP（EarthOrientation Parameters，EOP）的主要空间测地技术之一，中国正在建设名为VLBI全球观测系统（VLBI Global Observing System，VGOS）的新一代测地VLBI站，通过国际联测优化站网构型是实现高精度EOP测量的必由之路。本文以3个国内VGOS站为核心站，通过引入2个国外站构建5站联合观测网，分析评估了不同站网构型的EOP测量能力。针对每个站网构型，通过调整4个约束条件的权重因子批量生成相应的观测纲要，采用蒙特卡洛仿真方法选择最优的观测纲要，评价指标为EOP解算值的可重复性。仿真结果表明，由国内站、南非哈特比站以及澳大利亚霍巴特站组成的网型EOP测量能力最强，相对于国内3站组成的网型，dUT1测量精度提高5.7倍，极移的X、Y分量的测量精度分别提高2.8倍和18.3倍。仿真结果可为后续开展高精度EOP组网观测提供参考依据。
甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）是测量EOP（EarthOrientation Parameters，EOP）的主要空间测地技术之一，中国正在建设名为VLBI全球观测系统（VLBI Global Observing System，VGOS）的新一代测地VLBI站，通过国际联测优化站网构型是实现高精度EOP测量的必由之路。本文以3个国内VGOS站为核心站，通过引入2个国外站构建5站联合观测网，分析评估了不同站网构型的EOP测量能力。针对每个站网构型，通过调整4个约束条件的权重因子批量生成相应的观测纲要，采用蒙特卡洛仿真方法选择最优的观测纲要，评价指标为EOP解算值的可重复性。仿真结果表明，由国内站、南非哈特比站以及澳大利亚霍巴特站组成的网型EOP测量能力最强，相对于国内3站组成的网型，dUT1测量精度提高5.7倍，极移的X、Y分量的测量精度分别提高2.8倍和18.3倍。仿真结果可为后续开展高精度EOP组网观测提供参考依据。
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doi: 10.13203/j.whugis20210091
摘要:
分析星基增强系统（SBAS） GEO卫星用户测距误差（URE），研究GEO卫星测距对导航定位性能的影响，可为SBAS系统设计和民航应用提供有益参考。本文利用WAAS、BDSBAS、GAGAN和MSAS等增强系统的SBAS信息对GPS和GEO卫星星历、时钟和观测值进行改正，固定测站位置，根据改正数残差方差加权计算接收机钟差，得到GEO卫星测距误差；将GEO卫星观测值纳入SBAS定位解算，评估GEO卫星测距对定位结果的影响。通过实测数据分析，WAAS GEO卫星URE优于1.6m； BDSBAS3颗GEO卫星分别存在14.32m、12.64m和17.44m的系统偏差，经系统性误差改正后，GEO卫星URE优于2.9m； GAGAN和MSASGEO卫星URE分别优于13.9m和3.2m。当GPS卫星数较少时，联合GEO卫星观测值进行SBAS解算能够有效减小定位保护级，提升系统可用性。
分析星基增强系统（SBAS） GEO卫星用户测距误差（URE），研究GEO卫星测距对导航定位性能的影响，可为SBAS系统设计和民航应用提供有益参考。本文利用WAAS、BDSBAS、GAGAN和MSAS等增强系统的SBAS信息对GPS和GEO卫星星历、时钟和观测值进行改正，固定测站位置，根据改正数残差方差加权计算接收机钟差，得到GEO卫星测距误差；将GEO卫星观测值纳入SBAS定位解算，评估GEO卫星测距对定位结果的影响。通过实测数据分析，WAAS GEO卫星URE优于1.6m； BDSBAS3颗GEO卫星分别存在14.32m、12.64m和17.44m的系统偏差，经系统性误差改正后，GEO卫星URE优于2.9m； GAGAN和MSASGEO卫星URE分别优于13.9m和3.2m。当GPS卫星数较少时，联合GEO卫星观测值进行SBAS解算能够有效减小定位保护级，提升系统可用性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200505
摘要:
针对极移序列复杂的时变特点，首次将极移作为混沌考虑并提出Volterra自适应算法的高精度极移短期预报方法。首先利用小数据量法分别计算得到Xp分量和Yp分量的最大Lyapunov指数，证明了极移的混沌特性。然后应用二阶Volterra自适应算法进行两个算例预报实验，结果分别与地球定向参数预报比较活动（EarthOrientation Parameters Prediction Comparison Campaign，EOP PCC）结果和国际地球自转与参考系服务（IERS）官方预报产品Bulletin A对比分析。实验对比发现，与EOP PCC的最佳方法相比本文方法精度更高，Xp分量预报精度提升较为明显，Yp分量预报精度也略有提高；与Bulletin A相比时，两种预报结果的精度互有利弊，本文方法在预报前期精度更高。实例进一步证明了所提出的方法在短期极移预报中可以取得良好的结果，尤其在预报跨度较小时精度更优。
针对极移序列复杂的时变特点，首次将极移作为混沌考虑并提出Volterra自适应算法的高精度极移短期预报方法。首先利用小数据量法分别计算得到Xp分量和Yp分量的最大Lyapunov指数，证明了极移的混沌特性。然后应用二阶Volterra自适应算法进行两个算例预报实验，结果分别与地球定向参数预报比较活动（EarthOrientation Parameters Prediction Comparison Campaign，EOP PCC）结果和国际地球自转与参考系服务（IERS）官方预报产品Bulletin A对比分析。实验对比发现，与EOP PCC的最佳方法相比本文方法精度更高，Xp分量预报精度提升较为明显，Yp分量预报精度也略有提高；与Bulletin A相比时，两种预报结果的精度互有利弊，本文方法在预报前期精度更高。实例进一步证明了所提出的方法在短期极移预报中可以取得良好的结果，尤其在预报跨度较小时精度更优。
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doi: 10.13203/j.whugis20210243
摘要:
收敛速度慢一直是限制精密单点定位（precise point positioning，PPP）发展的重要因素。研究表明，通过高精度电离层延迟改正，进而实现PPP-RTK （real-time kinematic），可显著提升PPP的收敛速度。目前区域PPP-RTK中电离层主要采用单星多项式电离层模型（satellite-based ionospheric model with POLYnomial function，SIM_POLY）与反距离内插模型（satellite-based ionospheric model with inverse distance weight function，SIM_IDW）进行建模。为了验证上述两种模型在不同纬度的建模精度，对广东、湖北及河北三地上空电离层延迟进行建模，并将其应用于单/双系统、浮点解及固定解中，分析其定位性能。实验结果表明，低纬地区，SIM_IDW模型表现略优于SIM_POLY，中高纬地区则并无显著差异。浮点解PPP中，与无电离层组合（ionosphere-free PPP，IFPPP）及CODG（centre for orbit determinationin europe global ionospheric map，CODE GIM）电离层产品改正下的非差非组合结果进行比较，河北地区与广东及湖北地区相比收敛速度最快，单GPS解算模式下定位精度相较于IFPPP分别提升了43.7％和43.0％。固定解PPP中，河北地区GPS+北斗解算模式下，SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK首个历元模糊度固定成功率可达86.09%和89.13%，且水平方向首个历元收敛至5 cm，高程方向1.5 min内收敛至10 cm；定位精度方面，在引入北斗系统之后，双系统PPP-RTK相较于单GPS在定位性能方面有明显提升，河北地区GPS+北斗解算模式下，SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK水平及三维定位精度为1.3cm及3.5 cm。通过SIM_IDW及SIM_POLY模型建立区域电离层模型进而实现PPP-RTK，可以显著缩短PPP收敛时间，提高定位精度。
收敛速度慢一直是限制精密单点定位（precise point positioning，PPP）发展的重要因素。研究表明，通过高精度电离层延迟改正，进而实现PPP-RTK （real-time kinematic），可显著提升PPP的收敛速度。目前区域PPP-RTK中电离层主要采用单星多项式电离层模型（satellite-based ionospheric model with POLYnomial function，SIM_POLY）与反距离内插模型（satellite-based ionospheric model with inverse distance weight function，SIM_IDW）进行建模。为了验证上述两种模型在不同纬度的建模精度，对广东、湖北及河北三地上空电离层延迟进行建模，并将其应用于单/双系统、浮点解及固定解中，分析其定位性能。实验结果表明，低纬地区，SIM_IDW模型表现略优于SIM_POLY，中高纬地区则并无显著差异。浮点解PPP中，与无电离层组合（ionosphere-free PPP，IFPPP）及CODG（centre for orbit determinationin europe global ionospheric map，CODE GIM）电离层产品改正下的非差非组合结果进行比较，河北地区与广东及湖北地区相比收敛速度最快，单GPS解算模式下定位精度相较于IFPPP分别提升了43.7％和43.0％。固定解PPP中，河北地区GPS+北斗解算模式下，SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK首个历元模糊度固定成功率可达86.09%和89.13%，且水平方向首个历元收敛至5 cm，高程方向1.5 min内收敛至10 cm；定位精度方面，在引入北斗系统之后，双系统PPP-RTK相较于单GPS在定位性能方面有明显提升，河北地区GPS+北斗解算模式下，SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK水平及三维定位精度为1.3cm及3.5 cm。通过SIM_IDW及SIM_POLY模型建立区域电离层模型进而实现PPP-RTK，可以显著缩短PPP收敛时间，提高定位精度。
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doi: 10.13203/j.whugis20210029
摘要:
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）位置时间序列蕴含有丰富的构造和非构造变形信息，并具有成分复杂、建模困难，非构造信息难以有效分离等特点，利用自适应的经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）方法对川滇地区24个GNSS连续站时间序列作周期项修正。结果表明，周期项的修正十分必要，EMD方法能够根据每个台站信号的自身特性，自适应的提取不同频率、振幅的周期成分，这也更符合实际情况，相比于原始N、E、U方向时间序列的平均RMS（Root Mean Squareerror，RMS）分别降低了19.96%、11.57%和38.50%，是比谐波模型改正更精确、有效的方法。之后，使用修正后的连续站时间序列模拟流动观测，发现经过5~6年/期观测即可得到相对可靠的台站运动速度，并通过距离较近的实际连续观测站对流动观测站周期项改正，验证了EMD方法的稳定性和可靠性，这也为流动GNSS观测的实施，资料的使用和修正提供了参考意见和理论依据。
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）位置时间序列蕴含有丰富的构造和非构造变形信息，并具有成分复杂、建模困难，非构造信息难以有效分离等特点，利用自适应的经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）方法对川滇地区24个GNSS连续站时间序列作周期项修正。结果表明，周期项的修正十分必要，EMD方法能够根据每个台站信号的自身特性，自适应的提取不同频率、振幅的周期成分，这也更符合实际情况，相比于原始N、E、U方向时间序列的平均RMS（Root Mean Squareerror，RMS）分别降低了19.96%、11.57%和38.50%，是比谐波模型改正更精确、有效的方法。之后，使用修正后的连续站时间序列模拟流动观测，发现经过5~6年/期观测即可得到相对可靠的台站运动速度，并通过距离较近的实际连续观测站对流动观测站周期项改正，验证了EMD方法的稳定性和可靠性，这也为流动GNSS观测的实施，资料的使用和修正提供了参考意见和理论依据。
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doi: 10.13203/j.whugis20200226
摘要:
基于载波相位历元间差分测速方法，建立了GNSS单点测速的数学模型，分析了其误差源，并结合实测数据对多GNSS系统各频点及其无电离层组合、不同系统组合的测速精度进行了对比分析。实验结果表明：不同系统不同频点的测速精度有所差异，BDS的B1I、B1C、B3I、B2a频点和Galileo的E1、E5a、E6、E5b、E5频点的测速精度相当，水平方向优于1.5 mm/s，高程方向优于3 mm/s；BDS的B2I和GPS的L1、L2、L5频点的测速精度相当，水平方向在1.5-2 mm/s，高程方向在3-4 mm/s；GLONASS的G1、G2频点测速精度最差，水平方向在3-4 mm/s，高程方向在5-5.5 mm/s；双频无电离层组合由于放大了观测值噪声，其测速精度低于单频。此外，多GNSS组合增加了可见卫星数，降低了PDOP值，能够显著提高测速精度。相对于单GPS系统，GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合测速精度在水平方向提高40%，高程方向提高46%；在截止高度角40°时，水平方向速度优于1 cm/s、高程方向优于2 cm/s下的测速可用率由48%提高到98%。
基于载波相位历元间差分测速方法，建立了GNSS单点测速的数学模型，分析了其误差源，并结合实测数据对多GNSS系统各频点及其无电离层组合、不同系统组合的测速精度进行了对比分析。实验结果表明：不同系统不同频点的测速精度有所差异，BDS的B1I、B1C、B3I、B2a频点和Galileo的E1、E5a、E6、E5b、E5频点的测速精度相当，水平方向优于1.5 mm/s，高程方向优于3 mm/s；BDS的B2I和GPS的L1、L2、L5频点的测速精度相当，水平方向在1.5-2 mm/s，高程方向在3-4 mm/s；GLONASS的G1、G2频点测速精度最差，水平方向在3-4 mm/s，高程方向在5-5.5 mm/s；双频无电离层组合由于放大了观测值噪声，其测速精度低于单频。此外，多GNSS组合增加了可见卫星数，降低了PDOP值，能够显著提高测速精度。相对于单GPS系统，GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合测速精度在水平方向提高40%，高程方向提高46%；在截止高度角40°时，水平方向速度优于1 cm/s、高程方向优于2 cm/s下的测速可用率由48%提高到98%。
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doi: 10.13203/j.whugis20210057
摘要:
获得巴基斯坦的区域发展规律对于支持中巴经济走廊建设具有参考意义。本文基于美国国家极轨环境卫星夜光遥感影像，分别使用夜光变化率、Mann-Kendall （MK）趋势检验法和位序-规模法则三种方法研究巴基斯坦省级/城市级、地理格网级以及东-西地带三个地理尺度下的夜光变化规律。分析显示，在2012年至2019年间，巴基斯坦的夜光增长率为47.96%，各省级区域均有不同程度的发展，其夜光增长率均大于15%；根据MK趋势检验，在5公里地理格网尺度下，旁遮普省是拥有夜光上升趋势地理单元最多（1905个）的省，而信德省是拥有夜光总量下降趋势格网最多（338个）的省；此外，根据城市夜光的位序-规模分析，无论是东部地带还是西部地带的帕累托指数都在逐步缩小，说明巴基斯坦城市结构层次间的差距正在逐渐缩小，整个地区的城市规模发展日趋平衡。此外，缺乏稳定的电力供应可能是部分地区夜光亮度偏低的原因。本研究在长时间序列、多空间尺度下揭示了巴基斯坦的区域发展规律，可以为中巴经济走廊的规划提供一定的科学依据。
获得巴基斯坦的区域发展规律对于支持中巴经济走廊建设具有参考意义。本文基于美国国家极轨环境卫星夜光遥感影像，分别使用夜光变化率、Mann-Kendall （MK）趋势检验法和位序-规模法则三种方法研究巴基斯坦省级/城市级、地理格网级以及东-西地带三个地理尺度下的夜光变化规律。分析显示，在2012年至2019年间，巴基斯坦的夜光增长率为47.96%，各省级区域均有不同程度的发展，其夜光增长率均大于15%；根据MK趋势检验，在5公里地理格网尺度下，旁遮普省是拥有夜光上升趋势地理单元最多（1905个）的省，而信德省是拥有夜光总量下降趋势格网最多（338个）的省；此外，根据城市夜光的位序-规模分析，无论是东部地带还是西部地带的帕累托指数都在逐步缩小，说明巴基斯坦城市结构层次间的差距正在逐渐缩小，整个地区的城市规模发展日趋平衡。此外，缺乏稳定的电力供应可能是部分地区夜光亮度偏低的原因。本研究在长时间序列、多空间尺度下揭示了巴基斯坦的区域发展规律，可以为中巴经济走廊的规划提供一定的科学依据。
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doi: 10.13203/j.whugis20200177
摘要:
空间同位模式挖掘旨在发现空间数据库中频繁发生在邻近位置的地理事件。由于空间异质性，地理事件在不同区域邻近出现的频繁程度亦存在差异，进而形成局部同位模式。现有局部同位模式挖掘方法多基于欧氏空间的平面假设，难以客观揭示网络空间（如城市道路）内地理事件间的局部同位规律。为此，本文基于空间扫描统计思想，提出了一种网络约束下的局部同位模式挖掘方法。首先，发展了网络约束下的路径扩展方法，识别可能存在局部网络空间同位模式的候选路径；进一步，基于网络约束下的二元泊松分布构建显著性检验的零模型，判别候选路径中局部网络空间同位模式的有效性。通过模拟实验与北京市出租车供需模式分析，发现本文方法比现有方法得到的结果更加精细且客观，能够有效地挖掘网络约束下的局部同位模式。
空间同位模式挖掘旨在发现空间数据库中频繁发生在邻近位置的地理事件。由于空间异质性，地理事件在不同区域邻近出现的频繁程度亦存在差异，进而形成局部同位模式。现有局部同位模式挖掘方法多基于欧氏空间的平面假设，难以客观揭示网络空间（如城市道路）内地理事件间的局部同位规律。为此，本文基于空间扫描统计思想，提出了一种网络约束下的局部同位模式挖掘方法。首先，发展了网络约束下的路径扩展方法，识别可能存在局部网络空间同位模式的候选路径；进一步，基于网络约束下的二元泊松分布构建显著性检验的零模型，判别候选路径中局部网络空间同位模式的有效性。通过模拟实验与北京市出租车供需模式分析，发现本文方法比现有方法得到的结果更加精细且客观，能够有效地挖掘网络约束下的局部同位模式。
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doi: 10.13203/j.whugis20200345
摘要:
月表地质年代的确定是研究月球形成及演化历史，反演月质事件发生过程的基础。在对月表地质单元定年时，由于月球岩石、土壤和岩心样品数量有限，能够利用这些样品做同位素定年的地质单元范围很小，因此更大范围的月球表面的绝对年龄需要采用撞击坑尺寸频率定年法（crater size-frequency distribution，CSFD）测定。然而月球表面次生撞击坑的存在会导致CSFD法得到的定年结果会出现偏差，故在标注撞击坑时有必要对次生撞击坑予以剔除，以便对行星表面的地质单元做较为准确的定年。本文提出一种顾及月表铁元素含量的次生撞击坑识别方法。使用波段比值法获取月表铁元素含量信息，以次生撞击坑内铁元素含量更接近月壤铁元素含量为假设前提，以撞击坑内与月壤铁元素含量的差值为判据分离主撞击坑和次生撞击坑。文中以日本月亮女神MI多光谱数据为实验数据，验证本文方法的有效性和稳健性。实验结果表明，在依据铁元素含量剔除次生撞击坑后的定年结果与已知定年结果之差小于0.04Ga，具有较好的一致性；与其它次生撞击坑剔除方法相比，依据月表铁元素信息剔除次生撞击坑的结果更可靠。
月表地质年代的确定是研究月球形成及演化历史，反演月质事件发生过程的基础。在对月表地质单元定年时，由于月球岩石、土壤和岩心样品数量有限，能够利用这些样品做同位素定年的地质单元范围很小，因此更大范围的月球表面的绝对年龄需要采用撞击坑尺寸频率定年法（crater size-frequency distribution，CSFD）测定。然而月球表面次生撞击坑的存在会导致CSFD法得到的定年结果会出现偏差，故在标注撞击坑时有必要对次生撞击坑予以剔除，以便对行星表面的地质单元做较为准确的定年。本文提出一种顾及月表铁元素含量的次生撞击坑识别方法。使用波段比值法获取月表铁元素含量信息，以次生撞击坑内铁元素含量更接近月壤铁元素含量为假设前提，以撞击坑内与月壤铁元素含量的差值为判据分离主撞击坑和次生撞击坑。文中以日本月亮女神MI多光谱数据为实验数据，验证本文方法的有效性和稳健性。实验结果表明，在依据铁元素含量剔除次生撞击坑后的定年结果与已知定年结果之差小于0.04Ga，具有较好的一致性；与其它次生撞击坑剔除方法相比，依据月表铁元素信息剔除次生撞击坑的结果更可靠。
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doi: 10.13203/j.whugis20200571
摘要:
针对运动车辆的姿态角传统估计方法成本较高、模型复杂等问题，提出一种低成本、高效率、高精度的基于载波相位时间差分（Time-Differenced Carrier Phase，TDCP）的车辆航向角和俯仰角估计模型。该模型利用一台GNSS （Global Navigation Satellite System）接收机的观测数据，使用复杂度低的TDCP算法得到精确的车辆位移矢量，进而估计车辆航向角和俯仰角。其中，为提高估计效率，模型对传统载波相位时间差分算法进行优化。静态测试和动态测试表明，优化的载波相位时间差分较一般载波相位时间差分效率更高，提出的航向角和俯仰角估计模型能提供精确的航向角和俯仰角估计值，其均方根误差小于0.2°，最大误差小于1.5°。
针对运动车辆的姿态角传统估计方法成本较高、模型复杂等问题，提出一种低成本、高效率、高精度的基于载波相位时间差分（Time-Differenced Carrier Phase，TDCP）的车辆航向角和俯仰角估计模型。该模型利用一台GNSS （Global Navigation Satellite System）接收机的观测数据，使用复杂度低的TDCP算法得到精确的车辆位移矢量，进而估计车辆航向角和俯仰角。其中，为提高估计效率，模型对传统载波相位时间差分算法进行优化。静态测试和动态测试表明，优化的载波相位时间差分较一般载波相位时间差分效率更高，提出的航向角和俯仰角估计模型能提供精确的航向角和俯仰角估计值，其均方根误差小于0.2°，最大误差小于1.5°。
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doi: 10.13203/j.whugis20200195
摘要:
结合中国航天局2019年4月19日拟定的第一个小行星探测任务规划，本文针对任务目标之一的主带彗星133P/Elst-Pizarro（7968）自主研制了小行星光学定轨软件。使用1979年7月24日至2019年10月28日期间发布的133P/Elst-Pizarro地面光学观测数据进行精密定轨，与国际知名小行星光学定轨软件OrbFit对比分析。对比发现解算结果残差分布一致，两软件生成的残差差值的RMS小于0.01″，定轨的内符合精度相互吻合。这一结果初步表明自主研制的小行星光学定轨程序的可靠性。在此基础上，对133P/Elst-Pizarro开展光学数据仿真定轨分析，研究地面光学数据的定轨精度。结果表明：模拟云南站和智利站每月一次联测，在只考虑观测噪声影响的情况下，添加接近目前实际观测水平的高斯白噪声，使用20年光学观测资料定轨，小行星光学定轨精度在50 km量级。同时验证增加观测数据或降低观测噪声均可有效提高小行星光学定轨精度。
结合中国航天局2019年4月19日拟定的第一个小行星探测任务规划，本文针对任务目标之一的主带彗星133P/Elst-Pizarro（7968）自主研制了小行星光学定轨软件。使用1979年7月24日至2019年10月28日期间发布的133P/Elst-Pizarro地面光学观测数据进行精密定轨，与国际知名小行星光学定轨软件OrbFit对比分析。对比发现解算结果残差分布一致，两软件生成的残差差值的RMS小于0.01″，定轨的内符合精度相互吻合。这一结果初步表明自主研制的小行星光学定轨程序的可靠性。在此基础上，对133P/Elst-Pizarro开展光学数据仿真定轨分析，研究地面光学数据的定轨精度。结果表明：模拟云南站和智利站每月一次联测，在只考虑观测噪声影响的情况下，添加接近目前实际观测水平的高斯白噪声，使用20年光学观测资料定轨，小行星光学定轨精度在50 km量级。同时验证增加观测数据或降低观测噪声均可有效提高小行星光学定轨精度。
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doi: 10.13203/j.whugis20200029
摘要:
固定相位时长的信号灯控制由于无法根据实时路况进行自适应调节，对交通拥堵现象的改善程度较为有限。为模拟根据实时路况进行信号灯相位自适应调节，以Webster算法为基础，融合虚拟仿真和计算机视觉技术，构建信号灯配时优化与自反馈闭环系统。首先构建基于Unity3D的道路交通仿真场景，模拟车辆启停、行驶及信号灯控制。然后，利用OpenCV库处理采集的车流视频，统计通车流量并计算最佳信号周期和确定通车相位。最后将配时计算结果作用于仿真场景，实现信号灯相位的实时调整与优化循环。仿真实验结果表明，信号灯自适应配时优化与闭环反馈能较大幅度减少车辆等待时间，有效缓解交通拥堵状况。
固定相位时长的信号灯控制由于无法根据实时路况进行自适应调节，对交通拥堵现象的改善程度较为有限。为模拟根据实时路况进行信号灯相位自适应调节，以Webster算法为基础，融合虚拟仿真和计算机视觉技术，构建信号灯配时优化与自反馈闭环系统。首先构建基于Unity3D的道路交通仿真场景，模拟车辆启停、行驶及信号灯控制。然后，利用OpenCV库处理采集的车流视频，统计通车流量并计算最佳信号周期和确定通车相位。最后将配时计算结果作用于仿真场景，实现信号灯相位的实时调整与优化循环。仿真实验结果表明，信号灯自适应配时优化与闭环反馈能较大幅度减少车辆等待时间，有效缓解交通拥堵状况。
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doi: 10.13203/j.whugis20200008
摘要:
卷积神经网络等深度学习模型已经在高光谱影像分类任务中取得了理想的结果。然而，由于传统神经元只能进行标量计算，现有的深度学习模型无法对高光谱影像特征的实例化参数进行建模，因此无法在邻域范围受限的条件下获得令人满意的分类效果。为此，通过引入胶囊网络结构，设计了一种新型网络模型。该模型利用胶囊神经元进行向量计算，并利用权重矩阵编码特征间的空间关系，能够进一步提高高光谱影像的分类精度。在Pavia University、Indian Pines和Salinas数据集上进行验证，试验表明，提出的网络模型较传统算法和卷积神经网络分类模型而言具有更加优异的分类性能，且对训练样本数量和像素邻域范围具有更好的适应性。
卷积神经网络等深度学习模型已经在高光谱影像分类任务中取得了理想的结果。然而，由于传统神经元只能进行标量计算，现有的深度学习模型无法对高光谱影像特征的实例化参数进行建模，因此无法在邻域范围受限的条件下获得令人满意的分类效果。为此，通过引入胶囊网络结构，设计了一种新型网络模型。该模型利用胶囊神经元进行向量计算，并利用权重矩阵编码特征间的空间关系，能够进一步提高高光谱影像的分类精度。在Pavia University、Indian Pines和Salinas数据集上进行验证，试验表明，提出的网络模型较传统算法和卷积神经网络分类模型而言具有更加优异的分类性能，且对训练样本数量和像素邻域范围具有更好的适应性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200386
摘要:
重金属污染日益加剧，重金属在土壤中的聚集不仅破坏了生态平衡，也对人类的健康生活造成了影响，因此快捷、准确地获取土壤中的重金属含量成为土壤污染监制与治理的重要环节。高光谱遥感技术的发展，使得快速低成本反演土壤重金属含量成为可能。针对野外光谱受环境因素（土壤粒径、含水量等）的影响，且现有研究中普遍存在样本量不足的问题，本文提出结合野外光谱与实验室光谱构建机理模型的方法，首先，采用直接矫正（direct standardization，DS）算法对野外光谱进行环境因素校正，其次，通过引入实验室光谱联合建模的方式，提高样本的差异性，进一步地，提取铁氧化物特征谱段用于建模以增加反演的机理性。利用河北雄安一般农作区的70个土壤样本野外光谱数据研究表明，未经DS校正的野外光谱全谱段单独建模反演精度R2仅为0.22，而本文方法的反演精度R2可达0.91，模型具有出色的估算能力，表明在去除环境因素对野外光谱影响基础上综合利用野外光谱与实验室光谱的铁氧化物特征谱段建模能够显著提高Pb含量反演精度。
重金属污染日益加剧，重金属在土壤中的聚集不仅破坏了生态平衡，也对人类的健康生活造成了影响，因此快捷、准确地获取土壤中的重金属含量成为土壤污染监制与治理的重要环节。高光谱遥感技术的发展，使得快速低成本反演土壤重金属含量成为可能。针对野外光谱受环境因素（土壤粒径、含水量等）的影响，且现有研究中普遍存在样本量不足的问题，本文提出结合野外光谱与实验室光谱构建机理模型的方法，首先，采用直接矫正（direct standardization，DS）算法对野外光谱进行环境因素校正，其次，通过引入实验室光谱联合建模的方式，提高样本的差异性，进一步地，提取铁氧化物特征谱段用于建模以增加反演的机理性。利用河北雄安一般农作区的70个土壤样本野外光谱数据研究表明，未经DS校正的野外光谱全谱段单独建模反演精度R2仅为0.22，而本文方法的反演精度R2可达0.91，模型具有出色的估算能力，表明在去除环境因素对野外光谱影响基础上综合利用野外光谱与实验室光谱的铁氧化物特征谱段建模能够显著提高Pb含量反演精度。
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doi: 10.13203/j.whugis20210286
摘要:
全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）星载原子钟性能的优劣直接影响GNSS观测信号质量、测距精度、钟差预报与卫星自主导航能力，从而间接影响整个导航系统的服务性能。本文结合北斗三号系统独特的星间链路（Inter-Satellite Link，ISL）和星地时间双向比对（Two-WayTime Transfer，TWTT）体制以及常用的精密轨道与钟差确定（Orbit Determination and TimeSynchronization，ODTS）体制所估计的精密钟差数据，深入分析评估了北斗三号在轨原子钟服务性能。基于本文试验数据的研究结果表明，三种钟差确定体制评估的频率准确度和漂移率结果基本一致，所有卫星频率准确度在（-4~2）×10-11范围以内，氢钟频率准确度优于铷钟，ISL钟差评估的频率漂移率精度略优于ODTS。在评估原子钟稳定度方面，三种钟差确定体制各有优势。短期稳定度方面，ODTS钟差评估优于ISL钟差，基于ODTS评估的3000 s稳定度可达3×10-14，且氢钟的短期稳定性优于铷钟。中长期稳定度方面，当平滑时间大于1×104 s时，采用ISL体制的钟差评价中长期稳定度更接近于北斗三号星载原子钟的实际情况。对于7天以上的长期稳定度评估，基于TWTT的广播钟差评估结果接近于ISL，可用于快速评估。
全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）星载原子钟性能的优劣直接影响GNSS观测信号质量、测距精度、钟差预报与卫星自主导航能力，从而间接影响整个导航系统的服务性能。本文结合北斗三号系统独特的星间链路（Inter-Satellite Link，ISL）和星地时间双向比对（Two-WayTime Transfer，TWTT）体制以及常用的精密轨道与钟差确定（Orbit Determination and TimeSynchronization，ODTS）体制所估计的精密钟差数据，深入分析评估了北斗三号在轨原子钟服务性能。基于本文试验数据的研究结果表明，三种钟差确定体制评估的频率准确度和漂移率结果基本一致，所有卫星频率准确度在（-4~2）×10-11范围以内，氢钟频率准确度优于铷钟，ISL钟差评估的频率漂移率精度略优于ODTS。在评估原子钟稳定度方面，三种钟差确定体制各有优势。短期稳定度方面，ODTS钟差评估优于ISL钟差，基于ODTS评估的3000 s稳定度可达3×10-14，且氢钟的短期稳定性优于铷钟。中长期稳定度方面，当平滑时间大于1×104 s时，采用ISL体制的钟差评价中长期稳定度更接近于北斗三号星载原子钟的实际情况。对于7天以上的长期稳定度评估，基于TWTT的广播钟差评估结果接近于ISL，可用于快速评估。
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doi: 10.13203/j.whugis20210198
摘要:
北斗导航卫星系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）全球组网工作全面建成，标志着BDS-3系统迈入全球定位、导航和授时服务的新时代。为全面比较BDS-3系统与其余全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）非组合精密单点定位（Precise PointPositioning，PPP）性能，重点分析不同分析中心BDS-3精密轨道和钟差产品的一致性、BDS-3/GNSS卫星可用性、BDS-3/GNSS单系统及多系统融合PPP定位性能。结果表明：基于五家分析中心的精密轨道和钟差产品，BDS-3静态PPP三维均方根误差约为2.31 cm~4.00 cm，其单系统收敛时间明显慢于其余GNSS系统，GPS系统的加入对BDS-3/GNSS双系统融合PPP改善效果最为明显，且四系统融合能够有效地缩短收敛时间，并提高动态PPP定位精度。
北斗导航卫星系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）全球组网工作全面建成，标志着BDS-3系统迈入全球定位、导航和授时服务的新时代。为全面比较BDS-3系统与其余全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）非组合精密单点定位（Precise PointPositioning，PPP）性能，重点分析不同分析中心BDS-3精密轨道和钟差产品的一致性、BDS-3/GNSS卫星可用性、BDS-3/GNSS单系统及多系统融合PPP定位性能。结果表明：基于五家分析中心的精密轨道和钟差产品，BDS-3静态PPP三维均方根误差约为2.31 cm~4.00 cm，其单系统收敛时间明显慢于其余GNSS系统，GPS系统的加入对BDS-3/GNSS双系统融合PPP改善效果最为明显，且四系统融合能够有效地缩短收敛时间，并提高动态PPP定位精度。
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doi: 10.13203/j.whugis20210133
摘要:
区域对象的可视查询是沿着区域视线方向剔除三维空间数据中一些表面被遮挡住而导致不可见的数据，从而提高大规模三维场景的可视渲染效率。针对传统区域可视查询视点空间划分粒度细、计算难度大的现状，本文提出了一种基于映射-归约的分布式可视查询方法。在映射函数中，按照三维对象的空间分布规律构建层级轴对齐包围盒，以轴对齐包围盒为视点空间划分区，将可视域范围内三维对象发送至规约函数中进行可视判断。在规约函数中，利用平面拆分后射线求交方法，通过构建二叉空间分割树计算每一视点空间划分区的潜在可视集，从而实现三维空间对象的分布式可视查询。本文将此方法用于深圳市20多万个三维空间对象的可视查询实验中，从数据量、划分粒度和并行度等角度验证了算法的可行性和有效性。
区域对象的可视查询是沿着区域视线方向剔除三维空间数据中一些表面被遮挡住而导致不可见的数据，从而提高大规模三维场景的可视渲染效率。针对传统区域可视查询视点空间划分粒度细、计算难度大的现状，本文提出了一种基于映射-归约的分布式可视查询方法。在映射函数中，按照三维对象的空间分布规律构建层级轴对齐包围盒，以轴对齐包围盒为视点空间划分区，将可视域范围内三维对象发送至规约函数中进行可视判断。在规约函数中，利用平面拆分后射线求交方法，通过构建二叉空间分割树计算每一视点空间划分区的潜在可视集，从而实现三维空间对象的分布式可视查询。本文将此方法用于深圳市20多万个三维空间对象的可视查询实验中，从数据量、划分粒度和并行度等角度验证了算法的可行性和有效性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200001
摘要:
为解决大数据量带来的热力图生成效率低的问题，引入基于图形处理器（GPU）的并行计算方法并结合轨迹线模型，提出一种利用GPU加速的轨迹线热力图生成显示方法。首先，针对轨迹点分布不均、邻域半径设置不合理等条件下产生的热力值不连续、不均等问题，采用轨迹线模型提升了热力图的效果。其次，针对大规模数据计算产生的热力图生成效率低的问题，通过GPU并行计算并配合内核函数参数调优、循环展开、像素缓冲对象（PBO）显示等策略大幅提升算法计算效率。实验结果表明，所提方法较传统的基于CPU方法计算效率提升了5到30倍，且随着图像分辨率和轨迹数据的增加，算法加速比有逐步上升的趋势。
为解决大数据量带来的热力图生成效率低的问题，引入基于图形处理器（GPU）的并行计算方法并结合轨迹线模型，提出一种利用GPU加速的轨迹线热力图生成显示方法。首先，针对轨迹点分布不均、邻域半径设置不合理等条件下产生的热力值不连续、不均等问题，采用轨迹线模型提升了热力图的效果。其次，针对大规模数据计算产生的热力图生成效率低的问题，通过GPU并行计算并配合内核函数参数调优、循环展开、像素缓冲对象（PBO）显示等策略大幅提升算法计算效率。实验结果表明，所提方法较传统的基于CPU方法计算效率提升了5到30倍，且随着图像分辨率和轨迹数据的增加，算法加速比有逐步上升的趋势。
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doi: 10.13203/j.whugis20210237
摘要:
随全球气候变化，高位崩塌灾害频发，造成了巨大人员伤亡与财产损失。然而，当前崩塌模拟软件尚存明显的不足，如地形精度较低、未考虑岩体结构特征及无法实现块体运动过程中碰撞碎裂等现象，且利用中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）的运算效率较低也限制了模拟的崩塌规模。为此，急需一种能更真实反映崩塌运动过程的快速模拟方法。本文利用无人机摄影技术，结合现场调查，提取危岩岩体结构特征，建立精细化的崩塌地质-力学模型；利用集成PhysX物理引擎与中央处理器-图形处理器（Central Processing Unit-Graphics Processing Unit，CPU-GPU）并行计算能力的Unity3D平台，研发了大规模崩塌运动过程模拟软件，再现崩塌坠落-撞击-碎裂-堆积的全过程；系统可输出崩塌三维运动轨迹、速度、能量及弹跳高度，为崩塌防治设计提供依据。以贵州纳雍谢家岩崩塌为原型案例，开展崩塌运动过程三维模拟与验证，模拟结果显示落石堆积范围与现场调查坡底落石堆积范围较吻合，单体块石运动特征符合现实规律，表明本方法的可行性与实用性。
随全球气候变化，高位崩塌灾害频发，造成了巨大人员伤亡与财产损失。然而，当前崩塌模拟软件尚存明显的不足，如地形精度较低、未考虑岩体结构特征及无法实现块体运动过程中碰撞碎裂等现象，且利用中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）的运算效率较低也限制了模拟的崩塌规模。为此，急需一种能更真实反映崩塌运动过程的快速模拟方法。本文利用无人机摄影技术，结合现场调查，提取危岩岩体结构特征，建立精细化的崩塌地质-力学模型；利用集成PhysX物理引擎与中央处理器-图形处理器（Central Processing Unit-Graphics Processing Unit，CPU-GPU）并行计算能力的Unity3D平台，研发了大规模崩塌运动过程模拟软件，再现崩塌坠落-撞击-碎裂-堆积的全过程；系统可输出崩塌三维运动轨迹、速度、能量及弹跳高度，为崩塌防治设计提供依据。以贵州纳雍谢家岩崩塌为原型案例，开展崩塌运动过程三维模拟与验证，模拟结果显示落石堆积范围与现场调查坡底落石堆积范围较吻合，单体块石运动特征符合现实规律，表明本方法的可行性与实用性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200508
摘要:
基于机器学习语言建模时，传统方法仅以拟合均方误差（mean square error，MSE）最小为单一优化目标，容易引起过拟合问题。对此，基于关联向量机（relevance vector machine，RVM），建立了融合变形空间关联性的双优化目标约束下的概率性预测模型。利用形状相似度指标（shape similarity index，SSI）对拱坝变形的空间关联性进行量化，并将单测点MSE和区域变形SSI相融合，共同作为RVM模型的训练优化目标，以期实现MSE尽可能小，而SSI尽可能大。以锦屏一级拱坝为例，预测均方根误差和最大误差的平均降幅分别为31.2%和24.8%，使用多核函数之后，模型预测性能进一步提升；RVM模型的预测置信带宽明显小于多元回归模型，平均降幅为75.1%，由此表明双目标RVM模型可有效提升特高拱坝位移预测的精度和稳定性，并降低不确定性。
基于机器学习语言建模时，传统方法仅以拟合均方误差（mean square error，MSE）最小为单一优化目标，容易引起过拟合问题。对此，基于关联向量机（relevance vector machine，RVM），建立了融合变形空间关联性的双优化目标约束下的概率性预测模型。利用形状相似度指标（shape similarity index，SSI）对拱坝变形的空间关联性进行量化，并将单测点MSE和区域变形SSI相融合，共同作为RVM模型的训练优化目标，以期实现MSE尽可能小，而SSI尽可能大。以锦屏一级拱坝为例，预测均方根误差和最大误差的平均降幅分别为31.2%和24.8%，使用多核函数之后，模型预测性能进一步提升；RVM模型的预测置信带宽明显小于多元回归模型，平均降幅为75.1%，由此表明双目标RVM模型可有效提升特高拱坝位移预测的精度和稳定性，并降低不确定性。
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doi: 10.13203/j.whugis20210209
摘要:
为了探究新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）期间人类活动减少对我国空气质量影响，分析了气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）、大气可降水量（Precipitable Water Vapor，PWV）和气温（Temperature，T）的时空异常变化，揭示了人类活动对空气质量的影响。首先，与全球自动观测网（Aerosol Robotic Network，AERONET）提供的AOD和无线电探空仪提供的PWV和T数据对比，验证使用的AOD、PWV和T的精度。然后，分析周末与周内期间AOD、PWV和T的长时序变化趋势，发现人类活动对空气质量有一定影响。其次，研究COVID-19期间AOD、PWV和T的时空变化，证实人类活动与空气质量有较好的相关性。最后，选取中国184个不同等级的城市进一步分析，确定人口密度对AOD、PWV和T的影响程度，进一步揭示了人类活动与空气质量的具体响应关系。
为了探究新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）期间人类活动减少对我国空气质量影响，分析了气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）、大气可降水量（Precipitable Water Vapor，PWV）和气温（Temperature，T）的时空异常变化，揭示了人类活动对空气质量的影响。首先，与全球自动观测网（Aerosol Robotic Network，AERONET）提供的AOD和无线电探空仪提供的PWV和T数据对比，验证使用的AOD、PWV和T的精度。然后，分析周末与周内期间AOD、PWV和T的长时序变化趋势，发现人类活动对空气质量有一定影响。其次，研究COVID-19期间AOD、PWV和T的时空变化，证实人类活动与空气质量有较好的相关性。最后，选取中国184个不同等级的城市进一步分析，确定人口密度对AOD、PWV和T的影响程度，进一步揭示了人类活动与空气质量的具体响应关系。
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doi: 10.13203/j.whugis20200186
摘要:
针对室内定位行人航位推算中步态探测算法步数识别准确率不够高、同步控制不够精确以及位置估计存在较大偏差等问题，提出了一种面向智能手机平端活动的改进有限状态机步态探测算法。通过设定有限状态对应步行过程合加速度变化趋势，利用相邻合加速度差值和上/下坡次数阈值实现步数识别和步态周期估计。在211米走廊内由2名实验人员分别平端智能手机开展实验，结果表明：改进算法步数识别准确率为100%，每一步平均识别时间提前了0.004秒，平均位置误差为0.384米，相比于自相关分析和加速度差分有限状态机算法，识别准确率、同步控制精度和位置估计精度分别至少提高了0.7%、60%和21.15%。本文所提算法在步数识别、同步控制以及位置估计方面优于现有算法。
针对室内定位行人航位推算中步态探测算法步数识别准确率不够高、同步控制不够精确以及位置估计存在较大偏差等问题，提出了一种面向智能手机平端活动的改进有限状态机步态探测算法。通过设定有限状态对应步行过程合加速度变化趋势，利用相邻合加速度差值和上/下坡次数阈值实现步数识别和步态周期估计。在211米走廊内由2名实验人员分别平端智能手机开展实验，结果表明：改进算法步数识别准确率为100%，每一步平均识别时间提前了0.004秒，平均位置误差为0.384米，相比于自相关分析和加速度差分有限状态机算法，识别准确率、同步控制精度和位置估计精度分别至少提高了0.7%、60%和21.15%。本文所提算法在步数识别、同步控制以及位置估计方面优于现有算法。
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doi: 10.13203/j.whugis20200115
摘要:
基于GNSS/INS的组合导航系统，可以为车载运动提供连续且高精度的定位信息。然而，在车载消费级GNSS/INS组合导航方案中，较长时间的GNSS定位信息缺失，会导致定位精度迅速下降，这种情况在城市行车环境中尤为常见。因此，设计了一种长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）辅助的基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter，EKF）的GNSS/INS组合导航方案。LSTM在有GNSS定位环境下，学习组合导航系统的误差与INS解算结果之间的数学关系，在无GNSS定位环境下，对组合导航系统的误差状态进行预测与校正，进而达到提高定位精度的目的。实验结果显示在GNSS定位信息缺失时长15秒时，基于EKF的GNSS/INS组合导航系统的北向误差达到1.93米，东向误差达到13.92米，基于LSTM-EKF的组合导航系统北向误差为1.17米，东向误差为0.84米，定位精度大幅提升。
基于GNSS/INS的组合导航系统，可以为车载运动提供连续且高精度的定位信息。然而，在车载消费级GNSS/INS组合导航方案中，较长时间的GNSS定位信息缺失，会导致定位精度迅速下降，这种情况在城市行车环境中尤为常见。因此，设计了一种长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）辅助的基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter，EKF）的GNSS/INS组合导航方案。LSTM在有GNSS定位环境下，学习组合导航系统的误差与INS解算结果之间的数学关系，在无GNSS定位环境下，对组合导航系统的误差状态进行预测与校正，进而达到提高定位精度的目的。实验结果显示在GNSS定位信息缺失时长15秒时，基于EKF的GNSS/INS组合导航系统的北向误差达到1.93米，东向误差达到13.92米，基于LSTM-EKF的组合导航系统北向误差为1.17米，东向误差为0.84米，定位精度大幅提升。
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doi: 10.13203/j.whugis20200664
摘要:
随着中国深空测控技术的进步和深空探测计划的推进，木星探测计划已经进入日程，而木星探测器的精密定轨和木星的引力场的解算是木星探测中的重要研究内容。该文章针对木星探测中的精密定轨和木星引力场解算等问题进行研究。首先，给出了木星探测器的坐标系统和动力学模型，并利用已公布的朱诺号（Juno）精密星历数据进行验证，动力学拟合结果与参考星历的位置偏差在10 m量级，速度偏差小于6 mm/s；然后，给出了深空多普勒测量模型，并利用已经发布的Juno无线电测量数据定轨，定轨结果与参考星历的差距在数百米量级；最后，利用仿真数据验证引力场系数解算的可靠性，并利用Juno号探测器4个近木点附近的实测数据解算引力场系数，得到了截至到8阶的带谐项系数。关
随着中国深空测控技术的进步和深空探测计划的推进，木星探测计划已经进入日程，而木星探测器的精密定轨和木星的引力场的解算是木星探测中的重要研究内容。该文章针对木星探测中的精密定轨和木星引力场解算等问题进行研究。首先，给出了木星探测器的坐标系统和动力学模型，并利用已公布的朱诺号（Juno）精密星历数据进行验证，动力学拟合结果与参考星历的位置偏差在10 m量级，速度偏差小于6 mm/s；然后，给出了深空多普勒测量模型，并利用已经发布的Juno无线电测量数据定轨，定轨结果与参考星历的差距在数百米量级；最后，利用仿真数据验证引力场系数解算的可靠性，并利用Juno号探测器4个近木点附近的实测数据解算引力场系数，得到了截至到8阶的带谐项系数。关
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doi: 10.13203/j.whugis20200573
摘要:
针对正射影像拼接时，影像间存在复杂的几何错位问题，提出一种基于密集光流法正射影像镶嵌线智能搜索方法。利用影像密集光流、梯度信息和灰度信息构造代价影像并视其为带权无向图，以图割模型为基础，采用最大流最小割原理自诊断搜索镶嵌线。实验结果表明，采用本文方法得到的稀疏建筑区镶嵌线代价像素数大于100的仅占路径长度的0.7%，且相较于现有商业软件OrthoVista效率提升17%。对人工建筑物与正射影像间投影差较大的区域可实现自动规避大大降低了几何错位的概率，可明显改善影像拼接的几何错位现象，实现正射影像镶嵌线搜索的智能化。
针对正射影像拼接时，影像间存在复杂的几何错位问题，提出一种基于密集光流法正射影像镶嵌线智能搜索方法。利用影像密集光流、梯度信息和灰度信息构造代价影像并视其为带权无向图，以图割模型为基础，采用最大流最小割原理自诊断搜索镶嵌线。实验结果表明，采用本文方法得到的稀疏建筑区镶嵌线代价像素数大于100的仅占路径长度的0.7%，且相较于现有商业软件OrthoVista效率提升17%。对人工建筑物与正射影像间投影差较大的区域可实现自动规避大大降低了几何错位的概率，可明显改善影像拼接的几何错位现象，实现正射影像镶嵌线搜索的智能化。
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doi: 10.13203/j.whugis20190148
摘要:
传统合成孔径声纳回波仿真一般仅考虑3分贝波束宽度内接收的回波信号，忽略了收、发阵元宽频带指向性调制的实际问题。针对这一问题，本文根据声纳收、发阵元与目标间的瞬时几何关系，研究收、发阵元指向性调制的合成孔径声纳回波仿真方法。在此基础上，结合后向投影成像算法讨论收、发阵元指向性对成像性能的影响，并类比基于加权的传统阵列信号处理结果，进一步验证收、发阵元指向性对成像结果的影响；有助于方位向频谱混跌以及待研制合成孔径声纳系统性能指标的仿真验证及分析。
传统合成孔径声纳回波仿真一般仅考虑3分贝波束宽度内接收的回波信号，忽略了收、发阵元宽频带指向性调制的实际问题。针对这一问题，本文根据声纳收、发阵元与目标间的瞬时几何关系，研究收、发阵元指向性调制的合成孔径声纳回波仿真方法。在此基础上，结合后向投影成像算法讨论收、发阵元指向性对成像性能的影响，并类比基于加权的传统阵列信号处理结果，进一步验证收、发阵元指向性对成像结果的影响；有助于方位向频谱混跌以及待研制合成孔径声纳系统性能指标的仿真验证及分析。
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doi: 10.13203/j.whugis20210192
摘要:
传统基于遥感的气温反演方法往往使用全局模型，从而忽略了气温分布及其时空影响异质性，特别是在较大区域尺度的研究中存在不足。本文针对长江经济带区域，引入时空地理加权神经网络模型，建立一种高精度的气温估计方法。通过在广义回归网络模型中建立局部模型来顾及时空异质性的影响，融合遥感数据、同化数据、站点数据，获取面域分布的近地表气温信息。采用基于站点的十折交叉验证方法对模型性能进行评估，结果表明：时空地理加权神经网络有效提高了气温估计的精度（RMSE=1.899℃，MAE=1.310℃，R=0.976），与多元线性回归和传统的全局神经网络方法相比，MAE值分别降低了1.112℃和0.378℃。气温空间分布制图结果显示，本文方法结果能很好地反映长江经济带气温空间上的差异和不同季节的特征信息，具有实际应用价值。
传统基于遥感的气温反演方法往往使用全局模型，从而忽略了气温分布及其时空影响异质性，特别是在较大区域尺度的研究中存在不足。本文针对长江经济带区域，引入时空地理加权神经网络模型，建立一种高精度的气温估计方法。通过在广义回归网络模型中建立局部模型来顾及时空异质性的影响，融合遥感数据、同化数据、站点数据，获取面域分布的近地表气温信息。采用基于站点的十折交叉验证方法对模型性能进行评估，结果表明：时空地理加权神经网络有效提高了气温估计的精度（RMSE=1.899℃，MAE=1.310℃，R=0.976），与多元线性回归和传统的全局神经网络方法相比，MAE值分别降低了1.112℃和0.378℃。气温空间分布制图结果显示，本文方法结果能很好地反映长江经济带气温空间上的差异和不同季节的特征信息，具有实际应用价值。
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doi: 10.13203/j.whugis20200518
摘要:
星载差分干涉测量技术（differential interferometric synthetic aperture radar，D-InSAR）已经广泛应用于大范围的地表形变监测，但星载SAR（synthetic aperture radar）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响，且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响，提出了基于零空间基线的车载InSAR系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时，通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零，从而使得利用D-InSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程，极大简化了差分干涉处理的流程。以湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例，使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析，形变值均方根误差为2.206mm。
星载差分干涉测量技术（differential interferometric synthetic aperture radar，D-InSAR）已经广泛应用于大范围的地表形变监测，但星载SAR（synthetic aperture radar）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响，且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响，提出了基于零空间基线的车载InSAR系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时，通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零，从而使得利用D-InSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程，极大简化了差分干涉处理的流程。以湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例，使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析，形变值均方根误差为2.206mm。
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doi: 10.13203/j.whugis20200567
摘要:
点云具有数据量大、无拓扑结构等特点，现有的深度学习语义分割模型难以充分挖掘大范围邻域内点云中所隐藏的几何特征。为此，提出一种基于空洞邻域并结合角度等几何特征作为模型输入的点云语义分割模型。首先，在局部邻域构建过程中，将图像处理的空洞卷积操作扩展至点云，建立空洞领域结构，以扩大感受野。其次，在特征提取过程中，采用中心点与邻域点之间相对坐标、距离、角度等基本几何特征作为模型输入，最大程度挖掘邻域内的几何特征。最后，基于本文提出的邻域结构与特征提取算法构建了点云语义分割模型。采用Semantic3D数据集进行实验验证，结果表明：本文提出的模型分割效果优于对比的点云语义分割算法，空洞邻域与局部几何输入特征能够有效改善点云语义模型的性能。
点云具有数据量大、无拓扑结构等特点，现有的深度学习语义分割模型难以充分挖掘大范围邻域内点云中所隐藏的几何特征。为此，提出一种基于空洞邻域并结合角度等几何特征作为模型输入的点云语义分割模型。首先，在局部邻域构建过程中，将图像处理的空洞卷积操作扩展至点云，建立空洞领域结构，以扩大感受野。其次，在特征提取过程中，采用中心点与邻域点之间相对坐标、距离、角度等基本几何特征作为模型输入，最大程度挖掘邻域内的几何特征。最后，基于本文提出的邻域结构与特征提取算法构建了点云语义分割模型。采用Semantic3D数据集进行实验验证，结果表明：本文提出的模型分割效果优于对比的点云语义分割算法，空洞邻域与局部几何输入特征能够有效改善点云语义模型的性能。
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doi: 10.13203/j.whugis20200232
摘要:
为了提高卫星钟差预报的精度，针对钟差数据中量级较小的误差，提出一种基于中位数（MAD）的小波阈值法钟差数据预处理策略（WMAD）。首先，利用小波阈值方法将钟差数据进行分解，得到分解后的高频系数和低频系数。然后利用MAD处理各层影响阈值设置的高频系数，通过处理后的高频系数计算阈值，从而提高小波阈值法剔除小异常值的能力。最后，用北斗二号卫星钟差数据进行了验证，结果表明：本文方法可以有效剔除钟差历史观测序列中量级较小的误差，并可对卫星钟差进行精确的预报。
为了提高卫星钟差预报的精度，针对钟差数据中量级较小的误差，提出一种基于中位数（MAD）的小波阈值法钟差数据预处理策略（WMAD）。首先，利用小波阈值方法将钟差数据进行分解，得到分解后的高频系数和低频系数。然后利用MAD处理各层影响阈值设置的高频系数，通过处理后的高频系数计算阈值，从而提高小波阈值法剔除小异常值的能力。最后，用北斗二号卫星钟差数据进行了验证，结果表明：本文方法可以有效剔除钟差历史观测序列中量级较小的误差，并可对卫星钟差进行精确的预报。
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doi: 10.13203/j.whugis20190286
摘要:
为了分析单站区域电离层TEC（total electron content）模型的适用范围和精度，本文基于2~15阶次球谐函数，分别建立了欧洲区域16个单站区域电离层TEC模型，生成了区域格网TEC，并与CODE（Center for Orbit Determination in Europe）、iGMAS（International GNSS Monitoring and Assessment System）和IGS（International GNSS Service）等全球电离层产品比较分析，结果表明：基于低阶（2×2或3×3阶次）球谐函数建立的单站区域电离层TEC模型，在以单站为中心经纬度范围10°×10°以内（半径<600km），电离层TEC精度与CODE、iGMAS和IGS等全球电离层产品的TEC精度相当，约为1.0TECU。从而实现了在一定区域内（半径<600km）利用单站建立电离层TEC模型替代全球电离层TEC模型，高效地为区域内单频用户提供高精度的电离层延迟改正。
为了分析单站区域电离层TEC（total electron content）模型的适用范围和精度，本文基于2~15阶次球谐函数，分别建立了欧洲区域16个单站区域电离层TEC模型，生成了区域格网TEC，并与CODE（Center for Orbit Determination in Europe）、iGMAS（International GNSS Monitoring and Assessment System）和IGS（International GNSS Service）等全球电离层产品比较分析，结果表明：基于低阶（2×2或3×3阶次）球谐函数建立的单站区域电离层TEC模型，在以单站为中心经纬度范围10°×10°以内（半径<600km），电离层TEC精度与CODE、iGMAS和IGS等全球电离层产品的TEC精度相当，约为1.0TECU。从而实现了在一定区域内（半径<600km）利用单站建立电离层TEC模型替代全球电离层TEC模型，高效地为区域内单频用户提供高精度的电离层延迟改正。
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doi: 10.13203/j.whugis20200577
摘要:
北斗三号系统（BDS-3）的信号体制经过重新设计，提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。本文从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层组合（Geometry-Free Ionosphere-Free，GFIF）观测值特性等方面，对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明，BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号（BDS-2）卫星且未发现与高度角相关的系统偏差，B1C受多路径及噪声的影响更为显著；不同信号组合的GFIF序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差，峰值约为2cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨（Precise Orbit Determination，POD），分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合，使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）进行轨道精度检核，结果表明，在可用观测数少于B1I&B3I的情况下，B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平，轨道径向的内符合精度分别为6.1cm，6.6cm。
北斗三号系统（BDS-3）的信号体制经过重新设计，提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。本文从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层组合（Geometry-Free Ionosphere-Free，GFIF）观测值特性等方面，对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明，BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号（BDS-2）卫星且未发现与高度角相关的系统偏差，B1C受多路径及噪声的影响更为显著；不同信号组合的GFIF序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差，峰值约为2cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨（Precise Orbit Determination，POD），分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合，使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）进行轨道精度检核，结果表明，在可用观测数少于B1I&B3I的情况下，B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平，轨道径向的内符合精度分别为6.1cm，6.6cm。
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doi: 10.13203/j.whugis20200721
摘要:
时间主成分分析（Temporal Principal Component Analysis，TPCA）可用于地学领域中提取时空数据的时序特征和空间分布特征，北京平原区的地面沉降具有典型的时序和空间特征。本文在利用PS-InSAR技术获取的北京平原区2003年—2010年地面沉降数据的基础上，采用TPCA方法，分析了北京平原区地面沉降时空演化特征。经分析发现：（1） TPCA分析得到的第一主成分反应了地面沉降在该长时序阶段的空间分布特征。（2）第二主成分得分为正的空间点与可压缩层厚度在130m以上的区域在空间分布上有一致性和相关性。（3）在空间上，第一主成分为负值与第二主成分为正值的PS点，分布在年均沉降速率30mm/a以上的严重沉降区域。严重沉降区具有明显的南北沉降分类现象和季节性差异，具体表现为：北部沉降区在春夏季节的沉降量大于秋冬季节的；南部沉降区则与之相反。总之，基于时间主成分分析方法，可分析得到研究区的地面沉降时空演化规律，为城市安全监测提供数据支撑。
时间主成分分析（Temporal Principal Component Analysis，TPCA）可用于地学领域中提取时空数据的时序特征和空间分布特征，北京平原区的地面沉降具有典型的时序和空间特征。本文在利用PS-InSAR技术获取的北京平原区2003年—2010年地面沉降数据的基础上，采用TPCA方法，分析了北京平原区地面沉降时空演化特征。经分析发现：（1） TPCA分析得到的第一主成分反应了地面沉降在该长时序阶段的空间分布特征。（2）第二主成分得分为正的空间点与可压缩层厚度在130m以上的区域在空间分布上有一致性和相关性。（3）在空间上，第一主成分为负值与第二主成分为正值的PS点，分布在年均沉降速率30mm/a以上的严重沉降区域。严重沉降区具有明显的南北沉降分类现象和季节性差异，具体表现为：北部沉降区在春夏季节的沉降量大于秋冬季节的；南部沉降区则与之相反。总之，基于时间主成分分析方法，可分析得到研究区的地面沉降时空演化规律，为城市安全监测提供数据支撑。
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doi: 10.13203/j.whugis20210353
摘要:
针对基于YOLOv3模型的侧扫声纳沉船目标检测方法存在小目标漏警率高、模型权重大、检测速度未能满足实时性需求等问题，引入YOLOv5算法并根据数据集特点，提出基于YOLOv5模型的侧扫声纳海底沉船目标检测方法。在YOLOv5基础框架下尝试YOLOv5a、YOLOv5b、YOLOv5c、YOLOv5d、YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv5l和YOLOv5x八种不同深度和宽度的模型结构，并选择最优的结构，使用GA+K（Genetic Algorithm+K-mean）算法优化检测框，通过CIOU_Loss对损失函数进行改进。实验结果表明，改进的YOLOv5a模型在AP_0.5和AP_0.5-0.9较原始模型提高了0.3%和0.6%，较YOLOv3模型有了全面大幅提升，其中AP_0.5和AP_0.5-0.9分别提高了4.2%和6.1%，检测速度达到426帧/秒，提升了几乎一倍，更加益于实际应用和工程部署。
针对基于YOLOv3模型的侧扫声纳沉船目标检测方法存在小目标漏警率高、模型权重大、检测速度未能满足实时性需求等问题，引入YOLOv5算法并根据数据集特点，提出基于YOLOv5模型的侧扫声纳海底沉船目标检测方法。在YOLOv5基础框架下尝试YOLOv5a、YOLOv5b、YOLOv5c、YOLOv5d、YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv5l和YOLOv5x八种不同深度和宽度的模型结构，并选择最优的结构，使用GA+K（Genetic Algorithm+K-mean）算法优化检测框，通过CIOU_Loss对损失函数进行改进。实验结果表明，改进的YOLOv5a模型在AP_0.5和AP_0.5-0.9较原始模型提高了0.3%和0.6%，较YOLOv3模型有了全面大幅提升，其中AP_0.5和AP_0.5-0.9分别提高了4.2%和6.1%，检测速度达到426帧/秒，提升了几乎一倍，更加益于实际应用和工程部署。
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doi: 10.13203/j.whugis20200143
摘要:
深度学习技术促使诸多领域研究取得突破性进展，基于深度神经网络的地图综合研究备受期待。本文将建筑物综合过程抽象解释为编解码过程，系统地研究基于编解码结构的深度神经网络在建筑物综合中的应用：首先，利用空间划分与矢量-栅格数据转换相结合的方式构建样本和样本集；然后，利用样本集训练、测试基于编解码结构的深度神经网络实现建筑物综合学习泛化的效果评估；最后，搭建五种代表性的基于编解码结构的深度神经网络，分析比较各模型在建筑物综合中的应用效果。实验结果表明：基于编解码结构的深度神经网络能够从建筑物综合样本中学习或推理出部分建筑物综合知识和综合操作，且实验测试的五种模型中Pix2Pix更适用于建筑物综合的学习模拟。
深度学习技术促使诸多领域研究取得突破性进展，基于深度神经网络的地图综合研究备受期待。本文将建筑物综合过程抽象解释为编解码过程，系统地研究基于编解码结构的深度神经网络在建筑物综合中的应用：首先，利用空间划分与矢量-栅格数据转换相结合的方式构建样本和样本集；然后，利用样本集训练、测试基于编解码结构的深度神经网络实现建筑物综合学习泛化的效果评估；最后，搭建五种代表性的基于编解码结构的深度神经网络，分析比较各模型在建筑物综合中的应用效果。实验结果表明：基于编解码结构的深度神经网络能够从建筑物综合样本中学习或推理出部分建筑物综合知识和综合操作，且实验测试的五种模型中Pix2Pix更适用于建筑物综合的学习模拟。
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doi: 10.13203/j.whugis20200631
摘要:
训练样本的质量直接影响到训练阶段的训练质量（或效果），进而在一定程度上影响到测试阶段的分类精度。训练样本的代表性和典型性则反映出训练样本质量的一个重要方面。对于当前非常流行的深度学习模型研究，如何尽可能地减少训练样本的数量，一方面成为一个非常“棘手”的问题，另一方面从实际应用的角度来看，这也上升为一个经济或成本方面的问题。文章提出一种适用于训练样本选择的斜交因子模型方法，该方法松弛了Q型因子分析和对应分析对于公因子之间独立的假设条件，并在斜交参考解的基础上提出一种适合训练样本选择的近似求解斜交旋转的方法。实验与分析表明：提出的方法是可行、有效的。与基于正交因子模型的方法相比，它可以更好地描述或逼近现实的真实情况，可以选择出更合理、更具有代表性的典型训练样本，并且还可以取得满意的分类精度。适用于训练样本选择的斜交因子模型方法优于基于正交因子模型的训练样本的选择方法，被选择的训练样本，其分布相对更分散、更合理，而且总的分类精度平均提高3%左右。提出的方法，在理论方面可以为优化样本的采集提供一种理论支持，在实际应用方面对样本的采集具有指导或参考意义。
训练样本的质量直接影响到训练阶段的训练质量（或效果），进而在一定程度上影响到测试阶段的分类精度。训练样本的代表性和典型性则反映出训练样本质量的一个重要方面。对于当前非常流行的深度学习模型研究，如何尽可能地减少训练样本的数量，一方面成为一个非常“棘手”的问题，另一方面从实际应用的角度来看，这也上升为一个经济或成本方面的问题。文章提出一种适用于训练样本选择的斜交因子模型方法，该方法松弛了Q型因子分析和对应分析对于公因子之间独立的假设条件，并在斜交参考解的基础上提出一种适合训练样本选择的近似求解斜交旋转的方法。实验与分析表明：提出的方法是可行、有效的。与基于正交因子模型的方法相比，它可以更好地描述或逼近现实的真实情况，可以选择出更合理、更具有代表性的典型训练样本，并且还可以取得满意的分类精度。适用于训练样本选择的斜交因子模型方法优于基于正交因子模型的训练样本的选择方法，被选择的训练样本，其分布相对更分散、更合理，而且总的分类精度平均提高3%左右。提出的方法，在理论方面可以为优化样本的采集提供一种理论支持，在实际应用方面对样本的采集具有指导或参考意义。
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doi: 10.13203/j.whugis20200600
摘要:
不可移动文物作为文化遗产中极为重要的组成部分，所面临的暴雨洪涝灾害风险正不断升高。针对不可移动文物暴雨洪涝灾害风险防范需求，以福建省18个县（市）的24处国保古遗址为例，基于自然灾害风险评估理论，采用指标体系法从致灾因子、孕灾环境及文物本体3个方面构建了不可移动文物季节性暴雨洪涝灾害风险评估方法。结果表明：风险评估结果能很好地反映出暴雨洪涝灾害的季节性差异，说明该评估方法具有可行性；福建省第二季度暴雨洪涝危险性最高，其次为第一和第三季度，不同季度危险性空间分布存在明显差异；第一、二季度沿海和北部县域的国保古遗址暴雨洪涝风险高，中部县域风险较低；第三、四季度风险整体为沿海高、内陆低。暴雨洪涝灾害风险季节性差异结果可为不可移动文物防灾减灾规划与监测防范措施提供科学参考。
不可移动文物作为文化遗产中极为重要的组成部分，所面临的暴雨洪涝灾害风险正不断升高。针对不可移动文物暴雨洪涝灾害风险防范需求，以福建省18个县（市）的24处国保古遗址为例，基于自然灾害风险评估理论，采用指标体系法从致灾因子、孕灾环境及文物本体3个方面构建了不可移动文物季节性暴雨洪涝灾害风险评估方法。结果表明：风险评估结果能很好地反映出暴雨洪涝灾害的季节性差异，说明该评估方法具有可行性；福建省第二季度暴雨洪涝危险性最高，其次为第一和第三季度，不同季度危险性空间分布存在明显差异；第一、二季度沿海和北部县域的国保古遗址暴雨洪涝风险高，中部县域风险较低；第三、四季度风险整体为沿海高、内陆低。暴雨洪涝灾害风险季节性差异结果可为不可移动文物防灾减灾规划与监测防范措施提供科学参考。
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doi: 10.13203/j.whugis20210001
摘要:
森林郁闭度是森林资源调查中的一个重要因子，对森林质量评价具有重要的作用。随着人工智能技术和遥感技术的不断发展，研究如何利用深度学习有效协同应用不同空间覆盖能力的遥感数据实现区域森林郁闭度的估测具有重要意义。本研究提出了一种协同应用高密度无人机激光雷达和高空间分辨率卫星遥感数据，对区域森林郁闭度进行定量估测的深度学习模型（UnetR）。通过对用于图像分类的Unet的损失函数进行改进，并在卷积层后加入批量归一化层，使其具有对连续变量进行定量估测的能力。与全卷积神经网络（fully convolutional networks，FCN）、随机森林（random forest，RF）和支持向量机回归（supportvector regression，SVR）模型的对比评价结果表明，UnetR模型的均方根误差较低，估测精度较高，为实现区域森林郁闭度遥感监测提供了一种人力成本低、自动化程度高的估测方法。
森林郁闭度是森林资源调查中的一个重要因子，对森林质量评价具有重要的作用。随着人工智能技术和遥感技术的不断发展，研究如何利用深度学习有效协同应用不同空间覆盖能力的遥感数据实现区域森林郁闭度的估测具有重要意义。本研究提出了一种协同应用高密度无人机激光雷达和高空间分辨率卫星遥感数据，对区域森林郁闭度进行定量估测的深度学习模型（UnetR）。通过对用于图像分类的Unet的损失函数进行改进，并在卷积层后加入批量归一化层，使其具有对连续变量进行定量估测的能力。与全卷积神经网络（fully convolutional networks，FCN）、随机森林（random forest，RF）和支持向量机回归（supportvector regression，SVR）模型的对比评价结果表明，UnetR模型的均方根误差较低，估测精度较高，为实现区域森林郁闭度遥感监测提供了一种人力成本低、自动化程度高的估测方法。
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doi: 10.13203/j.whugis20200306
摘要:
发现运动目标并获得运动目标的地理位置与运动速度，是光学视频卫星非常重要的一个高精度应用。现有光学卫星视频稳像方法虽然可以获得稳定流畅的视频数据，但视频数据中缺少几何信息，难以满足这一应用需求。针对该问题，本文提出一种带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法。该方法充分利用卫星视频帧的定向参数信息，构建基于视频帧定向模型的帧间运动模型，并通过辅帧定向参数的运动补偿，实现视频序列帧间几何一致性，再在物方空间对视频序列进行地理编码，生成带有地理编码的流畅视频数据。经对珠海一号卫星视频数据的试验结果表明，本文方法可以有效消除卫星平台抖动和卫星定轨测姿等误差对卫星视频帧间几何精度的影响，获得的帧间几何精度与视频稳像精度均优于0.3像素。
发现运动目标并获得运动目标的地理位置与运动速度，是光学视频卫星非常重要的一个高精度应用。现有光学卫星视频稳像方法虽然可以获得稳定流畅的视频数据，但视频数据中缺少几何信息，难以满足这一应用需求。针对该问题，本文提出一种带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法。该方法充分利用卫星视频帧的定向参数信息，构建基于视频帧定向模型的帧间运动模型，并通过辅帧定向参数的运动补偿，实现视频序列帧间几何一致性，再在物方空间对视频序列进行地理编码，生成带有地理编码的流畅视频数据。经对珠海一号卫星视频数据的试验结果表明，本文方法可以有效消除卫星平台抖动和卫星定轨测姿等误差对卫星视频帧间几何精度的影响，获得的帧间几何精度与视频稳像精度均优于0.3像素。
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doi: 10.13203/j.whugis20200714
摘要:
BDS-3于2020年7月31日正式开通全球服务，为详细评估BDS-3全球定位性能，以全球16个MGEX跟踪站多天实测数据为基础。采用Net_Diff软件进行了全球范围内BDS-3单频、双频无电离层组合与双频非组合模型下双频、三频非组合模型和三频无电离层两两组合模型三频伪距单点定位解算试验，并与GPS、Galileo部分频率进行对比。试验结果表明，在亚欧非地区BDS-3卫星数与空间几何构型优于GPS和Galileo，对于BDS-3单频伪距单点定位，B1C、B1I、B2a、B3I四个频率E方向精度优于0.5 m，N方向精度优于1 m，U方向精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1C>B1I>L1>B3I> B2a> E1>L2>E5a。对于BDS-3双频组合伪距单点定位，B2aB3I组合定位较差，不适合进行定位，B1CB2a、B1CB3I、B1IB2a、B1IB3I组合频率E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为：B1CB2a>B1CB3I> L1L2> B1IB3I> B1IB2a> E1E5a> B2aB3I。对于BDS-3三频组合伪距单点定位，B1IB2aB3I、B1CB2aB3I组合E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1CB2aB3I> B1IB2aB3I> L1L2L2> E1E5aE5b。B1CB3I、B1IB3I、B1CB2a、B1IB2a双频组合适合利用非组合模型进行定位，B2aB3I适合利用无电离层模型进行定位，B1IB2aB3I和B1CB2aB3I适合利用非组合模型定位。结合实验结果可知，BDS-3在全球范围内定位性能较优，甚至部分频率定位性能优于GPS和Galileo，可为今后BDS-3相关研究提供一定参考。
BDS-3于2020年7月31日正式开通全球服务，为详细评估BDS-3全球定位性能，以全球16个MGEX跟踪站多天实测数据为基础。采用Net_Diff软件进行了全球范围内BDS-3单频、双频无电离层组合与双频非组合模型下双频、三频非组合模型和三频无电离层两两组合模型三频伪距单点定位解算试验，并与GPS、Galileo部分频率进行对比。试验结果表明，在亚欧非地区BDS-3卫星数与空间几何构型优于GPS和Galileo，对于BDS-3单频伪距单点定位，B1C、B1I、B2a、B3I四个频率E方向精度优于0.5 m，N方向精度优于1 m，U方向精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1C>B1I>L1>B3I> B2a> E1>L2>E5a。对于BDS-3双频组合伪距单点定位，B2aB3I组合定位较差，不适合进行定位，B1CB2a、B1CB3I、B1IB2a、B1IB3I组合频率E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为：B1CB2a>B1CB3I> L1L2> B1IB3I> B1IB2a> E1E5a> B2aB3I。对于BDS-3三频组合伪距单点定位，B1IB2aB3I、B1CB2aB3I组合E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1CB2aB3I> B1IB2aB3I> L1L2L2> E1E5aE5b。B1CB3I、B1IB3I、B1CB2a、B1IB2a双频组合适合利用非组合模型进行定位，B2aB3I适合利用无电离层模型进行定位，B1IB2aB3I和B1CB2aB3I适合利用非组合模型定位。结合实验结果可知，BDS-3在全球范围内定位性能较优，甚至部分频率定位性能优于GPS和Galileo，可为今后BDS-3相关研究提供一定参考。
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doi: 10.13203/j.whugis20200640
摘要:
高空间分辨率（高分）遥感影像正被广泛应用，而传统分类算法在高分遥感影像上表现的精度和效率都较差，深度学习语义分割算法在高分遥感影像的实际分类中泛化性较差。为了适应大范围高分遥感影像的特点，提出了一种基于U-Net网络的模拟退火超参数优化与深度可分离卷积语义分割模型。首先在U-Net网络基础上使用了深度可分离卷积模块来进行特征提取，在保持高效性的同时减少模型的参数量和计算量，然后利用基于模拟退火的智能优化学习模型搜索网络超参数的全局最优解，自动优化网络训练初始点。最后在ISPRS2D和GID （Gaofenimage dataset）数据集上进行实验，与对比实验相比，在ISPRS2D数据集的分类结果中建筑物、低植被和汽车及总体分类上精度均有提高，在GID数据集的分类结果中水域、草地、森林及总体分类上精度均有大幅提升，实验结果验证了本文提出模型的高效性、高精度性与鲁棒性。
高空间分辨率（高分）遥感影像正被广泛应用，而传统分类算法在高分遥感影像上表现的精度和效率都较差，深度学习语义分割算法在高分遥感影像的实际分类中泛化性较差。为了适应大范围高分遥感影像的特点，提出了一种基于U-Net网络的模拟退火超参数优化与深度可分离卷积语义分割模型。首先在U-Net网络基础上使用了深度可分离卷积模块来进行特征提取，在保持高效性的同时减少模型的参数量和计算量，然后利用基于模拟退火的智能优化学习模型搜索网络超参数的全局最优解，自动优化网络训练初始点。最后在ISPRS2D和GID （Gaofenimage dataset）数据集上进行实验，与对比实验相比，在ISPRS2D数据集的分类结果中建筑物、低植被和汽车及总体分类上精度均有提高，在GID数据集的分类结果中水域、草地、森林及总体分类上精度均有大幅提升，实验结果验证了本文提出模型的高效性、高精度性与鲁棒性。
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doi: 10.13203/j.whugis20210147
摘要:
针对单直线几何属性的弱稳定性及非“一对一”匹配结果难以检核问题，提出一种结合线对几何特征及单线描述符约束的直线匹配算法。所提算法将邻域内满足一定几何条件约束的两直线构建线对，作为一个整体进行匹配。匹配过程中首先利用线对中两直线交点的核线约束匹配候选范围，然后逐一采用线对内角度、线段间距离比、线对邻域辐射信息三种属性特征对匹配候选进行筛选，最后根据三角形区域灰度相似性确定最终匹配对。检核过程中首先根据直线与核线夹角及直线斜率建立同名线对中单直线的对应关系，然后每组同名线对分裂得到两组同名直线，在此基础上对应地建立两直线梯度描述符并计算两直线描述符间的相似性，最后结合共线几何和描述符相似性对匹配结果进行检核，剔除错误匹配，并对结果中的共线直线进行合并，得到“一对一”的同名直线。选取典型纹理特征的航空影像和不同变换类型的近景影像进行参数分析及直线匹配实验，实验结果表明，所提算法匹配正确率较高，在纹理相似、视角变化、旋转变化、尺度变化、光照变化的复杂场景下匹配正确率均高于95%，具有较好的鲁棒性，且可有效解决因直线断裂等原因造成的复杂匹配关系难以检核问题。
针对单直线几何属性的弱稳定性及非“一对一”匹配结果难以检核问题，提出一种结合线对几何特征及单线描述符约束的直线匹配算法。所提算法将邻域内满足一定几何条件约束的两直线构建线对，作为一个整体进行匹配。匹配过程中首先利用线对中两直线交点的核线约束匹配候选范围，然后逐一采用线对内角度、线段间距离比、线对邻域辐射信息三种属性特征对匹配候选进行筛选，最后根据三角形区域灰度相似性确定最终匹配对。检核过程中首先根据直线与核线夹角及直线斜率建立同名线对中单直线的对应关系，然后每组同名线对分裂得到两组同名直线，在此基础上对应地建立两直线梯度描述符并计算两直线描述符间的相似性，最后结合共线几何和描述符相似性对匹配结果进行检核，剔除错误匹配，并对结果中的共线直线进行合并，得到“一对一”的同名直线。选取典型纹理特征的航空影像和不同变换类型的近景影像进行参数分析及直线匹配实验，实验结果表明，所提算法匹配正确率较高，在纹理相似、视角变化、旋转变化、尺度变化、光照变化的复杂场景下匹配正确率均高于95%，具有较好的鲁棒性，且可有效解决因直线断裂等原因造成的复杂匹配关系难以检核问题。
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doi: 10.13203/j.whugis20200686
摘要:
北斗三号PPP-B2b信号为中国及周边地区提供实时精密单点定位（Real-Time PrecisePoint Positioning，RTPPP）服务，为了推广PPP-B2b信号的应用，需要对其服务性能进行评估。本文对北斗三号PPP-B2b产品进行分析；根据全球连续监测评估系统（international GNSSMonitoring and Assessment System，iGMAS）在中国的测站在2020年9月的观测数据，评估了基于PPP-B2b信号的（Beidou Navigation Satellite System）的轨道和钟差精度；分析了使用北斗三号PPP-B2b产品的B1I+B3I、B1C+B2a信号组合的定位精度、NEU方向收敛情况。结果显示：BDS轨道产品R方向精度均值为0.1m，A方向精度均值为0.31m，C方向精度均值为0.3m；钟差精度均方根（Root Mean Square，RMS）的均值为2.26ns，标准差（Standard Deviation，STD）的均值为0.08ns。关于PPP收敛时间情况，在NEU三个方向上，使用GBM产品的B1I+B3I信号组合收敛最快，且最终收敛精度最高，其次是B1I+B3I（PPP-B2b）信号组合，最后是B1C+B2a（PPP-B2b）信号组合。结果表明，北斗三号PPP-B2b信号满足中国区域PPP服务的要求。
北斗三号PPP-B2b信号为中国及周边地区提供实时精密单点定位（Real-Time PrecisePoint Positioning，RTPPP）服务，为了推广PPP-B2b信号的应用，需要对其服务性能进行评估。本文对北斗三号PPP-B2b产品进行分析；根据全球连续监测评估系统（international GNSSMonitoring and Assessment System，iGMAS）在中国的测站在2020年9月的观测数据，评估了基于PPP-B2b信号的（Beidou Navigation Satellite System）的轨道和钟差精度；分析了使用北斗三号PPP-B2b产品的B1I+B3I、B1C+B2a信号组合的定位精度、NEU方向收敛情况。结果显示：BDS轨道产品R方向精度均值为0.1m，A方向精度均值为0.31m，C方向精度均值为0.3m；钟差精度均方根（Root Mean Square，RMS）的均值为2.26ns，标准差（Standard Deviation，STD）的均值为0.08ns。关于PPP收敛时间情况，在NEU三个方向上，使用GBM产品的B1I+B3I信号组合收敛最快，且最终收敛精度最高，其次是B1I+B3I（PPP-B2b）信号组合，最后是B1C+B2a（PPP-B2b）信号组合。结果表明，北斗三号PPP-B2b信号满足中国区域PPP服务的要求。
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doi: 10.13203/j.whugis20210143
摘要:
城市地区地面沉降造成地面高程损失，威胁各类设施的安全运行，影响地表径流和水文循环，监测地面沉降现状并揭示其形成机制，对于城市可持续发展具有重要意义。以2007-2011年的ALOS-PALSAR影像和2015-2019年的Radarsat-2影像为数据源，基于小基线集技术（small baseline subset interferometric synthetic aperture radar，SBAS-InSAR）获取武汉市两个监测阶段的地面沉降速率、沉降时间序列，并利用地理探测器揭示规划单元尺度地面沉降的主导驱动因子及驱动因子之间的交互作用机制。结果表明：①2007-2011年和2015-2019年地面沉降平均速率分别为-3.53 mm/year和-1.48 mm/year，2007-2011年地面沉降较为显著的4个区域是汉口、沙湖沿岸及以北、南湖以西和白沙洲地区，2015-2019年为汉口、沙湖北、白沙洲地区。②局部性、阶段性、与自然条件及人类活动相关是两个时期武汉市地面沉降演变的3个特点。③水文地质条件作为必要条件，通过与地面荷载、地下空间开发、工程施工因素交互作用形成武汉市地面沉降时空格局，2007-2011年的工程施工因素、2015-2019年的地面荷载因素与水文地质条件交互作用明显较强。
城市地区地面沉降造成地面高程损失，威胁各类设施的安全运行，影响地表径流和水文循环，监测地面沉降现状并揭示其形成机制，对于城市可持续发展具有重要意义。以2007-2011年的ALOS-PALSAR影像和2015-2019年的Radarsat-2影像为数据源，基于小基线集技术（small baseline subset interferometric synthetic aperture radar，SBAS-InSAR）获取武汉市两个监测阶段的地面沉降速率、沉降时间序列，并利用地理探测器揭示规划单元尺度地面沉降的主导驱动因子及驱动因子之间的交互作用机制。结果表明：①2007-2011年和2015-2019年地面沉降平均速率分别为-3.53 mm/year和-1.48 mm/year，2007-2011年地面沉降较为显著的4个区域是汉口、沙湖沿岸及以北、南湖以西和白沙洲地区，2015-2019年为汉口、沙湖北、白沙洲地区。②局部性、阶段性、与自然条件及人类活动相关是两个时期武汉市地面沉降演变的3个特点。③水文地质条件作为必要条件，通过与地面荷载、地下空间开发、工程施工因素交互作用形成武汉市地面沉降时空格局，2007-2011年的工程施工因素、2015-2019年的地面荷载因素与水文地质条件交互作用明显较强。
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doi: 10.13203/j.whugis20200324
摘要:
针对现有基于发生元离散化思想的Voronoi算法在计算效率与边界位置精度之间难以平衡控制问题，提出了一种基于邻居对分类插值策略的面向多尺度面状居民地匹配的Voronoi图自适应构建算法（An adaptive Voronoi diagrams Algorithm for matching multi-scale areal Residential Areas，AVARA）。它首先利用居民地多边形的质心构成的Delaunay三角网计算出居民地邻居对；其次根据邻居对之间的最小距离与他们的最小面积外包矩形的边长最小值的大小关系将邻居对分类；再次根据邻居对类别采用相应的方法在居民地边界上自适应地内插点；最后，基于内插点集及居民地的顶点集构建居民地的Voronoi图。利用1：10，000和1：50，000居民地数据进行了Voronoi图实验，结果表明：与通视点法、1：10，000数据的3米及6米等间隔内插点法相比，AVARA在局部位置精度与时间性能方面均胜出；与1：50，000数据的30米等间隔内插点法相比，AVARA取得了较高的局部位置精度；与1：50，000数据的15米等间隔内插点法相比，AVARA的时间性能提升了34.6%。有效缓解了Voronoi图计算效率与边界位置精度的平衡控制问题。
针对现有基于发生元离散化思想的Voronoi算法在计算效率与边界位置精度之间难以平衡控制问题，提出了一种基于邻居对分类插值策略的面向多尺度面状居民地匹配的Voronoi图自适应构建算法（An adaptive Voronoi diagrams Algorithm for matching multi-scale areal Residential Areas，AVARA）。它首先利用居民地多边形的质心构成的Delaunay三角网计算出居民地邻居对；其次根据邻居对之间的最小距离与他们的最小面积外包矩形的边长最小值的大小关系将邻居对分类；再次根据邻居对类别采用相应的方法在居民地边界上自适应地内插点；最后，基于内插点集及居民地的顶点集构建居民地的Voronoi图。利用1：10，000和1：50，000居民地数据进行了Voronoi图实验，结果表明：与通视点法、1：10，000数据的3米及6米等间隔内插点法相比，AVARA在局部位置精度与时间性能方面均胜出；与1：50，000数据的30米等间隔内插点法相比，AVARA取得了较高的局部位置精度；与1：50，000数据的15米等间隔内插点法相比，AVARA的时间性能提升了34.6%。有效缓解了Voronoi图计算效率与边界位置精度的平衡控制问题。
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doi: 10.13203/j.whugis20200019
摘要:
针对月度夜光遥感影像VIIRS （Visible Infrared Imaging Radiometer Suite）数据缺失问题，提出一种利用地物邻近关系相关性的像元时空插值方法，以时、空关系互相作为约束条件，将时序变化一致性较好的像元数据作为空间插值的参考，将空间关系一致性较好的月度数据作为时序插值的参考，通过构建不同的卷积核在时序和空间维度分别对初步插值结果进行卷积运算，求得待插值像元的时空插值。以2015年江苏省月度夜光遥感影像修复为例，对不同维度时空插值方法进行对比分析，结果表明：（1）空间维度插值虽然顾及到像元的空间关联性，仍无法满足数据大范围缺失的插值要求，插值结果整体偏低；（2）时间维度插值考虑到像元的时间趋势性，插值精度较空间维度插值有一定提高，但部分月份插值结果有较大偏差；（3）相对于三次Hermit插值，时空插值方法获得的月度影像灯光亮度总和的最大相对误差、年度影像灯光亮度总和相对误差以及逐像元差值均显著降低。总的来看，本文中时空插值方法在插值过程中同时顾及到VIIRS数据的时间趋势平稳性和空间结构稳定性，影像插值精度提高明显，且该方法对待插值月份前后时序数据没有严格要求，更具有广泛性。
针对月度夜光遥感影像VIIRS （Visible Infrared Imaging Radiometer Suite）数据缺失问题，提出一种利用地物邻近关系相关性的像元时空插值方法，以时、空关系互相作为约束条件，将时序变化一致性较好的像元数据作为空间插值的参考，将空间关系一致性较好的月度数据作为时序插值的参考，通过构建不同的卷积核在时序和空间维度分别对初步插值结果进行卷积运算，求得待插值像元的时空插值。以2015年江苏省月度夜光遥感影像修复为例，对不同维度时空插值方法进行对比分析，结果表明：（1）空间维度插值虽然顾及到像元的空间关联性，仍无法满足数据大范围缺失的插值要求，插值结果整体偏低；（2）时间维度插值考虑到像元的时间趋势性，插值精度较空间维度插值有一定提高，但部分月份插值结果有较大偏差；（3）相对于三次Hermit插值，时空插值方法获得的月度影像灯光亮度总和的最大相对误差、年度影像灯光亮度总和相对误差以及逐像元差值均显著降低。总的来看，本文中时空插值方法在插值过程中同时顾及到VIIRS数据的时间趋势平稳性和空间结构稳定性，影像插值精度提高明显，且该方法对待插值月份前后时序数据没有严格要求，更具有广泛性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200530
摘要:
全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的有效解决方案。六边形格网具有一致相邻的几何特性，在许多领域得到应用，格网系统单元层次关系及全球统一编码运算是研究难点。本文根据四孔六边形剖分特点，提出封闭二十面体表面的一致瓦片层次结构；借助复进制数建立一致瓦片层次结构的编码数学模型，并等价设计全球统一编码运算、编码邻近查询、编码与地理坐标转换等算法。与同类成果相比，本文方案瓦片具有一致性且数量更少，算法复杂度低；层次结构的原理简明易懂，计算机执行效率高。对比实验结果表明，一致瓦片层次结构的编码与地理坐标转换平均效率分别约是同类成果的2.74、1.73倍，编码邻近查询平均效率约是其7.46倍，且随着格网层次升高效率优势更显著。本文研究成果有望为多源对地观测数据统一组织管理、处理分析提供理论和技术支撑。
全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的有效解决方案。六边形格网具有一致相邻的几何特性，在许多领域得到应用，格网系统单元层次关系及全球统一编码运算是研究难点。本文根据四孔六边形剖分特点，提出封闭二十面体表面的一致瓦片层次结构；借助复进制数建立一致瓦片层次结构的编码数学模型，并等价设计全球统一编码运算、编码邻近查询、编码与地理坐标转换等算法。与同类成果相比，本文方案瓦片具有一致性且数量更少，算法复杂度低；层次结构的原理简明易懂，计算机执行效率高。对比实验结果表明，一致瓦片层次结构的编码与地理坐标转换平均效率分别约是同类成果的2.74、1.73倍，编码邻近查询平均效率约是其7.46倍，且随着格网层次升高效率优势更显著。本文研究成果有望为多源对地观测数据统一组织管理、处理分析提供理论和技术支撑。
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doi: 10.13203/j.whugis20200023
摘要:
建筑物在不同视角下分为物理群集和产权群集，后者依附于前者。现有群集对象构建方法可以自动地构建同一栋建筑物的物理群集和产权群集，但生成的两个群集相互独立。这不仅增加建模成本，也不利于后期模型数据的更新和维护。针对该问题，研究公寓式建筑物物理群集与产权群集的关系，发现连通边界的层级性决定了胞腔聚合的产权体，提出一种将物理群集自动转换为产权群集的方法。所提方法在已有物理群集基础上，利用庞加莱对偶变换，将物理群集的胞腔转换为对偶点，胞腔之间的连通边界转换为边，物理群集转换为节点关系图。设计节点关系图分割算法，算法根据边的语义信息将节点关系图分割为表示专有和共有产权体的子节点关系图。进一步提取子节点关系图对应胞腔集的非公共边界面构建产权体，产权体的聚合形成产权群集。所提方法不再构建两个独立的群集，而是仅构建物理群集，然后通过转换方法生成产权群集。结果表明，所提方法能在已有物理群集中自动找出产权体并构建产权群集，节约了建模成本，便于后期数据的更新和维护。
建筑物在不同视角下分为物理群集和产权群集，后者依附于前者。现有群集对象构建方法可以自动地构建同一栋建筑物的物理群集和产权群集，但生成的两个群集相互独立。这不仅增加建模成本，也不利于后期模型数据的更新和维护。针对该问题，研究公寓式建筑物物理群集与产权群集的关系，发现连通边界的层级性决定了胞腔聚合的产权体，提出一种将物理群集自动转换为产权群集的方法。所提方法在已有物理群集基础上，利用庞加莱对偶变换，将物理群集的胞腔转换为对偶点，胞腔之间的连通边界转换为边，物理群集转换为节点关系图。设计节点关系图分割算法，算法根据边的语义信息将节点关系图分割为表示专有和共有产权体的子节点关系图。进一步提取子节点关系图对应胞腔集的非公共边界面构建产权体，产权体的聚合形成产权群集。所提方法不再构建两个独立的群集，而是仅构建物理群集，然后通过转换方法生成产权群集。结果表明，所提方法能在已有物理群集中自动找出产权体并构建产权群集，节约了建模成本，便于后期数据的更新和维护。
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doi: 10.13203/j.whugis20200633
摘要:
国家公园的土地覆盖分类对于掌握自然资源现状、查明存在的生态安全威胁并快速应对具有基础性数据支撑作用。本文基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）平台，结合哨兵（Sentinel）主被动遥感数据及其导出的光谱指数、纹理特征和地形特征，分别采用基于像元的随机森林（random forest，RF）算法和面向对象的简单非迭代聚类（simple non-iterative clustering，SNIC）+RF算法实现了钱江源国家公园异质性景观的土地覆盖（耕地、森林、草地、水体、人造地表和裸地）分类。经地面验证表明，在多种输入数据组合中，基于像元和面向对象方法分类获得的最高总体精度分别为92.37%和93.98%。合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据的纳入能够提高基于像元方法的分类精度，但在面向对象方法中未能体现精度提升效果。SNIC+RF算法生成的土地覆盖分类图完整性更好，所需特征数量较少，并且算法能够在GEE环境下快速执行，适合推广应用于国家公园管理实践中。
国家公园的土地覆盖分类对于掌握自然资源现状、查明存在的生态安全威胁并快速应对具有基础性数据支撑作用。本文基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）平台，结合哨兵（Sentinel）主被动遥感数据及其导出的光谱指数、纹理特征和地形特征，分别采用基于像元的随机森林（random forest，RF）算法和面向对象的简单非迭代聚类（simple non-iterative clustering，SNIC）+RF算法实现了钱江源国家公园异质性景观的土地覆盖（耕地、森林、草地、水体、人造地表和裸地）分类。经地面验证表明，在多种输入数据组合中，基于像元和面向对象方法分类获得的最高总体精度分别为92.37%和93.98%。合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据的纳入能够提高基于像元方法的分类精度，但在面向对象方法中未能体现精度提升效果。SNIC+RF算法生成的土地覆盖分类图完整性更好，所需特征数量较少，并且算法能够在GEE环境下快速执行，适合推广应用于国家公园管理实践中。
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doi: 10.13203/j.whugis20200479
摘要:
差分码偏差（differential code bias，DCB）是指由GNSS信号接收和发射硬件导致的频率相关的偏差项，对电离层估计具有显著的影响，因而在利用GNSS观测数据提取电离层总电子含量（total electron content，TEC）时需要被精确修正。DCB可分为卫星端DCB和接收机端DCB两部分，目前DCB估计主要是利用地基GNSS观测数据。低轨（low earth orbit，LEO）卫星在高空电离层研究中扮演重要角色，而研究利用LEO星载GNSS观测数据估计DCB也尤为重要。本文使用Swarm星座三颗卫星GPS接收机的双频观测数据对GPS卫星以及LEO卫星GPS接收机的DCB进行估计。本文设计了独立估计和联合估计两种估计方案进行了实验对比。相较于独立估计方案，联合估计方案得到的GPS卫星DCB的稳定性较独立估计方案提高了16.6%，且与参考DCB具有更好的一致性。
差分码偏差（differential code bias，DCB）是指由GNSS信号接收和发射硬件导致的频率相关的偏差项，对电离层估计具有显著的影响，因而在利用GNSS观测数据提取电离层总电子含量（total electron content，TEC）时需要被精确修正。DCB可分为卫星端DCB和接收机端DCB两部分，目前DCB估计主要是利用地基GNSS观测数据。低轨（low earth orbit，LEO）卫星在高空电离层研究中扮演重要角色，而研究利用LEO星载GNSS观测数据估计DCB也尤为重要。本文使用Swarm星座三颗卫星GPS接收机的双频观测数据对GPS卫星以及LEO卫星GPS接收机的DCB进行估计。本文设计了独立估计和联合估计两种估计方案进行了实验对比。相较于独立估计方案，联合估计方案得到的GPS卫星DCB的稳定性较独立估计方案提高了16.6%，且与参考DCB具有更好的一致性。
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doi: 10.13203/j.whugis20200688
摘要:
后向散射系数（sigma0）是卫星雷达高度计的观测量之一，在地表状态监测、积雪冰层厚度反演、卫星测高定标与验证等过程中广泛应用。根据Jason-2测高卫星Geophysical Data Record（GDR）数据分离出青藏高原Ku波段的sigma0数据，以GlobeLand30 2020版本地表数据作为分类基础，通过经纬度数据对sigma0赋予地表属性，获取不同种类地表特征对应sigma0数据在2008年12月到2016年9月期间的时变序列，利用奇异谱分析原理提取识别出不同地表属性中sigma0的趋势和周期项信息，并对周期项结果进行快速傅里叶变换分析。结果表明：水体、湿地区域对应的sigma0数值较高，冰川和永久积雪区域对应的sigma0数值较低。整个区域sigma0存在多种周期信号，人造地表、裸地、灌木地区域类型的地表性质稳定，区域对应的sigma0周期不显著。其余区域sigma0的变化具有显著的周年和半年周期，且变化振幅不一致，各个区域对应的sigma0趋势变化有所差异。
后向散射系数（sigma0）是卫星雷达高度计的观测量之一，在地表状态监测、积雪冰层厚度反演、卫星测高定标与验证等过程中广泛应用。根据Jason-2测高卫星Geophysical Data Record（GDR）数据分离出青藏高原Ku波段的sigma0数据，以GlobeLand30 2020版本地表数据作为分类基础，通过经纬度数据对sigma0赋予地表属性，获取不同种类地表特征对应sigma0数据在2008年12月到2016年9月期间的时变序列，利用奇异谱分析原理提取识别出不同地表属性中sigma0的趋势和周期项信息，并对周期项结果进行快速傅里叶变换分析。结果表明：水体、湿地区域对应的sigma0数值较高，冰川和永久积雪区域对应的sigma0数值较低。整个区域sigma0存在多种周期信号，人造地表、裸地、灌木地区域类型的地表性质稳定，区域对应的sigma0周期不显著。其余区域sigma0的变化具有显著的周年和半年周期，且变化振幅不一致，各个区域对应的sigma0趋势变化有所差异。
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doi: 10.13203/j.whugis20200699
摘要:
地形简化算法利用少量有效的地形信息表达整体地形，能很好地解决海量地形数据与计算机硬件之间的矛盾，同时能满足多尺度地形应用需求。针对现有地形简化算法难以兼顾局部地形起伏与地形整体特征的问题，提出一种基于质心Voronoi图的地形自适应简化算法。首先利用质心Voronoi图的特点，以地形起伏度作为密度函数生成质心Voronoi图，然后利用分布在地形起伏较大区域的质心Voronoi图种子点及大多分布在地形特征线上的Voronoi区域顶点重构地形，最后通过原始地形与重构地形的特征线验证地形简化的效果，并与三维道格拉斯-普克（Douglas-Peucker）算法进行精度对比。实验结果表明，本文算法能较好地保持地形特征，可以通过较少的点来表达整体地形，且精度高于三维道格拉斯-普克算法。
地形简化算法利用少量有效的地形信息表达整体地形，能很好地解决海量地形数据与计算机硬件之间的矛盾，同时能满足多尺度地形应用需求。针对现有地形简化算法难以兼顾局部地形起伏与地形整体特征的问题，提出一种基于质心Voronoi图的地形自适应简化算法。首先利用质心Voronoi图的特点，以地形起伏度作为密度函数生成质心Voronoi图，然后利用分布在地形起伏较大区域的质心Voronoi图种子点及大多分布在地形特征线上的Voronoi区域顶点重构地形，最后通过原始地形与重构地形的特征线验证地形简化的效果，并与三维道格拉斯-普克（Douglas-Peucker）算法进行精度对比。实验结果表明，本文算法能较好地保持地形特征，可以通过较少的点来表达整体地形，且精度高于三维道格拉斯-普克算法。
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doi: 10.13203/j.whugis20200328
摘要:
抽样检验是测绘成果质量检验的基本方法，抽样方案与被检成果质量水平的匹配程度直接决定抽样检验的效果。本文针对抽样方案的适用性和有效性评价问题，提出了计数型抽样方案的质量不确定性区间（QUI）的概念，并以给定概率水平条件下的质量不确定区间的长度评价抽样方案的适用性和有效性，能够比较客观反映抽样方案的两类风险程度。通过对4个典型的测绘成果质量检验的抽样方案和6个仿真的抽样方案的数值计算和分析，验证了本文方法的正确性和合理性，结果显示该方法不仅适用于测绘地理数据的统计分析和成果质量检验，还可用于各种计数型抽样方案设计和两类风险控制。
抽样检验是测绘成果质量检验的基本方法，抽样方案与被检成果质量水平的匹配程度直接决定抽样检验的效果。本文针对抽样方案的适用性和有效性评价问题，提出了计数型抽样方案的质量不确定性区间（QUI）的概念，并以给定概率水平条件下的质量不确定区间的长度评价抽样方案的适用性和有效性，能够比较客观反映抽样方案的两类风险程度。通过对4个典型的测绘成果质量检验的抽样方案和6个仿真的抽样方案的数值计算和分析，验证了本文方法的正确性和合理性，结果显示该方法不仅适用于测绘地理数据的统计分析和成果质量检验，还可用于各种计数型抽样方案设计和两类风险控制。
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doi: 10.13203/j.whugis20210045
摘要:
旅游流网络分析对理解游客的目的地选择以及目的地在旅游流网络中承担的角色有重要意义。以往有关旅游流网络结构特征的研究大多将所有游客当作一个整体，较少关注不同类型游客的旅游流网络特征差异。本文以云南省为例，基于网络游记数据挖掘游客的多维度偏好，并以此对游客聚类，进而划分出不同类型的游客群体。针对各类游客游记中的旅游目的地序列建立旅游流网络，并从多个角度分析各类游客旅游流网络的结构特征和各目的地节点的角色特征。结果表明：不同类别游客的旅游流网络在整体结构上各有特点，反映出旅游目的地不同的空间交互模式和网络中心化程度。此外，部分旅游目的地在不同类别旅游流网络中承担截然相反的角色。本文的分析有助于优化旅游流网络中各节点的协作机制、辅助旅游目的地制定差异化的旅游产品。
旅游流网络分析对理解游客的目的地选择以及目的地在旅游流网络中承担的角色有重要意义。以往有关旅游流网络结构特征的研究大多将所有游客当作一个整体，较少关注不同类型游客的旅游流网络特征差异。本文以云南省为例，基于网络游记数据挖掘游客的多维度偏好，并以此对游客聚类，进而划分出不同类型的游客群体。针对各类游客游记中的旅游目的地序列建立旅游流网络，并从多个角度分析各类游客旅游流网络的结构特征和各目的地节点的角色特征。结果表明：不同类别游客的旅游流网络在整体结构上各有特点，反映出旅游目的地不同的空间交互模式和网络中心化程度。此外，部分旅游目的地在不同类别旅游流网络中承担截然相反的角色。本文的分析有助于优化旅游流网络中各节点的协作机制、辅助旅游目的地制定差异化的旅游产品。
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doi: 10.13203/j.whugis20200510
摘要:
频谱分析是以波数为自变量，对位场异常频谱进行分析研究，从而解决实际工作中异常转换、滤波、正反演等问题。位场的频谱特征包含了地下地层的空间分布、岩性及构造特征，有助于地球物理资料的解释、分析，为进一步了解研究区域概况提供信息。位场异常谱中的振幅谱与地下地质体的埋深、宽度与物性都有直接的关系；相位谱反映了地下地质体水平位置与倾角的信息。本文计算了多种类型模型的频谱曲线，分析频谱曲线特征，并详细说明了模型参数变化对频谱曲线的影响；文中阐述了振幅谱反演、相位谱反演方法，并提出了频率域联合反演方法，精确地反演模型的几何参数。将该方法应用于武清凹陷地层分析，反演得到了两条观测剖面目标层深度和宽度，与实测地震资料对比，显示出较好的反演结果。
频谱分析是以波数为自变量，对位场异常频谱进行分析研究，从而解决实际工作中异常转换、滤波、正反演等问题。位场的频谱特征包含了地下地层的空间分布、岩性及构造特征，有助于地球物理资料的解释、分析，为进一步了解研究区域概况提供信息。位场异常谱中的振幅谱与地下地质体的埋深、宽度与物性都有直接的关系；相位谱反映了地下地质体水平位置与倾角的信息。本文计算了多种类型模型的频谱曲线，分析频谱曲线特征，并详细说明了模型参数变化对频谱曲线的影响；文中阐述了振幅谱反演、相位谱反演方法，并提出了频率域联合反演方法，精确地反演模型的几何参数。将该方法应用于武清凹陷地层分析，反演得到了两条观测剖面目标层深度和宽度，与实测地震资料对比，显示出较好的反演结果。
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doi: 10.13203/j.whugis20200281
摘要:
相较于传统单极化SAR，全极化SAR（polarimetric synthetic aperture radar，PolSAR）能够获取更加丰富的地物目标极化散射信息，更全面地描述目标的几何物理特征。为了充分利用地物目标的极化散射信息，基于复Wishart分布的极化似然比检验原理（polarimetric likelihood ratio test，PolLRT），构建了极化似然比统计量来准确评价主从影像块之间的相似性。相比传统极化SAR偏移量跟踪方法而言，该方法不仅考虑了同种极化方式间的互相关信息，而且考虑了不同极化方式间的互相关信息，提高了极化信息匹配性能。最后，通过覆盖美国科罗拉多州Slumgullion滑坡的全极化UAVSAR（unmanned aerial vehicle SAR，UAVSAR）数据来开展实验，实验结果表明，算法具有更高的形变提取精度，并且在不同匹配窗口参数下表现出更加稳健的形变提取性能。
相较于传统单极化SAR，全极化SAR（polarimetric synthetic aperture radar，PolSAR）能够获取更加丰富的地物目标极化散射信息，更全面地描述目标的几何物理特征。为了充分利用地物目标的极化散射信息，基于复Wishart分布的极化似然比检验原理（polarimetric likelihood ratio test，PolLRT），构建了极化似然比统计量来准确评价主从影像块之间的相似性。相比传统极化SAR偏移量跟踪方法而言，该方法不仅考虑了同种极化方式间的互相关信息，而且考虑了不同极化方式间的互相关信息，提高了极化信息匹配性能。最后，通过覆盖美国科罗拉多州Slumgullion滑坡的全极化UAVSAR（unmanned aerial vehicle SAR，UAVSAR）数据来开展实验，实验结果表明，算法具有更高的形变提取精度，并且在不同匹配窗口参数下表现出更加稳健的形变提取性能。
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doi: 10.13203/j.whugis20200382
摘要:
探究城市生态环境与人类活动的关系，是目前城市化进程中重要的研究内容。结合多源数据，提出采用POI（Point of Interest）点、OSM（Open Street Map）道路网、住宅区数据构建人类活动指标（住宅区可步行测度指数、街道活力指数、城市功能混合度指数）和利用遥感影像构建城市生态环境指标（遥感生态指数）的方法。并结合多项式回归（Polynomial Regression，PLR）、随机森林回归（Random Forest Regression，RFR）、eXtreme Gradient Boosting Regression（XGB）、支持向量回归机（Support Vector Regression Machine，SVR）等机器学习模型，对城市生态环境与人类活动指标进行回归分析。以南昌市为例开展实例研究，研究表明：①人类活动的三项指标均呈现中心高，向四周逐渐递减的趋势，而城市生态环境指标则表现出相反的态势。②在探究城市生态环境与人类活动关系研究中，XGB的效果最好。③街道活力指数、城市功能混合度指数与城市生态环境的相关性更强，住宅区可步行测度指数与城市生态环境的相关性更差。④在人类活动影响较小的区域城市生态环境会受到其他因素的干扰导致预测结果精度不高，而在人类活动强烈的区域预测精度较高。
探究城市生态环境与人类活动的关系，是目前城市化进程中重要的研究内容。结合多源数据，提出采用POI（Point of Interest）点、OSM（Open Street Map）道路网、住宅区数据构建人类活动指标（住宅区可步行测度指数、街道活力指数、城市功能混合度指数）和利用遥感影像构建城市生态环境指标（遥感生态指数）的方法。并结合多项式回归（Polynomial Regression，PLR）、随机森林回归（Random Forest Regression，RFR）、eXtreme Gradient Boosting Regression（XGB）、支持向量回归机（Support Vector Regression Machine，SVR）等机器学习模型，对城市生态环境与人类活动指标进行回归分析。以南昌市为例开展实例研究，研究表明：①人类活动的三项指标均呈现中心高，向四周逐渐递减的趋势，而城市生态环境指标则表现出相反的态势。②在探究城市生态环境与人类活动关系研究中，XGB的效果最好。③街道活力指数、城市功能混合度指数与城市生态环境的相关性更强，住宅区可步行测度指数与城市生态环境的相关性更差。④在人类活动影响较小的区域城市生态环境会受到其他因素的干扰导致预测结果精度不高，而在人类活动强烈的区域预测精度较高。
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doi: 10.13203/j.whugis20210184
摘要:
点云数据的高精度配准是保证空间物体表面三维数据完整性的关键，针对相邻测站点云数据存在位置、姿态和尺度差异的问题，提出一种在点面特征约束下利用对偶四元素描述的点云配准方法。首先利用对偶四元素表示空间相似变换的旋转矩阵和平移向量，在此基础上顾及尺度因子，依据点在平面内和点在平面外分别所构建的向量与平面的法向量之间存在垂直和平行的空间拓扑关系，并以此作为空间相似变换的约束条件，基于最小二乘准则构建平差模型。然后引入Levenberg-Marquardt法解算平差模型，以避免平差处理中可能因初始值的不恰当性，或因雅克比矩阵所构建的实对称矩阵接近奇异时而导致迭代不收敛。最后，通过两组实验与现有方法进行对比分析，实验结果表明：在点面特征约束下顾及尺度因子且利用对偶四元素实现空间相似变换的方法具有较强的实用价值。
点云数据的高精度配准是保证空间物体表面三维数据完整性的关键，针对相邻测站点云数据存在位置、姿态和尺度差异的问题，提出一种在点面特征约束下利用对偶四元素描述的点云配准方法。首先利用对偶四元素表示空间相似变换的旋转矩阵和平移向量，在此基础上顾及尺度因子，依据点在平面内和点在平面外分别所构建的向量与平面的法向量之间存在垂直和平行的空间拓扑关系，并以此作为空间相似变换的约束条件，基于最小二乘准则构建平差模型。然后引入Levenberg-Marquardt法解算平差模型，以避免平差处理中可能因初始值的不恰当性，或因雅克比矩阵所构建的实对称矩阵接近奇异时而导致迭代不收敛。最后，通过两组实验与现有方法进行对比分析，实验结果表明：在点面特征约束下顾及尺度因子且利用对偶四元素实现空间相似变换的方法具有较强的实用价值。
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doi: 10.13203/j.whugis20200601
摘要:
长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义，而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此，本文着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面三种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型研究，并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示：垂直基准转换模型中误差为12.4 cm，与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm，尽管大于模型中误差估值，但仍满足于国际水道测量规范里对测深中垂向最大不确定度的要求。
长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义，而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此，本文着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面三种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型研究，并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示：垂直基准转换模型中误差为12.4 cm，与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm，尽管大于模型中误差估值，但仍满足于国际水道测量规范里对测深中垂向最大不确定度的要求。
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doi: 10.13203/j.whugis20200165
摘要:
水体对区域气候调节起着极其重要的作用，近几十年间咸海的水位及面积的剧烈下降和萎缩，势必会对咸海地区气候产生重要影响，分析咸海地区地表温度的变化对于研究水体与其周边地区地表温度的关系具有重要意义。本研究利用咸海地区MODIS地表温度产品（MOD11A2），基于空间分析法研究咸海面积变化对区域地表温度的影响和作用。结果表明：（1）相比于咸海表面温度，研究区内分别有93%和69%的研究区域日间和夜间地表温度均有上升的趋势；（2）咸海对区域地表温度直接影响范围大致在沿湖边界30 km的范围内；（3）随着咸海面积的快速萎缩，各土地覆盖类型区域与咸海的地表温差均呈现上升的变化趋势，咸海的区域温度调节功能逐渐减弱。
水体对区域气候调节起着极其重要的作用，近几十年间咸海的水位及面积的剧烈下降和萎缩，势必会对咸海地区气候产生重要影响，分析咸海地区地表温度的变化对于研究水体与其周边地区地表温度的关系具有重要意义。本研究利用咸海地区MODIS地表温度产品（MOD11A2），基于空间分析法研究咸海面积变化对区域地表温度的影响和作用。结果表明：（1）相比于咸海表面温度，研究区内分别有93%和69%的研究区域日间和夜间地表温度均有上升的趋势；（2）咸海对区域地表温度直接影响范围大致在沿湖边界30 km的范围内；（3）随着咸海面积的快速萎缩，各土地覆盖类型区域与咸海的地表温差均呈现上升的变化趋势，咸海的区域温度调节功能逐渐减弱。
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doi: 10.13203/j.whugis20200142
摘要:
高精度降水场是水文、气象以及环境分析的重要数据支撑，直接影响相关服务的准确性。传统降水分布模拟大多依赖站点空间维的驱动因素，而忽略了降水时序变化特征对其空间分布的影响。本文使用2015年~2017年湖北省83个国家气象观测站点和28个省级观测站点近3年月平均累积降水资料，通过相关性分析，引入站点降水时序理论变差函数模型的拱高值（C）和块金值（C0）作为影响因素，使用地理加权回归（Geographically Weighted Regression，GWR）建立湖北省月平均降水分布模型。结果表明：（1）各站点降水的时序变差函数曲线与降水的季节性基本吻合。站点时序理论变差函数模型中，有25.3%能够在4个月内达到平稳，36.14%在6个月内达到平稳。（2）站点降水时序理论变差函数模型的拱高值（C）和块金值（C0）与逐年12月平均累积降水在0.01水平（双侧）上显著相关，平均相关系数分别为0.745和0.526，大于地理位置和高程对降水的影响。（3）引入C和C0有助于提升GWR模型的整体拟合优度和插值精度。对比仅使用经纬度的GWR模型和引入时序理论变差函数特征的GWR模型，三年平均整体拟合优度从0.852提升至0.912。验证集站点插值精度评价显示，三年绝对误差（Mean Absolute Error，MAE）、均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）和平均绝对百分误差（Mean Absolute Percentage Error，MAPE）下降幅度均大于60%。因此，引入时序理论变差函数特征的时空地理加权回归模型能够获得较高精度的降水模拟结果，更适合具有丰富历史降水资料地区的降水空间分布估算。
高精度降水场是水文、气象以及环境分析的重要数据支撑，直接影响相关服务的准确性。传统降水分布模拟大多依赖站点空间维的驱动因素，而忽略了降水时序变化特征对其空间分布的影响。本文使用2015年~2017年湖北省83个国家气象观测站点和28个省级观测站点近3年月平均累积降水资料，通过相关性分析，引入站点降水时序理论变差函数模型的拱高值（C）和块金值（C0）作为影响因素，使用地理加权回归（Geographically Weighted Regression，GWR）建立湖北省月平均降水分布模型。结果表明：（1）各站点降水的时序变差函数曲线与降水的季节性基本吻合。站点时序理论变差函数模型中，有25.3%能够在4个月内达到平稳，36.14%在6个月内达到平稳。（2）站点降水时序理论变差函数模型的拱高值（C）和块金值（C0）与逐年12月平均累积降水在0.01水平（双侧）上显著相关，平均相关系数分别为0.745和0.526，大于地理位置和高程对降水的影响。（3）引入C和C0有助于提升GWR模型的整体拟合优度和插值精度。对比仅使用经纬度的GWR模型和引入时序理论变差函数特征的GWR模型，三年平均整体拟合优度从0.852提升至0.912。验证集站点插值精度评价显示，三年绝对误差（Mean Absolute Error，MAE）、均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）和平均绝对百分误差（Mean Absolute Percentage Error，MAPE）下降幅度均大于60%。因此，引入时序理论变差函数特征的时空地理加权回归模型能够获得较高精度的降水模拟结果，更适合具有丰富历史降水资料地区的降水空间分布估算。
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doi: 10.13203/j.whugis20200216
摘要:
针对大地测量联合反演中，方差分量估计法用于确定相对权比时，并没有考虑到大地测量反演的病态性，利用正则化解代替最小二乘解，从而引入偏差，造成方差分量估计不准确问题。本文采用偏差改正方差分量估计方法，消除正则化解引入偏差的影响。同时采用本文方法、基于残差的偏差改正方差分量估计与方差分量估计法进行模拟实验，实验表明进行偏差改正后的方差分量估计法能够较好的反演出滑动分布情况，本文针对参数进行偏差改正的方差分量估计考虑了迭代初值引入的偏差，理论更为严密。并利用Visso地震和Norcia地震进行验证，结果表明偏差改正具有合理性与优势。
针对大地测量联合反演中，方差分量估计法用于确定相对权比时，并没有考虑到大地测量反演的病态性，利用正则化解代替最小二乘解，从而引入偏差，造成方差分量估计不准确问题。本文采用偏差改正方差分量估计方法，消除正则化解引入偏差的影响。同时采用本文方法、基于残差的偏差改正方差分量估计与方差分量估计法进行模拟实验，实验表明进行偏差改正后的方差分量估计法能够较好的反演出滑动分布情况，本文针对参数进行偏差改正的方差分量估计考虑了迭代初值引入的偏差，理论更为严密。并利用Visso地震和Norcia地震进行验证，结果表明偏差改正具有合理性与优势。
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doi: 10.13203/j.whugis20200712
摘要:
导航卫星观测数据质量是衡量系统服务性能的关键指标之一；在北斗三代（the global BeiDou navigation satellite system，BDS-3）开通全球服务背景下，实现稳定可靠的定位、导航与授时服务是北斗创新发展与全球推广的必要前提。多路径作为参数处理中主要误差源，对其高精度快速建模与抑制是全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）数据处理领域的研究热点。针对“先趋势后随机”的多路径处理策略无法获得全局最优解的问题，本文提出一种基于先验约束的北斗观测数据多路径实时修正模型。首先，基于提取的多路径序列，利用全变分正则化实现延迟序列分离与降噪；其次，利用最小二乘组合自回归（least squareplus autoregression，LS+AR）模型对多路径序列中趋势项与随机项进行一步建模处理；最后，以估计的模型参数为先验信息，精化实时服务条件下北斗多路径处理模型。基于北斗实时精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）对比实验，结果表明：相较于传统策略北斗二代（the regional BeiDou navigation satellite system，BDS-2）定位精度East （E）、North （N）、Up （U）方向分别提升了10.6%~64.9%、0.0%~59.1%和12.6%~67.2%（B1I+B3I），BDS-3定位在E、N、U方向则至少分别提升了13.9%、60.0%、45.9%（B1I+B3I）与19.1%、46.5%、23.9%（B1C+B2a）。综上，本文提出的多路径处理策略可有效改善北斗实时应用中观测数据质量。
导航卫星观测数据质量是衡量系统服务性能的关键指标之一；在北斗三代（the global BeiDou navigation satellite system，BDS-3）开通全球服务背景下，实现稳定可靠的定位、导航与授时服务是北斗创新发展与全球推广的必要前提。多路径作为参数处理中主要误差源，对其高精度快速建模与抑制是全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）数据处理领域的研究热点。针对“先趋势后随机”的多路径处理策略无法获得全局最优解的问题，本文提出一种基于先验约束的北斗观测数据多路径实时修正模型。首先，基于提取的多路径序列，利用全变分正则化实现延迟序列分离与降噪；其次，利用最小二乘组合自回归（least squareplus autoregression，LS+AR）模型对多路径序列中趋势项与随机项进行一步建模处理；最后，以估计的模型参数为先验信息，精化实时服务条件下北斗多路径处理模型。基于北斗实时精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）对比实验，结果表明：相较于传统策略北斗二代（the regional BeiDou navigation satellite system，BDS-2）定位精度East （E）、North （N）、Up （U）方向分别提升了10.6%~64.9%、0.0%~59.1%和12.6%~67.2%（B1I+B3I），BDS-3定位在E、N、U方向则至少分别提升了13.9%、60.0%、45.9%（B1I+B3I）与19.1%、46.5%、23.9%（B1C+B2a）。综上，本文提出的多路径处理策略可有效改善北斗实时应用中观测数据质量。
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doi: 10.13203/j.whugis20200170
摘要:
轨迹子段匹配是轨迹数据挖掘的重要手段，针对其计算复杂度较高、受噪声影响大的问题，本文提出一种融合了自适应希尔伯特地理网格编码的多层级轨迹编码树结构，在可接受的建树代价下，形成了从轨迹整段到最小片段的层次化组织形式和子段从属关系表达结构，并在轨迹片段编码树的基础上设计了相似子段匹配算法，将复杂的空间计算转化为空间编码的字符串前缀匹配操作，极大地降低轨迹子段匹配的计算复杂度。实际轨迹数据上的实验表明，在不影响匹配准确率的前提下，本文提出的子段匹配方法的效率相比于基于经典距离的相似性度量方法获得了超过一个数量级的性能提升。
轨迹子段匹配是轨迹数据挖掘的重要手段，针对其计算复杂度较高、受噪声影响大的问题，本文提出一种融合了自适应希尔伯特地理网格编码的多层级轨迹编码树结构，在可接受的建树代价下，形成了从轨迹整段到最小片段的层次化组织形式和子段从属关系表达结构，并在轨迹片段编码树的基础上设计了相似子段匹配算法，将复杂的空间计算转化为空间编码的字符串前缀匹配操作，极大地降低轨迹子段匹配的计算复杂度。实际轨迹数据上的实验表明，在不影响匹配准确率的前提下，本文提出的子段匹配方法的效率相比于基于经典距离的相似性度量方法获得了超过一个数量级的性能提升。
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doi: 10.13203/j.whugis20210172
摘要:
长江中下游地区是我国最重要的粮食产区之一，近年来，由于极端天气影响，长江中下游地区的农业生产时常受到干旱灾害威胁。利用植被条件指数（Vegetation Condition Index，VCI）、温度条件指数（Temperature Condition Index，TCI）及植被健康指数（Vegetation Health Index，VHI）对2001-2019年长江中下游地区农业干旱的时空演变情况进行监测，探究长江中下游地区VCI及TCI在VHI指数中的最优权重比例，挖掘不同植被对干旱的敏感性差异，同时基于气候变化背景分析长江中下游六省一市（湖北、湖南、安徽、江西、江苏、浙江、上海）的干旱趋势。结果表明，VCI和TCI指数能够分别反映地区植被生长异常和热量异常；当VCI和TCI的权重分配比为7：3时，VHI指数能够结合2种指数各自特点，在长江中下游地区农业干旱监测上更有优势；不同植被对干旱的敏感性不同，在长江中下游地区，农作物对干旱的敏感性最高，森林最低，草地介于二者之间；在气候变化背景下，近20年来，长江中下游地区水分条件逐渐向好，干旱风险逐步降低，其中湖北、湖南、安徽、江西和浙江等地湿润趋势明显，而江苏和上海地区湿润趋势较弱，在极端气候下仍存在一定的干旱风险。相关结果能够为长江中下游地区各省市旱情预警及抗旱措施制定、区域农业生产管理提供参考。
长江中下游地区是我国最重要的粮食产区之一，近年来，由于极端天气影响，长江中下游地区的农业生产时常受到干旱灾害威胁。利用植被条件指数（Vegetation Condition Index，VCI）、温度条件指数（Temperature Condition Index，TCI）及植被健康指数（Vegetation Health Index，VHI）对2001-2019年长江中下游地区农业干旱的时空演变情况进行监测，探究长江中下游地区VCI及TCI在VHI指数中的最优权重比例，挖掘不同植被对干旱的敏感性差异，同时基于气候变化背景分析长江中下游六省一市（湖北、湖南、安徽、江西、江苏、浙江、上海）的干旱趋势。结果表明，VCI和TCI指数能够分别反映地区植被生长异常和热量异常；当VCI和TCI的权重分配比为7：3时，VHI指数能够结合2种指数各自特点，在长江中下游地区农业干旱监测上更有优势；不同植被对干旱的敏感性不同，在长江中下游地区，农作物对干旱的敏感性最高，森林最低，草地介于二者之间；在气候变化背景下，近20年来，长江中下游地区水分条件逐渐向好，干旱风险逐步降低，其中湖北、湖南、安徽、江西和浙江等地湿润趋势明显，而江苏和上海地区湿润趋势较弱，在极端气候下仍存在一定的干旱风险。相关结果能够为长江中下游地区各省市旱情预警及抗旱措施制定、区域农业生产管理提供参考。
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doi: 10.13203/j.whugis20210224
摘要:
感知设备的接入、集成管理与服务是实现智慧城市的首要前提。为了剖析当前智慧城市感知技术发展和挑战，首先系统性论述了智慧城市感知的需求与复杂性，梳理了智慧城市感知技术体系的发展过程和网络架构；然后在此基础上，针对未来智慧城市感知中泛在接入、可信感知和智慧管理的重要挑战，提出了智慧城市感知基站这一全新的解决方案，论述了智慧城市感知基站作为未来智慧城市综合感知基础设施的重要角色，并从其原型机上介绍了整个系统的运行原理；最后，围绕着智慧城市感知基站，分析和展望了其在社区场景和应急场景下的应用前景。
感知设备的接入、集成管理与服务是实现智慧城市的首要前提。为了剖析当前智慧城市感知技术发展和挑战，首先系统性论述了智慧城市感知的需求与复杂性，梳理了智慧城市感知技术体系的发展过程和网络架构；然后在此基础上，针对未来智慧城市感知中泛在接入、可信感知和智慧管理的重要挑战，提出了智慧城市感知基站这一全新的解决方案，论述了智慧城市感知基站作为未来智慧城市综合感知基础设施的重要角色，并从其原型机上介绍了整个系统的运行原理；最后，围绕着智慧城市感知基站，分析和展望了其在社区场景和应急场景下的应用前景。
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doi: 10.13203/j.whugis20200609
摘要:
个体位置预测在传染病精准防控、公共设施科学规划等应用中具有重要意义。既有位置预测算法主要侧重对个体纵向历史轨迹特征进行挖掘建模，并实现位置预测，对横向相似性用户的规律特性考虑较少。为此，本文基于图卷积（Graph Convolution Network，GCN）和长短期记忆模型（Long Short-Term Memory，LSTM）框架，提出顾及横向相似用户轨迹特征以及纵向历史规律性特征的个体位置预测算法。首先构建用户轨迹相似性算法并筛选高相似度用户，然后利用图卷积模型提取待预测用户相似高的用户轨迹特征，最后利用长短期记忆模型框架，提取历史轨迹特征，并集成相似用户轨迹特征，从而实现个体位置预测。基于某市8万多用户连续4个工作日的数据进行实验，结果表明：本文提出方法的准确率随预测时间步长增加而下降，而夜间预测准确率明显高于白天，但相比于既有模型均有10%以上提高，以15分钟为预测时间步长时，模型准确率达80.45%。
个体位置预测在传染病精准防控、公共设施科学规划等应用中具有重要意义。既有位置预测算法主要侧重对个体纵向历史轨迹特征进行挖掘建模，并实现位置预测，对横向相似性用户的规律特性考虑较少。为此，本文基于图卷积（Graph Convolution Network，GCN）和长短期记忆模型（Long Short-Term Memory，LSTM）框架，提出顾及横向相似用户轨迹特征以及纵向历史规律性特征的个体位置预测算法。首先构建用户轨迹相似性算法并筛选高相似度用户，然后利用图卷积模型提取待预测用户相似高的用户轨迹特征，最后利用长短期记忆模型框架，提取历史轨迹特征，并集成相似用户轨迹特征，从而实现个体位置预测。基于某市8万多用户连续4个工作日的数据进行实验，结果表明：本文提出方法的准确率随预测时间步长增加而下降，而夜间预测准确率明显高于白天，但相比于既有模型均有10%以上提高，以15分钟为预测时间步长时，模型准确率达80.45%。
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doi: 10.13203/j.whugis20200229
摘要:
针对全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）拒止环境下大范围无人机视觉绝对定位问题，提出一种聚合深度学习特征的基准卫星影像检索方法。首先，利用预训练的深度学习模型提取无人机与卫星基准影像的局部卷积特征；然后，对局部特征描述符聚合，生成影像全局表达；最后，利用影像全局特征进行相似性检索，并采用检索结果精匹配重排序的后处理方法，进一步提高检索准确率。本文设计了一个新的面向无人机绝对定位的卫星基准影像数据集并进行试验，结果表明使用本文方法检索无人机影像适配区域的卫星基准影像的准确率达76.07%，可为后续基于视觉的无人机绝对定位提供参考。
针对全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）拒止环境下大范围无人机视觉绝对定位问题，提出一种聚合深度学习特征的基准卫星影像检索方法。首先，利用预训练的深度学习模型提取无人机与卫星基准影像的局部卷积特征；然后，对局部特征描述符聚合，生成影像全局表达；最后，利用影像全局特征进行相似性检索，并采用检索结果精匹配重排序的后处理方法，进一步提高检索准确率。本文设计了一个新的面向无人机绝对定位的卫星基准影像数据集并进行试验，结果表明使用本文方法检索无人机影像适配区域的卫星基准影像的准确率达76.07%，可为后续基于视觉的无人机绝对定位提供参考。
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doi: 10.13203/j.whugis20200379
摘要:
现有人口空间化方法多基于行政单元构建回归模型并分配格网单元人口，但分析单元的尺度差异引发模型迁移问题。同时，格网特征建模仅考虑格网自身属性，导致格网间空间关联被人为割裂。为此，本文基于随机森林模型提出一种顾及格网属性分级与空间关联的人口空间化方法（Population Spatialization byConsidering Pixel-level Attribute Grading and Spatial Association，PAG-SA）。该方法在格网特征建模中，1）基于自然断点法构造建筑区类别约束的夜间灯光分级特征，并在行政单元尺度统计各等级网格占比作为训练输入，以减小模型跨尺度误差； 2）利用核密度估计刻画邻域兴趣点（Point of Interest，POI）对当前格网人口分布的影响及距离衰减效应； 3）基于叠置分析统计不同类型建筑区轮廓包含的各类POI数量，提升特征建模精细度。论文选取武汉市作为实验区域，在街道尺度与WorldPop、GPW及中国公里网格人口数据集对比验证方法的有效性。结果表明该方法的平均绝对值误差仅为对比数据集的1/6-1/3。此外，本文还探讨了特征构成、格网大小及核密度带宽对精度的影响。
现有人口空间化方法多基于行政单元构建回归模型并分配格网单元人口，但分析单元的尺度差异引发模型迁移问题。同时，格网特征建模仅考虑格网自身属性，导致格网间空间关联被人为割裂。为此，本文基于随机森林模型提出一种顾及格网属性分级与空间关联的人口空间化方法（Population Spatialization byConsidering Pixel-level Attribute Grading and Spatial Association，PAG-SA）。该方法在格网特征建模中，1）基于自然断点法构造建筑区类别约束的夜间灯光分级特征，并在行政单元尺度统计各等级网格占比作为训练输入，以减小模型跨尺度误差； 2）利用核密度估计刻画邻域兴趣点（Point of Interest，POI）对当前格网人口分布的影响及距离衰减效应； 3）基于叠置分析统计不同类型建筑区轮廓包含的各类POI数量，提升特征建模精细度。论文选取武汉市作为实验区域，在街道尺度与WorldPop、GPW及中国公里网格人口数据集对比验证方法的有效性。结果表明该方法的平均绝对值误差仅为对比数据集的1/6-1/3。此外，本文还探讨了特征构成、格网大小及核密度带宽对精度的影响。
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doi: 10.13203/j.whugis20210008
摘要:
宽刈幅高度计仅在星下点携带微波辐射计，使得两侧刈幅内的对流层湿延迟只能采用水汽模型改正或采用星下点实测值替代，导致改正精度较低。本文提出使用最优插值法融合星下点辐射计实测的对流层湿延迟改正值，以提升两侧刈幅内的改正精度，并以SWOT （Surface Water and Ocean Topography）宽刈幅高度计进行了验证。在刈幅内，采用ERA5（ECMWF Re-Analysis 5th Generation）水汽数据计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法减小约40%；采用辐射计实测湿延迟波数谱模拟计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法在各纬度区域均减小达80%。此外，在水汽变化剧烈的情况下，最优插值法的改进效果远优于星下点实测值替代的效果。
宽刈幅高度计仅在星下点携带微波辐射计，使得两侧刈幅内的对流层湿延迟只能采用水汽模型改正或采用星下点实测值替代，导致改正精度较低。本文提出使用最优插值法融合星下点辐射计实测的对流层湿延迟改正值，以提升两侧刈幅内的改正精度，并以SWOT （Surface Water and Ocean Topography）宽刈幅高度计进行了验证。在刈幅内，采用ERA5（ECMWF Re-Analysis 5th Generation）水汽数据计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法减小约40%；采用辐射计实测湿延迟波数谱模拟计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法在各纬度区域均减小达80%。此外，在水汽变化剧烈的情况下，最优插值法的改进效果远优于星下点实测值替代的效果。
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doi: 10.13203/j.whugis20190425
摘要:
为了提高高分辨率遥感影像变化检测可靠性，本文提出了一种基于模糊综合评判的遥感影像变化检测方法。该方法首先对两个时相的影像进行波段叠加，对多波段新影像进行多尺度分割；然后针对单一尺度上的对象，综合考虑两时相遥感影像对象的光谱特征和纹理特征，建立模糊综合评价模型对各个对象内的像素是否发生变化进行隶属度计算，最后采用熵权法对影像各个像素在不同尺度的“软”模糊评判结果进行定权处理和加权融合。实验以两组不同时相的高分影像为例，实现了基于模糊逻辑的多尺度变化检测有效融合，充分利用了多层次的像素特征，得到了整体优于单一尺度面向对象变化检测的结果，为多尺度变化检测提供了新的思路。
为了提高高分辨率遥感影像变化检测可靠性，本文提出了一种基于模糊综合评判的遥感影像变化检测方法。该方法首先对两个时相的影像进行波段叠加，对多波段新影像进行多尺度分割；然后针对单一尺度上的对象，综合考虑两时相遥感影像对象的光谱特征和纹理特征，建立模糊综合评价模型对各个对象内的像素是否发生变化进行隶属度计算，最后采用熵权法对影像各个像素在不同尺度的“软”模糊评判结果进行定权处理和加权融合。实验以两组不同时相的高分影像为例，实现了基于模糊逻辑的多尺度变化检测有效融合，充分利用了多层次的像素特征，得到了整体优于单一尺度面向对象变化检测的结果，为多尺度变化检测提供了新的思路。
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doi: 10.13203/j.whugis20200217
摘要:
本文结合了蒙特卡罗方法的精度评定特点，提出了一种将偏差和中误差作为评价指标的综合评价公式，并将该公式用于模拟退火算法、基因遗传算法和神经网络算法在火山复式位错模型（CompoundDislocation Model，CDM）模型和地震Okada模型反演的精度评定中。实验结果表明：无论是基于CDM模型还是基于Okada模型，以上三种方法的参数估值差距较小，但不同方法的精度差别较大。使用蒙特卡罗方法对模拟退火、基因遗传和神经网络算法进行精度计算，本文发现：在火山CDM模型中，模拟退火和基因遗传算法计算所得部分参数中误差较大，且模拟退火和基因遗传算法综合评价值11.3988和3.9820均大于神经网络算法综合评价值3.6131。在Okada模型中，模拟退火算法所得中误差相对基因遗传算法和神经网络算法较高，且在芦山地震中，模拟退火算法的综合评价值11.6562远远大于基因遗传算法和神经网络算法的综合评价值4.0604和3.6254。通过实验可知，在本文方法下，神经网络算法的精度信息较高，结果更具有说服性，基因遗传算法次之，模拟退火算法精度较低。
本文结合了蒙特卡罗方法的精度评定特点，提出了一种将偏差和中误差作为评价指标的综合评价公式，并将该公式用于模拟退火算法、基因遗传算法和神经网络算法在火山复式位错模型（CompoundDislocation Model，CDM）模型和地震Okada模型反演的精度评定中。实验结果表明：无论是基于CDM模型还是基于Okada模型，以上三种方法的参数估值差距较小，但不同方法的精度差别较大。使用蒙特卡罗方法对模拟退火、基因遗传和神经网络算法进行精度计算，本文发现：在火山CDM模型中，模拟退火和基因遗传算法计算所得部分参数中误差较大，且模拟退火和基因遗传算法综合评价值11.3988和3.9820均大于神经网络算法综合评价值3.6131。在Okada模型中，模拟退火算法所得中误差相对基因遗传算法和神经网络算法较高，且在芦山地震中，模拟退火算法的综合评价值11.6562远远大于基因遗传算法和神经网络算法的综合评价值4.0604和3.6254。通过实验可知，在本文方法下，神经网络算法的精度信息较高，结果更具有说服性，基因遗传算法次之，模拟退火算法精度较低。
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doi: 10.13203/j.whugis20190300
摘要:
提出一种基于路段连接图的格网模式识别方法。该方法以路段连接对作为研究的基本单元，以结点路段为点，路段的连接为边用路段连接图表达道路网。将“在道路网中识别格网”转化为“在路段连接图中搜索格网回路”。提出描述路段连接对几何与连接关系的五个参量，用于筛选图中符合格网特点的结点和边。设计了图搜索的约束条件，使用广度优先遍历搜索连接关系图中的回路，最终完成格网模式的提取。试验结果表明，该方法能够有效地识别格网模式。
提出一种基于路段连接图的格网模式识别方法。该方法以路段连接对作为研究的基本单元，以结点路段为点，路段的连接为边用路段连接图表达道路网。将“在道路网中识别格网”转化为“在路段连接图中搜索格网回路”。提出描述路段连接对几何与连接关系的五个参量，用于筛选图中符合格网特点的结点和边。设计了图搜索的约束条件，使用广度优先遍历搜索连接关系图中的回路，最终完成格网模式的提取。试验结果表明，该方法能够有效地识别格网模式。
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doi: 10.13203/j.whugis20200179
摘要:
空间分布模式是否保持一致性是土地利用数据综合质量评价的一项重要内容。针对当前的研究缺少量化分析和位置表达的现状，提出一种新的空间数据特有的自相关性评价方法。首先利用语义距离建立空间权重矩阵，随后通过Moran'I指数计算数据处理前后全局和局部自相关度，最后利用Moran散点图和LISA集聚图相结合方法对综合前后的土地利用分布模式进行可视化对比。相较传统评价方法，本方法顾及数据语义关系，计算可量化聚集程度，以直观可视化方法对比展示，更好对土地利用数据在综合前后的全局空间分布模式一致性进行评价。通过认知实验，表明本方法切实有效，实验结果符合人类认知。
空间分布模式是否保持一致性是土地利用数据综合质量评价的一项重要内容。针对当前的研究缺少量化分析和位置表达的现状，提出一种新的空间数据特有的自相关性评价方法。首先利用语义距离建立空间权重矩阵，随后通过Moran'I指数计算数据处理前后全局和局部自相关度，最后利用Moran散点图和LISA集聚图相结合方法对综合前后的土地利用分布模式进行可视化对比。相较传统评价方法，本方法顾及数据语义关系，计算可量化聚集程度，以直观可视化方法对比展示，更好对土地利用数据在综合前后的全局空间分布模式一致性进行评价。通过认知实验，表明本方法切实有效，实验结果符合人类认知。
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doi: 10.13203/j.whugis20200098
摘要:
无人机作为一种新兴的低空遥感平台，具有多种类型的平台和载荷。尽管南极的自然条件严酷，无人机的应用范围仍涵盖了南极基础和应用科学的诸多领域。本文首先论述了南极的环境条件对操作无人机的特殊影响，包括气象、电磁场、光照等因素。继而对目前无人机在南极考察与科学应用中的研究现状做了系统的检索，在收集到的104篇全部相关资料中，梳理了发表时间、主流的期刊、研究区、国家与研究机构等内容，并分7个主要应用领域综述了代表性文献，具体包括：航空、大气、海冰与冰山、冰川、地貌与地磁、生态-植被、生态-动物。本文还全面回顾了我国南极科学考察中的无人机发展历程和重点成果，最后总结出目前南极无人机应用领域研究的不足之处，并阐明了未来发展趋势和建议。
无人机作为一种新兴的低空遥感平台，具有多种类型的平台和载荷。尽管南极的自然条件严酷，无人机的应用范围仍涵盖了南极基础和应用科学的诸多领域。本文首先论述了南极的环境条件对操作无人机的特殊影响，包括气象、电磁场、光照等因素。继而对目前无人机在南极考察与科学应用中的研究现状做了系统的检索，在收集到的104篇全部相关资料中，梳理了发表时间、主流的期刊、研究区、国家与研究机构等内容，并分7个主要应用领域综述了代表性文献，具体包括：航空、大气、海冰与冰山、冰川、地貌与地磁、生态-植被、生态-动物。本文还全面回顾了我国南极科学考察中的无人机发展历程和重点成果，最后总结出目前南极无人机应用领域研究的不足之处，并阐明了未来发展趋势和建议。
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创刊于1957年 月刊
ISSN 1671-8860
CN 42-1676/TN
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