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2021年 第46卷 第9期
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2021,
46(9):
1265-1272. doi: 10.13203/j.whugis20210241
摘要:
对当前中美两国各自提出的弹性PNT (positioning, navigation, and timing)概念进行了深入分析, 并指出相互之间的差异和问题。特别针对未来国家综合PNT体系的主要需求特点, 从弹性概念的内涵入手, 提出PNT体系弹性能力的指标可分为外力干扰特性、内在技术特性和性能效果特性三类; 同时, 考虑到不同层次的PNT体系设计差异问题, 将PNT弹性化问题分为用户级弹性、系统级弹性和体系级弹性三个层次。笔者试图通过上述工作为中国在PNT体系领域的理论研究工作提供帮助。
对当前中美两国各自提出的弹性PNT (positioning, navigation, and timing)概念进行了深入分析, 并指出相互之间的差异和问题。特别针对未来国家综合PNT体系的主要需求特点, 从弹性概念的内涵入手, 提出PNT体系弹性能力的指标可分为外力干扰特性、内在技术特性和性能效果特性三类; 同时, 考虑到不同层次的PNT体系设计差异问题, 将PNT弹性化问题分为用户级弹性、系统级弹性和体系级弹性三个层次。笔者试图通过上述工作为中国在PNT体系领域的理论研究工作提供帮助。
2021,
46(9):
1273-1283, 1297. doi: 10.13203/j.whugis20200312
摘要:
部分变量含误差(partial errors-in-variables, PEIV)模型是变量含误差(errors-in-variables, EIV)模型的更一般形式, 因其适用性强等优势, 近十年来被广泛应用于全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)数据处理、坐标转换、变形监测和数据拟合等测量数据处理中。概述了PEIV模型的发展过程, 从PEIV模型参数估计算法、精度评定、随机模型估计、扩展算法和数据处理应用5个核心问题进行综述和分析。对PEIV模型的应用进行了展望, 指出有待进一步研究的问题, 旨在进一步推动测绘数据处理的发展, 并为读者提供参考和建议。
部分变量含误差(partial errors-in-variables, PEIV)模型是变量含误差(errors-in-variables, EIV)模型的更一般形式, 因其适用性强等优势, 近十年来被广泛应用于全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)数据处理、坐标转换、变形监测和数据拟合等测量数据处理中。概述了PEIV模型的发展过程, 从PEIV模型参数估计算法、精度评定、随机模型估计、扩展算法和数据处理应用5个核心问题进行综述和分析。对PEIV模型的应用进行了展望, 指出有待进一步研究的问题, 旨在进一步推动测绘数据处理的发展, 并为读者提供参考和建议。
2021,
46(9):
1284-1290. doi: 10.13203/j.whugis20200243
摘要:
通用变量含误差(errors-in-variables, EIV)模型将EIV模型扩展至最一般化的形式, 其加权整体最小二乘算法(weighted total least squares, WTLS)同时顾及观测向量、观测向量的系数矩阵和参数向量的系数矩阵中的随机误差。将通用EIV函数模型展开, 将二阶项纳入模型的常数项, 从而将非线性的通用EIV模型表示为线性的高斯-赫尔默特模型, 推导出通用EIV模型的线性化整体最小二乘(linearized total least squares, LTLS)算法和近似精度估计公式。通过模拟数据和实例评估分析可知, LTLS算法与通用EIV模型的WTLS算法估计结果一致, 验证了算法的正确性和可行性。当模型含大量估计量时, 通用EIV模型的LTLS算法显著提升了计算效率, 收敛速度更快。
通用变量含误差(errors-in-variables, EIV)模型将EIV模型扩展至最一般化的形式, 其加权整体最小二乘算法(weighted total least squares, WTLS)同时顾及观测向量、观测向量的系数矩阵和参数向量的系数矩阵中的随机误差。将通用EIV函数模型展开, 将二阶项纳入模型的常数项, 从而将非线性的通用EIV模型表示为线性的高斯-赫尔默特模型, 推导出通用EIV模型的线性化整体最小二乘(linearized total least squares, LTLS)算法和近似精度估计公式。通过模拟数据和实例评估分析可知, LTLS算法与通用EIV模型的WTLS算法估计结果一致, 验证了算法的正确性和可行性。当模型含大量估计量时, 通用EIV模型的LTLS算法显著提升了计算效率, 收敛速度更快。
2021,
46(9):
1291-1297. doi: 10.13203/j.whugis20190196
摘要:
不等式约束部分变量含误差(partial errors-in-variables, PEIV)模型目前主要采用线性化方法和非线性规划类算法, 前者计算效率较低, 后者基于最优化理论, 计算复杂, 未能与经典平差理论建立联系, 难以在测量实际中推广。在整体最小二乘准则下, 根据最优解的Kuhn-Tucker条件, 将不等式约束整体最小二乘解的计算转化为二次规划问题, 并提出改进的Jacobian迭代法求解二次规划。所提方法不需要对观测方程线性化, 与经典最小二乘法具有相同的形式, 易于编程实现。数值实例表明, 所提方法形式简洁, 具有良好的计算效率, 是经典最小二乘平差理论的有益拓展。
不等式约束部分变量含误差(partial errors-in-variables, PEIV)模型目前主要采用线性化方法和非线性规划类算法, 前者计算效率较低, 后者基于最优化理论, 计算复杂, 未能与经典平差理论建立联系, 难以在测量实际中推广。在整体最小二乘准则下, 根据最优解的Kuhn-Tucker条件, 将不等式约束整体最小二乘解的计算转化为二次规划问题, 并提出改进的Jacobian迭代法求解二次规划。所提方法不需要对观测方程线性化, 与经典最小二乘法具有相同的形式, 易于编程实现。数值实例表明, 所提方法形式简洁, 具有良好的计算效率, 是经典最小二乘平差理论的有益拓展。
2021,
46(9):
1298-1308. doi: 10.13203/j.whugis20200182
摘要:
对于全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS), 观测值测距性能会影响系统基本服务能力。大口径抛物面天线能够较好地削弱地面设备和环境对信号采集的影响。基于抛物面天线数据分析北斗三号全球卫星导航系统(BeiDou-3 global navigation satellite system, BDS-3)的观测值特性和测距性能。结果显示, B1I、B3I、B1C、B2a和B2b 5个频点上均未发现与北斗二号卫星类似的相同量级卫星星上伪距偏差, 部分频点伪距多路径存在波动, 但与高度角的相关性不强, 所有卫星测距偏差变化的平均量级为0.1 m。使用载波三频组合分析北斗三号卫星各个频率载波观测值的多路径变化和噪声水平, 载波三频组合存在毫米量级的变化波动, 但这种变化并未显示出与时间或者高度角的密切相关性, 基于抛物面天线数据的载波三频组合均方根误差绝大部分小于0.6 mm。以上结果表明北斗三号卫星的伪距和载波观测值未出现系统性偏差, 具有良好的测距性能。
对于全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS), 观测值测距性能会影响系统基本服务能力。大口径抛物面天线能够较好地削弱地面设备和环境对信号采集的影响。基于抛物面天线数据分析北斗三号全球卫星导航系统(BeiDou-3 global navigation satellite system, BDS-3)的观测值特性和测距性能。结果显示, B1I、B3I、B1C、B2a和B2b 5个频点上均未发现与北斗二号卫星类似的相同量级卫星星上伪距偏差, 部分频点伪距多路径存在波动, 但与高度角的相关性不强, 所有卫星测距偏差变化的平均量级为0.1 m。使用载波三频组合分析北斗三号卫星各个频率载波观测值的多路径变化和噪声水平, 载波三频组合存在毫米量级的变化波动, 但这种变化并未显示出与时间或者高度角的密切相关性, 基于抛物面天线数据的载波三频组合均方根误差绝大部分小于0.6 mm。以上结果表明北斗三号卫星的伪距和载波观测值未出现系统性偏差, 具有良好的测距性能。
2021,
46(9):
1309-1317. doi: 10.13203/j.whugis20190353
摘要:
针对全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)基准站坐标时间序列中有色噪声影响测站运动参数估计精度的问题, 提出了一种以小波包变换为基础、利用信息熵理论剔除有色噪声的方法。首先, 以有色噪声中的闪烁噪声为例, 对包含闪烁噪声的仿真时间序列进行噪声估计, 检验闪烁噪声的估计精度。然后, 对仿真时间序列的残差序列分别进行离散小波变换和小波包变换, 利用信息熵理论剔除闪烁噪声, 并比较两种方法的去噪效果。最后, 采用KMIN站的坐标时间序列作为实测数据, 进一步验证小波包系数信息熵的去噪效果。实验结果表明, 利用小波包系数信息熵剔除的有色噪声与原有色噪声在频域以及时域均具有较好的一致性, 所提方法能够有效地剔除残差序列中的有色噪声, 仅余白噪声。
针对全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)基准站坐标时间序列中有色噪声影响测站运动参数估计精度的问题, 提出了一种以小波包变换为基础、利用信息熵理论剔除有色噪声的方法。首先, 以有色噪声中的闪烁噪声为例, 对包含闪烁噪声的仿真时间序列进行噪声估计, 检验闪烁噪声的估计精度。然后, 对仿真时间序列的残差序列分别进行离散小波变换和小波包变换, 利用信息熵理论剔除闪烁噪声, 并比较两种方法的去噪效果。最后, 采用KMIN站的坐标时间序列作为实测数据, 进一步验证小波包系数信息熵的去噪效果。实验结果表明, 利用小波包系数信息熵剔除的有色噪声与原有色噪声在频域以及时域均具有较好的一致性, 所提方法能够有效地剔除残差序列中的有色噪声, 仅余白噪声。
2021,
46(9):
1318-1327. doi: 10.13203/j.whugis20190387
摘要:
代数重构算法在对流层三维水汽反演中具有一定的优势, 系统研究了加法代数重构、乘法代数重构、联合代数重构这3种算法, 并发展了自适应代数重构算法。该算法针对3种传统算法中误差分配的不足进行了改正, 提出了顾及体素块水汽密度变化对全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)斜路径水汽含量影响的动态误差分配原则。此外, 将基于GNSS信号的高度角定权模型引入到该算法中, 使层析结果更靠近高精度的观测值。利用2016年7月徐州连续运行基准站系统的GNSS实测数据和探空站数据对该算法进行分析, 试验结果表明, 3种自适应算法反演的水汽密度的均方根误差、标准差、平均绝对偏差都低于传统算法, 其中, 均方根误差分别降低了25.91%、15.81%和24.64%。在小雨、中雨、大雨3种天气条件下, 自适应代数重构算法的水汽廓线分布均优于传统算法的结果, 其中, 自适应联合代数重构算法反演的水汽廓线与探空廓线最一致。
代数重构算法在对流层三维水汽反演中具有一定的优势, 系统研究了加法代数重构、乘法代数重构、联合代数重构这3种算法, 并发展了自适应代数重构算法。该算法针对3种传统算法中误差分配的不足进行了改正, 提出了顾及体素块水汽密度变化对全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)斜路径水汽含量影响的动态误差分配原则。此外, 将基于GNSS信号的高度角定权模型引入到该算法中, 使层析结果更靠近高精度的观测值。利用2016年7月徐州连续运行基准站系统的GNSS实测数据和探空站数据对该算法进行分析, 试验结果表明, 3种自适应算法反演的水汽密度的均方根误差、标准差、平均绝对偏差都低于传统算法, 其中, 均方根误差分别降低了25.91%、15.81%和24.64%。在小雨、中雨、大雨3种天气条件下, 自适应代数重构算法的水汽廓线分布均优于传统算法的结果, 其中, 自适应联合代数重构算法反演的水汽廓线与探空廓线最一致。
2021,
46(9):
1328-1335. doi: 10.13203/j.whugis20190192
摘要:
为了尽可能利用海面重力数据所含地形相关信息, 提升依据重力数据反演海底地形结果质量, 选择南中国海为试验海区, 详细研讨了频率域不同阶次海底地形正演恢复海面重力异常和重力异常垂直梯度在不同海底地形环境下的影响。数值分析试验结果表明, 一次项海底地形正演结果对重力信息贡献起主要作用, 随着海底地形阶次的增加, 相应阶次海底地形正演海面重力信息的幅度不断减弱; 海底地形起伏剧烈且起伏幅度较大海区, 高阶次海面重力异常和重力异常垂直梯度变化明显, 而地形平坦海区正演的海面重力信息变化微弱; 重力异常垂直梯度相比重力异常对海底地形高频部分更加敏感, 在试验海区依据海面重力数据反演海底地形过程中, 若输入数据源为重力异常, 建议顾及至二次项海底地形, 若输入数据源为重力异常垂直梯度, 建议顾及至三次项或者四次项海底地形, 从而尽可能利用海面重力数据所包含信息。
为了尽可能利用海面重力数据所含地形相关信息, 提升依据重力数据反演海底地形结果质量, 选择南中国海为试验海区, 详细研讨了频率域不同阶次海底地形正演恢复海面重力异常和重力异常垂直梯度在不同海底地形环境下的影响。数值分析试验结果表明, 一次项海底地形正演结果对重力信息贡献起主要作用, 随着海底地形阶次的增加, 相应阶次海底地形正演海面重力信息的幅度不断减弱; 海底地形起伏剧烈且起伏幅度较大海区, 高阶次海面重力异常和重力异常垂直梯度变化明显, 而地形平坦海区正演的海面重力信息变化微弱; 重力异常垂直梯度相比重力异常对海底地形高频部分更加敏感, 在试验海区依据海面重力数据反演海底地形过程中, 若输入数据源为重力异常, 建议顾及至二次项海底地形, 若输入数据源为重力异常垂直梯度, 建议顾及至三次项或者四次项海底地形, 从而尽可能利用海面重力数据所包含信息。
2021,
46(9):
1336-1344. doi: 10.13203/j.whugis20200595
摘要:
在卫星重力梯度测量的level 1b (L1b)数据处理过程中，为了计算得到高精度的重力梯度，需精确测定卫星姿态角速度。在星象仪姿态数据坐标系转换中，单星象仪中的低精度角速度分量会将噪声传递到其他角速度分量，进而影响整个重力梯度的计算精度。基于星象仪噪声特性，构建星象仪各轴的噪声分布加权矩阵，对两个或多个星象仪的姿态四元数联合求解最佳姿态四元数，为后续角速度恢复提供精确姿态控制。计算结果表明，多星象仪联合解算得到的卫星姿态角速度在整个功率谱密度上实现了显著改善。与单星象仪计算方法相比，多星象仪联合得到的最佳姿态角速度wy、wz在10~100 mHz内精度约提升1个量级，噪声水平约达到10-6 rad/s量级，能够有效抑制低精度角速度分量在坐标系转换中导致的噪声传播。此外，基于多星象仪联合方法计算得到的重力梯度迹值的功率谱密度，相比单星象仪方法也有较为显著的改善。
在卫星重力梯度测量的level 1b (L1b)数据处理过程中，为了计算得到高精度的重力梯度，需精确测定卫星姿态角速度。在星象仪姿态数据坐标系转换中，单星象仪中的低精度角速度分量会将噪声传递到其他角速度分量，进而影响整个重力梯度的计算精度。基于星象仪噪声特性，构建星象仪各轴的噪声分布加权矩阵，对两个或多个星象仪的姿态四元数联合求解最佳姿态四元数，为后续角速度恢复提供精确姿态控制。计算结果表明，多星象仪联合解算得到的卫星姿态角速度在整个功率谱密度上实现了显著改善。与单星象仪计算方法相比，多星象仪联合得到的最佳姿态角速度wy、wz在10~100 mHz内精度约提升1个量级，噪声水平约达到10-6 rad/s量级，能够有效抑制低精度角速度分量在坐标系转换中导致的噪声传播。此外，基于多星象仪联合方法计算得到的重力梯度迹值的功率谱密度，相比单星象仪方法也有较为显著的改善。
2021,
46(9):
1345-1353. doi: 10.13203/j.whugis20210328
摘要:
在基于视频的多目标运动跟踪中，目标检测和重识别具有很强的相关性。目前常将目标检测和重识别网络分别进行训练和使用，因此实时跟踪速度不能达到要求。针对多目标跟踪（multiple object tracking，MOT）中行人身份切换和跟踪丢失问题，将行人重识别模块进行遮挡优化并嵌入行人检测网络，由此提出了一种基于中心点检测和重识别的多行人跟踪算法。首先建立了行人运动模型，通过中心点检测得到行人最优状态估计；然后根据深层特征融合的行人重识别模型，利用马氏距离和余弦距离增强行人身份辨别能力；最后利用匈牙利算法进行在线数据关联，同时利用卡尔曼滤波剔除不准确的结果，对未关联的丢失目标做运动预测。利用所提算法和其他跟踪算法分别在MOT15、MOT16、MOT17数据集上进行多行人跟踪对比实验，结果表明，所提算法的多目标跟踪精度（multiple object tracking accuracy，MOTA）分别为63.5、72.4、70.9, 正确识别的检测和计算的检测数的比值（identity F1?measure，IDF1）最优, 且保证了实时跟踪速率, 验证了所提跟踪算法的有效性。
在基于视频的多目标运动跟踪中，目标检测和重识别具有很强的相关性。目前常将目标检测和重识别网络分别进行训练和使用，因此实时跟踪速度不能达到要求。针对多目标跟踪（multiple object tracking，MOT）中行人身份切换和跟踪丢失问题，将行人重识别模块进行遮挡优化并嵌入行人检测网络，由此提出了一种基于中心点检测和重识别的多行人跟踪算法。首先建立了行人运动模型，通过中心点检测得到行人最优状态估计；然后根据深层特征融合的行人重识别模型，利用马氏距离和余弦距离增强行人身份辨别能力；最后利用匈牙利算法进行在线数据关联，同时利用卡尔曼滤波剔除不准确的结果，对未关联的丢失目标做运动预测。利用所提算法和其他跟踪算法分别在MOT15、MOT16、MOT17数据集上进行多行人跟踪对比实验，结果表明，所提算法的多目标跟踪精度（multiple object tracking accuracy，MOTA）分别为63.5、72.4、70.9, 正确识别的检测和计算的检测数的比值（identity F1?measure，IDF1）最优, 且保证了实时跟踪速率, 验证了所提跟踪算法的有效性。
2021,
46(9):
1354-1361. doi: 10.13203/j.whugis20210323
摘要:
矢量化的复杂建筑平面图纸受各类图元的干扰，其空间布局识别难度非常高，然而在5G基站建设、智能家居以及AR/VR（augmented reality/virtual reality）中广为应用。提出了一种结合栅格图像和矢量表示的高性能融合对偶识别方法。首先，采用建筑平面图纸的栅格化表示，提取建筑图纸的主要发展方向，构建分割的若干个封闭区域空间。然后，采用建筑平面图纸的矢量化表示，利用空间识别的有向性和邻接特性，创新地提出使用半墙数据结构进行墙体几何位置和拓扑关系的计算，从而根据空间对偶原理高精度地整体重建墙体布局。最后，获取包含各类墙体布局的矢量建筑平面图数据集，并进行方法的实验验证。实验结果证明了所提出的先空间后墙体的融合对偶识别算法对于各类建筑模型类型均具有可用性和有效性。与传统先墙体后空间的识别方法相比，所提方法具有更高的鲁棒性，受特定建筑图纸类型的干扰更少。
矢量化的复杂建筑平面图纸受各类图元的干扰，其空间布局识别难度非常高，然而在5G基站建设、智能家居以及AR/VR（augmented reality/virtual reality）中广为应用。提出了一种结合栅格图像和矢量表示的高性能融合对偶识别方法。首先，采用建筑平面图纸的栅格化表示，提取建筑图纸的主要发展方向，构建分割的若干个封闭区域空间。然后，采用建筑平面图纸的矢量化表示，利用空间识别的有向性和邻接特性，创新地提出使用半墙数据结构进行墙体几何位置和拓扑关系的计算，从而根据空间对偶原理高精度地整体重建墙体布局。最后，获取包含各类墙体布局的矢量建筑平面图数据集，并进行方法的实验验证。实验结果证明了所提出的先空间后墙体的融合对偶识别算法对于各类建筑模型类型均具有可用性和有效性。与传统先墙体后空间的识别方法相比，所提方法具有更高的鲁棒性，受特定建筑图纸类型的干扰更少。
2021,
46(9):
1362-1369,1385. doi: 10.13203/j.whugis20210308
摘要:
针对巡航器在地外星表的通行性分析问题，提出了一种数据驱动的算法。将通行性分析建模为语义分割问题，能够根据输入的地表多维信息显式地计算出特定巡视器在该环境中的通行性地图。同时提出绑定特定巡视器的数据集生成方法，首先通过测量特定巡视器在实验场地中的运行参数，获得该巡视器在特定位置的有向可通行性结果，然后利用该结果将无向可通行地图的计算问题转化为一个全局优化问题进行求解，从而得到更直观且便于指导路径规划的无向可通行性地图，最后将该地图与场地数据对应，生成绑定特定巡视器的数据集。为使实验更加方便快捷，提出了虚拟地表数据的过程式生成方法，设计了在虚拟环境中对特定巡视器进行可通行实验的方法，并在虚拟数据集上验证了所提算法的有效性。
针对巡航器在地外星表的通行性分析问题，提出了一种数据驱动的算法。将通行性分析建模为语义分割问题，能够根据输入的地表多维信息显式地计算出特定巡视器在该环境中的通行性地图。同时提出绑定特定巡视器的数据集生成方法，首先通过测量特定巡视器在实验场地中的运行参数，获得该巡视器在特定位置的有向可通行性结果，然后利用该结果将无向可通行地图的计算问题转化为一个全局优化问题进行求解，从而得到更直观且便于指导路径规划的无向可通行性地图，最后将该地图与场地数据对应，生成绑定特定巡视器的数据集。为使实验更加方便快捷，提出了虚拟地表数据的过程式生成方法，设计了在虚拟环境中对特定巡视器进行可通行实验的方法，并在虚拟数据集上验证了所提算法的有效性。
2021,
46(9):
1370-1377. doi: 10.13203/j.whugis20200507
摘要:
“城区”的空间界定是从地理空间上监测城市化水平、划分城市规模的基础。理清“城区”的内涵, 从“区、市政府驻地的实际建设连接到的居民委员会所辖区域和其他区域”的空间解读出发, 基于城市土地利用图斑数据, 以市、区政府驻地为“种子点”构建城区地物图斑连接条件, 制定城区的空间界定方法, 降低城区划定过程中的主观性和模糊性, 并以武汉市为案例进行试划, 为全国600多个城市“城区”统一划定工作提供思路。
“城区”的空间界定是从地理空间上监测城市化水平、划分城市规模的基础。理清“城区”的内涵, 从“区、市政府驻地的实际建设连接到的居民委员会所辖区域和其他区域”的空间解读出发, 基于城市土地利用图斑数据, 以市、区政府驻地为“种子点”构建城区地物图斑连接条件, 制定城区的空间界定方法, 降低城区划定过程中的主观性和模糊性, 并以武汉市为案例进行试划, 为全国600多个城市“城区”统一划定工作提供思路。
2021,
46(9):
1378-1385. doi: 10.13203/j.whugis20190274
摘要:
在进行海上作战态势分析时, 通常需要剔除目标海域内对态势分析影响较小的非作战目标, 只保留参考价值较高、作战相关的目标航迹数据。现有的行为规律挖掘方法大多是基于聚类的思想, 作用于非作战目标清洗问题时工作步骤较为复杂、效果较差。结合态势分析需求, 基于相似重复记录检测的思想, 通过定义多维度记录匹配相似度(multi-dimension record similarity, MDRS), 提出了一种海上非作战目标实时清洗方法。通过对多维航迹数据的相似重复检测, 实现对非作战目标的实时清洗。在仿真军事场景上进行实验分析, 结果表明所提方法能够实时、有效地检测出海上非作战目标。
在进行海上作战态势分析时, 通常需要剔除目标海域内对态势分析影响较小的非作战目标, 只保留参考价值较高、作战相关的目标航迹数据。现有的行为规律挖掘方法大多是基于聚类的思想, 作用于非作战目标清洗问题时工作步骤较为复杂、效果较差。结合态势分析需求, 基于相似重复记录检测的思想, 通过定义多维度记录匹配相似度(multi-dimension record similarity, MDRS), 提出了一种海上非作战目标实时清洗方法。通过对多维航迹数据的相似重复检测, 实现对非作战目标的实时清洗。在仿真军事场景上进行实验分析, 结果表明所提方法能够实时、有效地检测出海上非作战目标。
2021,
46(9):
1386-1394. doi: 10.13203/j.whugis20190204
摘要:
极地海冰形态在风、流、浪等外界驱动力的作用下不断发生变化, 观测极地海冰底面形态特征并分析其变化规律, 有助于基于海冰粗糙度信息的冰厚遥感算法和海冰热动力学数值模拟参数化方案的优化, 对深入理解极地海冰特征对气候变化的响应有重要意义。首先, 基于机载电磁感应系统测得的南极威德尔海西北区域2006年冬季海冰底面起伏数据, 建立以龙骨切断深度为辨识参数的非线性统计优化模型, 从海冰底面形态中明确区分出局部起伏和龙骨; 然后, 利用统计方法分析龙骨形态参数, 并对龙骨深度和频次的相关性进行分析; 最后, 通过构造的新参数T分析龙骨深度与脊帆高度之间的相关性。结果表明, 威德尔海西北区域海冰的龙骨最优切断深度为3.8 m, 龙骨间距是影响强度的主要因素; 虽然不同类别海冰的变形程度差异显著, 但龙骨形状变化却并不明显; 龙骨深度与频次之间的对数相关关系能够很好地刻画龙骨的形态和分布特征; 新参数T与龙骨深度之间存在较强的线性相关关系, 相关系数为0.93。所提出的龙骨切断深度确定方法能够更精确地从海冰底面起伏中分离出龙骨, 为海冰表面和底面形态相关性研究以及利用海冰表面高度反演底面深度和冰厚提供进一步的理论参考依据。
极地海冰形态在风、流、浪等外界驱动力的作用下不断发生变化, 观测极地海冰底面形态特征并分析其变化规律, 有助于基于海冰粗糙度信息的冰厚遥感算法和海冰热动力学数值模拟参数化方案的优化, 对深入理解极地海冰特征对气候变化的响应有重要意义。首先, 基于机载电磁感应系统测得的南极威德尔海西北区域2006年冬季海冰底面起伏数据, 建立以龙骨切断深度为辨识参数的非线性统计优化模型, 从海冰底面形态中明确区分出局部起伏和龙骨; 然后, 利用统计方法分析龙骨形态参数, 并对龙骨深度和频次的相关性进行分析; 最后, 通过构造的新参数T分析龙骨深度与脊帆高度之间的相关性。结果表明, 威德尔海西北区域海冰的龙骨最优切断深度为3.8 m, 龙骨间距是影响强度的主要因素; 虽然不同类别海冰的变形程度差异显著, 但龙骨形状变化却并不明显; 龙骨深度与频次之间的对数相关关系能够很好地刻画龙骨的形态和分布特征; 新参数T与龙骨深度之间存在较强的线性相关关系, 相关系数为0.93。所提出的龙骨切断深度确定方法能够更精确地从海冰底面起伏中分离出龙骨, 为海冰表面和底面形态相关性研究以及利用海冰表面高度反演底面深度和冰厚提供进一步的理论参考依据。
2021,
46(9):
1395-1403. doi: 10.13203/j.whugis20200402
摘要:
机载海洋激光测深系统发射的激光脉冲经由大气、海气界面和海水的复杂信道传播, 信号功率随海水深度的增加呈指数衰减, 同时脉冲波形随深度增加发生严重的脉冲展宽与波形失真, 此两类传输特性分别限制了最大测量深度与测深精度。为了在确保最大测量深度指标的前提下改进机载海洋激光测深系统的测深精度, 首先结合实测水质数据与蒙特卡罗仿真方法, 研究不同深度下的回波信号特性, 揭示激光信号的传输特性, 建立新的激光测深系统参数设计方法, 可满足国际上现有机载海洋激光测深系统的指标; 然后在系统参数确定的条件下, 对不同深度回波信号的波形失真进行仿真, 设计了自适应匹配滤波算法以提高测深精度。仿真结果表明, 所设计的系统参数及自适应匹配滤波算法可以实现机载测绘性能为白天测深深度50 m、测深精度166 mm, 夜晚测深深度70 m、测深精度172 mm。
机载海洋激光测深系统发射的激光脉冲经由大气、海气界面和海水的复杂信道传播, 信号功率随海水深度的增加呈指数衰减, 同时脉冲波形随深度增加发生严重的脉冲展宽与波形失真, 此两类传输特性分别限制了最大测量深度与测深精度。为了在确保最大测量深度指标的前提下改进机载海洋激光测深系统的测深精度, 首先结合实测水质数据与蒙特卡罗仿真方法, 研究不同深度下的回波信号特性, 揭示激光信号的传输特性, 建立新的激光测深系统参数设计方法, 可满足国际上现有机载海洋激光测深系统的指标; 然后在系统参数确定的条件下, 对不同深度回波信号的波形失真进行仿真, 设计了自适应匹配滤波算法以提高测深精度。仿真结果表明, 所设计的系统参数及自适应匹配滤波算法可以实现机载测绘性能为白天测深深度50 m、测深精度166 mm, 夜晚测深深度70 m、测深精度172 mm。
2021,
46(9):
1404-1411. doi: 10.13203/j.whugis20190258
摘要:
根据建筑物室内墙壁的空间姿态特征, 建立了一种自动绘制室内平面图的点云向量追踪算法。首先截取一定厚度的室内墙体点云并将其投影至水平面, 在投影平面上建立正方形格网, 对投影后的平面点进行分割管理, 并通过八邻域算法对网格内点云进行聚类。然后采用网格重心法对聚类后的点云数据进行抽稀, 并根据邻域内点间距与连线向量夹角大小对抽稀后的点进行追踪排序, 建立追踪方向的向量序列, 结合向量序列中相邻值夹角的突变情况完成不同墙面的点云分割。最后采用最小二乘算法对分割得到的相同墙面点云进行直线拟合, 求取相邻墙体直线的交点, 建立房屋墙体平面投影线段及其空间连接关系, 依序输出墙体投影线段, 完成房屋平面图的绘制并导出DXF格式数据交换文件。通过对某小区建筑物室内扫描数据的分析, 对所提算法进行验证, 结果表明所提算法可准确快速地对室内三维激光扫描点云进行分析处理, 并完成室内建筑物平面图的绘制。
根据建筑物室内墙壁的空间姿态特征, 建立了一种自动绘制室内平面图的点云向量追踪算法。首先截取一定厚度的室内墙体点云并将其投影至水平面, 在投影平面上建立正方形格网, 对投影后的平面点进行分割管理, 并通过八邻域算法对网格内点云进行聚类。然后采用网格重心法对聚类后的点云数据进行抽稀, 并根据邻域内点间距与连线向量夹角大小对抽稀后的点进行追踪排序, 建立追踪方向的向量序列, 结合向量序列中相邻值夹角的突变情况完成不同墙面的点云分割。最后采用最小二乘算法对分割得到的相同墙面点云进行直线拟合, 求取相邻墙体直线的交点, 建立房屋墙体平面投影线段及其空间连接关系, 依序输出墙体投影线段, 完成房屋平面图的绘制并导出DXF格式数据交换文件。通过对某小区建筑物室内扫描数据的分析, 对所提算法进行验证, 结果表明所提算法可准确快速地对室内三维激光扫描点云进行分析处理, 并完成室内建筑物平面图的绘制。
2021,
46(9):
1412-1422. doi: 10.13203/j.whugis20200031
摘要:
局部气候带(local climate zone, LCZ)为城市热岛研究提供了新的地表分类框架。为研究不同季节、不同LCZ类别内部影响地表温度的城市形态的差异性, 利用深圳市多视角高分辨率遥感影像制作基于街区的LCZ分类图, 用皮尔逊偏相关和逐步回归模型, 分析城市形态对不同LCZ季节性地表温度的影响。结果表明, 地表温度对于LCZ类别的响应有季节性差异; 城市形态与季节性地表温度之间关系存在显著性差异; 在LCZ1—LCZ3模型中, 二维变量与地表温度的相关性比三维变量更强, 而在LCZ4—LCZ6和LCZ8模型中, 三维变量的影响程度增强。由此可知, 不同LCZ类型的城市形态对季节性地表温度的影响不同, 其中二维变量比三维变量的影响更显著, 在非紧凑建筑区, 三维变量的影响显著增强。
局部气候带(local climate zone, LCZ)为城市热岛研究提供了新的地表分类框架。为研究不同季节、不同LCZ类别内部影响地表温度的城市形态的差异性, 利用深圳市多视角高分辨率遥感影像制作基于街区的LCZ分类图, 用皮尔逊偏相关和逐步回归模型, 分析城市形态对不同LCZ季节性地表温度的影响。结果表明, 地表温度对于LCZ类别的响应有季节性差异; 城市形态与季节性地表温度之间关系存在显著性差异; 在LCZ1—LCZ3模型中, 二维变量与地表温度的相关性比三维变量更强, 而在LCZ4—LCZ6和LCZ8模型中, 三维变量的影响程度增强。由此可知, 不同LCZ类型的城市形态对季节性地表温度的影响不同, 其中二维变量比三维变量的影响更显著, 在非紧凑建筑区, 三维变量的影响显著增强。
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