2019年 第44卷 第3期
2019, 44(3): 317-327.
doi: 10.13203/j.whugis20160529
摘要:
海洋重力场特征参数在地球重力场逼近计算和海上测量优化设计中具有重要的应用价值。基于卫星测高重力在海域具有覆盖范围广且分布均匀的独特优势，提出了利用最新卫星测高重力数据集开展海洋重力场特征统计模型计算和分析的研究方案，给出了代表误差和协方差函数模型参数的计算公式，定义并研究了海洋广义布格重力异常的变化特征，提出了等精度和非等精度拟合经验协方差函数的计算模型。利用中国近海及西太平洋海区超过50万个5'×5'方块的1'×1'网格卫星测高重力异常数据，首次计算得到一组有代表性的中国周边海域重力场特征统计模型参数，较好地揭示了海洋重力场有别于陆地重力场的变化特征，利用海面船测重力数据对计算结果进行了可靠性检核，提出了相应的模型参数修正方案和使用建议。
海洋重力场特征参数在地球重力场逼近计算和海上测量优化设计中具有重要的应用价值。基于卫星测高重力在海域具有覆盖范围广且分布均匀的独特优势，提出了利用最新卫星测高重力数据集开展海洋重力场特征统计模型计算和分析的研究方案，给出了代表误差和协方差函数模型参数的计算公式，定义并研究了海洋广义布格重力异常的变化特征，提出了等精度和非等精度拟合经验协方差函数的计算模型。利用中国近海及西太平洋海区超过50万个5'×5'方块的1'×1'网格卫星测高重力异常数据，首次计算得到一组有代表性的中国周边海域重力场特征统计模型参数，较好地揭示了海洋重力场有别于陆地重力场的变化特征，利用海面船测重力数据对计算结果进行了可靠性检核，提出了相应的模型参数修正方案和使用建议。
2019, 44(3): 328-333.
doi: 10.13203/j.whugis20160481
摘要:
机载激光测深在潮间带获取海底地形应用中具有高效、灵活、经济等优点，但测深精度受海洋水文参数和仪器测量参数影响严重，传统偏差模型因顾及的要素不全面，修正精度不高。因此，采用逐步回归法构建了一种改进的顾及水深、水体含沙量、波束扫描角和传感器高度等参数的深度偏差修正模型。实验结果表明，机载激光测深原始水深经传统偏差模型和改进偏差模型修正后均能满足国际海道测量组织（International Hydrographic Organization，IHO）一等测深标准，且改进模型修正精度优于传统模型修正精度。
机载激光测深在潮间带获取海底地形应用中具有高效、灵活、经济等优点，但测深精度受海洋水文参数和仪器测量参数影响严重，传统偏差模型因顾及的要素不全面，修正精度不高。因此，采用逐步回归法构建了一种改进的顾及水深、水体含沙量、波束扫描角和传感器高度等参数的深度偏差修正模型。实验结果表明，机载激光测深原始水深经传统偏差模型和改进偏差模型修正后均能满足国际海道测量组织（International Hydrographic Organization，IHO）一等测深标准，且改进模型修正精度优于传统模型修正精度。
2019, 44(3): 334-339.
doi: 10.13203/j.whugis20160474
摘要:
首先，用贝叶斯（Bayes）统计理论的观点，把未知参数看作随机变量，引入未知参数的无信息先验分布函数，从数学上推导了均方误差最小意义下的正则化矩阵；然后，结合最优正则化矩阵和快速截断奇异值算法，提出了一种新的正则化方法；最后，探讨了新方法在全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）模糊度解算中的应用。通过一组GNSS模糊度解算实验，比较了最小二乘（least squares，LS）方法、L曲线岭估计和新方法的性能。结果表明，新方法解算成功率略高于L曲线岭估计，远高于LS方法；计算耗时略大于LS方法，远小于L曲线岭估计。
首先，用贝叶斯（Bayes）统计理论的观点，把未知参数看作随机变量，引入未知参数的无信息先验分布函数，从数学上推导了均方误差最小意义下的正则化矩阵；然后，结合最优正则化矩阵和快速截断奇异值算法，提出了一种新的正则化方法；最后，探讨了新方法在全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）模糊度解算中的应用。通过一组GNSS模糊度解算实验，比较了最小二乘（least squares，LS）方法、L曲线岭估计和新方法的性能。结果表明，新方法解算成功率略高于L曲线岭估计，远高于LS方法；计算耗时略大于LS方法，远小于L曲线岭估计。
2019, 44(3): 340-346.
doi: 10.13203/j.whugis20170376
摘要:
重力测量卫星性能不仅与轨道参数、载荷误差、数据分辨率等因素密切相关，也与反演算法有关。传统的分析方法如动力学法、短弧法等用于误差分析，不可避免将算法误差引入分析结果，使得分析结论确定性不足。为解决这一问题，提出了空域最小二乘分析法，用空域格网重力扰动数据替代重力卫星载荷数据反演地球重力场，有效避免了算法误差对于分析结果的影响。分析结果表明，重力卫星在500 km轨道高度、一次数据覆盖条件下，测量重力场最高阶数约为240阶，载荷误差为1×10-10 m·s-2·Hz-1/2水平时，测量重力场最高阶数为136阶，其累积重力异常误差为2.7 mGal，累积大地水准面误差为14 cm。要达到最优测量能力，轨道倾角通常不小于89°。为减小地球引力高频信号对于地球重力场低阶位系数估计值的影响，估计位系数最高阶数需大于240阶。
重力测量卫星性能不仅与轨道参数、载荷误差、数据分辨率等因素密切相关，也与反演算法有关。传统的分析方法如动力学法、短弧法等用于误差分析，不可避免将算法误差引入分析结果，使得分析结论确定性不足。为解决这一问题，提出了空域最小二乘分析法，用空域格网重力扰动数据替代重力卫星载荷数据反演地球重力场，有效避免了算法误差对于分析结果的影响。分析结果表明，重力卫星在500 km轨道高度、一次数据覆盖条件下，测量重力场最高阶数约为240阶，载荷误差为1×10-10 m·s-2·Hz-1/2水平时，测量重力场最高阶数为136阶，其累积重力异常误差为2.7 mGal，累积大地水准面误差为14 cm。要达到最优测量能力，轨道倾角通常不小于89°。为减小地球引力高频信号对于地球重力场低阶位系数估计值的影响，估计位系数最高阶数需大于240阶。
2019, 44(3): 347-354.
doi: 10.13203/j.whugis20160485
摘要:
2013年4月20日四川芦山地区发生了Ms 7.0级地震。利用GPS三维同震形变数据获取地表形变场，基于位错模型反演芦山地震的断层几何参数及滑动分布。首先采用多峰值颗粒群算法（multiple peak particle swarm optimization，MPSO）得到断层几何参数，其中断层走向206.47°，倾角44.11°，长度21.94 km，离地表最浅处为7.66 km，最深处为17.84 km。为了反演断层面的精细滑动分布，分析地震所在的龙门山断裂西南段破裂面具有的铲状型特征，将芦山地震破裂面确立为铲状模型，即将断层的倾角预设为上陡下缓，倾角变化范围为21°~50°。结果显示，断层破裂面在不同深度区域出现了两个滑动峰值，其中最大滑动量为0.68 m，深度位于13 km。地震释放的能量为1.47×1019 N·m，对应的矩震级为Mw 6.74，与地震学的研究结果一致。
2013年4月20日四川芦山地区发生了Ms 7.0级地震。利用GPS三维同震形变数据获取地表形变场，基于位错模型反演芦山地震的断层几何参数及滑动分布。首先采用多峰值颗粒群算法（multiple peak particle swarm optimization，MPSO）得到断层几何参数，其中断层走向206.47°，倾角44.11°，长度21.94 km，离地表最浅处为7.66 km，最深处为17.84 km。为了反演断层面的精细滑动分布，分析地震所在的龙门山断裂西南段破裂面具有的铲状型特征，将芦山地震破裂面确立为铲状模型，即将断层的倾角预设为上陡下缓，倾角变化范围为21°~50°。结果显示，断层破裂面在不同深度区域出现了两个滑动峰值，其中最大滑动量为0.68 m，深度位于13 km。地震释放的能量为1.47×1019 N·m，对应的矩震级为Mw 6.74，与地震学的研究结果一致。
2019, 44(3): 355-363.
doi: 10.13203/j.whugis20160519
摘要:
利用GPS技术反演海潮负荷信息，相比传统重力及甚长基线干涉测量，有着全球覆盖、测站数多、全天候、成本低等诸多优势，为海潮模型的建立提供了有效的技术手段，也对海潮负荷效应的研究有着重要的理论意义和参考价值。利用动态精密单点定位技术（precise point positioning，PPP）反演海潮负荷位移，同时构建了区域海潮负荷位移模型。利用香港连续运行参考站8 a的GPS观测数据，精密测定了11个测站的三维海潮负荷位移参数，与高精度海潮模型提供的海潮负荷位移参数进行比较，发现除K2、K1潮波外，其他潮波的均方根误差均小于2 mm。与已有的动态PPP及静态PPP结果对比发现，采用改进的重叠时段动态PPP算法可有效改善K1潮波的反演精度；该方法反演的海潮负荷位移精度可达到静态PPP反演海潮负荷位移的精度，且对于K1潮波，在东西方向，动态PPP算法的反演精度较静态PPP略有改善。利用最小二乘曲面拟合法可有效建立中国香港地区GPS区域海潮负荷位移模型，可有效弥补沿海地区因验潮站稀少而导致的海潮模型适应性差的问题。
利用GPS技术反演海潮负荷信息，相比传统重力及甚长基线干涉测量，有着全球覆盖、测站数多、全天候、成本低等诸多优势，为海潮模型的建立提供了有效的技术手段，也对海潮负荷效应的研究有着重要的理论意义和参考价值。利用动态精密单点定位技术（precise point positioning，PPP）反演海潮负荷位移，同时构建了区域海潮负荷位移模型。利用香港连续运行参考站8 a的GPS观测数据，精密测定了11个测站的三维海潮负荷位移参数，与高精度海潮模型提供的海潮负荷位移参数进行比较，发现除K2、K1潮波外，其他潮波的均方根误差均小于2 mm。与已有的动态PPP及静态PPP结果对比发现，采用改进的重叠时段动态PPP算法可有效改善K1潮波的反演精度；该方法反演的海潮负荷位移精度可达到静态PPP反演海潮负荷位移的精度，且对于K1潮波，在东西方向，动态PPP算法的反演精度较静态PPP略有改善。利用最小二乘曲面拟合法可有效建立中国香港地区GPS区域海潮负荷位移模型，可有效弥补沿海地区因验潮站稀少而导致的海潮模型适应性差的问题。
2019, 44(3): 364-370.
doi: 10.13203/j.whugis20160214
摘要:
采用全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）模糊度固定解可提高GNSS/惯性导航系统（inertial navigation system，INS）组合导航定位精度，而在复杂环境下，单频GNSS难以实现完善的实时动态周跳探测，影响GNSS模糊度保持。研究了星间单差与站星双差的INS辅助GNSS单频周跳探测检验量，重点分析检验量的误差特性。分析得出检验量误差主要与INS增量误差有关，受接收机至待检星与参考星之间星地矢量夹角的影响。提出了选取两颗参考星并优选探测检验量的方法，降低方位角因素的影响，提高周跳探测性能。周跳探测的阈值在滑动窗口内估计，对INS误差被GNSS误差淹没的部分进行抑制，充分反映INS误差影响，阈值估计具有较强的自适应性。
采用全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）模糊度固定解可提高GNSS/惯性导航系统（inertial navigation system，INS）组合导航定位精度，而在复杂环境下，单频GNSS难以实现完善的实时动态周跳探测，影响GNSS模糊度保持。研究了星间单差与站星双差的INS辅助GNSS单频周跳探测检验量，重点分析检验量的误差特性。分析得出检验量误差主要与INS增量误差有关，受接收机至待检星与参考星之间星地矢量夹角的影响。提出了选取两颗参考星并优选探测检验量的方法，降低方位角因素的影响，提高周跳探测性能。周跳探测的阈值在滑动窗口内估计，对INS误差被GNSS误差淹没的部分进行抑制，充分反映INS误差影响，阈值估计具有较强的自适应性。
2019, 44(3): 371-377.
doi: 10.13203/j.whugis20160498
摘要:
提出了一种适用于星载GPS自主定轨的改进的地球引力近似函数方法（improved gravity acceleration approximation function，IGAAF）。对IGAAF方法的性能进行评估，结果表明：IGAAF方法的计算耗时小于45×45阶球谐模型；拟合系数容量仅为200~320 kB；引力加速度的截断误差（3D RMS）处于1×102~1×103 nm/s2量级，小于每颗低轨卫星自主定轨所需的最优阶次球谐模型（GOCE：105×105，CHAMP：85×85，GRACE-A：65×65，ZY3/TerraSAR-X：55×55）；将IGAAF方法应用于星载GPS自主定轨试验，相比于球谐模型，不会降低自主定轨精度。IGAAF方法在保证定轨精度的同时兼顾计算效率与系数容量的平衡，在星载GPS自主定轨的工程化应用中具有较强的实用价值。
提出了一种适用于星载GPS自主定轨的改进的地球引力近似函数方法（improved gravity acceleration approximation function，IGAAF）。对IGAAF方法的性能进行评估，结果表明：IGAAF方法的计算耗时小于45×45阶球谐模型；拟合系数容量仅为200~320 kB；引力加速度的截断误差（3D RMS）处于1×102~1×103 nm/s2量级，小于每颗低轨卫星自主定轨所需的最优阶次球谐模型（GOCE：105×105，CHAMP：85×85，GRACE-A：65×65，ZY3/TerraSAR-X：55×55）；将IGAAF方法应用于星载GPS自主定轨试验，相比于球谐模型，不会降低自主定轨精度。IGAAF方法在保证定轨精度的同时兼顾计算效率与系数容量的平衡，在星载GPS自主定轨的工程化应用中具有较强的实用价值。
2019, 44(3): 378-384.
doi: 10.13203/j.whugis20160516
摘要:
在抗差加权整体最小二乘算法中，抗差模型的抗差性与初值的好坏关系极大，若以最小二乘或整体最小二乘估值作为初值，必定会受到粗差污染而影响其抗差性。考虑到观测向量和系数矩阵存在相关性，首先推导了部分变量误差（partial errors-in-variables，Partial EIV）模型的加权整体最小二乘算法，在此基础上提出了一种利用中位参数法求解抗差迭代初值的相关观测抗差加权整体最小二乘算法。然后采用中位参数法确定抗差初值，考虑到可能出现的粗差对观测空间与结构空间的综合影响，基于标准化残差构造权因子函数，实现其抗差解法。仿真实验结果表明，此算法具有良好的抗差性能，其参数估计结果比传统算法精度更高，且随着粗差个数的增加，其抗差稳定性较好。
在抗差加权整体最小二乘算法中，抗差模型的抗差性与初值的好坏关系极大，若以最小二乘或整体最小二乘估值作为初值，必定会受到粗差污染而影响其抗差性。考虑到观测向量和系数矩阵存在相关性，首先推导了部分变量误差（partial errors-in-variables，Partial EIV）模型的加权整体最小二乘算法，在此基础上提出了一种利用中位参数法求解抗差迭代初值的相关观测抗差加权整体最小二乘算法。然后采用中位参数法确定抗差初值，考虑到可能出现的粗差对观测空间与结构空间的综合影响，基于标准化残差构造权因子函数，实现其抗差解法。仿真实验结果表明，此算法具有良好的抗差性能，其参数估计结果比传统算法精度更高，且随着粗差个数的增加，其抗差稳定性较好。
2019, 44(3): 385-391.
doi: 10.13203/j.whugis20160494
摘要:
研发了一套具有自主知识产权的火星探测器精密定轨及动力学参数解算软件系统，介绍了软件的设计思路与基本结构。对2009年8月中国甚长基线干涉测量网跟踪的火星快车号三程多谱勒数据和相同弧段欧洲空间局的双程多谱勒数据进行了处理。结果表明，对于三程多谱勒数据，精密定轨后的残差处于0.079 mm/s的水平，轨道与比利时皇家天文台发布的火星快车精密轨道（精度20~25 m）最大差距小于100 m；对于欧洲空间局双程多谱勒数据，精密定轨后的残差处于0.067 mm/s的水平，轨道与精密轨道最大差距小于10 m。对火星快车跟踪数据的处理结果表明该软件可靠。
研发了一套具有自主知识产权的火星探测器精密定轨及动力学参数解算软件系统，介绍了软件的设计思路与基本结构。对2009年8月中国甚长基线干涉测量网跟踪的火星快车号三程多谱勒数据和相同弧段欧洲空间局的双程多谱勒数据进行了处理。结果表明，对于三程多谱勒数据，精密定轨后的残差处于0.079 mm/s的水平，轨道与比利时皇家天文台发布的火星快车精密轨道（精度20~25 m）最大差距小于100 m；对于欧洲空间局双程多谱勒数据，精密定轨后的残差处于0.067 mm/s的水平，轨道与精密轨道最大差距小于10 m。对火星快车跟踪数据的处理结果表明该软件可靠。
2019, 44(3): 392-397.
doi: 10.13203/j.whugis20160477
摘要:
针对全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）信号中部分周跳难以探测的问题，在三维坐标系中分析了不敏感周跳的产生及分布，研究了探测阈值对不敏感周跳的影响，进而研究了多个组合量联合探测周跳的效果，提出了针对不敏感周跳的组合系数选取方法。该方法根据不敏感周跳的探测量构建组合系数的函数模型，在所有可能的三频无几何相位（geometry free combination，GF）组合系数中选取最敏感的组合系数，可探测3个频点上跳变量相近的不敏感周跳。北斗三频实测数据证实，多个GF组合有效提升了不敏感周跳的探测概率，数量以两个为宜，选取的组合量有效提升了不敏感周跳的探测概率。
针对全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）信号中部分周跳难以探测的问题，在三维坐标系中分析了不敏感周跳的产生及分布，研究了探测阈值对不敏感周跳的影响，进而研究了多个组合量联合探测周跳的效果，提出了针对不敏感周跳的组合系数选取方法。该方法根据不敏感周跳的探测量构建组合系数的函数模型，在所有可能的三频无几何相位（geometry free combination，GF）组合系数中选取最敏感的组合系数，可探测3个频点上跳变量相近的不敏感周跳。北斗三频实测数据证实，多个GF组合有效提升了不敏感周跳的探测概率，数量以两个为宜，选取的组合量有效提升了不敏感周跳的探测概率。
2019, 44(3): 398-404.
doi: 10.13203/j.whugis20160430
摘要:
针对外速度参考条件下惯导系统振荡误差的快速抑制需求，提出了一种改变传统阻尼网络结构的系统误差快速阻尼方法。在传统的惯导系统内、外阻尼形式中，内阻尼算法容易受到载体加速度影响，外阻尼算法动态特性差。所提方法增加一条外速度为输入的前向通道，补偿载体加速度对阻尼系统误差的影响，同时改变传统阻尼网络结构形式，提高阻尼网络的动态特性。根据系统阻尼动态过程，进行快速阻尼网络参数设计，同时可以综合考虑动态过程与速度误差抑制两方面的影响，采用变参数实现快速阻尼算法。惯导系统阻尼算法仿真与试验结果表明，传统外阻尼算法的调节时间约为1 h，采用快速外阻尼算法的系统阻尼过程调节时间缩短为10 min。
针对外速度参考条件下惯导系统振荡误差的快速抑制需求，提出了一种改变传统阻尼网络结构的系统误差快速阻尼方法。在传统的惯导系统内、外阻尼形式中，内阻尼算法容易受到载体加速度影响，外阻尼算法动态特性差。所提方法增加一条外速度为输入的前向通道，补偿载体加速度对阻尼系统误差的影响，同时改变传统阻尼网络结构形式，提高阻尼网络的动态特性。根据系统阻尼动态过程，进行快速阻尼网络参数设计，同时可以综合考虑动态过程与速度误差抑制两方面的影响，采用变参数实现快速阻尼算法。惯导系统阻尼算法仿真与试验结果表明，传统外阻尼算法的调节时间约为1 h，采用快速外阻尼算法的系统阻尼过程调节时间缩短为10 min。
2019, 44(3): 405-412.
doi: 10.13203/j.whugis20160531
摘要:
全极化合成孔径雷达影像能够提供地物丰富的极化信息，挖掘这些信息在地表参数反演中的作用是目前相关领域的研究趋势之一。针对冬小麦区域的不同植被覆盖情况，利用随机森林回归对常用极化特征在土壤水分反演中的重要性进行评估，并在此基础上进行特征选择，挑选优化的极化特征组合，构建了高精度的土壤水分反演模型。实验结果显示，由重要性评分较高的极化特征所组成的反演模型能得到均方根误差（root mean square error，RMSE）小于6%的反演精度，比只输入传统线极化后向散射系数的模型在不同时相、不同数据集的精度都有所提高。与支持向量回归和人工神经网络模型进行比较，利用随机森林回归进行重要性评分与土壤水分反演的效果更好。
全极化合成孔径雷达影像能够提供地物丰富的极化信息，挖掘这些信息在地表参数反演中的作用是目前相关领域的研究趋势之一。针对冬小麦区域的不同植被覆盖情况，利用随机森林回归对常用极化特征在土壤水分反演中的重要性进行评估，并在此基础上进行特征选择，挑选优化的极化特征组合，构建了高精度的土壤水分反演模型。实验结果显示，由重要性评分较高的极化特征所组成的反演模型能得到均方根误差（root mean square error，RMSE）小于6%的反演精度，比只输入传统线极化后向散射系数的模型在不同时相、不同数据集的精度都有所提高。与支持向量回归和人工神经网络模型进行比较，利用随机森林回归进行重要性评分与土壤水分反演的效果更好。
2019, 44(3): 413-421, 442.
doi: 10.13203/j.whugis20160508
摘要:
在缺少真实下视阵列合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）系统而带来数据获取和成像算法研究等困难的当下，下视阵列SAR三维仿真的研究具有重要意义。为了还原载机平台真实的飞行航迹，验证阵列SAR技术在高层建筑物密集城区的地形测绘能力，摒弃传统仿真研究基于匀速直线运动的假设，以高度骤变的城市建筑物为对象，分析构建了多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）下视阵列SAR非理想航迹运动误差模型，提出了非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维距离多谱勒成像算法。利用航空平台的航迹与姿态建模仿真技术，以及快速高效的回波仿真技术对成像算法进行了仿真实验，验证了方法的正确性和有效性。
在缺少真实下视阵列合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）系统而带来数据获取和成像算法研究等困难的当下，下视阵列SAR三维仿真的研究具有重要意义。为了还原载机平台真实的飞行航迹，验证阵列SAR技术在高层建筑物密集城区的地形测绘能力，摒弃传统仿真研究基于匀速直线运动的假设，以高度骤变的城市建筑物为对象，分析构建了多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）下视阵列SAR非理想航迹运动误差模型，提出了非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维距离多谱勒成像算法。利用航空平台的航迹与姿态建模仿真技术，以及快速高效的回波仿真技术对成像算法进行了仿真实验，验证了方法的正确性和有效性。
2019, 44(3): 422-428.
doi: 10.13203/j.whugis20160510
摘要:
针对基于遥感数据的二维建筑物的直角化问题，以建筑物边界点的坐标为观测值，以顾及边界正交限制条件的直线斜率和截距为参数，建立附有限制条件的变量误差（errors-in-variables，EIV）模型。考虑观测向量和设计矩阵相关的情况，给出了增广设计矩阵的协方差阵的计算方法，推导了附限制条件的通用加权总体最小二乘（weighted total least squares，WTLS）平差算法，以及近似精度评定算法和仅含二次型限制条件的WTLS平差方法。理论和算例分析表明，在建筑物重建问题中，附有限制条件的EIV模型比经典附有限制条件的Gauss-Helmert模型易于构建，所提的WTLS算法快速收敛速度快，对拓展WTLS平差方法的应用具有理论与实践意义。
针对基于遥感数据的二维建筑物的直角化问题，以建筑物边界点的坐标为观测值，以顾及边界正交限制条件的直线斜率和截距为参数，建立附有限制条件的变量误差（errors-in-variables，EIV）模型。考虑观测向量和设计矩阵相关的情况，给出了增广设计矩阵的协方差阵的计算方法，推导了附限制条件的通用加权总体最小二乘（weighted total least squares，WTLS）平差算法，以及近似精度评定算法和仅含二次型限制条件的WTLS平差方法。理论和算例分析表明，在建筑物重建问题中，附有限制条件的EIV模型比经典附有限制条件的Gauss-Helmert模型易于构建，所提的WTLS算法快速收敛速度快，对拓展WTLS平差方法的应用具有理论与实践意义。
2019, 44(3): 429-435.
doi: 10.13203/j.whugis20160538
摘要:
利用新型C波段Sentinel-1卫星获取的2015年2月至2017年2月期间的影像数据，研究分析了天山中部南伊内里切克冰川不同时段的运动特征。利用偏移量追踪技术计算不同时间段冰川位移，首先采用三步配准的方法进行主辅影像高精度整体配准，然后基于归一化互相关（normalized cross correlation，NCC）算法通过调整窗口参数精确估算局部偏移量，进一步分离得到冰川移动信息。监测结果表明：（1）在空间分布上，狭长的冰舌区是冰川主要的高速流动区域，冰舌区底部流速小于上部，两侧流速小于中间，末端流速明显减缓。（2）在季节变化上，冰川运动速率与温度变化趋势一致，在5月至8月期间运动速率最快，沿剖面线的最高速率达49 cm/d；在11月至次年2月期间运动最为缓慢，速率为25~30 cm/d左右。（3）在年度变化上，2015年夏季的运动速率比2016年整体高约1~3 cm/d，其他季节则没有明显差异。与高分辨率L波段PALSAR-2影像的监测结果进行定量对比分析时，将冰舌区的像元进行抽稀后统计，得到两种数据获取的运动速率之差的均值为3.48 cm/d，标准差为±3.78 cm/d，证实了南伊内里切克冰川运动监测结果的可靠性。
利用新型C波段Sentinel-1卫星获取的2015年2月至2017年2月期间的影像数据，研究分析了天山中部南伊内里切克冰川不同时段的运动特征。利用偏移量追踪技术计算不同时间段冰川位移，首先采用三步配准的方法进行主辅影像高精度整体配准，然后基于归一化互相关（normalized cross correlation，NCC）算法通过调整窗口参数精确估算局部偏移量，进一步分离得到冰川移动信息。监测结果表明：（1）在空间分布上，狭长的冰舌区是冰川主要的高速流动区域，冰舌区底部流速小于上部，两侧流速小于中间，末端流速明显减缓。（2）在季节变化上，冰川运动速率与温度变化趋势一致，在5月至8月期间运动速率最快，沿剖面线的最高速率达49 cm/d；在11月至次年2月期间运动最为缓慢，速率为25~30 cm/d左右。（3）在年度变化上，2015年夏季的运动速率比2016年整体高约1~3 cm/d，其他季节则没有明显差异。与高分辨率L波段PALSAR-2影像的监测结果进行定量对比分析时，将冰舌区的像元进行抽稀后统计，得到两种数据获取的运动速率之差的均值为3.48 cm/d，标准差为±3.78 cm/d，证实了南伊内里切克冰川运动监测结果的可靠性。
2019, 44(3): 436-442.
doi: 10.13203/j.whugis20160523
摘要:
蕴含着挖掘价值的轨迹数据分布在世界各地，且规模庞大。如何在全球范围内组织轨迹数据并支持高效范围查询成为难题。一种自适应索引组织框架被提出来管理查询全球范围大规模轨迹数据集，其基本思想为：针对不同轨迹数据集，根据Geohash编码，生成层数最深的Geohash格网覆盖住整个轨迹数据集范围；以格网作为根节点，生成Geohash-Trees；为了加快查询定位到对应索引，根据编码前缀相同的特点设计了字典查询树。Geohash-Trees是一种基于格网划分的空间索引，它能够根据轨迹密度自适应使用多种剖分策略划分空间，提高范围查询效率。为了支持索引动态更新，设计了增量插入和更新算法。同时，该索引被移植到商用数据库Oracle中，利用数据库性能高效管理查询轨迹数据。实验结果表明，该方法在范围查询以及占用空间等方面明显优于Oracle内置的R树索引。
蕴含着挖掘价值的轨迹数据分布在世界各地，且规模庞大。如何在全球范围内组织轨迹数据并支持高效范围查询成为难题。一种自适应索引组织框架被提出来管理查询全球范围大规模轨迹数据集，其基本思想为：针对不同轨迹数据集，根据Geohash编码，生成层数最深的Geohash格网覆盖住整个轨迹数据集范围；以格网作为根节点，生成Geohash-Trees；为了加快查询定位到对应索引，根据编码前缀相同的特点设计了字典查询树。Geohash-Trees是一种基于格网划分的空间索引，它能够根据轨迹密度自适应使用多种剖分策略划分空间，提高范围查询效率。为了支持索引动态更新，设计了增量插入和更新算法。同时，该索引被移植到商用数据库Oracle中，利用数据库性能高效管理查询轨迹数据。实验结果表明，该方法在范围查询以及占用空间等方面明显优于Oracle内置的R树索引。
2019, 44(3): 443-450.
doi: 10.13203/j.whugis20150681
摘要:
景观格局是研究景观功能和动态的基础。景观指数分析在土地利用/土地覆盖、生态系统服务、森林监控、城市蔓生以及生物多样性等方面应用广泛。现有许多景观指数之间存在不同程度的相关性，不仅导致信息冗余，还将影响结果解译的清晰性和准确性。同时，已有研究主要针对栅格数据，针对矢量数据的景观指数分析研究较少。为解决上述问题，以广州市土地利用景观格局为例，在矢量数据格式下计算了44个常用的景观指数，并运用相关分析和因子分析相结合的多元统计分析法，提取了6个核心景观指数，这些指数描述了广州市土地利用景观格局的6个维度：景观破碎度、平均斑块面积、平均形状复杂度、空间分散度、形状复杂度差异和土地类型的相似性。
景观格局是研究景观功能和动态的基础。景观指数分析在土地利用/土地覆盖、生态系统服务、森林监控、城市蔓生以及生物多样性等方面应用广泛。现有许多景观指数之间存在不同程度的相关性，不仅导致信息冗余，还将影响结果解译的清晰性和准确性。同时，已有研究主要针对栅格数据，针对矢量数据的景观指数分析研究较少。为解决上述问题，以广州市土地利用景观格局为例，在矢量数据格式下计算了44个常用的景观指数，并运用相关分析和因子分析相结合的多元统计分析法，提取了6个核心景观指数，这些指数描述了广州市土地利用景观格局的6个维度：景观破碎度、平均斑块面积、平均形状复杂度、空间分散度、形状复杂度差异和土地类型的相似性。
2019, 44(3): 451-458.
doi: 10.13203/j.whugis20160492
摘要:
针对海岸线分形插值缺乏地理特征约束和分形过程不可控的局限，提出了一种顾及海岸线地理弯曲特征约束的可控分形插值方法。首先，根据不同海岸地貌类型所呈现的不同弯曲特征和分形特征，对海岸线进行地貌单元划分，将传统的整体分形插值变换为以海岸线地貌弯曲特征为划分单元的分段插值组合；其次，利用一维随机中点移位法对各划分单元分别进行插值，并结合各划分单元的弯曲特征对分形参量分别进行约束控制，以保持海岸线不同地貌单元的弯曲特征；最后，将各插值单元顺次连接起来得到最终插值曲线。实验结果表明，所提方法能够很好地顾及海岸线不同地貌单元的弯曲特征和分形特征，且分形插值过程可控。
针对海岸线分形插值缺乏地理特征约束和分形过程不可控的局限，提出了一种顾及海岸线地理弯曲特征约束的可控分形插值方法。首先，根据不同海岸地貌类型所呈现的不同弯曲特征和分形特征，对海岸线进行地貌单元划分，将传统的整体分形插值变换为以海岸线地貌弯曲特征为划分单元的分段插值组合；其次，利用一维随机中点移位法对各划分单元分别进行插值，并结合各划分单元的弯曲特征对分形参量分别进行约束控制，以保持海岸线不同地貌单元的弯曲特征；最后，将各插值单元顺次连接起来得到最终插值曲线。实验结果表明，所提方法能够很好地顾及海岸线不同地貌单元的弯曲特征和分形特征，且分形插值过程可控。
2019, 44(3): 459-466.
doi: 10.13203/j.whugis20170269
摘要:
面向空间平台构建星地一体化的空间信息网络近年来成为信息网络建设的热点。传统的信息网络建设趋于流量驱动，以满足节点间的通信需求为主。空间信息网络的建设更着重于以应用业务中的任务为向导，牵引从通信资源到计算、存储资源的优化重组与协同服务。如何在应用任务与有限网络资源间形成联动机制，有效解决星上遥感数据存储、处理与传输能力受限的问题，是实现空间信息网络高效数据处理的关键技术问题。针对遥感数据星地协同处理的机制，在任务驱动的空间信息网络体系架构基础上，提出一种面向空间信息网络的星地协同计算迁移方法，建立了计算迁移的优化模型，提出了计算迁移的实现技术，通过案例仿真结果与分析，验证了该方法的可行性。
面向空间平台构建星地一体化的空间信息网络近年来成为信息网络建设的热点。传统的信息网络建设趋于流量驱动，以满足节点间的通信需求为主。空间信息网络的建设更着重于以应用业务中的任务为向导，牵引从通信资源到计算、存储资源的优化重组与协同服务。如何在应用任务与有限网络资源间形成联动机制，有效解决星上遥感数据存储、处理与传输能力受限的问题，是实现空间信息网络高效数据处理的关键技术问题。针对遥感数据星地协同处理的机制，在任务驱动的空间信息网络体系架构基础上，提出一种面向空间信息网络的星地协同计算迁移方法，建立了计算迁移的优化模型，提出了计算迁移的实现技术，通过案例仿真结果与分析，验证了该方法的可行性。
2019, 44(3): 467-474.
doi: 10.13203/j.whugis20160490
摘要:
针对目前面状实体增量融合过程中存在的拓扑冲突检测及一致性维护方法局限性强、通用性及效率较低、拓扑差异识别不准确等问题，提出了一种新的基于空间关系模型的拓扑一致性检测及维护方法。该方法在面状增量实体的基础上，设计了包括定性的面状实体拓扑关系类型、定量的位置特征及部分拓扑关系的集成空间关系表达模型，以最新版本数据库中面状增量实体的拓扑关系为冲突检测标准，设计并实现了顾及几何一致性的面状实体拓扑冲突自动检测和一致性维护算法。实验结果表明，该算法精度可达到90%左右，可很好地完成增量融合过程中的冲突检测及拓扑一致性维护工作，针对性强，适用性高。
针对目前面状实体增量融合过程中存在的拓扑冲突检测及一致性维护方法局限性强、通用性及效率较低、拓扑差异识别不准确等问题，提出了一种新的基于空间关系模型的拓扑一致性检测及维护方法。该方法在面状增量实体的基础上，设计了包括定性的面状实体拓扑关系类型、定量的位置特征及部分拓扑关系的集成空间关系表达模型，以最新版本数据库中面状增量实体的拓扑关系为冲突检测标准，设计并实现了顾及几何一致性的面状实体拓扑冲突自动检测和一致性维护算法。实验结果表明，该算法精度可达到90%左右，可很好地完成增量融合过程中的冲突检测及拓扑一致性维护工作，针对性强，适用性高。
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