2021年 第46卷 第11期
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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