2018年 第43卷 第2期
2018, 43(2): 268-274.
doi: 10.13203/j.whugis20170022
摘要:
基于应急条件下的计算机和网络资源，以实现无人机影像应急并行处理为目的，提出了一种简洁的负载均衡实现方法。采用了以进程为调度单元的主动式计算资源统计策略，辅以任务队列二级动态分配方法，实现了负载均衡。使用本方法在应急环境中建立简易的并行化集群处理系统，可以灵活、高效、鲁棒地利用可用的计算资源，大幅缩短无人机影像应急处理时间。为验证本文负载均衡方法的有效性，利用无人机机载定位定向系统记录的定位定向参数，结合已知数字高程数据，完成了无人机影像的初步正射纠正和拼图处理。实验结果表明，该方法实现简单、部署方便、扩展灵活、任务分配均衡，处理效率随着计算单元的增加而提高，可大幅提高应急条件下无人机应急影像图制作效率。
基于应急条件下的计算机和网络资源，以实现无人机影像应急并行处理为目的，提出了一种简洁的负载均衡实现方法。采用了以进程为调度单元的主动式计算资源统计策略，辅以任务队列二级动态分配方法，实现了负载均衡。使用本方法在应急环境中建立简易的并行化集群处理系统，可以灵活、高效、鲁棒地利用可用的计算资源，大幅缩短无人机影像应急处理时间。为验证本文负载均衡方法的有效性，利用无人机机载定位定向系统记录的定位定向参数，结合已知数字高程数据，完成了无人机影像的初步正射纠正和拼图处理。实验结果表明，该方法实现简单、部署方便、扩展灵活、任务分配均衡，处理效率随着计算单元的增加而提高，可大幅提高应急条件下无人机应急影像图制作效率。
2018, 43(2): 167-174.
doi: 10.13203/j.whugis20160068
摘要:
全球坐标参考框架是发展全球卫星导航系统最具重要性的基础设施之一，也是我国空间信息基础设施建设的迫切需求。研究了构建全球CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000）坐标参考框架的数学模型，研究了采用内约束理论构建全球CGCS2000框架理论和算法，最后证明了构建全球CGCS2000框架的二步法和一步法数学模型在一定条件下等价。内部约束算法根据框架转换参数及其速率变化量最小标准重新定义框架约束条件，经过坐标相似变化得到最佳网形，并保证最佳网形和初始网形的拟合度达到最高，最后得到最优网形中测站坐标估值，并能保持不同观测技术参考框架的内在纯粹性，发挥不同观测技术优势。本文研究结果可完善中国坐标框架构建基础理论体系，对CGCS2000框架的全球化实现提供科学方法。
全球坐标参考框架是发展全球卫星导航系统最具重要性的基础设施之一，也是我国空间信息基础设施建设的迫切需求。研究了构建全球CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000）坐标参考框架的数学模型，研究了采用内约束理论构建全球CGCS2000框架理论和算法，最后证明了构建全球CGCS2000框架的二步法和一步法数学模型在一定条件下等价。内部约束算法根据框架转换参数及其速率变化量最小标准重新定义框架约束条件，经过坐标相似变化得到最佳网形，并保证最佳网形和初始网形的拟合度达到最高，最后得到最优网形中测站坐标估值，并能保持不同观测技术参考框架的内在纯粹性，发挥不同观测技术优势。本文研究结果可完善中国坐标框架构建基础理论体系，对CGCS2000框架的全球化实现提供科学方法。
2018, 43(2): 175-182, 187.
doi: 10.13203/j.whugis20160178
摘要:
GNSS接收机端的UPD与接收到的信号频率有关，这导致GPS和BDS系统间的双差模糊度不具有整数特性，为了恢复其整数特性，两系统间的系统偏差需要进行估计或改正。在顾及GPS和BDS之间的时间系统、坐标系统和频率间偏差的基础上，推导出GPS/BDS系统偏差计算模型，并利用不同实验对系统偏差的稳定性进行验证。实验结果表明，不同品牌接收机在GPS/BDS系统偏差方面在一定条件下均具有稳定性；天线类型和天线连接线长度没有对GPS/BDS系统偏差产生显著影响。加入系统偏差改正的GPS/BDS紧组合定位在恶劣环境下表现良好，可将模糊度固定平均所需时间缩短33%，模糊度固定成功率提高31%。
GNSS接收机端的UPD与接收到的信号频率有关，这导致GPS和BDS系统间的双差模糊度不具有整数特性，为了恢复其整数特性，两系统间的系统偏差需要进行估计或改正。在顾及GPS和BDS之间的时间系统、坐标系统和频率间偏差的基础上，推导出GPS/BDS系统偏差计算模型，并利用不同实验对系统偏差的稳定性进行验证。实验结果表明，不同品牌接收机在GPS/BDS系统偏差方面在一定条件下均具有稳定性；天线类型和天线连接线长度没有对GPS/BDS系统偏差产生显著影响。加入系统偏差改正的GPS/BDS紧组合定位在恶劣环境下表现良好，可将模糊度固定平均所需时间缩短33%，模糊度固定成功率提高31%。
2018, 43(2): 183-187.
doi: 10.13203/j.whugis20140266
摘要:
星间观测实现了移动卫星的连续跟踪，是提升卫星钟时间比对精度的重要手段。研究了基于星地/星间联合观测时间比对技术；推导了星地/星间时间同步比对模型；给出了星间钟差到星地钟差的一致性归算方法。理论上加入星间观测移动卫星钟差预报精度能大幅提升，但异质观测设备导致钟差观测序列不连续，影响了卫星钟预报精度。研究了小幅钟差跳变的探测与补偿技术，提出了基于传统粗差探测与相邻历元组差相结合的钟差跳变探测方法，有效消除了异质观测设备带来的钟差不一致性，提升了卫星钟预报精度。最后利用实测与仿真数据验证了所提出的理论和方法的正确性和有效性。
星间观测实现了移动卫星的连续跟踪，是提升卫星钟时间比对精度的重要手段。研究了基于星地/星间联合观测时间比对技术；推导了星地/星间时间同步比对模型；给出了星间钟差到星地钟差的一致性归算方法。理论上加入星间观测移动卫星钟差预报精度能大幅提升，但异质观测设备导致钟差观测序列不连续，影响了卫星钟预报精度。研究了小幅钟差跳变的探测与补偿技术，提出了基于传统粗差探测与相邻历元组差相结合的钟差跳变探测方法，有效消除了异质观测设备带来的钟差不一致性，提升了卫星钟预报精度。最后利用实测与仿真数据验证了所提出的理论和方法的正确性和有效性。
2018, 43(2): 188-193.
doi: 10.13203/j.whugis20160033
摘要:
国家授时中心保持的协调世界时UTC（NTSC）（Coordinated Universal Time，National Time Service Center）与UTC的偏差保持在±10 ns以内。为了使远程用户获得高精度的UTC（NTSC）时间频率信号，利用国家授时中心保持的UTC（NTSC）时频信号和卫星共视时间比对方法，搭建了一套UTC（NTSC）远程复现系统，用于实现远程用户时间频率校准并能在远程恢复出UTC（NTSC）的时间频率信号。研究了基于UTC（NTSC）的时间频率远程复现方法，该方法基于改进的卫星共视法，可实现对用户本地参考时间与可视卫星钟的钟差进行连续实时监测，去除了传统共视时间传递方法中每个观测周期内的观测死时间；设计并实现了UTC（NTSC）远程复现系统，系统包括基准终端、配送终端和数据分析处理中心，基准终端测量UTC（NTSC）与可视卫星钟的钟差；配送终端测量本地原子钟与可视卫星钟的钟差，并在本地驾驭生成与UTC（NTSC）同步的时频信号；数据处理中心处理来自基准终端和配送终端的数据；评估了系统测量的不确定度，得出零基线条件下，系统授时精度达到0.8 ns；另外，通过对各远程用户不同类型钟的驾驭情况，得出铯钟的频率测量天稳达到2.84×10-14，铷钟的频率测量天稳达到8.24×10-14。
国家授时中心保持的协调世界时UTC（NTSC）（Coordinated Universal Time，National Time Service Center）与UTC的偏差保持在±10 ns以内。为了使远程用户获得高精度的UTC（NTSC）时间频率信号，利用国家授时中心保持的UTC（NTSC）时频信号和卫星共视时间比对方法，搭建了一套UTC（NTSC）远程复现系统，用于实现远程用户时间频率校准并能在远程恢复出UTC（NTSC）的时间频率信号。研究了基于UTC（NTSC）的时间频率远程复现方法，该方法基于改进的卫星共视法，可实现对用户本地参考时间与可视卫星钟的钟差进行连续实时监测，去除了传统共视时间传递方法中每个观测周期内的观测死时间；设计并实现了UTC（NTSC）远程复现系统，系统包括基准终端、配送终端和数据分析处理中心，基准终端测量UTC（NTSC）与可视卫星钟的钟差；配送终端测量本地原子钟与可视卫星钟的钟差，并在本地驾驭生成与UTC（NTSC）同步的时频信号；数据处理中心处理来自基准终端和配送终端的数据；评估了系统测量的不确定度，得出零基线条件下，系统授时精度达到0.8 ns；另外，通过对各远程用户不同类型钟的驾驭情况，得出铯钟的频率测量天稳达到2.84×10-14，铷钟的频率测量天稳达到8.24×10-14。
2018, 43(2): 194-200.
doi: 10.13203/j.whugis20160024
摘要:
Bernese ECOM光压模型是目前GNSS导航卫星精密定轨中应用最多的经验型光压模型[1 ]，但是其应用到北斗导航卫星（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）精密定轨中，不一定9个参数全部解算定轨效果最佳。收集了MGEX一年的BDS精密星历，采用几何轨道平滑的方式反演出ECOM模型的9个光压参数，研究参数周年变化规律发现Bc、Bs参数与Yc、Ys相关性较强，Bc、Bs存在明显的周年特性而且量级较Yc、Ys大。通过ECOM回归模型整体显著性检验，确定出Bc、Bs的显著性水平明显高于Yc、Ys。最后通过MGEX监测站的实测数据定轨，轨道和钟差精度评估结果表明，只解算D0、Y0、B0、Bc、Bs 5个参数BDS定轨精度最高，建议BDS定轨中使用5参数ECOM光压模型。
Bernese ECOM光压模型是目前GNSS导航卫星精密定轨中应用最多的经验型光压模型[
2018, 43(2): 201-206.
doi: 10.13203/j.whugis20160045
摘要:
初始对准是捷联惯导系统的关键技术之一，对准精度直接影响到导航系统的导航解算精度，静基座捷联惯导卡尔曼滤波法对准的精度和收敛时间受模型参数以及初始条件的影响，对于低精度的捷联惯导，这种影响更大，滤波结果往往不能收敛，甚至发散。采用解析法对准是解决上述问题的有效途径，针对静基座解析法对准做了系统研究，推导了惯性器件误差的解析表达式，分析了对准时间与仪器误差估计精度的关系。实测试验结果表明，给予适当的对准时间，解析法对准亦可接近极限精度；同时，在解析法初始对准中，等效天向加速度计零偏可得到有效估计；等效天向、北向陀螺漂移虽可估计，但随机游走对估计结果的影响不可忽视。
初始对准是捷联惯导系统的关键技术之一，对准精度直接影响到导航系统的导航解算精度，静基座捷联惯导卡尔曼滤波法对准的精度和收敛时间受模型参数以及初始条件的影响，对于低精度的捷联惯导，这种影响更大，滤波结果往往不能收敛，甚至发散。采用解析法对准是解决上述问题的有效途径，针对静基座解析法对准做了系统研究，推导了惯性器件误差的解析表达式，分析了对准时间与仪器误差估计精度的关系。实测试验结果表明，给予适当的对准时间，解析法对准亦可接近极限精度；同时，在解析法初始对准中，等效天向加速度计零偏可得到有效估计；等效天向、北向陀螺漂移虽可估计，但随机游走对估计结果的影响不可忽视。
2018, 43(2): 207-212.
doi: 10.13203/j.whugis20150116
摘要:
分析了TurboEdit方法中MW组合和GF组合的缺陷，提出了GPS双频非差周跳探测修复SET（satellite elevation TurboEdit）法。设计了自适应滑动窗口模型对MW组合进行改进，避免了在低高度角时引入多径误差和噪声误差对后续处理精度的影响，增强了对小周跳的探测与修复能力。对GF（geometry-free）组合中引入的伪距误差采用历元间求差法进行替换，同时在卫星低高度角时，对其探测阈值引入高度角加权系数，有效剔除虚假周跳，提高周跳探测成功率与可靠性。在探测出周跳后，联合两种方法组合进行周跳修复。实验结果表明，SET法能够有效地抑制低高度角时的多径效应和观测噪声，降低周跳误探率，并对周跳进行有效修复。
分析了TurboEdit方法中MW组合和GF组合的缺陷，提出了GPS双频非差周跳探测修复SET（satellite elevation TurboEdit）法。设计了自适应滑动窗口模型对MW组合进行改进，避免了在低高度角时引入多径误差和噪声误差对后续处理精度的影响，增强了对小周跳的探测与修复能力。对GF（geometry-free）组合中引入的伪距误差采用历元间求差法进行替换，同时在卫星低高度角时，对其探测阈值引入高度角加权系数，有效剔除虚假周跳，提高周跳探测成功率与可靠性。在探测出周跳后，联合两种方法组合进行周跳修复。实验结果表明，SET法能够有效地抑制低高度角时的多径效应和观测噪声，降低周跳误探率，并对周跳进行有效修复。
2018, 43(2): 213-218.
doi: 10.13203/j.whugis20150313
摘要:
多径误差是全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GNSS）高精度实时定位的主要误差源。由于多径效应具有时变特性且与观测环境有关，难以有效探测与剔除，尤其是动态定位领域。鉴于多径效应对于同颗卫星不同频率观测值影响不同，本文采用三频信噪比（signal-noise ratio，SNR）频率间差分数据，设计算法探测北斗对地静止卫星（geostationary orbit satellite，GEO）多径误差，并依据开阔环境SNR频间差分数据序列进行统计分析，确定其探测阈值。实验结果表明，北斗GEO卫星易受多径误差影响，传统方法难以实时有效探测，本文提出的新方法可有效探测GEO多径误差，并基于设定的阈值对其数据进行降权或剔除，可应用于GNSS数据质量控制。
多径误差是全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GNSS）高精度实时定位的主要误差源。由于多径效应具有时变特性且与观测环境有关，难以有效探测与剔除，尤其是动态定位领域。鉴于多径效应对于同颗卫星不同频率观测值影响不同，本文采用三频信噪比（signal-noise ratio，SNR）频率间差分数据，设计算法探测北斗对地静止卫星（geostationary orbit satellite，GEO）多径误差，并依据开阔环境SNR频间差分数据序列进行统计分析，确定其探测阈值。实验结果表明，北斗GEO卫星易受多径误差影响，传统方法难以实时有效探测，本文提出的新方法可有效探测GEO多径误差，并基于设定的阈值对其数据进行降权或剔除，可应用于GNSS数据质量控制。
2018, 43(2): 219-226.
doi: 10.13203/j.whugis20160106
摘要:
针对TERCOM（terrain contour matching）算法定位精度对航向误差敏感和算法普适性差等不足，提出了一种基于航迹线追踪的TERPM（terrain profile matching locating algorithm）定位算法。利用INS（inertial navigation system）提供的速度和航向信息对UV（underwater vehicles）的航迹进行追踪，在遍历基准地形时考虑航向误差对数据选取的影响，组合最优匹配的判别方法，提高定位算法的抗噪性。实验结果表明：TERPM定位算法适用于机动UV的精确定位且定位精度对航向误差不敏感；与已有的TERCOM改进算法相比，新算法具有更高的定位精度和更好的抗噪性能。
针对TERCOM（terrain contour matching）算法定位精度对航向误差敏感和算法普适性差等不足，提出了一种基于航迹线追踪的TERPM（terrain profile matching locating algorithm）定位算法。利用INS（inertial navigation system）提供的速度和航向信息对UV（underwater vehicles）的航迹进行追踪，在遍历基准地形时考虑航向误差对数据选取的影响，组合最优匹配的判别方法，提高定位算法的抗噪性。实验结果表明：TERPM定位算法适用于机动UV的精确定位且定位精度对航向误差不敏感；与已有的TERCOM改进算法相比，新算法具有更高的定位精度和更好的抗噪性能。
2018, 43(2): 227-233, 240.
doi: 10.13203/j.whugis20160065
摘要:
对全球电离层反演数据处理中的计算密集型任务进行分析，针对数据预处理、组建法方程矩阵、参数预消除和法方程矩阵求逆等主要模块设计了基于OpenMP（Open Multi-Processing）的并行计算方案。该实验方案在单台服务器下实施，通过算例验证了本文并行计算方案的有效性和可靠性。实验结果表明：采用并行计算后，全球电离层快速解执行时间只需要10~13 min，计算速度加快了约6倍；最终解执行时间只需要39~47 min，计算速度加快了约5倍。本文全球电离层模型精度约为2.8~3.8 TECU，最终解模型精度相比快速解精度提高了约0.2 TECU，与IGS各个分析中心电离层产品精度基本相当。
对全球电离层反演数据处理中的计算密集型任务进行分析，针对数据预处理、组建法方程矩阵、参数预消除和法方程矩阵求逆等主要模块设计了基于OpenMP（Open Multi-Processing）的并行计算方案。该实验方案在单台服务器下实施，通过算例验证了本文并行计算方案的有效性和可靠性。实验结果表明：采用并行计算后，全球电离层快速解执行时间只需要10~13 min，计算速度加快了约6倍；最终解执行时间只需要39~47 min，计算速度加快了约5倍。本文全球电离层模型精度约为2.8~3.8 TECU，最终解模型精度相比快速解精度提高了约0.2 TECU，与IGS各个分析中心电离层产品精度基本相当。
2018, 43(2): 234-240.
doi: 10.13203/j.whugis20150236
摘要:
积雪是全球水循环中的重要组成部分，积雪深度与雪水当量的精确监测对全球气候变化研究极其重要。随着GNSS研究与应用的不断深入，基于多路径效应的GNSS-MR（GNSS multipath reflectometry）技术用于地表环境监测（植被、土壤湿度、雪深、海平面等）已成为一种新兴的遥感手段。分析了SNR（signal-to-noise ratio）信噪比值的变化特性，详细给出了基于SNR观测值的GNSS-MR技术探测雪深的基本原理及其计算流程图。为了验证算法的有效性，利用科罗拉多州17 d连续跟踪站NWOT的GPS数据反演了降雪厚度，其结果与实测的雪深记录数据吻合较好，误差均值为0.07 m。初步研究结果验证了GNSS-MR技术用于积雪深度探测的可行性，并为后续充分利用现有的全球密集GNSS跟踪站数据开展地表环境监测提供重要参考。
积雪是全球水循环中的重要组成部分，积雪深度与雪水当量的精确监测对全球气候变化研究极其重要。随着GNSS研究与应用的不断深入，基于多路径效应的GNSS-MR（GNSS multipath reflectometry）技术用于地表环境监测（植被、土壤湿度、雪深、海平面等）已成为一种新兴的遥感手段。分析了SNR（signal-to-noise ratio）信噪比值的变化特性，详细给出了基于SNR观测值的GNSS-MR技术探测雪深的基本原理及其计算流程图。为了验证算法的有效性，利用科罗拉多州17 d连续跟踪站NWOT的GPS数据反演了降雪厚度，其结果与实测的雪深记录数据吻合较好，误差均值为0.07 m。初步研究结果验证了GNSS-MR技术用于积雪深度探测的可行性，并为后续充分利用现有的全球密集GNSS跟踪站数据开展地表环境监测提供重要参考。
2018, 43(2): 241-247.
doi: 10.13203/j.whugis20160431
摘要:
三维模型在许多领域内均有着越来越深入的应用，为保证三维模型在不同存储空间、不同图形绘制能力、不同显示分辨率的终端电子设备上显示的统一性和一致性，在很多情况下需要对三维模型进行适度的简化。对于三维地形而言，纹理颜色、地形区域边界和重要顶点是其非常重要的视觉特征，本文将这三项特征作为约束因子引入到三维地形的简化过程中，并根据这三项特征对现有的二次误差测度算法和边折叠代价的计算方法进行了改进，使其在三维地形简化过程中不会出现明显退化。本文还将改进后的算法与原来算法进行了实验对比，结果表明，改进后的简化算法不仅能够在不同精度上保持三维地形视觉上的一致性，而且产生的几何误差也相对较小。
三维模型在许多领域内均有着越来越深入的应用，为保证三维模型在不同存储空间、不同图形绘制能力、不同显示分辨率的终端电子设备上显示的统一性和一致性，在很多情况下需要对三维模型进行适度的简化。对于三维地形而言，纹理颜色、地形区域边界和重要顶点是其非常重要的视觉特征，本文将这三项特征作为约束因子引入到三维地形的简化过程中，并根据这三项特征对现有的二次误差测度算法和边折叠代价的计算方法进行了改进，使其在三维地形简化过程中不会出现明显退化。本文还将改进后的算法与原来算法进行了实验对比，结果表明，改进后的简化算法不仅能够在不同精度上保持三维地形视觉上的一致性，而且产生的几何误差也相对较小。
2018, 43(2): 248-254.
doi: 10.13203/j.whugis20160075
摘要:
岩体或建构筑物的变形通常具有复杂性和非线性等特性，一般的回归模型难以精确地进行回归预测，应用高斯过程回归理论对变形监测数据呈现出的非线性特征进行时间序列分析。考虑到监测数据的不断更新和累积，以及超参数与样本集的适应性，首先研究了“递进-截尾式”超参数自动更新模式和训练样本集的选择方法；在此基础上构建了以时间作为输入项的高斯过程回归变形智能预测模型（GPR-TIPM）；将该模型应用于矿山边坡监测点非线性时间序列分析中，通过分析变形趋势，最终采用Matérn 32和平方指数协方差函数相加的方式进行核函数组合。实验结果表明，采用组合核函数的预测性能较单一核函数有所改善，该方法提高了模型的泛化能力，GPR-TIPM模型在短期内的预测效果较理想。
岩体或建构筑物的变形通常具有复杂性和非线性等特性，一般的回归模型难以精确地进行回归预测，应用高斯过程回归理论对变形监测数据呈现出的非线性特征进行时间序列分析。考虑到监测数据的不断更新和累积，以及超参数与样本集的适应性，首先研究了“递进-截尾式”超参数自动更新模式和训练样本集的选择方法；在此基础上构建了以时间作为输入项的高斯过程回归变形智能预测模型（GPR-TIPM）；将该模型应用于矿山边坡监测点非线性时间序列分析中，通过分析变形趋势，最终采用Matérn 32和平方指数协方差函数相加的方式进行核函数组合。实验结果表明，采用组合核函数的预测性能较单一核函数有所改善，该方法提高了模型的泛化能力，GPR-TIPM模型在短期内的预测效果较理想。
2018, 43(2): 255-261.
doi: 10.13203/j.whugis20160063
摘要:
针对铁磁性物质反演中正则化参数自适应选择的问题，提出了基于χ2准则的磁梯度张量3D聚焦反演方法。利用深度加权矩阵和最小支撑矩阵对经典Tikhonov正则化理论框架下的反演模型进行约束得到目标函数，避免了由于反演参数多于采集点数而导致反演解的多解性，并有效解决了核函数随深度增大而快速衰减的问题。通过对目标函数进行迭代奇异值分解获得最佳物性参数，并根据χ2准则自适应地确定目标函数在迭代过程中的正则化参数，提高了迭代速度和求解精度。仿真和实验结果表明：该方法能准确还原磁性异常体的轮廓形态，具有较好的模型分辨率。
针对铁磁性物质反演中正则化参数自适应选择的问题，提出了基于χ2准则的磁梯度张量3D聚焦反演方法。利用深度加权矩阵和最小支撑矩阵对经典Tikhonov正则化理论框架下的反演模型进行约束得到目标函数，避免了由于反演参数多于采集点数而导致反演解的多解性，并有效解决了核函数随深度增大而快速衰减的问题。通过对目标函数进行迭代奇异值分解获得最佳物性参数，并根据χ2准则自适应地确定目标函数在迭代过程中的正则化参数，提高了迭代速度和求解精度。仿真和实验结果表明：该方法能准确还原磁性异常体的轮廓形态，具有较好的模型分辨率。
2018, 43(2): 262-267, 274.
doi: 10.13203/j.whugis20160085
摘要:
随着高分辨率图像采集技术的发展，采集图像的数据量大幅增加给图像的压缩、存储和传输带来了严重的挑战。近年来，压缩感知理论以能够通过少量观测信号高精度重建原始信号的优势给图像压缩带来了新的思路。目前压缩感知理论的研究主要集中于综合模型，然而综合模型下图像数据的稀疏表示却存在着计算量大、耗时长的问题。提出了基于解析字典的图像压缩模型。在分析综合模型字典学习方法的基础上介绍了解析模型字典学习的流程，然后详细分析了基于解析字典的图像压缩的总流程。以标准测试库自然图像为数据对模型的重构质量和系统耗时进行了分析，结果表明，本文所提模型在采样率相同的情况下，相对其他模型不仅能够缩短系统的耗时，也提高了图像重构的准确性。
随着高分辨率图像采集技术的发展，采集图像的数据量大幅增加给图像的压缩、存储和传输带来了严重的挑战。近年来，压缩感知理论以能够通过少量观测信号高精度重建原始信号的优势给图像压缩带来了新的思路。目前压缩感知理论的研究主要集中于综合模型，然而综合模型下图像数据的稀疏表示却存在着计算量大、耗时长的问题。提出了基于解析字典的图像压缩模型。在分析综合模型字典学习方法的基础上介绍了解析模型字典学习的流程，然后详细分析了基于解析字典的图像压缩的总流程。以标准测试库自然图像为数据对模型的重构质量和系统耗时进行了分析，结果表明，本文所提模型在采样率相同的情况下，相对其他模型不仅能够缩短系统的耗时，也提高了图像重构的准确性。
2018, 43(2): 268-274.
doi: 10.13203/j.whugis20130095
摘要:
基于应急条件下的计算机和网络资源，以实现无人机影像应急并行处理为目的，提出了一种简洁的负载均衡实现方法。采用了以进程为调度单元的主动式计算资源统计策略，辅以任务队列二级动态分配方法，实现了负载均衡。使用本方法在应急环境中建立简易的并行化集群处理系统，可以灵活、高效、鲁棒地利用可用的计算资源，大幅缩短无人机影像应急处理时间。为验证本文负载均衡方法的有效性，利用无人机机载定位定向系统记录的定位定向参数，结合已知数字高程数据，完成了无人机影像的初步正射纠正和拼图处理。实验结果表明，该方法实现简单、部署方便、扩展灵活、任务分配均衡，处理效率随着计算单元的增加而提高，可大幅提高应急条件下无人机应急影像图制作效率。
基于应急条件下的计算机和网络资源，以实现无人机影像应急并行处理为目的，提出了一种简洁的负载均衡实现方法。采用了以进程为调度单元的主动式计算资源统计策略，辅以任务队列二级动态分配方法，实现了负载均衡。使用本方法在应急环境中建立简易的并行化集群处理系统，可以灵活、高效、鲁棒地利用可用的计算资源，大幅缩短无人机影像应急处理时间。为验证本文负载均衡方法的有效性，利用无人机机载定位定向系统记录的定位定向参数，结合已知数字高程数据，完成了无人机影像的初步正射纠正和拼图处理。实验结果表明，该方法实现简单、部署方便、扩展灵活、任务分配均衡，处理效率随着计算单元的增加而提高，可大幅提高应急条件下无人机应急影像图制作效率。
2018, 43(2): 275-281, 288.
doi: 10.13203/j.whugis20150298
摘要:
利用字典学习与稀疏表示的信号重建与分类的性能，两步字典训练学习方法引入到鲁棒性人脸姿态识别中。首先，将人脸姿态离散化为不同的子空间，使用K-奇异值分解法（K-SVD）为每个子空间训练一个子字典使其对应一个类别；然后，将所有子字典组合成超完备字典；最后，采用基于Gabor特征与稀疏表示的方法进行姿态分类。为了提高字典的分类能力，本文采用两步字典训练学习方法，并在第二步学习中加入类别约束；为了提高算法的鲁棒性，本文重构一个遮挡人脸字典，解决人脸姿态识别中人脸遮挡问题。通过在公开的XJTU、PIE和CAS-PEAL-R1人脸库上的实验结果表明，本文方法在具有光照、噪声和遮挡变化的人脸库识别率均能达到95%左右，基本能达到实际应用的要求。
利用字典学习与稀疏表示的信号重建与分类的性能，两步字典训练学习方法引入到鲁棒性人脸姿态识别中。首先，将人脸姿态离散化为不同的子空间，使用K-奇异值分解法（K-SVD）为每个子空间训练一个子字典使其对应一个类别；然后，将所有子字典组合成超完备字典；最后，采用基于Gabor特征与稀疏表示的方法进行姿态分类。为了提高字典的分类能力，本文采用两步字典训练学习方法，并在第二步学习中加入类别约束；为了提高算法的鲁棒性，本文重构一个遮挡人脸字典，解决人脸姿态识别中人脸遮挡问题。通过在公开的XJTU、PIE和CAS-PEAL-R1人脸库上的实验结果表明，本文方法在具有光照、噪声和遮挡变化的人脸库识别率均能达到95%左右，基本能达到实际应用的要求。
2018, 43(2): 282-288.
doi: 10.13203/j.whugis20160079
摘要:
提出一种结合逆高斯模型（inverse Gaussian model，IGM）和KI（Kittler-Illingworth，KI）最小错误率准则的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）影像非监督变化检测方法。假设差值影像中未变化类和变化类服从混合IGM，结合贝叶斯决策理论，自动求取满足KI最小错误率准则的阈值。在两组多时相SAR数据上分别设计了两组实验以验证本文方法的有效性。实验表明，本文方法可以更好地估计差值影像中未变化类和变化类的概率密度分布，得到合理的决策阈值，有效提高变化检测图的精度。
提出一种结合逆高斯模型（inverse Gaussian model，IGM）和KI（Kittler-Illingworth，KI）最小错误率准则的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）影像非监督变化检测方法。假设差值影像中未变化类和变化类服从混合IGM，结合贝叶斯决策理论，自动求取满足KI最小错误率准则的阈值。在两组多时相SAR数据上分别设计了两组实验以验证本文方法的有效性。实验表明，本文方法可以更好地估计差值影像中未变化类和变化类的概率密度分布，得到合理的决策阈值，有效提高变化检测图的精度。
2018, 43(2): 289-296, 303.
doi: 10.13203/j.whugis20160066
摘要:
结合机载LiDAR数据，提出了一种改进的GLAS光斑点冠层高度地形校正模型，以校正后的GLAS光斑点作为输入样本，结合MODIS遥感影像，利用支持向量回归（SVR）的方法对研究区森林冠层高度进行分生态区估测，并利用野外调查数据和机载LiDAR冠层高度结果对估测结果进行验证。结果显示：研究区的坡度等级直接影响GLAS光斑点森林冠层高度估测精度，改进的地形校正模型可以较好的减小坡度对GLAS光斑点森林冠层高度估测的影响，模型精度RMSE稳定在3.25~3.48 m；不同生态分区的SVR模型估测精度较为稳定，其RMSE=6.41~7.56 m；与算数平均高相比，样地的Lorey's高与制图结果拟合最好，不同生态分区平均估测精度为80.3%。机载LiDAR冠层高度结果的验证平均精度为79.5%，和Lorey's高验证结果呈现较好的一致性。
结合机载LiDAR数据，提出了一种改进的GLAS光斑点冠层高度地形校正模型，以校正后的GLAS光斑点作为输入样本，结合MODIS遥感影像，利用支持向量回归（SVR）的方法对研究区森林冠层高度进行分生态区估测，并利用野外调查数据和机载LiDAR冠层高度结果对估测结果进行验证。结果显示：研究区的坡度等级直接影响GLAS光斑点森林冠层高度估测精度，改进的地形校正模型可以较好的减小坡度对GLAS光斑点森林冠层高度估测的影响，模型精度RMSE稳定在3.25~3.48 m；不同生态分区的SVR模型估测精度较为稳定，其RMSE=6.41~7.56 m；与算数平均高相比，样地的Lorey's高与制图结果拟合最好，不同生态分区平均估测精度为80.3%。机载LiDAR冠层高度结果的验证平均精度为79.5%，和Lorey's高验证结果呈现较好的一致性。
2018, 43(2): 297-303.
doi: 10.13203/j.whugis20160044
摘要:
多任务学习（multitask learning，MTL）是一种利用多个任务间共享信息并行学习以提高模型泛化性能的机器学习方法，研究表明该方法可以提升高分辨率遥感图像的分类精度。提出一种基于多任务联合稀疏和低秩表示（multitask joint sparse and low-rank representation，MJSLR）的高分辨率遥感图像分类模型，并采用加速近似梯度法求解凸的光滑函数和非光滑约束的组合优化问题。实验对比分析了多任务和单任务的学习模型，并比较了MJSLR、多核学习方法和多任务联合稀疏表达方法的图像分类准确率，结果表明多任务学习模型能够获得优于单任务学习模型的分类精度，而且融合低秩约束能够一定程度上提高多任务分类模型的精度。
多任务学习（multitask learning，MTL）是一种利用多个任务间共享信息并行学习以提高模型泛化性能的机器学习方法，研究表明该方法可以提升高分辨率遥感图像的分类精度。提出一种基于多任务联合稀疏和低秩表示（multitask joint sparse and low-rank representation，MJSLR）的高分辨率遥感图像分类模型，并采用加速近似梯度法求解凸的光滑函数和非光滑约束的组合优化问题。实验对比分析了多任务和单任务的学习模型，并比较了MJSLR、多核学习方法和多任务联合稀疏表达方法的图像分类准确率，结果表明多任务学习模型能够获得优于单任务学习模型的分类精度，而且融合低秩约束能够一定程度上提高多任务分类模型的精度。
2018, 43(2): 304-310.
doi: 10.13203/j.whugis20150284
摘要:
提出了一种以有效区域约束的Voronoi图为拼接线网络，利用GPU-CPU协同处理航空影像快速拼接方法。首先，基于成像有效区域生成有效区域约束的Voronoi图拼接线网络，解决了传统Voronoi图拼接线网络在低重叠度条件下拼接后影像局部区域不被覆盖的问题，然后利用GPU-CPU协同处理将正射纠正嵌入到影像拼接的过程中，并且只对每张影像的有效区域进行纠正，再通过选择配置优化和存储层次性优化进一步提高拼接效率。实验表明，对237张高分辨率航空影像进行快速正射纠正和拼接，本文算法较传统先纠正再拼接的方法效率提高近20倍，同时保证很高的拼接精度，可以满足应急测绘要求。
提出了一种以有效区域约束的Voronoi图为拼接线网络，利用GPU-CPU协同处理航空影像快速拼接方法。首先，基于成像有效区域生成有效区域约束的Voronoi图拼接线网络，解决了传统Voronoi图拼接线网络在低重叠度条件下拼接后影像局部区域不被覆盖的问题，然后利用GPU-CPU协同处理将正射纠正嵌入到影像拼接的过程中，并且只对每张影像的有效区域进行纠正，再通过选择配置优化和存储层次性优化进一步提高拼接效率。实验表明，对237张高分辨率航空影像进行快速正射纠正和拼接，本文算法较传统先纠正再拼接的方法效率提高近20倍，同时保证很高的拼接精度，可以满足应急测绘要求。
2018, 43(2): 311-317.
doi: 10.13203/j.whugis20150290
摘要:
邻域粗糙集是一种有效的影像特征提取方法，邻域粗糙集模型存在稳定性不高和邻域半径需要反复调整的不足，难以实现地物特征的自动化提取。提出一种多邻域粗糙集加权特征提取方法用于高分辨率遥感影像特征提取。该方法首先利用不同半径的邻域粗糙集对影像的光谱和纹理特征进行提取，求得不同邻域半径下的有效特征子集；然后统计所有邻域半径下各个特征出现的概率，将概率作为权重与特征进行加权得到最终地物特征。QucikBird影像上分类试验表明本文算法优于传统邻域粗糙集特征提取方法，分类总精度平均提高3.88%，Kappa系数平均提高5.16%。在GeoEye-1影像上的分类试验同样证明了本文方法的有效性。
邻域粗糙集是一种有效的影像特征提取方法，邻域粗糙集模型存在稳定性不高和邻域半径需要反复调整的不足，难以实现地物特征的自动化提取。提出一种多邻域粗糙集加权特征提取方法用于高分辨率遥感影像特征提取。该方法首先利用不同半径的邻域粗糙集对影像的光谱和纹理特征进行提取，求得不同邻域半径下的有效特征子集；然后统计所有邻域半径下各个特征出现的概率，将概率作为权重与特征进行加权得到最终地物特征。QucikBird影像上分类试验表明本文算法优于传统邻域粗糙集特征提取方法，分类总精度平均提高3.88%，Kappa系数平均提高5.16%。在GeoEye-1影像上的分类试验同样证明了本文方法的有效性。
2018, 43(2): 318-324.
doi: 10.13203/j.whugis20160071
摘要:
智慧城市建设需要以城市全面感知与三维建模作为空间基础，而建筑物轮廓的自动提取和规则化则是建筑物三维建模的关键。现有的规则化方法由于只利用了轮廓的局部信息，存在拐点位置极难准确判断且容易漏判误判，规则化之后的轮廓并非规范正交等问题。提出一种基于栅格填充的规则化方法，利用轮廓的整体信息进行规则化，并利用图像处理中的腐蚀、膨胀算法进行优化，无需定位拐点且规则化结果规范正交。实验分析，该算法对噪声点的抑制力强，规则化结果与实际轮廓相似性高，尤其适用于从激光雷达扫描点云、倾斜摄影密集匹配点云中提取的直角多边形建筑物轮廓的规则化。
智慧城市建设需要以城市全面感知与三维建模作为空间基础，而建筑物轮廓的自动提取和规则化则是建筑物三维建模的关键。现有的规则化方法由于只利用了轮廓的局部信息，存在拐点位置极难准确判断且容易漏判误判，规则化之后的轮廓并非规范正交等问题。提出一种基于栅格填充的规则化方法，利用轮廓的整体信息进行规则化，并利用图像处理中的腐蚀、膨胀算法进行优化，无需定位拐点且规则化结果规范正交。实验分析，该算法对噪声点的抑制力强，规则化结果与实际轮廓相似性高，尤其适用于从激光雷达扫描点云、倾斜摄影密集匹配点云中提取的直角多边形建筑物轮廓的规则化。
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