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2012年 第41卷 第5期    刊出日期：2012-10-25

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学术论文

地理国情监测的学习札记

陈俊勇

2012, 41(5):  633-635. 

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地理国情是指那些与地理相关的自然和人文要素的国情，它从空间角度反映一个国家自然、经济、人文的状况。地理国情监测就是从地理的角度，采用空间化的方法，对国情进行持续观测并对观测结果进行描述、分析、预测和可视化的过程。地理国情监测是提高宏观调控科学性的需要。作为国家地理信息获取、处理、管理和服务的部门，测绘地理信息部门应组织和构建科学的地理国情监测体系，结合国家重大工程、重大战略、突发事件和宏观管理需求，为国家提供客观、持续的地理国情信息。

庆祝宁津生院士80华诞学术论文

基于格论的GNSS模糊度解算

刘经南,于兴旺,张小红

2012, 41(5):  636-645. 

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快速、准确地解算整周模糊度是实现GNSS载波相位实时高精度定位的关键，由于模糊度之间的强相关，基于整数最小二乘估计准则时，需要较长的时间才能搜索出最优的整周模糊度向量。为了提高模糊度的搜索效率，本文在扼要介绍格论的理论框架基础上，引入基于格论的模糊度解算方法，通过格基规约来降低模糊度之间的相关性，从而快速搜索出最优的整数模糊度向量。与此同时，将GNSS领域的主要降相关方法统一到格论框架下，探讨了并建议采用Bootstrapping成功率作为格基规约的性能指标之一。最后实验分析了三频多系统长基线相对定位情况下，不同格基规约可获得的性能。

卫星导航的不确定性、不确定度与精度若干注记

杨元喜

2012, 41(5):  646-650. 

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卫星导航定位必然有误差。其误差可分为偶然误差、系统误差、异常误差、有色噪声等。误差存在多种不同的度量模型和度量方法，如，精密度（precision）、精确度（accuracy）、可靠性（reliability）、不确定度（uncertainty）等。实践中，经常有学者和工程技术人员将精度指标描述成误差，也有人将不确定性与不确定度概念相混淆。尤其是在描述精度指标或误差指标时，经常将精度指标描述成误差，将误差指标描述成精度，如在卫星导航定位中，用户距离误差经常被描述成用户距离精度。本文基于不确定度概念将卫星导航中的用户距离误差重新作了定义；给出了用户距离误差与用户距离精度的关系；并提出将不确定性与不确定度进行区别；对测量平差中常用的可靠性概念进行了描述；最后给出了几点注记。

最新中国陆地数字高程基准模型:重力似大地水准面CNGG2011

李建成

2012, 41(5):  651-660. 

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本文回顾了近20年国内外国家局部大地水准面模型研究的概况和发展背景，采用Stokes-Helmert方法，计算了一个新的2′×2′中国重力和1985国家高程基准似大地水准面数值模型（CNGG2011），采用了1百万余陆地重力数据和SRTM 7″.5×7″.5地形高数据，以及649个B级GPS水准点数据。CNGG2011平均精度为±0.13m，东部地区±0.07m，西部地区±0.14m。各省区局部似大地水准面平均精度为±0.06m，东部为±0.05m，西部为±0.11m。西藏精度为±0.22m。本文还讨论了重力大地水准面与GPS水准的关系，提出了今后进一步精化我国高程基准大地水准面模型的构想。

基于GNSS/InSAR/GIS的活动断层地震危险性评估系统

许才军,江国焰,,汪建军,,温扬茂

2012, 41(5):  661-669. 

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本文从GNSS、InSAR、重力、水准等多种大地测量资料联合确定活动断层地壳形变、应变和应力，以及与GIS相结合的角度出发，讨论了基于库仑破裂准则的活动断层地震危险性评估方法，系统阐述了活动断层地震危险性评估系统的设计。该系统主要利用各种大地测量数据联合确定活动断层区域的位移场，反演计算应变场、应力场、活动断层运动参数以及库仑应力；通过确定活动断层的临界应力值，建立地震危险性评估模型，评估可能发生地震的位置、最大震级、复发时间及其对应的概率；最后借助GIS实现断层区域的地质和构造环境、三维形变数据、应变场、应力场和地震危险性综合评价图的管理与可视化。本文最后讨论了所建系统的具体应用，讨论了汶川地震激发的同震静态库仑应力、应力扰动的持续时间和龙门山地区的地震活动率。

论确定全球大地水准面的斯托克斯方法

申文斌

2012, 41(5):  670-675. 

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确定全球大地水准面最常用的方法是斯托克司方法。然而，除了人们熟知的缺陷之外，斯托克司方法还存在人们没有意识到的理论困难：当大地水准面位于参考椭球（WGS84椭球）内部时，在大地水准面上及其与参考椭球面界定的区域中扰动位没有定义，当然在这部分区域也不调和。为了解决这一困难，可以选取一个包含在大地水准面内部的由四个基本参数唯一确定其外部正常重力位的参考椭球（简称内部椭球），其中心与 WGS84 椭球的中心重合，其中的两个基本参数，旋转角速度和地心引力常数，与 WGS84 椭球面的相同，另外两个参数，半长轴和扁率，如此选取，使得内部椭球产生的新的正常重力位在 WGS84 椭球面上与大地水准面上的重力位 相等。这样，传统的斯托克司方法中存在的理论困难不复存在。

利用GRACE时变重力场反演黑河流域水储量变化

罗志才,李琼,钟波

2012, 41(5):  676-681. 

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黑河流域水储量变化对该区域的生态环境和经济建设等具有重要影响。本文利用2002年8月至2011年6月GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）时变重力场模型GRGS-EIGEN-GL04，采用去相关滤波P3M6与300km高斯滤波相结合的滤波方法反演了黑河流域陆地水储量变化，扣除GLDAS（Global Land Data Assimilation System）水文模型计算的土壤水和冰雪变化，给出了黑河流域地下水储量的时空变化，并利用张掖地区23口地下水测井数据对地下水反演结果进行了初步验证。研究结果表明：（1）黑河流域陆地水储量整体上呈现减少趋势，与该流域气候变化和CPC水文模型的计算结果具有较好的一致性，其减少速率为2.3cm/a等效水高；（2）黑河流域地下水储量呈现长期减少趋势，其减少速率为2.5cm/a等效水高，上、中游区域地下水储量减少速率相当，下游区域地下水储量减少速率明显小于中上游区域。

利用连续GPS观测数据分析水库长期变形

姜卫平,刘鸿飞,周晓慧,李昭

2012, 41(5):  682-689. 

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本文利用西龙池（位于山西省境内）上水库的GPS短基线连续观测数据，计算得到23个月的坐标时间序列，分析并评估了多路径效应对序列中线性项以及周年信号的影响，进而确定了西龙池上水库长期变形趋势。结果表明：自初次蓄水完成后，西龙池上水库整体稳定，主、副坝平面方向上存在微弱的线性变形。其中位于主坝上的测点L022运动速度为北偏东80°，2.2mm/yr，S071为主坝体北向断面上测站，其速度为北偏东109°，2.5mm/yr，副坝上测点L132为北偏西87°，0.7mm/yr。其余断面上的监测点平面运动速率小于0.3mm/yr；同时，水库各测站均存在不同程度的沉降，其中L022、L132沉降速率分别为3.8mm/yr，1.4mm/yr，其余测站沉降速率小于1mm/yr。部分测站N、E分量出现了周年运动，振幅为0.5~1 mm。分析认为L022、TN01测站的周年运动可能是由于其所处基岩的热膨胀导致，其余测站的周年信号中包括有基岩以及地表热膨胀的共同作用

北斗导航卫星系统测距信号的精度分析

程鹏飞,李玮,秘金钟

2012, 41(5):  690-695. 

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基于单测站和短基线实验的伪距相位差值 (Code-minus-phase Combination, CC)和多路径(Multipath, MP)两类组合观测值，对比分析了北斗（BD）和GPS测距信号质量，并检验了多路径误差对CC模糊度固定的影响。结果表明：BD GEO卫星(Geostationary Earth Orbit)的测距信号质量优于IGSO卫星(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit)，且两类测距信号的多路径误差分别包含长、短期的变化趋势。针对CC模糊度固定，当采用较长时间段（如本文中的600s）时，GPS L1/L2和BD B1/B2四个频段上的成功率均超90%；而对于快速模糊度固定（如仅采用120秒），由于受强多路径误差影响，BD IGSO卫星的固定成功率最低，不超过50%。

联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

文汉江,李洪超,蔡艳辉,程鹏飞,朱广彬

2012, 41(5):  696-702. 

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卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据，利用Argo数据计算的比容海平面变化，可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据，通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常，并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a，与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a，GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a，结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。

利用LEO星群反演地球重力场低阶带谐项变化的交叠点法

罗佳

2012, 41(5):  703-708. 

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新一代重力卫星计划主要依靠高精度星载加速度计（ACC）、星间测距系统（KBR）或星载梯度计(SGG)进行地球重力场探测。这类系统因实现困难，成本较高，很难大量实施。而搭载高精度星载GPS接收机的低轨卫星（low earth orbit, LEO）可以相对较低成本获取LEO卫星的精密轨道。卫星精密轨道一方面服务于LEO的主任务（如遥感，气象等）；另一方面可以将这类LEO卫星和星座综合起来，构成LEO星群（Cluster），LEO星群精密轨道数据包含的丰富地球重力场信息为获取地球重力场的时变信息提供可能。本文给出了一种利用LEO星群精密轨道数据反演地球重力场低阶带谐系数时变信息的实用方法——交叠点法，该方法可有效消弱非保守力等因素对重力场反演的影响。然后，以COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere & Climate)为实例分析了LEO星群交叠点的覆盖特性，径向轨道精度对交叠点法的影响。最后进行了低阶带谐系数(C20和C30 )时变信号的模拟计算，并对结果进行了分析。

高精度海岸带重力似大地水准面的若干问题讨论

章传银,党亚民,柯宝贵,王伟

2012, 41(5):  709-714. 

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本文针对海岸带多源重力数据和地形特点，通过理论分析和试算，对若干影响厘米级似大地水准面确定的关键问题进行了剖析，得出一些有益的结论。我国海岸带Molodensky一阶项对高程异常的贡献在10～30cm，需在Molodensky框架中精化重力似大地水准面；精细处理地形影响是提升多源重力场数据处理水平的重要途径；地球外空间不同高度、任意类型重力场参数的地形影响、地形补偿和地形Helmert凝聚算法可以统一；重力场数据处理中大地测量基准不一致的影响会随数据处理算法的不同而变化，在多源重力数据处理时此类影响易变得不可预测和控制；将地形Helmert凝聚理论引入Molodensky框架，可以解决以其他重力场参数（如扰动重力、垂线偏差等）为边界条件的似大地水准面精化问题。

以三维坐标转换为例解算稳健总体最小二乘方法

陈义,陆珏

2012, 41(5):  715-722. 

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稳健最小二乘方法能够有效解决平差计算中观测值存在粗差的情况，因此广泛应用于各种实际问题中。在最小二乘方法中，系数矩阵被认为是不含有误差的。然而在实际情况中，系数矩阵中的变量往往也包含观测值，因此不可避免地会被误差污染。为同时考虑系数矩阵和观测向量中的误差，同时对粗差进行探测和定位，本文提出基于选权迭代的稳健总体最小二乘方法，并以三维相似坐标变换为例展示解算过程。通过模拟计算，证明了采用本文提出的稳健总体最小二乘方法，能够较好地达到粗差探测和定位的目的，获得稳健的参数解。

GPS测站周年运动与温度变化的相关性研究

孙付平,田亮,门葆红,刘婧

2012, 41(5):  723-728. 

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本文利用傅立叶快速变换（FFT）方法对ITRF2008部分全球分布的GPS测站坐标残差序列进行了拟合分析，给出了这项测站坐标残差的非线性变化模型。利用JPL（Jet Propulsion Laboratory）提供的GPS气象数据计算了温度变化引起的测站位移，并与残差拟合的主要周期进行了相关性分析，发现季节性温度变化引起的热胀冷缩效应对测站非线性变化周年项有很大影响。

基于波形分类的近海卫星测高数据自适应重跟踪方法

汪海洪,罗志才,杨元德,钟波,周浩

2012, 41(5):  729-734. 

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对卫星测高波形数据分类的聚类分析方法进行了改进，给出了一个用于确定最佳聚类数的有效性指标。以台湾海峡的Topex/Poseidon测高数据为例，对近海测高波形进行了分类研究，并分析了各类波形的最优重跟踪方法，在此基础上提出了近海测高波形重跟踪的自适应方法。对多个周期测高数据进行重跟踪实验，结果表明，自适应方法优于其他重跟踪方法，显著提高了近海测高数据的质量。

联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的谱组合法

钟波,罗志才,李建成,汪海洪

2012, 41(5):  735-742. 

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GOCE采用的高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度测量技术在恢复重力场方面各有所长并互为补充，如何有效利用这两类观测数据最优确定地球重力场是GOCE重力场反演的关键问题。本文研究了联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的最小二乘谱组合法，基于球谐分析方法推导并建立了卫星轨道面扰动位T和径向重力梯度Tzz、以及扰动位T和重力梯度分量组合{Tzz-Txx-Tyy}的谱组合计算模型与误差估计公式。数值模拟结果表明，谱组合计算模型可以有效顾及各类数据的精度和频谱特性进行最优联合求解。采用61天GOCE实测数据反演的两个180阶次地球重力场模型WHU_GOCE_SC01S（扰动位和径向重力梯度数据求解）和WHU_GOCE_SC02S（扰动位和重力梯度分量组合数据求解），结果显示后者精度优于前者，并且它们的整体精度优于GOCE时域解，而与GOCE空域解的精度接近，验证了谱组合法的可行性与有效性。

基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位

高星伟,过静珺,程鹏飞,陆明泉,丁志刚,秘金钟,成英燕,敖翔,祝会忠

2012, 41(5):  743-748. 

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我国的北斗卫星导航定位系统目前已经发射9颗“北斗”卫星，北斗区域卫星导航系统的基本系统已建设完成，正开展星地联调和测试评估工作，已经具备我国范围内的初步三维定位导航能力。本文研究了Beidou和GPS的时间系统/坐标系统的统一、卫星广播星历与卫星位置计算，以及二者的高精度定位算法，并实现了Beidou和GPS载波相位的数据融合和高精度联合定位，最后通过2011年9月29日的实测数据和处理结果证明了本文方法的正确性，同时为北斗二号系统的调试提供相关试验与结果。

多指标融合的小波去噪最佳分解尺度选择方法1

陶珂,朱建军

2012, 41(5):  749-755. 

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借助最小均方根误差、信噪比及光滑度变化随小波分解尺度增加的收敛特性，提出了一种多指标融合的小波去噪最佳分解尺度选择方法。该方法利用信息熵来融合小波去噪过程中不同方面的变化特征，能够更全面地反映小波去噪结果与分解尺度间的对应关系；通过定量识别融合指标变化的拐点，能够有效识别小波去噪的最佳分解尺度。针对不同类型的去噪信号进行实验分析并与现有方法进行比较，验证了本文提出方法的有效性与优越性。

学术论文

基于高斯样条函数的局部重力异常场解析重构

童余德,边少锋,蒋东方

2012, 41(5):  756-762. 

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重力匹配辅助导航理论大都建立在离散场的基础上的，为了研究基于连续场重力匹配算法以克服传统匹配算法的局限，必须建立精度高且具有良好解析性质的局部重力异常场解析模型。利用斐波那契数列寻优方法对一维高斯样条函数插值进行最优化，在此基础上提出了基于斐波那契数列寻优的二维高斯样条函数逼近局部重力异常场方法。为了提高寻优算法运算速度，将二维准则函数解耦为X方向和Y方向两个独立的一维准则函数，分别采用斐波那契数列寻优方法对这两个准则函数进行寻优以获取X方向和Y方向最优参数，最终得到高精度逼近局部离散格网数据的局部重力异常场连续解析模型。仿真实验中采用五组不同的参数对变化范围为-51.185mGal~86.1819mGal的重力异常场进行逼近。从最后的仿真实验结果可以看出采用最优参数时逼近绝对误差均值达到0.00069，相对误差均值更达到10-6级，能较好的满足了匹配导航要求，其逼近精度较采用其它非最优参数时均有较大提高，由此验证了文中提出的重构算法有效性。

北斗三频无几何相位组合周跳探测与修复

黄令勇,宋力杰,王琰,智遂强

2012, 41(5):  763-768. 

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推导了Compass三频无几何组合周跳探测的理论模型，并分析了探测精度。通过多频组合理论构造了较优的无几何周跳探测检验量，并对存在的不敏感周跳组合进行了分析。为了保证探测的完备性，联合运用两个合适的无几何组合作为探测检验组合进行周跳探测，并筛选了较优的探测检验组合。针对无几何组合最多只能两个线性无关，无法修复三个频点上的周跳的问题，探索了无几何探测检验组合联合一个伪距/载波组合进行周跳修复的方法。最后利用Compass三频实测数据,选用了无几何探测检验组合(-1,-1,2)与(-1,2,-1)和伪距/载波组合(1,3,-4)进行了验证分析。试验表明，该方法能够探测出所有大小的周跳，并且可以单历元修复周跳值，可适用于动态导航定位，有一定的实用性。

基于路划网络功能的道路选取方法

徐柱,刘彩凤,张红,黄泽纯,李志林,⁶

2012, 41(5):  769-776. 

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提出以路划为选取单元以路划网络功能为选取指标的道路选取方法，路划网络功能的衡量指标综合考虑了中心度、连接度、长度等因素，由网络分析获得；选取的道路通过基于图论的逐步搜索保持连通性和规模最小；采用多种结构形态的实际城市局部路网、整体路网进行试验，结果表明该方法能较好地保持路网的整体结构、局部典型结构和道路连贯性，适用于各种形态的路网，具有良好的通用性，较常规的基于路划长度的选取方法具有明显优势。

地图上等高线信息度量的层次方法研究

刘慧敏,樊子德,邓敏,徐震

2012, 41(5):  777-783. 

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地图信息定量度量是地图学研究一个基础问题，亦是评价地图设计、地图综合、制图质量的一个重要依据。本文以等高线地图为例，提出了一种基于空间认知的等高线信息的层次度量方法。首先，分析了现有基于Shannon 信息论的地图信息度量方法。然后解析了地图等高线信息的产生原理，并将等高线信息划分为三个层次，分别为单条等高线信息度量层次（即元素层次）、基本地貌单元邻接等高线信息度量层次（即邻域层次）、全局地图等高线信息度量层次（即整体层次）。在此基础上，依据空间信息多样性和差异性特征，分别建立了各层次信息定量度量方法。最后，通过实验初步验证了本文所提的等高线信息定量度量方法的合理性和正确性。

电子地图符号构成变量及其生成模式的研究与实践

曹亚妮,江南,张亚军,张晓楠

2012, 41(5):  784-790. 

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在电子地图符号化的过程中，视觉变量是关键。本文通过分析电子地图条件下视觉变量以及符号构成元素在符号生成过程中的不足，提出了符号构成变量的概念；研究了符号构成变量的内涵及其表现形式，探讨了基于符号构成变量的多种符号生成模式；在此基础上实现了电子地图符号快速生成模块,对理论进行了验证，实验证明能够提高电子地图符号的科学性和美观性，且便于技术实现。对电子地图条件下符号构成变量及其生成模式的研究，一方面加深了对视觉变量的认识，促进了电子地图制图理论的发展；另一方面，理论联系实际，也为电子地图制图技术的发展提供了新的途径，将促进电子地图符号自动生成、电子地图制图个性化、自动化和智能化的发展。