2018年 第43卷 第10期
2018, 43(10): 1445-1450.
doi: 10.13203/j.whugis20170033
摘要:
针对卫星定位技术无法应用于室内环境的情况，提出了一种新颖的利用载波相位差值的伪卫星定位方法，该方法能够实现亚米级的定位精度，而且无需基准站的支持，无需伪卫星之间的时钟同步，也不需要求解整周模糊度。构建了伪卫星定位的系统模型，并阐述了利用载波相位差值进行定位的基本原理。首先将双天线接收机输出的两组载波相位测量值进行单次差分操作，消除共有误差带来的影响，然后通过非线性最小二乘方法迭代解算出双天线连线中点的空间位置。仿真结果和基于双通道软件接收机的实测数据均证明了该方法的可行性，能够作为现有室内定位技术的有效补充。
针对卫星定位技术无法应用于室内环境的情况，提出了一种新颖的利用载波相位差值的伪卫星定位方法，该方法能够实现亚米级的定位精度，而且无需基准站的支持，无需伪卫星之间的时钟同步，也不需要求解整周模糊度。构建了伪卫星定位的系统模型，并阐述了利用载波相位差值进行定位的基本原理。首先将双天线接收机输出的两组载波相位测量值进行单次差分操作，消除共有误差带来的影响，然后通过非线性最小二乘方法迭代解算出双天线连线中点的空间位置。仿真结果和基于双通道软件接收机的实测数据均证明了该方法的可行性，能够作为现有室内定位技术的有效补充。
2018, 43(10): 1451-1457.
doi: 10.13203/j.whugis20160543
摘要:
比较分析了极大似然估计法、最小二乘方差分量估计法以及最小范数二次无偏估计法对GPS站坐标时间序列噪声的估计效果，确定最小范数二次无偏估计法为最优的噪声方差估计方法。在此基础上对中国及其周边区域20个IGS站坐标时间序列中各方向噪声方差进行一元线性回归分析。结果表明，中国及其周边区域IGS站不同方向的噪声间具有中等强度以上的相关性，其中N方向闪烁噪声与其他方向闪烁噪声的相关性要强于白噪声。水平方向的噪声振幅能够解释垂直方向噪声振幅变化的40%~60%，而N方向噪声振幅能够解释E方向噪声振幅变化的60%~80%，获得的线性回归方程具有使用价值。
比较分析了极大似然估计法、最小二乘方差分量估计法以及最小范数二次无偏估计法对GPS站坐标时间序列噪声的估计效果，确定最小范数二次无偏估计法为最优的噪声方差估计方法。在此基础上对中国及其周边区域20个IGS站坐标时间序列中各方向噪声方差进行一元线性回归分析。结果表明，中国及其周边区域IGS站不同方向的噪声间具有中等强度以上的相关性，其中N方向闪烁噪声与其他方向闪烁噪声的相关性要强于白噪声。水平方向的噪声振幅能够解释垂直方向噪声振幅变化的40%~60%，而N方向噪声振幅能够解释E方向噪声振幅变化的60%~80%，获得的线性回归方程具有使用价值。
2018, 43(10): 1458-1464, 1471.
doi: 10.13203/j.whugis20170023
摘要:
南极冰下湖是冰下水文系统的重要组成部分，研究冰下湖的活动对冰下水文、冰流速、冰盖物质平衡以及海平面变化有着重要的意义。介绍了利用ICESat重复轨道算法监测冰下湖活动的方法，并针对冰下湖不同活动情况进行了仿真实验，以东南极Academy12和CookE2冰下湖为例分析了该算法在实际监测中的应用。结果表明，两个冰下湖的活动导致其冰盖表面分别产生最大约6 m的上升和最大约70 m的下降。此外，当冰下湖高程变化在ICESat数据时间段内呈恒定的变化规律时，利用全部数据和重复轨道算法可得到不受地形影响的高程变化；当高程变化规律在该时间段不恒定时，需根据实际高程变化情况选取部分测高数据解算地形，从而保证得到正确的高程变化监测结果。
南极冰下湖是冰下水文系统的重要组成部分，研究冰下湖的活动对冰下水文、冰流速、冰盖物质平衡以及海平面变化有着重要的意义。介绍了利用ICESat重复轨道算法监测冰下湖活动的方法，并针对冰下湖不同活动情况进行了仿真实验，以东南极Academy12和CookE2冰下湖为例分析了该算法在实际监测中的应用。结果表明，两个冰下湖的活动导致其冰盖表面分别产生最大约6 m的上升和最大约70 m的下降。此外，当冰下湖高程变化在ICESat数据时间段内呈恒定的变化规律时，利用全部数据和重复轨道算法可得到不受地形影响的高程变化；当高程变化规律在该时间段不恒定时，需根据实际高程变化情况选取部分测高数据解算地形，从而保证得到正确的高程变化监测结果。
2018, 43(10): 1465-1471.
doi: 10.13203/j.whugis20160550
摘要:
针对水下载体动态导航定位中状态方程和观测方程噪声增加引起的卡尔曼滤波发散问题，提出了一种以高斯混合模型为框架，基于信息熵计算导航融合权重的新方法。首先给出了水下组合导航系统的整体结构和各子滤波器的状态方程以及观测方程；然后研究了各子滤波器输出信息熵值的计算方法，并且定义了熵积的概念用于计算高斯混合模型中各分量的权重；最后总结出了用于水下载体导航信息融合的熵权高斯混合模型滤波算法的计算流程。仿真实验表明，相比于传统的加权卡尔曼滤波算法，新方法的计算精度更高，对噪声引起滤波发散的抑制能力也更强。
针对水下载体动态导航定位中状态方程和观测方程噪声增加引起的卡尔曼滤波发散问题，提出了一种以高斯混合模型为框架，基于信息熵计算导航融合权重的新方法。首先给出了水下组合导航系统的整体结构和各子滤波器的状态方程以及观测方程；然后研究了各子滤波器输出信息熵值的计算方法，并且定义了熵积的概念用于计算高斯混合模型中各分量的权重；最后总结出了用于水下载体导航信息融合的熵权高斯混合模型滤波算法的计算流程。仿真实验表明，相比于传统的加权卡尔曼滤波算法，新方法的计算精度更高，对噪声引起滤波发散的抑制能力也更强。
2018, 43(10): 1472-1477.
doi: 10.13203/j.whugis20160539
摘要:
利用TechDemoSat-1低轨道卫星采集的卫星反射信号生成的时延多普勒图（delay-doppler map，DDM）探测北极格陵兰岛（Greenland）地区的海冰分布。由于卫星散射信号在海冰和海水上分别遵循相干散射和漫散射模型，与海水相比，海冰的时延多普勒图扩散较少，所以从海水到海冰的过渡会导致时延多普勒图中高于一定能量值的像素数量减小。提出了一种基于相邻DDM像素数量比值的检测方法，通过采用一定阈值来区分海冰和海水的时延多普勒图，用于分析格陵兰岛地区海冰的分布情况。还利用多期数据分析了格陵兰岛地区海冰分布随时间的变化。通过与美国国家冰雪数据中心提供的数据比对，利用数学统计方法对本文提出的方法性能进行了评估。结果显示，该方法的判断成功率可以达到98.76%~99.21%，整体评估成功率约为99.09%。
利用TechDemoSat-1低轨道卫星采集的卫星反射信号生成的时延多普勒图（delay-doppler map，DDM）探测北极格陵兰岛（Greenland）地区的海冰分布。由于卫星散射信号在海冰和海水上分别遵循相干散射和漫散射模型，与海水相比，海冰的时延多普勒图扩散较少，所以从海水到海冰的过渡会导致时延多普勒图中高于一定能量值的像素数量减小。提出了一种基于相邻DDM像素数量比值的检测方法，通过采用一定阈值来区分海冰和海水的时延多普勒图，用于分析格陵兰岛地区海冰的分布情况。还利用多期数据分析了格陵兰岛地区海冰分布随时间的变化。通过与美国国家冰雪数据中心提供的数据比对，利用数学统计方法对本文提出的方法性能进行了评估。结果显示，该方法的判断成功率可以达到98.76%~99.21%，整体评估成功率约为99.09%。
2018, 43(10): 1478-1482.
doi: 10.13203/j.whugis20170027
摘要:
地表观测的重力位场是地形质量、浅部地质结构产生的剩余重力异常和深部地质构造产生的区域重力异常的叠加效应。基于尺寸可变的滑动窗口的二维低阶多项式拟合算法和格网距离（到中心点）倒数的定权规则在空间域对地面观测的重力位场数据进行了不同深度层的区域-剩余异常分离。这克服了常规算法仅在水平方向上区分不同异常空间分布及垂直方向上定性分离的缺陷。并利用构建的模型重力数据和实测重力位场数据分别进行解算，数值结果验证了该方法的有效性。
地表观测的重力位场是地形质量、浅部地质结构产生的剩余重力异常和深部地质构造产生的区域重力异常的叠加效应。基于尺寸可变的滑动窗口的二维低阶多项式拟合算法和格网距离（到中心点）倒数的定权规则在空间域对地面观测的重力位场数据进行了不同深度层的区域-剩余异常分离。这克服了常规算法仅在水平方向上区分不同异常空间分布及垂直方向上定性分离的缺陷。并利用构建的模型重力数据和实测重力位场数据分别进行解算，数值结果验证了该方法的有效性。
2018, 43(10): 1483-1489.
doi: 10.13203/j.whugis20170020
摘要:
对于行星际深空探测（距地球1亿km以上）任务，由于受到计算机字长的限制，传统双程测速模型的计算精度无法满足高精度定轨的需要，其最大误差源于多普勒频移周计数终点和始点上行几何距离之间和下行几何距离之间差分值的计算过程。对此建立行星际双程测速模型，高精度地计算了两个差分值，推导模型的计算公式并给出详细步骤，同时给出计算过程中需要的切比雪夫差分多项式递推公式的形式。将该模型在深空探测器精密定轨与重力场解算软件系统（Wuhan University deep-space orbit determination and gravity recovery system，WUDOGS）中进行了实现，并以欧空局火星快车号（Mars express，MEX）探测任务为背景，利用该软件进行仿真测试，从计算精度和定轨结果两个方面验证该模型的优越性。结果表明，该模型将双程测速的计算值在计算机中表达的精度提高2个数量级，同时避免了定轨过程中引入额外的数值误差，可以为后续高精度的行星际深空探测任务的定轨提供参考。
对于行星际深空探测（距地球1亿km以上）任务，由于受到计算机字长的限制，传统双程测速模型的计算精度无法满足高精度定轨的需要，其最大误差源于多普勒频移周计数终点和始点上行几何距离之间和下行几何距离之间差分值的计算过程。对此建立行星际双程测速模型，高精度地计算了两个差分值，推导模型的计算公式并给出详细步骤，同时给出计算过程中需要的切比雪夫差分多项式递推公式的形式。将该模型在深空探测器精密定轨与重力场解算软件系统（Wuhan University deep-space orbit determination and gravity recovery system，WUDOGS）中进行了实现，并以欧空局火星快车号（Mars express，MEX）探测任务为背景，利用该软件进行仿真测试，从计算精度和定轨结果两个方面验证该模型的优越性。结果表明，该模型将双程测速的计算值在计算机中表达的精度提高2个数量级，同时避免了定轨过程中引入额外的数值误差，可以为后续高精度的行星际深空探测任务的定轨提供参考。
2018, 43(10): 1490-1495, 1503.
doi: 10.13203/j.whugis20160537
摘要:
在GNSS高精度数据处理中，卫星钟差往往是决定结果精度的核心因素之一。采用20 Hz的双频观测数据对GNSS星载原子钟0.05~100 s平滑时间下的短期稳定性进行分析，通过星间单差的方法消除接收机钟差，采用无电离层组合及夜间观测避免电离层高阶项短期变化的影响，同时采用经验模型和映射函数来进行对流层延迟改正。通过Lag 1自相关函数分析了影响GNSS卫星钟稳定性的主要噪声类型，并使用阿伦方差计算分析GPS、GLONASS及BDS各自系统内不同卫星组合之间的钟差。结果表明，GPS、GLONASS及BDS系统钟差稳定性0.05秒稳均可达到10-10量级，秒稳可达10-11量级。可以认定，GPS、GLONASS及BDS在短期内的稳定性量级相当，从而验证了基于星间单差的BDS掩星数据处理方案的可行性。
在GNSS高精度数据处理中，卫星钟差往往是决定结果精度的核心因素之一。采用20 Hz的双频观测数据对GNSS星载原子钟0.05~100 s平滑时间下的短期稳定性进行分析，通过星间单差的方法消除接收机钟差，采用无电离层组合及夜间观测避免电离层高阶项短期变化的影响，同时采用经验模型和映射函数来进行对流层延迟改正。通过Lag 1自相关函数分析了影响GNSS卫星钟稳定性的主要噪声类型，并使用阿伦方差计算分析GPS、GLONASS及BDS各自系统内不同卫星组合之间的钟差。结果表明，GPS、GLONASS及BDS系统钟差稳定性0.05秒稳均可达到10-10量级，秒稳可达10-11量级。可以认定，GPS、GLONASS及BDS在短期内的稳定性量级相当，从而验证了基于星间单差的BDS掩星数据处理方案的可行性。
2018, 43(10): 1496-1503.
doi: 10.13203/j.whugis20160454
摘要:
针对传统的观测值域恒星日滤波在卫星精密单点定位（precise point positioning，PPP）应用中存在的问题，提出球面多路径格网的恒星日滤波算法并应用到静态PPP中，设计了确定格网大小的统计方法，给出了算法的实施步骤。利用全球分布的10个IGS监测站接收的GPS卫星实测数据进行了试验验证，结果表明，本文算法能够明显削弱地面连续运行监测站载波相位观测量的多路径误差；应用本文算法后，1~3 h的静态PPP定位精度得到明显提高，E、N、U三方向RMS分别提高41.59%、38.60%、36.96%。
针对传统的观测值域恒星日滤波在卫星精密单点定位（precise point positioning，PPP）应用中存在的问题，提出球面多路径格网的恒星日滤波算法并应用到静态PPP中，设计了确定格网大小的统计方法，给出了算法的实施步骤。利用全球分布的10个IGS监测站接收的GPS卫星实测数据进行了试验验证，结果表明，本文算法能够明显削弱地面连续运行监测站载波相位观测量的多路径误差；应用本文算法后，1~3 h的静态PPP定位精度得到明显提高，E、N、U三方向RMS分别提高41.59%、38.60%、36.96%。
2018, 43(10): 1504-1510.
doi: 10.13203/j.whugis20170016
摘要:
地震发生时，附近GPS观测站会捕捉到同震和震后形变，同震和震后形变对地学研究和维持动态参考框架具有重要作用，识别和估计同震和震后形变也是GPS时间序列处理的重要内容。提出综合检校法识别和估计GPS时间序列中的同震和震后形变，首先利用该方法对GPS站建模，综合考虑多源的同震阶跃及兼容性和均方根RMS减小率来判断测站是否受到地震影响，然后用试错法搜索最优衰减常数τ后，利用最小二乘估计包含同震和震后形变的所有参数，最后以真实震例验证了该方法的有效性。
地震发生时，附近GPS观测站会捕捉到同震和震后形变，同震和震后形变对地学研究和维持动态参考框架具有重要作用，识别和估计同震和震后形变也是GPS时间序列处理的重要内容。提出综合检校法识别和估计GPS时间序列中的同震和震后形变，首先利用该方法对GPS站建模，综合考虑多源的同震阶跃及兼容性和均方根RMS减小率来判断测站是否受到地震影响，然后用试错法搜索最优衰减常数τ后，利用最小二乘估计包含同震和震后形变的所有参数，最后以真实震例验证了该方法的有效性。
2018, 43(10): 1511-1517, 1602.
doi: 10.13203/j.whugis20170011
摘要:
无人机获取地面影像时，水体反射会导致影像中存在较为明显的水体高光，给数据处理带来一定困难并对DOM（digital orthophoto map）质量产生显著影响。提出了一种单张无人机影像水体高光自动检测与补偿方法，先基于高光分量对高光区域进行多尺度检测，再使用Grabcut算法对其边界进行优化；然后根据地物反射的几何与光谱特性建立决策树剔除非水体高光；接着精化高光区域，将附近的细碎高光点纳入到区域内；最后，使用提出的改进Criminisi算法对高光区域进行补偿。使用无人机影像对该方法的有效性进行验证，综合主观目视与PNSR（peak signal to noise ratio）、SSIM（structural similarity index）指数的客观评价结果，本文方法优于Mallick、Shen、Yoon等人的方法；使用Pix4Dmapper对高光处理前后的影像生成DOM，本文方法可以明显提高DOM质量。
无人机获取地面影像时，水体反射会导致影像中存在较为明显的水体高光，给数据处理带来一定困难并对DOM（digital orthophoto map）质量产生显著影响。提出了一种单张无人机影像水体高光自动检测与补偿方法，先基于高光分量对高光区域进行多尺度检测，再使用Grabcut算法对其边界进行优化；然后根据地物反射的几何与光谱特性建立决策树剔除非水体高光；接着精化高光区域，将附近的细碎高光点纳入到区域内；最后，使用提出的改进Criminisi算法对高光区域进行补偿。使用无人机影像对该方法的有效性进行验证，综合主观目视与PNSR（peak signal to noise ratio）、SSIM（structural similarity index）指数的客观评价结果，本文方法优于Mallick、Shen、Yoon等人的方法；使用Pix4Dmapper对高光处理前后的影像生成DOM，本文方法可以明显提高DOM质量。
2018, 43(10): 1518-1525.
doi: 10.13203/j.whugis20160493
摘要:
在利用函数映射计算模型间对应关系时，提出了一种校准三维几何模型之间基矩阵的新方法，将模型间对应关系的构建转化为由模型特征函数构建的基矩阵之间的校准运算。首先计算三维模型的Laplace算子，获得模型的特征值和特征向量，并利用所得到的特征向量构建基矩阵；其次，提出了协方差的最小值校准算法，以计算模型基矩阵之间的校准矩阵 S ，并用矩阵 S 对两个模型的函数基进行校准；最后，计算校准模型所有点的高斯曲率来采样源模型尖端特征点，并在校准后的目标模型上遍历所有点，以寻求最优对应点来构建等距变换（或近似等距变换）的三维模型间的对应关系。通过计算采样点与最优对应点的测地错误，以衡量所提算法的匹配准确率。实验结果表明，与已有算法相比，本算法可以较为准确地构建两个或多个模型间的对应关系，同时也克服了模型自身对称性影响对应关系计算的问题。
在利用函数映射计算模型间对应关系时，提出了一种校准三维几何模型之间基矩阵的新方法，将模型间对应关系的构建转化为由模型特征函数构建的基矩阵之间的校准运算。首先计算三维模型的Laplace算子，获得模型的特征值和特征向量，并利用所得到的特征向量构建基矩阵；其次，提出了协方差的最小值校准算法，以计算模型基矩阵之间的校准矩阵 S ，并用矩阵 S 对两个模型的函数基进行校准；最后，计算校准模型所有点的高斯曲率来采样源模型尖端特征点，并在校准后的目标模型上遍历所有点，以寻求最优对应点来构建等距变换（或近似等距变换）的三维模型间的对应关系。通过计算采样点与最优对应点的测地错误，以衡量所提算法的匹配准确率。实验结果表明，与已有算法相比，本算法可以较为准确地构建两个或多个模型间的对应关系，同时也克服了模型自身对称性影响对应关系计算的问题。
2018, 43(10): 1526-1530.
doi: 10.13203/j.whugis20160507
摘要:
误差向量的方差-协方差阵是一般对称正定矩阵下的附不等式约束加权整体最小二乘平差模型，研究了其参数估计和精度评定问题。首先，将残差平方和极小化函数在整体最小二乘准则下转化为只包含模型参数的目标函数，同时将所有的不等式约束表示成一个等价的凝聚约束函数，并运用乘子罚函数策略将不等式约束加权整体最小二乘平差问题转化为相应的无约束最优化问题，并用BFGS方法求解。然后，将误差方程和约束函数线性展开，推导了最优解和观测量间的近似线性函数关系，运用方差-协方差传播律得到了最优解的近似方差。最后，用数值实例验证了方法的有效性和可行性。
误差向量的方差-协方差阵是一般对称正定矩阵下的附不等式约束加权整体最小二乘平差模型，研究了其参数估计和精度评定问题。首先，将残差平方和极小化函数在整体最小二乘准则下转化为只包含模型参数的目标函数，同时将所有的不等式约束表示成一个等价的凝聚约束函数，并运用乘子罚函数策略将不等式约束加权整体最小二乘平差问题转化为相应的无约束最优化问题，并用BFGS方法求解。然后，将误差方程和约束函数线性展开，推导了最优解和观测量间的近似线性函数关系，运用方差-协方差传播律得到了最优解的近似方差。最后，用数值实例验证了方法的有效性和可行性。
2018, 43(10): 1531-1537.
doi: 10.13203/j.whugis20160566
摘要:
针对雷达差分干涉测量技术（differential interferometry synthetic aperture radar，DInSAR）易受时空失相关、大气相位延迟等因素的影响，采用小基线集技术（small baseline subset，SBAS）对13景TerraSAR-X数据进行时序处理，估算并去除了残余数字高程模型误差、大气延迟误差和轨道误差，分析了研究区域2012-2013年沉降速率，发现2310和1301两工作面最大下沉速率分别为40 mm/a和50 mm/a；分析时序累计沉降值发现，2306、2308、2310这3个工作面在2012年11月15日之前地面沉降并不明显；在2310和1301工作面分别提取3个失相干现象表现较为缓慢的候选点进行时序分析，发现沉降值和时间成线性变化关系，且开采时间越早，其沉降特性越符合线性变化；将SBAS和DInSAR两种方法获得的累计沉降值进行差值分析，发现两种方法的差值在5 mm以内；在2310工作面走向方向和倾向方向选取若干观测点，并提取各观测点的时序沉降值对工作面时序沉降进行量化分析，实验表明SBAS-InSAR技术在矿区地表沉降监测与分析方面具有良好的应用前景。
针对雷达差分干涉测量技术（differential interferometry synthetic aperture radar，DInSAR）易受时空失相关、大气相位延迟等因素的影响，采用小基线集技术（small baseline subset，SBAS）对13景TerraSAR-X数据进行时序处理，估算并去除了残余数字高程模型误差、大气延迟误差和轨道误差，分析了研究区域2012-2013年沉降速率，发现2310和1301两工作面最大下沉速率分别为40 mm/a和50 mm/a；分析时序累计沉降值发现，2306、2308、2310这3个工作面在2012年11月15日之前地面沉降并不明显；在2310和1301工作面分别提取3个失相干现象表现较为缓慢的候选点进行时序分析，发现沉降值和时间成线性变化关系，且开采时间越早，其沉降特性越符合线性变化；将SBAS和DInSAR两种方法获得的累计沉降值进行差值分析，发现两种方法的差值在5 mm以内；在2310工作面走向方向和倾向方向选取若干观测点，并提取各观测点的时序沉降值对工作面时序沉降进行量化分析，实验表明SBAS-InSAR技术在矿区地表沉降监测与分析方面具有良好的应用前景。
2018, 43(10): 1538-1545.
doi: 10.13203/j.whugis20170008
摘要:
局部空间同位模式挖掘旨在揭示多类地理事件在异质环境下的共生共存规律。已有的方法一方面需要模式筛选的频繁度阈值参数，另一方面需要区域探测的划分参数或聚类参数，参数的不合理设置会导致挖掘结果不可靠甚至出现错误。因此，提出了一种显著局部空间同位模式自动探测方法。首先，基于空间统计思想，采用非参数模式重建方法对空间同位模式进行显著性判别，将全局非显著空间同位模式作为进一步局部探测的候选模式；然后，借助自适应空间聚类方法提取每个候选模式的热点区域；最后，通过不断生长并测试每个热点区域，界定显著局部空间同位模式的有效边界，即空间影响域。通过实验与比较发现，该方法能够客观且有效判别空间同位模式的显著性，并且自适应地提取局部同位模式的空间分布结构，降低了现有方法参数设置的主观性。
局部空间同位模式挖掘旨在揭示多类地理事件在异质环境下的共生共存规律。已有的方法一方面需要模式筛选的频繁度阈值参数，另一方面需要区域探测的划分参数或聚类参数，参数的不合理设置会导致挖掘结果不可靠甚至出现错误。因此，提出了一种显著局部空间同位模式自动探测方法。首先，基于空间统计思想，采用非参数模式重建方法对空间同位模式进行显著性判别，将全局非显著空间同位模式作为进一步局部探测的候选模式；然后，借助自适应空间聚类方法提取每个候选模式的热点区域；最后，通过不断生长并测试每个热点区域，界定显著局部空间同位模式的有效边界，即空间影响域。通过实验与比较发现，该方法能够客观且有效判别空间同位模式的显著性，并且自适应地提取局部同位模式的空间分布结构，降低了现有方法参数设置的主观性。
2018, 43(10): 1546-1552.
doi: 10.13203/j.whugis20160557
摘要:
基于双天线全球导航卫星系统反射技术（global navigation satellite system reflectometry，GNSS-R），建立了两个修正地表粗糙度影响的土壤湿度反演模型——解析模型和人工神经网络模型，并以GPS L1 C/A码为例建立了GNSS-R土壤湿度仿真平台，仿真分析了地表粗糙度对两个模型反演精确度的影响。结果表明，当地表均方根高度大于0.010 m时，必须对解析模型进行粗糙度修正。粗糙度影响修正结果显示，小粗糙度情况下修正的解析模型取得了良好的结果，但对于大粗糙度有一定局限性。在均方根高度大于0.025 m时，进行土壤粗糙度修正前，人工神经网络模型精度比解析模型提高了36.83%~72.36%。进行修正后，人工神经网络模型的精度比解析模型提高了42.86%~54.40%。人工神经网络模型在修正前后取得了相近的精度，无修正的人工神经网络模型精度比有修正的解析模型精度仍提高了35.83%~53.48%。
基于双天线全球导航卫星系统反射技术（global navigation satellite system reflectometry，GNSS-R），建立了两个修正地表粗糙度影响的土壤湿度反演模型——解析模型和人工神经网络模型，并以GPS L1 C/A码为例建立了GNSS-R土壤湿度仿真平台，仿真分析了地表粗糙度对两个模型反演精确度的影响。结果表明，当地表均方根高度大于0.010 m时，必须对解析模型进行粗糙度修正。粗糙度影响修正结果显示，小粗糙度情况下修正的解析模型取得了良好的结果，但对于大粗糙度有一定局限性。在均方根高度大于0.025 m时，进行土壤粗糙度修正前，人工神经网络模型精度比解析模型提高了36.83%~72.36%。进行修正后，人工神经网络模型的精度比解析模型提高了42.86%~54.40%。人工神经网络模型在修正前后取得了相近的精度，无修正的人工神经网络模型精度比有修正的解析模型精度仍提高了35.83%~53.48%。
2018, 43(10): 1553-1559.
doi: 10.13203/j.whugis20160433
摘要:
以地形地貌特征复杂、观测站点分布稀疏不均匀的四川省为研究区，引入地形因子（坡度和坡向）和植被指数，采用顾及空间关系非平稳性的（混合）地理加权回归克里格模型（（mixed）geographically weighted regression Kriging，（m）GWRK）进行月尺度平均气温插值方法及精度分析研究。针对不同季节和不同地区，将（m）GWRK插值结果与基于全局回归的回归克里格（regression Kriging，RK）插值结果进行对比。结果表明，RK、GWRK、mGWRK回归关系的决定系数R2分别为0.795、0.922、0.911，均方根误差分别为0.83℃、0.64℃、0.55℃，表明GWRK、mGWRK对目标变量的解释能力以及插值精度都优于RK；GWRK、mGWRK相对于RK对月平均气温插值的改进具有季节与地区差异，冬半年的改进大于夏半年，在地形地貌变化大的地区改进大于地形地貌变化小的地区。
以地形地貌特征复杂、观测站点分布稀疏不均匀的四川省为研究区，引入地形因子（坡度和坡向）和植被指数，采用顾及空间关系非平稳性的（混合）地理加权回归克里格模型（（mixed）geographically weighted regression Kriging，（m）GWRK）进行月尺度平均气温插值方法及精度分析研究。针对不同季节和不同地区，将（m）GWRK插值结果与基于全局回归的回归克里格（regression Kriging，RK）插值结果进行对比。结果表明，RK、GWRK、mGWRK回归关系的决定系数R2分别为0.795、0.922、0.911，均方根误差分别为0.83℃、0.64℃、0.55℃，表明GWRK、mGWRK对目标变量的解释能力以及插值精度都优于RK；GWRK、mGWRK相对于RK对月平均气温插值的改进具有季节与地区差异，冬半年的改进大于夏半年，在地形地貌变化大的地区改进大于地形地貌变化小的地区。
2018, 43(10): 1560-1565, 1573.
doi: 10.13203/j.whugis20160552
摘要:
叶片光谱是估算植被生化参数的重要依据。然而，遥感影像获取的光谱为像元及冠层光谱，因此，在进行植被生化参数的遥感定量估算时，需将冠层光谱转化到叶片尺度。根据几何光学模型原理，推导出植被冠层光谱和叶片光谱的尺度转换函数，将冠层光谱转换到叶片尺度。首先，采用叶片光谱模拟模型PROSPECT模拟出叶片水平的光谱；其次，在几何光学模型4-scale模型中，通过改变叶片光谱和叶面积指数（leaf area index，LAI），模拟出不同叶片特征下的冠层光谱。最后，通过LAI建立两个查找表，一个是传感器观测到树冠光照面和背景光照面概率的查找表，另一个是多次散射因子M的查找表，从而实现冠层光谱和叶片光谱的转化。结果表明，利用4-scale模型能实现冠层光谱与叶片光谱的尺度转换，此方法有很好的适用性。
叶片光谱是估算植被生化参数的重要依据。然而，遥感影像获取的光谱为像元及冠层光谱，因此，在进行植被生化参数的遥感定量估算时，需将冠层光谱转化到叶片尺度。根据几何光学模型原理，推导出植被冠层光谱和叶片光谱的尺度转换函数，将冠层光谱转换到叶片尺度。首先，采用叶片光谱模拟模型PROSPECT模拟出叶片水平的光谱；其次，在几何光学模型4-scale模型中，通过改变叶片光谱和叶面积指数（leaf area index，LAI），模拟出不同叶片特征下的冠层光谱。最后，通过LAI建立两个查找表，一个是传感器观测到树冠光照面和背景光照面概率的查找表，另一个是多次散射因子M的查找表，从而实现冠层光谱和叶片光谱的转化。结果表明，利用4-scale模型能实现冠层光谱与叶片光谱的尺度转换，此方法有很好的适用性。
2018, 43(10): 1566-1573.
doi: 10.13203/j.whugis20160391
摘要:
选取关中平原2008-2016年的条件植被温度指数（vegetation temperature condition index，VTCI）遥感干旱监测结果，基于最优的干旱影响评估方法确定冬小麦各生育时期干旱对其单产的影响权重，构建县域尺度加权VTCI与小麦单产间的一元线性回归模型，并结合求和自回归移动平均模型（autoregressive integrated moving average，ARIMA）对各县（区）的冬小麦单产进行估测及向前一、二、三旬的预测。结果表明，基于改进的层次分析法与熵值法的最优组合赋权法对冬小麦各生育时期的权重确定较合理，以拔节期（0.489）最大，抽穗-灌浆期（0.427）次之，返青期（0.035）与乳熟期（0.049）较小；加权VTCI与小麦单产之间的相关性显著，单产估测精度较高；向前一、二、三旬的单产预测精度均较高，且以向前一旬的预测精度最高，有76.9%的相对误差小于2.0%，71.6%的均方根误差小于75.0 kg/hm2。
选取关中平原2008-2016年的条件植被温度指数（vegetation temperature condition index，VTCI）遥感干旱监测结果，基于最优的干旱影响评估方法确定冬小麦各生育时期干旱对其单产的影响权重，构建县域尺度加权VTCI与小麦单产间的一元线性回归模型，并结合求和自回归移动平均模型（autoregressive integrated moving average，ARIMA）对各县（区）的冬小麦单产进行估测及向前一、二、三旬的预测。结果表明，基于改进的层次分析法与熵值法的最优组合赋权法对冬小麦各生育时期的权重确定较合理，以拔节期（0.489）最大，抽穗-灌浆期（0.427）次之，返青期（0.035）与乳熟期（0.049）较小；加权VTCI与小麦单产之间的相关性显著，单产估测精度较高；向前一、二、三旬的单产预测精度均较高，且以向前一旬的预测精度最高，有76.9%的相对误差小于2.0%，71.6%的均方根误差小于75.0 kg/hm2。
2018, 43(10): 1574-1579, 1587.
doi: 10.13203/j.whugis20170042
摘要:
针对采用传统土地利用回归（land use regression，LUR）模型进行大气污染物浓度模拟时预测变量信息损失的缺陷，将主成分分析（principle component analysis，PCA）与逐步多元线性回归（stepwise multiple line regression，SMLR）相结合，提出了一种改进的LUR（PCA+SMLR）模型模拟大区域PM2.5浓度空间分布的方法。首先采用相关分析筛选与PM2.5显著相关的预测变量，然后对筛选出的预测变量进行主成分变换（PCA），最后保留所有主成分变量进行SMLR建立回归模型模拟PM2.5浓度。并以京津冀为研究区域进行实验验证，对PCR、SMLR、PCA+SMLR这3种模型的实验结果进行对比分析，结果表明，PCA+SMLR模型可提高预测变量对回归模型的贡献度，调整后R2达0.883，并且其精度检验指标及制图效果皆优于传统的LUR模型，证明了该模型可有效提高PM2.5浓度的模拟精度，对PM2.5区域联防联控具有指导意义。
针对采用传统土地利用回归（land use regression，LUR）模型进行大气污染物浓度模拟时预测变量信息损失的缺陷，将主成分分析（principle component analysis，PCA）与逐步多元线性回归（stepwise multiple line regression，SMLR）相结合，提出了一种改进的LUR（PCA+SMLR）模型模拟大区域PM2.5浓度空间分布的方法。首先采用相关分析筛选与PM2.5显著相关的预测变量，然后对筛选出的预测变量进行主成分变换（PCA），最后保留所有主成分变量进行SMLR建立回归模型模拟PM2.5浓度。并以京津冀为研究区域进行实验验证，对PCR、SMLR、PCA+SMLR这3种模型的实验结果进行对比分析，结果表明，PCA+SMLR模型可提高预测变量对回归模型的贡献度，调整后R2达0.883，并且其精度检验指标及制图效果皆优于传统的LUR模型，证明了该模型可有效提高PM2.5浓度的模拟精度，对PM2.5区域联防联控具有指导意义。
2018, 43(10): 1580-1587.
doi: 10.13203/j.whugis20160499
摘要:
为解决虚拟地理环境缺乏有效组织、规划、管理群体协同的问题，研究并构建角色模型及角色支持下的虚拟地理环境群体协同方法。构建了包含角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色行为和角色表达等模块的角色模型，设计了基于角色的虚拟地理环境群体协同框架，提出了多角色群体协同规划方法，建立了角色支撑下的群体协同冲突检测与消除策略。针对人类活动与全球变化相互影响问题，构建多领域人员参与下虚拟地理环境群体协同模拟与评估原型系统。经系统测试发现，通过角色模型能够较好地实现协同参与者与虚拟地理环境之间的耦合，同时能够为虚拟地理环境的群体协同提供系统性方法支撑。
为解决虚拟地理环境缺乏有效组织、规划、管理群体协同的问题，研究并构建角色模型及角色支持下的虚拟地理环境群体协同方法。构建了包含角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色行为和角色表达等模块的角色模型，设计了基于角色的虚拟地理环境群体协同框架，提出了多角色群体协同规划方法，建立了角色支撑下的群体协同冲突检测与消除策略。针对人类活动与全球变化相互影响问题，构建多领域人员参与下虚拟地理环境群体协同模拟与评估原型系统。经系统测试发现，通过角色模型能够较好地实现协同参与者与虚拟地理环境之间的耦合，同时能够为虚拟地理环境的群体协同提供系统性方法支撑。
2018, 43(10): 1588-1594.
doi: 10.13203/j.whugis20150640
摘要:
道路网元胞的组成及其配置构成了特定的网络景观，受启发于元胞和景观格局中斑块的相似性，借鉴景观格局分析中的景观指数分析法，提出了一种城市道路网元胞模式分析的新方法——网络景观指数分析法。该方法基于道路类型生成不同类别的元胞，计算网络景观指数，并通过相关分析与因子分析挖掘主要因子，进而解释主要因子及代表指数在道路网模式分析中的含义。应用该方法计算了中国34个城市街道网络的24个指标，发现了4个主要因子：元胞的空间分布与多样性、元胞最大尺寸与延展性差异、元胞平均延展性和元胞平均尺寸与形状复杂度。反映到道路网中，描述了道路的集聚与分散特征、道路类型的多样性、道路网的规则程度等特征。
道路网元胞的组成及其配置构成了特定的网络景观，受启发于元胞和景观格局中斑块的相似性，借鉴景观格局分析中的景观指数分析法，提出了一种城市道路网元胞模式分析的新方法——网络景观指数分析法。该方法基于道路类型生成不同类别的元胞，计算网络景观指数，并通过相关分析与因子分析挖掘主要因子，进而解释主要因子及代表指数在道路网模式分析中的含义。应用该方法计算了中国34个城市街道网络的24个指标，发现了4个主要因子：元胞的空间分布与多样性、元胞最大尺寸与延展性差异、元胞平均延展性和元胞平均尺寸与形状复杂度。反映到道路网中，描述了道路的集聚与分散特征、道路类型的多样性、道路网的规则程度等特征。
2018, 43(10): 1595-1602.
doi: 10.13203/j.whugis20170035
摘要:
基于地域的移动模式（zone-based movement pattern，ZMP）的发掘通过对出租车轨迹的聚类分析，同步发掘地域与移动轨迹。该方法通过ZMP的合并达到新地域发掘的目的，并加以距离和专题属性组成的相邻约束以保留移动的方向性、地域的功能属性以及地域间的距离关系。通过连接矩阵迭代计算得到最优合并的ZMP进行合并，从而发掘ZMP，同时通过覆盖度、精准度以及基于这两者的平衡评估因子等对合并得到的ZMP进行评定。通过现实世界的出租车数据进行实验，结果表明该方法高效可行，能合理地实现合并现有区以发掘新地域。
基于地域的移动模式（zone-based movement pattern，ZMP）的发掘通过对出租车轨迹的聚类分析，同步发掘地域与移动轨迹。该方法通过ZMP的合并达到新地域发掘的目的，并加以距离和专题属性组成的相邻约束以保留移动的方向性、地域的功能属性以及地域间的距离关系。通过连接矩阵迭代计算得到最优合并的ZMP进行合并，从而发掘ZMP，同时通过覆盖度、精准度以及基于这两者的平衡评估因子等对合并得到的ZMP进行评定。通过现实世界的出租车数据进行实验，结果表明该方法高效可行，能合理地实现合并现有区以发掘新地域。
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