2018年 第43卷 第4期
2018, 43(4): 485-495.
doi: 10.13203/j.whugis20170400
摘要:
提出了一种针对嫦娥二号高分辨率立体影像的全月处理方法，采用5个激光反射器的月面位置作为绝对控制点，制作了一个新的全月地形产品（CE2TMap2015），包括7 m、20 m和50 m 3种不同分辨率类型的数据，实现了全月球范围内的无缝镶嵌和高精度绝对定位，数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）均实现了全月球覆盖。在评估CE2TMap2015地形数据产品平面位置精度和高程精度的基础上，与SLDEM2013、GLD100和LOLA DEM等全月地形产品进行了比较，结果显示CE2TMap2015地形数据产品在空间分辨率、全月覆盖率、数据连续性、绝对定位精度和地貌结构细节表达等方面与其他全月地形产品相比具有明显的优势，可广泛用于月球科学研究和应用。
提出了一种针对嫦娥二号高分辨率立体影像的全月处理方法，采用5个激光反射器的月面位置作为绝对控制点，制作了一个新的全月地形产品（CE2TMap2015），包括7 m、20 m和50 m 3种不同分辨率类型的数据，实现了全月球范围内的无缝镶嵌和高精度绝对定位，数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）均实现了全月球覆盖。在评估CE2TMap2015地形数据产品平面位置精度和高程精度的基础上，与SLDEM2013、GLD100和LOLA DEM等全月地形产品进行了比较，结果显示CE2TMap2015地形数据产品在空间分辨率、全月覆盖率、数据连续性、绝对定位精度和地貌结构细节表达等方面与其他全月地形产品相比具有明显的优势，可广泛用于月球科学研究和应用。
2018, 43(4): 496-501, 508.
doi: 10.13203/j.whugis20160113
摘要:
针对当前对航海图等深线化简的质量评估仅能靠经验定性分析、无法进行定量评估这一局限，从航海安全性、航行资源表达和平滑性准则出发，分别定义了扩深长度、平均扩深距离、缩深面积、等深线的弯曲度与光滑离差等质量评估指标，提出了相应的评估方法，并推导出了相关的计算公式。实验结果表明，定义的指标能分别从航海安全性、航行资源表达和平滑性3个方面较为明确合理地反映航海图等深线化简的质量；所提评估方法能定量评估等深线化简的质量，克服了传统经验方法只能定性分析的不足。
针对当前对航海图等深线化简的质量评估仅能靠经验定性分析、无法进行定量评估这一局限，从航海安全性、航行资源表达和平滑性准则出发，分别定义了扩深长度、平均扩深距离、缩深面积、等深线的弯曲度与光滑离差等质量评估指标，提出了相应的评估方法，并推导出了相关的计算公式。实验结果表明，定义的指标能分别从航海安全性、航行资源表达和平滑性3个方面较为明确合理地反映航海图等深线化简的质量；所提评估方法能定量评估等深线化简的质量，克服了传统经验方法只能定性分析的不足。
2018, 43(4): 502-508.
doi: 10.13203/j.whugis20150723
摘要:
连续多尺度表达是当前地图制图领域中的热点问题之一，常规地图采用多级瓦片剖分、多版本存储技术实现空间多尺度表达，存在数据量冗余、跨级别不一致、瓦片间尺度跳跃大等问题。结合传统地图综合、多尺度表达数据结构和空间索引建立等多种策略，在目标数据模型中加入尺度维和操作信息，记录地图综合的过程和尺度变换，建立空间数据矢量金字塔模型。该模型离线综合获取多级基态尺度表达数据，确定每个目标的尺度表达空间范围，并通过面向对象建模技术将目标表达状态及其纵向关联关系、算子类型及控制参量等信息封装在多尺度目标中；同时，建立一端或两端控制的尺度变换结构。基于该模型可快速获取适应用户需求的连续尺度表达状态。
连续多尺度表达是当前地图制图领域中的热点问题之一，常规地图采用多级瓦片剖分、多版本存储技术实现空间多尺度表达，存在数据量冗余、跨级别不一致、瓦片间尺度跳跃大等问题。结合传统地图综合、多尺度表达数据结构和空间索引建立等多种策略，在目标数据模型中加入尺度维和操作信息，记录地图综合的过程和尺度变换，建立空间数据矢量金字塔模型。该模型离线综合获取多级基态尺度表达数据，确定每个目标的尺度表达空间范围，并通过面向对象建模技术将目标表达状态及其纵向关联关系、算子类型及控制参量等信息封装在多尺度目标中；同时，建立一端或两端控制的尺度变换结构。基于该模型可快速获取适应用户需求的连续尺度表达状态。
2018, 43(4): 509-515.
doi: 10.13203/j.whugis20160034
摘要:
室内外统一的地图数学基础是室内外空间数据共享和使用的重要基础，是室内外一体化位置服务的重要保证，并且对于复杂室内及地下空间的安全管理与应急响应具有重要作用。室内地图通常采用自定义局部平面坐标系，造成室内与室外地图以及不同建筑室内地图之间数学基础的不一致。针对此，将地理坐标系作为室内地图统一遵循的数学基础，研究了室内地图从局部平面坐标系到地理坐标系的转换方法。分析了传统地图数学基础转换方法的适用性之后，提出了一种基于过渡投影面的室内地图统一数学基础转换方法。选取某住宅区的实测数据进行了转换试验，结果表明该方法可以显著提高室内地图统一数学基础转换的精度。
室内外统一的地图数学基础是室内外空间数据共享和使用的重要基础，是室内外一体化位置服务的重要保证，并且对于复杂室内及地下空间的安全管理与应急响应具有重要作用。室内地图通常采用自定义局部平面坐标系，造成室内与室外地图以及不同建筑室内地图之间数学基础的不一致。针对此，将地理坐标系作为室内地图统一遵循的数学基础，研究了室内地图从局部平面坐标系到地理坐标系的转换方法。分析了传统地图数学基础转换方法的适用性之后，提出了一种基于过渡投影面的室内地图统一数学基础转换方法。选取某住宅区的实测数据进行了转换试验，结果表明该方法可以显著提高室内地图统一数学基础转换的精度。
2018, 43(4): 516-521.
doi: 10.13203/j.whugis20150677
摘要:
在不同空间数据集中，同名实体往往有不同的空间表现形式，识别多源异构数据集中的同名实体是空间数据集成和应用的关键。集成不同来源的空间数据是提高GIS数据质量的重要方法，识别同名实体是数据集成和分析的先决条件。根据线要素的形状将其分为简单线要素和复杂线要素，针对现有复杂线要素匹配方法中的不足，提出了Fréchet距离的复杂线状要素匹配方法。该方法首先通过曲线要素的几何和拓扑特性获取候选匹配集，然后结合基于Fréchet距离和要素简化方法实现要素的简化。最后提出基于Fréchet距离的要素匹配改进方法，通过引入简化要素的三元组信息来存储简化后的复杂线要素的属性信息，再根据三元组信息选取要素间的匹配对，完成对不同类型匹配对的检测，实现复杂线状要素匹配。试验结果表明，该匹配方法能有效解决复杂线要素的匹配问题，并能够识别1:0、1:N和M:N匹配。
在不同空间数据集中，同名实体往往有不同的空间表现形式，识别多源异构数据集中的同名实体是空间数据集成和应用的关键。集成不同来源的空间数据是提高GIS数据质量的重要方法，识别同名实体是数据集成和分析的先决条件。根据线要素的形状将其分为简单线要素和复杂线要素，针对现有复杂线要素匹配方法中的不足，提出了Fréchet距离的复杂线状要素匹配方法。该方法首先通过曲线要素的几何和拓扑特性获取候选匹配集，然后结合基于Fréchet距离和要素简化方法实现要素的简化。最后提出基于Fréchet距离的要素匹配改进方法，通过引入简化要素的三元组信息来存储简化后的复杂线要素的属性信息，再根据三元组信息选取要素间的匹配对，完成对不同类型匹配对的检测，实现复杂线状要素匹配。试验结果表明，该匹配方法能有效解决复杂线要素的匹配问题，并能够识别1:0、1:N和M:N匹配。
2018, 43(4): 522-528.
doi: 10.13203/j.whugis20150670
摘要:
地理空间数据模型及其对地理对象-空间关系的描述是地理信息科学（GIS）理论与应用研究的核心内容。介绍和讨论了一种新的GIS空间数据模型—空间染色模型（spatial chromatic model，SCM）的结构、操作、应用及其在地理学上的含义。SCM的特点是其每个基础数据单元（细胞）具有一个唯一的编码，这些编码提供了面向各种GIS空间分析和运算的丰富信息。SCM的本质是一种基于实体第一性的相对性地理空间，它有助于从一个新的视角更加深入地理解地理实体-空间关系。
地理空间数据模型及其对地理对象-空间关系的描述是地理信息科学（GIS）理论与应用研究的核心内容。介绍和讨论了一种新的GIS空间数据模型—空间染色模型（spatial chromatic model，SCM）的结构、操作、应用及其在地理学上的含义。SCM的特点是其每个基础数据单元（细胞）具有一个唯一的编码，这些编码提供了面向各种GIS空间分析和运算的丰富信息。SCM的本质是一种基于实体第一性的相对性地理空间，它有助于从一个新的视角更加深入地理解地理实体-空间关系。
2018, 43(4): 529-535.
doi: 10.13203/j.whugis20150611
摘要:
格网单元的邻近搜索是聚类、索引、查询等空间操作的基础，但现有方法大都局限于单个剖分层次，无法直接满足全球多尺度数据集成查询和操作的应用需求。在球面退化四叉树格网（DQG）模型基础上，提出了一种基于多层次格网的邻近搜索算法。首先采用视点相关技术建立DQG格网的多层次模型，然后引入细分评价函数确定格网单元的邻近单元层次，设计并实现了一种相邻格网单元层次差不超过1的动态多层次格网单元邻近搜索算法，最后与单层次邻近搜索算法进行了对比实验。结果表明，搜索同一区域，该算法的耗时成本约为DQG单层次搜索算法的1/3（层次为11）；将该算法用于全球地形实时可视化表达，平均刷新帧率达到60帧/s。
格网单元的邻近搜索是聚类、索引、查询等空间操作的基础，但现有方法大都局限于单个剖分层次，无法直接满足全球多尺度数据集成查询和操作的应用需求。在球面退化四叉树格网（DQG）模型基础上，提出了一种基于多层次格网的邻近搜索算法。首先采用视点相关技术建立DQG格网的多层次模型，然后引入细分评价函数确定格网单元的邻近单元层次，设计并实现了一种相邻格网单元层次差不超过1的动态多层次格网单元邻近搜索算法，最后与单层次邻近搜索算法进行了对比实验。结果表明，搜索同一区域，该算法的耗时成本约为DQG单层次搜索算法的1/3（层次为11）；将该算法用于全球地形实时可视化表达，平均刷新帧率达到60帧/s。
2018, 43(4): 536-541.
doi: 10.13203/j.whugis20160014
摘要:
气溶胶光学厚度估测中通常利用遥感信息构造的多种特征属性作为输入，然而，这些属性中常常存在数据噪音、相互关联性和缺失值，从而降低了估测精度和估测强健性。针对这个问题，基于最小绝对收缩和选择算子（least absolute shrinkage selection operator，LASSO）方法和气溶胶光学厚度反演的先验知识，提出了一种针对遥感卫星观测的高维数据进行特征选择的方法，利用2009年4月2日至2011年4月1日2 a间与全球197个气溶胶地基自动观测网站点时空同步的MODIS（moderate-resolution imaging spectroradiometer）遥感数据，采用常用的人工神经网络作为估测模型进行实验分析，表明该方法能结合反演先验知识对多种异质遥感属性进行分组，通过组间迭代保留关键特征，去除冗余属性，有效进行特征选择，从而显著提高气溶胶光学厚度的估测精度。
气溶胶光学厚度估测中通常利用遥感信息构造的多种特征属性作为输入，然而，这些属性中常常存在数据噪音、相互关联性和缺失值，从而降低了估测精度和估测强健性。针对这个问题，基于最小绝对收缩和选择算子（least absolute shrinkage selection operator，LASSO）方法和气溶胶光学厚度反演的先验知识，提出了一种针对遥感卫星观测的高维数据进行特征选择的方法，利用2009年4月2日至2011年4月1日2 a间与全球197个气溶胶地基自动观测网站点时空同步的MODIS（moderate-resolution imaging spectroradiometer）遥感数据，采用常用的人工神经网络作为估测模型进行实验分析，表明该方法能结合反演先验知识对多种异质遥感属性进行分组，通过组间迭代保留关键特征，去除冗余属性，有效进行特征选择，从而显著提高气溶胶光学厚度的估测精度。
2018, 43(4): 542-547.
doi: 10.13203/j.whugis20160026
摘要:
目前土地卫片执法中对影像变化图斑的提取主要依靠作业人员对两时相高分辨率卫星遥感影像的目视解译，以确定土地利用变化发生的空间位置。图斑的正确与否完全依靠解译人员的目视判读经验，容易产生错误。通用的检测流程针对特定遥感影像数据可以得到较好的检测结果，但是面对大面积、特征多样、分辨率较高的城市遥感影像时，应用效果可能不佳。融合流程优化思维，整合现有成熟的遥感影像变化检测相关技术，利用数字城市建设中积累的大量高精度GIS数据，并结合地物形状特征指数和检测人员的作业经验，进行变化检测自动化研究，包括人机交互检测和批量自动检测两个主要流程，并应用于深圳市土地卫片执法中的土地利用变化图斑提取环节，可提高其自动化程度，有效降低时间和人力成本，及时发现并阻止土地违法利用行为。
目前土地卫片执法中对影像变化图斑的提取主要依靠作业人员对两时相高分辨率卫星遥感影像的目视解译，以确定土地利用变化发生的空间位置。图斑的正确与否完全依靠解译人员的目视判读经验，容易产生错误。通用的检测流程针对特定遥感影像数据可以得到较好的检测结果，但是面对大面积、特征多样、分辨率较高的城市遥感影像时，应用效果可能不佳。融合流程优化思维，整合现有成熟的遥感影像变化检测相关技术，利用数字城市建设中积累的大量高精度GIS数据，并结合地物形状特征指数和检测人员的作业经验，进行变化检测自动化研究，包括人机交互检测和批量自动检测两个主要流程，并应用于深圳市土地卫片执法中的土地利用变化图斑提取环节，可提高其自动化程度，有效降低时间和人力成本，及时发现并阻止土地违法利用行为。
2018, 43(4): 548-554.
doi: 10.13203/j.whugis20150652
摘要:
为了提高激光测深数据处理结果的精度，在原有的激光测深回波信号拟合方法的基础上，结合信号形成的物理过程，提出使用指数函数模拟激光测深水体后向散射回波成分的方法。利用Wa-LiD（Water LiDAR）工具生成了多组模拟数据集以对比和检验提出的新方法。对于每个可探测回波，海面回波和海底回波均使用高斯函数进行拟合，水体后向散射波形分别使用三角形、四边形、指数函数进行拟合。实验结果显示，指数函数测深误差统计量明显优于三角形和四边形拟合方法，且更适用于拟合不同水质和水深条件下水体后向散射回波信号。同时检验了体积散射函数取180°时数值对测深回波信号探测结果的影响。
为了提高激光测深数据处理结果的精度，在原有的激光测深回波信号拟合方法的基础上，结合信号形成的物理过程，提出使用指数函数模拟激光测深水体后向散射回波成分的方法。利用Wa-LiD（Water LiDAR）工具生成了多组模拟数据集以对比和检验提出的新方法。对于每个可探测回波，海面回波和海底回波均使用高斯函数进行拟合，水体后向散射波形分别使用三角形、四边形、指数函数进行拟合。实验结果显示，指数函数测深误差统计量明显优于三角形和四边形拟合方法，且更适用于拟合不同水质和水深条件下水体后向散射回波信号。同时检验了体积散射函数取180°时数值对测深回波信号探测结果的影响。
2018, 43(4): 555-562, 604.
doi: 10.13203/j.whugis20150579
摘要:
协同表示分类（collaborative representation classification，CRC）算法近年来成为高光谱遥感分类的研究热点。地物类别间区分性不高会严重影响现有CRC算法的性能。流形结构可有效地解决非线性问题，并解决高光谱遥感影像因数据冗余导致的类别间区分性低的问题。提出了一种基于切空间的高光谱遥感影像协同表示分类算法（tangent space collaborative representation classification，TCRC）和一种基于欧氏距离的自适应加权的切空间协同表示分类算法（weighted tangent space collaborative representation classification，WTCRC）。TCRC算法利用测试样本的切平面来估计区域流形，在测试样本的切空间中使用协同表示算法，寻找测试样本在各类训练样本中的最优线性表示估计，并用其最小误差来对测试样本进行分类。在此基础上，利用测试样本邻域像元、训练样本与测试样本的欧氏距离作为权矩阵来自适应调整各样本对测试样本的影响。实验采用ROSIS（reflective optics system image spectro-meter）和AVIRIS（airbone visible infrared imaging spectrometer）高光谱遥感影像对所提出算法的性能进行了评价，结果表明TCRC和WTCRC在分类效果上比CRC有明显的提升，WTCRC相较于TCRC具有更好的分类效果，具有更强鲁棒性。
协同表示分类（collaborative representation classification，CRC）算法近年来成为高光谱遥感分类的研究热点。地物类别间区分性不高会严重影响现有CRC算法的性能。流形结构可有效地解决非线性问题，并解决高光谱遥感影像因数据冗余导致的类别间区分性低的问题。提出了一种基于切空间的高光谱遥感影像协同表示分类算法（tangent space collaborative representation classification，TCRC）和一种基于欧氏距离的自适应加权的切空间协同表示分类算法（weighted tangent space collaborative representation classification，WTCRC）。TCRC算法利用测试样本的切平面来估计区域流形，在测试样本的切空间中使用协同表示算法，寻找测试样本在各类训练样本中的最优线性表示估计，并用其最小误差来对测试样本进行分类。在此基础上，利用测试样本邻域像元、训练样本与测试样本的欧氏距离作为权矩阵来自适应调整各样本对测试样本的影响。实验采用ROSIS（reflective optics system image spectro-meter）和AVIRIS（airbone visible infrared imaging spectrometer）高光谱遥感影像对所提出算法的性能进行了评价，结果表明TCRC和WTCRC在分类效果上比CRC有明显的提升，WTCRC相较于TCRC具有更好的分类效果，具有更强鲁棒性。
2018, 43(4): 563-570.
doi: 10.13203/j.whugis20160141
摘要:
时空融合是解决遥感数据高重访周期与高空间分辨率矛盾的一种有效方法。发展了一种综合利用遥感数据空间与光谱信息的三维自适应核回归反射率模型（three-dimensional adaptively local steering kernel regression fusion model，3DSKRFM），通过提取每个像元的三维控制核（steering kernel）的局部信息，使时空融合过程中的权重自适应调节，提高遥感时空融合的精度。利用两组ETM+和MODIS（moderate-resolution imaging spectroradiometer）数据进行实验测试，结果表明3DSKRFM相比STARFM和2DSKRFM模型具有两方面的优势：一是充分利用遥感影像多波段的优势，提高融合精度；二是具有更强的鲁棒性，满足实际影像时空融合的需求。
时空融合是解决遥感数据高重访周期与高空间分辨率矛盾的一种有效方法。发展了一种综合利用遥感数据空间与光谱信息的三维自适应核回归反射率模型（three-dimensional adaptively local steering kernel regression fusion model，3DSKRFM），通过提取每个像元的三维控制核（steering kernel）的局部信息，使时空融合过程中的权重自适应调节，提高遥感时空融合的精度。利用两组ETM+和MODIS（moderate-resolution imaging spectroradiometer）数据进行实验测试，结果表明3DSKRFM相比STARFM和2DSKRFM模型具有两方面的优势：一是充分利用遥感影像多波段的优势，提高融合精度；二是具有更强的鲁棒性，满足实际影像时空融合的需求。
2018, 43(4): 571-577, 636.
doi: 10.13203/j.whugis20150691
摘要:
首先利用重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment，GRACE）卫星重力、卫星测高和海洋温盐数据分析了2003-2012年间南海海水质量的变化特征，进而结合海洋和气象资料探讨了厄尔尼诺和南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）、净淡水通量、海水体积输送和陆地径流在此期间对南中国海海水质量变化的影响。研究结果表明，南海海水质量变化主要受海面净淡水通量和海水体积输送的联合调制影响，周边陆地径流对其影响有限。南海海水质量季节性变化显著，且具有明显的长期增加趋势；ENSO通过改变降水和黑潮自吕宋海峡流入南海的水量影响南海海水质量，使得南海海水质量存在着显著的具有ENSO特征的年际变化。
首先利用重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment，GRACE）卫星重力、卫星测高和海洋温盐数据分析了2003-2012年间南海海水质量的变化特征，进而结合海洋和气象资料探讨了厄尔尼诺和南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）、净淡水通量、海水体积输送和陆地径流在此期间对南中国海海水质量变化的影响。研究结果表明，南海海水质量变化主要受海面净淡水通量和海水体积输送的联合调制影响，周边陆地径流对其影响有限。南海海水质量季节性变化显著，且具有明显的长期增加趋势；ENSO通过改变降水和黑潮自吕宋海峡流入南海的水量影响南海海水质量，使得南海海水质量存在着显著的具有ENSO特征的年际变化。
2018, 43(4): 578-585.
doi: 10.13203/j.whugis20150728
摘要:
基于最小二乘配置法向下延拓航空重力的过程中，由于协方差矩阵严重病态，影响延拓结果的稳定性和精度。针对这一问题，提出了航空重力向下延拓的最小二乘配置Tikhonov正则化法。基于全球协方差函数模型建立航空重力数据与地面重力数据的协方差关系，引入基于广义交叉验证法，选择正则化参数的Tikhonov正则化法改善协方差矩阵的病态性，抑制观测噪声对延拓结果的放大影响。基于EGM2008重力场模型，设计了山区、丘陵和海域3种不同地形区域的航空重力数据向下延拓的仿真实验，实验结果验证了该方法的有效性。
基于最小二乘配置法向下延拓航空重力的过程中，由于协方差矩阵严重病态，影响延拓结果的稳定性和精度。针对这一问题，提出了航空重力向下延拓的最小二乘配置Tikhonov正则化法。基于全球协方差函数模型建立航空重力数据与地面重力数据的协方差关系，引入基于广义交叉验证法，选择正则化参数的Tikhonov正则化法改善协方差矩阵的病态性，抑制观测噪声对延拓结果的放大影响。基于EGM2008重力场模型，设计了山区、丘陵和海域3种不同地形区域的航空重力数据向下延拓的仿真实验，实验结果验证了该方法的有效性。
2018, 43(4): 586-591.
doi: 10.13203/j.whugis20150630
摘要:
针对现行海空重力测量平台倾斜改正模型存在的近似性问题，提出了顾及地球扰动重力和科里奥利（Coriolis）加速度两个水平分量影响的平台倾斜改正修正模型，从理论上论证了使用修正模型的合理性，通过数值计算评估了使用近似模型可能带来的误差影响量值，同时使用实际观测数据验证了修正模型的有效性，为修改完善海空重力测量作业标准和数据处理模型提供了必要的理论支撑。
针对现行海空重力测量平台倾斜改正模型存在的近似性问题，提出了顾及地球扰动重力和科里奥利（Coriolis）加速度两个水平分量影响的平台倾斜改正修正模型，从理论上论证了使用修正模型的合理性，通过数值计算评估了使用近似模型可能带来的误差影响量值，同时使用实际观测数据验证了修正模型的有效性，为修改完善海空重力测量作业标准和数据处理模型提供了必要的理论支撑。
2018, 43(4): 592-598.
doi: 10.13203/j.whugis20150664
摘要:
利用最小二乘配置对非平稳空间随机场进行推估时，趋势项数学模型的选择通常无法完整体现非平稳空间随机场的系统性，这将导致经验协方差函数估计出现偏差，最终推估结果可能错误。提出了一种基于多面函数的改进最小二乘配置方法来解决上述问题。该方法引入多面函数拟合区域内的趋势项，通过多次迭代计算得到稳定的待定系数值与协方差函数的参数值，最后综合趋势项与信号项得到最终估值。分别采用了模拟地震垂直形变数据和2009年意大利L’Aquila地震的合成孔径雷达干涉测量（Interferometric SAR，InSAR）与GPS同震位移数据来对该方法进行验证，并将其结果与常规方法进行比较。结果表明，改进方法在外部检核点估值的均方残差要小于多面函数法与常规的最小二乘配置法，且受采样点位的影响最小。
利用最小二乘配置对非平稳空间随机场进行推估时，趋势项数学模型的选择通常无法完整体现非平稳空间随机场的系统性，这将导致经验协方差函数估计出现偏差，最终推估结果可能错误。提出了一种基于多面函数的改进最小二乘配置方法来解决上述问题。该方法引入多面函数拟合区域内的趋势项，通过多次迭代计算得到稳定的待定系数值与协方差函数的参数值，最后综合趋势项与信号项得到最终估值。分别采用了模拟地震垂直形变数据和2009年意大利L’Aquila地震的合成孔径雷达干涉测量（Interferometric SAR，InSAR）与GPS同震位移数据来对该方法进行验证，并将其结果与常规方法进行比较。结果表明，改进方法在外部检核点估值的均方残差要小于多面函数法与常规的最小二乘配置法，且受采样点位的影响最小。
2018, 43(4): 599-604.
doi: 10.13203/j.whugis20150751
摘要:
利用IGS（International GNSS Service）中心提供的中、低纬度地区平静期、活跃期观测数据，通过Klobuchar模型与双频观测模型解算电离层总电子含量（total electron content，TEC）值。采用Holt指数平滑模型对每个历元前6 d两种模型差值进行1 d预测，利用预测所得差值对Klobuchar模型第7 d的TEC值进行改进。实验结果表明，无论在电离层活跃期还是平静期，改进模型改正效果比基本模型有显著提升，改进模型能更好地反映电离层变化特性，尤其是夜间电离层变化特性。
利用IGS（International GNSS Service）中心提供的中、低纬度地区平静期、活跃期观测数据，通过Klobuchar模型与双频观测模型解算电离层总电子含量（total electron content，TEC）值。采用Holt指数平滑模型对每个历元前6 d两种模型差值进行1 d预测，利用预测所得差值对Klobuchar模型第7 d的TEC值进行改进。实验结果表明，无论在电离层活跃期还是平静期，改进模型改正效果比基本模型有显著提升，改进模型能更好地反映电离层变化特性，尤其是夜间电离层变化特性。
2018, 43(4): 605-612.
doi: 10.13203/j.whugis20150337
摘要:
为了提高北斗二代卫星接收机的捕获灵敏度，提出了一种基于自适应随机共振算法的微弱北斗信号捕获方法。将DBZP（Double Block Zero Padding）方法和自适应随机共振算法相结合，消除了导航数据位和NH码跳变的影响，显著提高了信噪比，能够实现微弱北斗信号的高灵敏度快速捕获。仿真结果验证和实际测试表明，该方法应用于微弱环境下的北斗信号捕获实时性好、灵敏度高，具有较高的应用价值。
为了提高北斗二代卫星接收机的捕获灵敏度，提出了一种基于自适应随机共振算法的微弱北斗信号捕获方法。将DBZP（Double Block Zero Padding）方法和自适应随机共振算法相结合，消除了导航数据位和NH码跳变的影响，显著提高了信噪比，能够实现微弱北斗信号的高灵敏度快速捕获。仿真结果验证和实际测试表明，该方法应用于微弱环境下的北斗信号捕获实时性好、灵敏度高，具有较高的应用价值。
2018, 43(4): 613-619.
doi: 10.13203/j.whugis20160043
摘要:
针对现有精密单点定位（PPP）模型收敛慢的问题，提出了一种改进的PPP定位模型。采用码相位半合组合观测值以及几何无关组合观测值分别降低码伪距观测噪声和轨道误差的影响，该模型不仅具有较小的观测噪声，还降低了轨道误差影响。实验结果表明，引入新的组合观测值后明显改善了PPP的解算性能。当观测时长为0.5 h时，采用所提模型的收敛率较标准非组合（un-combined model，UC）模型、UofC（university of calgary model）模型和标准非差无电离层组合（un-difference ionosphere free combined model，UD）模型分别提高了37.6%、4.2%和235.9%，且收敛速度有明显提高；在定位精度方面，新模型与UofC模型较为一致，但明显优于UC和UD模型；采用新模型估计的天顶对流层延迟与UC模型较为一致，且高于UofC和UD模型。
针对现有精密单点定位（PPP）模型收敛慢的问题，提出了一种改进的PPP定位模型。采用码相位半合组合观测值以及几何无关组合观测值分别降低码伪距观测噪声和轨道误差的影响，该模型不仅具有较小的观测噪声，还降低了轨道误差影响。实验结果表明，引入新的组合观测值后明显改善了PPP的解算性能。当观测时长为0.5 h时，采用所提模型的收敛率较标准非组合（un-combined model，UC）模型、UofC（university of calgary model）模型和标准非差无电离层组合（un-difference ionosphere free combined model，UD）模型分别提高了37.6%、4.2%和235.9%，且收敛速度有明显提高；在定位精度方面，新模型与UofC模型较为一致，但明显优于UC和UD模型；采用新模型估计的天顶对流层延迟与UC模型较为一致，且高于UofC和UD模型。
2018, 43(4): 620-628.
doi: 10.13203/j.whugis20150596
摘要:
水汽在全球水文和气候变化上扮演着非常重要的角色。选取了中国台湾GPS水汽时间序列作为算例数据，分析了水汽与地理环境的对应关系，得到中国台湾地区的大气水汽分布主要受纬度，地形特征和气候条件控制的结论。利用经验模态分解（EMD）和小波分解（WD）联合算法将中国台湾GPS站水汽的长时间序列和短时间序列进行分解，探测出每个GPS站都存在周年、半周年、天、半天的周期振荡，再结合地理、气候因素分析周期振荡产生的物理原因，得出结论：年周期的水汽振荡主要是由于在中国台湾特殊地形条件下年季风周期变化引起的；半周年的振荡主要是由于夏季风与冬季风对中国台湾地区的交替控制所导致的；而导致水汽日变化的原因则是海陆风环流、海陆风-山谷风叠加环流；天顶可降水量（PWV）半日振荡的振幅较小，则主要是因为受到了太阳辐射加热引起的局地热对流的影响所导致。
水汽在全球水文和气候变化上扮演着非常重要的角色。选取了中国台湾GPS水汽时间序列作为算例数据，分析了水汽与地理环境的对应关系，得到中国台湾地区的大气水汽分布主要受纬度，地形特征和气候条件控制的结论。利用经验模态分解（EMD）和小波分解（WD）联合算法将中国台湾GPS站水汽的长时间序列和短时间序列进行分解，探测出每个GPS站都存在周年、半周年、天、半天的周期振荡，再结合地理、气候因素分析周期振荡产生的物理原因，得出结论：年周期的水汽振荡主要是由于在中国台湾特殊地形条件下年季风周期变化引起的；半周年的振荡主要是由于夏季风与冬季风对中国台湾地区的交替控制所导致的；而导致水汽日变化的原因则是海陆风环流、海陆风-山谷风叠加环流；天顶可降水量（PWV）半日振荡的振幅较小，则主要是因为受到了太阳辐射加热引起的局地热对流的影响所导致。
2018, 43(4): 629-636.
doi: 10.13203/j.whugis20150731
摘要:
利用小波谱分析了中国区域IGS（International GNSS Service）站坐标时间序列中周期信号成分及其随时间的变化，根据小波谱中小波系数的能量在时域上的变化对时间序列进行分段，然后采用方差-协方差验后估计法分析了白噪声+闪烁噪声组合模型下测站在不同时间段的运动特征及变化规律。结果表明，中国区域的IGS站运动特征在不同时间段内是变化的，其中URUM站垂直速度变化大于4 mm，BJFS以及CHAN站水平速度变化大于2 mm，其余站速度变化均在2 mm以内；周年、半周年信号的振幅也均有差异，其中BJFS站垂直分量周年振幅变化最大，超过5 mm；此外，强度较弱的其他周期项存在于分段时间序列中，但其对速度、周期振幅以及噪声分量估计结果影响较小；对时间序列进行分段估计，所得的参数不同，其相差程度可反映出不同时间段内的板块运动等地球物理因素变化的差异。
利用小波谱分析了中国区域IGS（International GNSS Service）站坐标时间序列中周期信号成分及其随时间的变化，根据小波谱中小波系数的能量在时域上的变化对时间序列进行分段，然后采用方差-协方差验后估计法分析了白噪声+闪烁噪声组合模型下测站在不同时间段的运动特征及变化规律。结果表明，中国区域的IGS站运动特征在不同时间段内是变化的，其中URUM站垂直速度变化大于4 mm，BJFS以及CHAN站水平速度变化大于2 mm，其余站速度变化均在2 mm以内；周年、半周年信号的振幅也均有差异，其中BJFS站垂直分量周年振幅变化最大，超过5 mm；此外，强度较弱的其他周期项存在于分段时间序列中，但其对速度、周期振幅以及噪声分量估计结果影响较小；对时间序列进行分段估计，所得的参数不同，其相差程度可反映出不同时间段内的板块运动等地球物理因素变化的差异。
2018, 43(4): 637-642.
doi: 10.13203/j.whugis20150462
摘要:
一般卫星导航接收机的伪距测量误差大于宽巷波长。根据宽巷引导模型，直接使用双差伪距取整固定双差宽巷整周模糊度有很大概率会产生一周固定错误。基于此，提出了一种改进的宽巷引导整周模糊度固定算法，针对宽巷整周模糊度一周固定错误进行探测和修复。利用整周模糊度为整数的特质构造理论探测量，并将该探测量与载噪比所确定的门限相比较，判断是否出现宽巷整周模糊度一周固定错误；利用双差整周模糊度自由度为3的特点，修复错误宽巷整周模糊度。对该算法在高斯噪声条件下的可行性进行了理论分析，结果表明正常载噪比的观测数据均可分辨出一周宽巷整周模糊度的估计错误。同时，分析了考虑多径等误差后该算法所能接受的载波相位最大误差。计算了不同伪距误差下宽巷整周模糊度一周固定错误出现的概率。使用GPS实测短基线数据对算法进行验证，该算法可将基于宽巷引导的整周模糊度固定算法的固定率从原来的只有不到1/3提升至接近100%。
一般卫星导航接收机的伪距测量误差大于宽巷波长。根据宽巷引导模型，直接使用双差伪距取整固定双差宽巷整周模糊度有很大概率会产生一周固定错误。基于此，提出了一种改进的宽巷引导整周模糊度固定算法，针对宽巷整周模糊度一周固定错误进行探测和修复。利用整周模糊度为整数的特质构造理论探测量，并将该探测量与载噪比所确定的门限相比较，判断是否出现宽巷整周模糊度一周固定错误；利用双差整周模糊度自由度为3的特点，修复错误宽巷整周模糊度。对该算法在高斯噪声条件下的可行性进行了理论分析，结果表明正常载噪比的观测数据均可分辨出一周宽巷整周模糊度的估计错误。同时，分析了考虑多径等误差后该算法所能接受的载波相位最大误差。计算了不同伪距误差下宽巷整周模糊度一周固定错误出现的概率。使用GPS实测短基线数据对算法进行验证，该算法可将基于宽巷引导的整周模糊度固定算法的固定率从原来的只有不到1/3提升至接近100%。
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