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当期目录

    2012年 第41卷 第2期    刊出日期:2012-04-25
    学术论文
    重力异常阶方差模型的构建及在扰动场元频谱特征计算中的应用
    翟振和,任红飞,孙中苗
    2012, 41(2):  159-164. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2313KB) ( )  
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    利用最新的全球引力位模型-EGM2008对经典的重力异常阶方差模型进行了分析比较,分析表明,经典的阶方差模型由于限于当时的观测条件,已经不能准确地描述扰动场元在各个频段的频谱分布。在Moritz阶方差模型基础上,利用EGM2008位模型获得的2160阶阶方差重新构建了新的分段重力异常阶方差模型-TSD模型,该模型与EGM2008位模型计算的阶方差比较其标准差和均值分别为0.25mgal2 、0.0 。利用TSD模型计算了不同频段内大地水准面高、重力异常、扰动重力、垂线偏差四个重力场扰动场元的频谱特征,计算结果表明:扰动场元频谱分布较之传统分析结果有较大的变化,其中重力异常、扰动重力及垂线偏差在中、低频部分的能量有明显的增加而高频及甚高频部分的比重有明显的减少。
    不同测站卫星质心不同改正对卫星激光测距定轨精度的影响分析
    赵罡,王小亚,吴斌
    2012, 41(2):  165-170. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2154KB) ( )  
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    质心改正是利用卫星激光测距资料进行精密定轨过程中必须修正的一项系统偏差,数值模拟和理论分析均已显示,由于卫星形状效应,质心改正存在对测站系统运行模式的依赖性,即不同测站对卫星质心的改正是不同的。本文首次分析了这种依赖性对卫星定轨精度的影响。长时间序列的统计结果表明,与全球统一测站卫星质心改正相比,采用不同测站卫星质心不同改正系统性地提高了短弧定轨精度。对Lageos-1/2,平均提高约0.4毫米;对Etalon-1/2,平均提高约0.6毫米。在各种相关应用对卫星激光测距数据处理精度要求迈向毫米级的今天,有必要考虑不同测站卫星质心不同改正。
    日本Mw9.0地震前GRACE卫星重力变化
    邹正波,罗志才,吴海波,申重阳,李辉
    2012, 41(2):  171-176. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (4216KB) ( )  
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    利用GRACE重力卫星月重力场数据,通过去相关与高斯滤波等方法获取日本大地震震前震源区周缘年度、季度和年度差分重力变化,以及若干点位时间序列重力变化;分析结果表明:日本大地震前5年内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,至震前1-2年,震区周边形成了明显正负异常区,正重力异常区重力增加现象明显;点位重力时间序列分布指出了日本MW9.0级地震前存在与1976年唐山地震类似的重力变化现象。这些结果反映了日本大地震震前震源区周边地下物质运动、质量迁移和能量积累等问题,为研究该地震的孕育过程提供了证据。
    面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态3维表示模型
    谭笑,朱庆,赵君峤,许伟平,张叶廷,杜志强
    2012, 41(2):  177-183,. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1723KB) ( )  
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    针对飞行器可视导航中复杂空地环境时空要素统一精准表示的难题,本文提出了面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态3维表示的GIS数据模型和相应的时刻数据存储结构,并用UML图进行了描述。该模型综合考虑了复杂空地环境要素多维、动态、边界模糊等特点,刻画了多维动态时空数据在空间、时间、尺度、语义四个方面的特征及其相互关系。最后,以某机场的空地环境数据的组织、分析和可视化为例,验证了该模型的实用性。
    一种基于不确定度的水深控浅方法
    张立华,贾帅东,彭认灿
    2012, 41(2):  184-190. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1272KB) ( )  
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    针对目前广泛使用的经验取浅方法在安全可靠性上的不足,提出了一种基于不确定度的水深控浅方法。所提方法计算了原始观测和内插水深的不确定度信息,并基于不确定度信息设计了安全可靠的水深控浅模型,比对分析了两种水深方法的安全可靠性。实验证明:与经验取浅方法相比,所提方法可明显提高水深模型的安全可靠性,特别是在水深变化复杂的区域。
    资源三号测绘卫星三线阵成像几何模型构建与精度初步验证
    唐新明,张过,,祝小勇,潘红播,蒋永华,周平,王霞
    2012, 41(2):  191-198. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2314KB) ( )  
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    资源三号测绘卫星是我国首颗民用高分辨率立体测图卫星,其主要任务是利用三线阵影像实现1:5万立体测图。与采用国外商业卫星遥感影像进行测图相比,建立我国自主的测绘卫星的成像几何模型,进而生产影像产品和测绘产品,是卫星测绘应用的核心技术问题。本文根据资源三号测绘卫星的总体设计,分析了资源三号卫星高精度几何处理的关键问题,结合资源三号测绘卫星几何特性,提出了基于虚拟CCD线阵成像技术的资源三号测绘卫星成像几何模型,并进行传感器校正产品生产。本文利用资源三号卫星第一轨影像大连地区数据,完成了前视、正视、后视的传感器校正产品的生产试验,不同控制点情况下进行了平差试验,初步生产了该地区的数字表面模型(DSM)和数字正射影像(DOM),并验证了精度。结果表明:在试验区四角布设控制点的情况下DOM平面精度优于3m,DSM高程精度优于2m。试验验证了资源三号测绘卫星成像几何模型的正确性。与国外相近分辨率的卫星相比,资源三号测绘卫星可以达到较高的几何精度。
    一种改进的正射影像镶嵌线最小化最大搜索算法
    袁修孝,钟灿
    2012, 41(2):  199-204. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2090KB) ( )  
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    正射影像在影像边缘和覆盖有房屋、树木等地物的区域上表现出投影差,且投影差在不同的影像上不相同。当两幅正射影像镶嵌时,在重叠区域的差分影像上,这些区域表现为高亮度区,理想的镶嵌线应避开此类区域。本文采用贪心搜索方法选择镶嵌线,并改进了最小化最大算法的局部选择方式和判据,在正射影像重叠区域的差分影像上自动搜索镶嵌线。试验表明,改进算法搜索的镶嵌线能够很好地避开投影差大的区域,且具有较好的自适应性。
    基于光谱多尺度分割特征的高光谱混合像元分解
    吴波,熊助国
    2012, 41(2):  205-212. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2640KB) ( )  
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    提高混合像元线性分解精度的一个关键点在于改善端元光谱矩阵的构成。本文提出一种基于光谱多尺度分割特征的混合像元分解方法。首先在分割段内离差平方和最小准则下,对高光谱影像的光谱进行多尺度分割,并以各分割段中对应像元的光谱平均值为光谱特征,最后以限制性的最小二乘方法估计出混合像元的组分。模拟与真实数据的实验结果表明,本文方法能够较大的提高遥感影像混合像元的分解精度,并且优于光谱维小波特征的分解。
    基于马尔科夫随机场与模糊C均值的遥感影像分类
    杨红磊,彭军还
    2012, 41(2):  213-218. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2772KB) ( )  
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    模糊C均值聚类是一种经典的非监督聚类模型,成功地应用于遥感影像分类。但是该方法对初始值敏感,容易陷入局部最优解;同时聚类时仅考虑光谱信息,忽略了空间信息。本文提出了一种新的基于马尔科夫随机场的模糊C均值聚类方法,该方法把马尔科夫随机场和模糊C均值结合在一起。初始值依据第一主成分的密度函数确定,这样克服了对初始值的依赖性,又在聚类的时候考虑了空间信息。通过实例数据验证,所提出的方法分类精度优于传统的模糊C均值模型。
    基于Car(p,q)模型和数学形态学理论的LiDAR点云数据滤波
    隋立春,杨耘
    2012, 41(2):  219-224. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1398KB) ( )  
    相关文章 | 多维度评价
    在分析现有的LiDAR点云数据后处理方法的基础上,本文提出了一种点云数据“分步”滤波方法。首先对LiDAR点云数据进行数学形态学“粗”滤波,得到“地面点假设”和“非地面点假设”。然后引入顾及因果关系的自回归模型(car)对两类点云数据假设进行模型化处理和假设检验,根据假设检验的结果判断地面点和非地面点,最终得到可靠的分类结果。与单纯的“最小二乘拟合预测法”或“数学形态学”方法相比,这种“分步”处理的思想用于LiDAR点云数据分类处理的结果更可靠。
    基于支持向量机的遥感影像厚云及云阴影去除
    梁栋,胡根生,孔颉,黄林生
    2012, 41(2):  225-231,. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2139KB) ( )  
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    本文提出了一种基于支持向量机的遥感影像厚云及云阴影去除方法。首先利用支持向量机的学习性能检测影像中的云层,并利用太阳角度信息,判定云阴影区域,得到云层和云阴影的二值图。再对影像进行支持向量值轮廓波变换,利用云层和云阴影二值图生成的选择矩阵,对变换系数进行多层镶嵌,完成云层及云阴影的初去除。对影像镶嵌未能去除的云层及云阴影,通过统计学补偿的方法进行修复。最后重构图像并进行中值滤波实现厚云及云阴影去除。仿真实验表明,该方法能更好地再现云层覆盖区域的地物信息,去云后的图像具有更好的光滑度和清晰度。
    基于非局部总变差的消除不规则采样遥感图像复原方法
    徐焕宇,孙权森,夏德深
    2012, 41(2):  232-238. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1757KB) ( )  
    相关文章 | 多维度评价
    提出一种消除不规则采样的遥感图像复原方法,该方法结合了ACT算法和总变差(TV)图像复原模型以达到同时去除多种图像退化因素的目的,并且结合非局部均值(NLM)算子给出了基于NLTV的消除不规则采样遥感图像复原模型,最后使用算子分裂与扩展的坎贝尔投影算法求解模型。实验结果表明,该方法能够有效减少复原图像的阶梯效应并提高复原图像的纹理细节信息。
    基于感兴趣区域在区域层面上决策的SAR图像变化检测的方法研究
    万红林,,焦李成,王桂婷,辛芳芳
    2012, 41(2):  239-245. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1783KB) ( )  
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    在现有的变化检测方法中,针对差分图像的方法得到了广泛的应用,但现有该框架下的技术都在在像素层面上决策产生的变化检测结果,这易使结果中存在诸如有噪声般散落的杂点、连通区域内有孔洞及边缘不平滑等缺陷。为此,本文给出一种在区域层面上决策生成变化检测结果的技术,其核心为抽取并处理感兴趣区域,而关键在于获取合适的抽取感兴趣区域的标签和如何在区域层面上生成变化检测结果。为使抽取的感兴趣区域包含几乎所有的变化类信息,我们用平稳小波变换和模糊C-均值(Fuzzy C-Means, FCM)算法分两步获取抽取感兴趣区域的标签;为在区域层面上生成变化检测结果,我们依据标签搜索感兴趣区域内所有的连通区域,并把每个连通区域看作为一个数据点,再由阈值技术处理这些数据点生成最终的变化检测结果。对真实SAR图像数据集的变化检测结果表明,其主观效果和客观性能都优于其他相关技术的。
    知识引导下的城区LiDAR点云高精度三角网渐进滤波方法
    左志权
    2012, 41(2):  246-251. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (4297KB) ( )  
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    针对城区LiDAR点云特点,提出一种基于知识的三角网渐进滤波方法:①对格网内插后的栅格数据进行面向对象分割;②采用迭代Otsu聚类手段对地面对象与非地面对象自动分离;③针对分类结果构建初始三角网,并自适应调整地面点判据参数,达到提高滤波质量目的。选用ALS50系统真实数据进行滤波实验,并与传统方法滤波结果进行精度评价,评价结果表明:基于知识的滤波方法能进一步提高点云滤波质量。
    基于机载LiDAR数据的大型立交桥三维建模方法
    陈卓,马洪超
    2012, 41(2):  252-258. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2323KB) ( )  
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    大型立交桥是城市交通的重要组成部分,也是城市地区中最为复杂的地物之一。立交桥三维可视化建模是数字化城市建设的重要课题,然而其复杂的几何与拓扑结构导致许多传统的统一建模方法无法正确表达其特征,一些商业软件中的表达方法又过于抽象,无法提供直观的感受以及交互式的处理。本文提出一种基于机载LiDAR数据的大型立交桥建模方法。主要特点包括:1)采用了分割后建模的策略,提出了自动的立交桥结构分割方法,能够将复杂的交汇、分叉结构分割成多个结构简单的区段,为后续建模工作打下了重要基础;2)在轮廓中确立约束边,采用全约束三角网建模方法,建立了立交桥三维可视化模型;3)利用区段建模信息结合先验知识检测并恢复被遮挡的结构。实验结果表明,本文先分割后建模的思想在复杂结构立交桥的建模问题上可以取得令人满意的结果,全约束三角网建模的方法很好的保留了模型的三维特征,更重要的是可用于恢复被遮挡的结构,从而使得模型具有完整的三维结构。整个模型在地理位置,几何尺寸以及拓扑关系上均与实际地物保持一致,具备三维浏览以及交互式操作的条件。对模型质量和算法效率的分析进一步说明了本文方法的可行性、有效性。
    基于累积相似度表面的空间权重矩阵构建方法
    杨康,李满春,刘永学,程亮,陈焱明
    2012, 41(2):  259-265,. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1733KB) ( )  
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    将地理要素相似度定义为属性相似度与空间相似度,提出累积相似度表面的概念,引入曲线演化理论和快速行进方法生成累积相似度表面,构建空间权重矩阵。通过趋势面模拟数据与ASTER GDEM数字高程模型数据的实验分析证明,相比于利用欧氏距离等距离测度方法,通过累积相似度表面构建的空间权重矩阵综合考虑了地理要素的属性相似度与空间相似度,体现了地理要素的局部空间特征,能够更为准确地描述地理要素空间特征变化趋势。
    一种地面激光雷达点云与纹理影像稳健配准方法
    王晏民,胡春梅
    2012, 41(2):  266-272. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1311KB) ( )  
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    为了使地面激光雷达点云得到真实和高分辨率纹理,需要对目标进行全方位的拍照。这时点云和影像的配准会出现大角度的问题。同时,由于控制点选点误差、仪器误差等,配准精度往往不能满足要求。针对以上问题,本文提出一种稳健的配准方法。首先,应用重心化的空间相似变换模型和正交旋转矩阵与反对称矩阵的关系推导解算配准参数角元素的模型。将配准结果当作初始值。然后,应用一种基于共线方程的改进丹麦法选权迭代法进行降权精确配准,确定配准参数的精确值。试验表明,本文方法稳定性强、配准精度高,适合任意角度影像与点云的高精度配准。
    基于随机过程的格网DEM精度场模型
    卢华兴,刘学军,晋蓓
    2012, 41(2):  273-277. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (2820KB) ( )  
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    针对目前DEM格网精度从理论上难于统一量化描述问题,提出一种基于随机过程的格网DEM(grid digital elevation model, grid DEM)精度场模型,该模型从随机过程理论入手,借助DEM的统一插值模型,建立了DEM两类误差(噪声误差和逼近误差)的数学表达,并分析了构成DEM误差的各个分量的数学意义。与已有的模型相比,该模型实现了传统DEM两类误差的统一描述,此外,该模型适用任意插值方式生成的格网DEM的精度评价。
    曲边多边形中轴提取的新方法
    潘鹏,贺三维,吴艳兰,胡鹏
    2012, 41(2):  278-283,. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1954KB) ( )  
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    针对现有多边形中轴提取方法在处理复杂图形和特殊图形上有较大困难的不足以及中轴连通性和位置准确性难以保证等问题,提出了一种曲边多边形中轴提取的新方法。首先在简单多边形的基础上进行拓展,提出曲边多边形的概念,并相应地定义了曲边多边形的中轴,然后在栅格距离变换的基础上引申出最近边缘点集距离均值变换,最后结合曲边多边形中轴点的特征和距离变换的原理制定出高效中轴点判定规则,利用种子点生长判别法提取曲边多边形的中轴,并给出具体实现步骤和流程。通过多组不同类型多边形及道路网与河网的实例验证,新方法不仅能适用于各类多边形,且能较好地抑制图形边界噪声的干扰,提取出具有良好的光滑性、准确性和连通性的多边形中轴,弥补了传统方法的不足。
    基于傅里叶级数的等高线网络渐进式传输模型
    刘鹏程,艾廷华,杨敏
    2012, 41(2):  284-290. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1425KB) ( )  
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    矢量地图渐进式传输的关键技术是建立连续的多尺度表达模型,并在服务器端将地图数据组织成线性结构。本文利用傅立叶级数对要素表达的多尺度特性,将傅立叶级数的参量引入到等高线要素的渐进式传输中:研究了地图尺度与曲线傅立叶展开项数的对应关系,并以此在服务器端建立了曲线多尺度表达的傅立叶描述子模型;客户端通过网络传输依次得到不同地图尺度的傅立叶描述子分量并进行曲线要素的重构,实现等高线要素渐进式的传输和表达。该模型的应用具有两大特点,其一,在网络传输的是由曲线要素提炼出来的特征向量而不是坐标数据,能起到了数据有效压缩的作用;其二,能够实现无极尺度的地图要素的表达。
    跨媒介的地图色域映射方法研究
    吴明光
    2012, 41(2):  291-297. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1905KB) ( )  
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    粗集方法在地图综合中的应用
    李雯静,邱佳,龙毅
    2012, 41(2):  298-301,. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (1022KB) ( )  
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    将粗集理论与方法应用于地图综合时,根据地图中空间信息的特性及其生成属性决策表的特殊性,提出先利用无监督的离散化方法对各连续型条件属性分别离散化后再根据属性决策表的应用目的对空间目标进行模糊分类添加决策属性的思路;然后利用粗集属性约简的方法计算各条件属性的重要性,并采取动态排序的方法对空间目标的重要性进行判断。该方法可以很好地解决将粗集应用于地图综合中无法预先确定决策属性的问题,对空间点目标的选取实验结果表明该方法是合理有效的。
    基于空间认知的三维地图光影模型
    杨乃,孔凡秋,杨鸿海,张百灵
    2012, 41(2):  302-308. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (3285KB) ( )  
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    针对现有三维地图在光照与阴影表达上存在的表现手法单一、调节功能欠缺、认知作用有限等诸多不足,从色彩学的角度探讨光照与阴影的颜色随经纬度和时间变化而变化的规律,充分考虑人们的空间认知习惯,建立一种简单可行的三维地图光影模型,可以非常方便、逼真地模拟任何地方的光照与阴影时空变化过程及规律,为人们在使用已有三维建模软件或利用组件式技术开发三维地图可视化软件时提供依据,以增强三维地图的视觉表达效果。
    扫描细化算法的地图自动矢量化研究
    刘人午,李燕
    2012, 41(2):  309-314. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (3045KB) ( )  
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    栅格地图自动矢量化是地理信息采集的重要方式,但目前的主流自动矢量化软件的处理结果却不尽如人意,需要进行大量的后期编辑处理。本文根据栅格线体的形态特征设计了通过对栅格线体的序贯推扫获取待定像元,再从待定像元处进行截断扫描获取截断处的中心像元,最后再反连该中心像元及上一中心像元的扫描细化算法。该算法的细化结果受线体边缘条件的影响小、中心特征像元较少、细化精度较高。设计了针对于扫描细化算法计算结果中细化线体像元被分为了特征点与普通点的自动追踪矢量化算法,减少了坐标转换量的同时还使矢量线体结点较少、拟合光滑后更加趋于栅格线体中心、在交点处线体不相互打断,大大提高了自动矢量化及其后处理工作的效率。文章还分析了栅格区划图的自动矢量化及后处理方法。
    博士论文摘要
    GOCE卫星测量恢复地球重力场模型的理论与方法
    刘晓刚
    2012, 41(2):  315-315. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (785KB) ( )  
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    研究了GOCE卫星测量恢复地球重力场模型的理论与方法。论文的主要工作和创新点有: (1) 建立了扰动重力梯度张量各分量没有奇异性的详细计算模型,解决了重力梯度张量Txx分量在两极地区计算的奇异性难题。 (2) 系统研究了卫星重力梯度数据向下延拓的解析法、泊松积分迭代法和卫星重力梯度数据格网化的移动平均法、反距离加权法、普通克里金法,建立了相应的数学模型,导出了相应的计算公式,并采用“直接法”和“移去-恢复法”两种方案对其向下延拓和格网化效果进行了测试。 (3) 分析了能量守恒方程中各项误差对沿轨扰动位计算结果的影响,建立了利用GOCE模拟数据确定地球重力场的最小二乘直接法、调和分析法、最小二乘配置法的实用数学模型,并做了大量的模拟计算。 (4) 建立了利用扰动引力梯度张量各单分量和组合分量确定地球重力场的最小二乘直接法去奇异性计算模型;推导了利用扰动引力梯度张量单分量和组合分量解算地球重力场的调和分析法模型;进一步推导了扰动引力梯度张量各个分量之间的自协方差和互协方差函数及其与引力位系数之间协方差函数的具体计算公式。 (5) 推导了利用不同类型重力测量数据确定地球重力场的联合平差法数学模型,介绍并分析了模型中各类数据最优定权的参数协方差法和方差分量估计法。 (6) 论述了谱组合法的基本原理,给出了多种类型重力测量数据联合处理的谱权及谱组合的通用表达式,基于调和分析方法推导了SST+SGG、SST+SGG+Δg和SST+SGG+Δg+N恢复地球重力场模型的谱组合公式及对应谱权的具体形式。 (7) 推导了利用迭代法联合不同类型重力测量数据反演地球重力场模型的基本原理公式,并给出了其具体实现步骤。 (8) 分析并计算了重力卫星轨道高度、卫星星间距离和卫星轨道倾角的设计指标;讨论了双星轨道长半轴的一致性要求、双星姿态俯仰角的控制要求以及双星编队保持机动的时间间隔要求。 (9) 确定了KBR系统的星间距离、星间距离变化率和星间加速度的精度指标;设计了星载GPS系统的卫星轨道位置和速度以及加速度计测量的精度指标;计算了加速度计检验质量质心到卫星质心的调整距离精度指标;分析了恒星敏感器的姿态角测量精度和稳定度;计算了参考重力场模型对于累计大地水准面精度和积分卫星轨道的影响。 (10) 研制了一套利用卫星重力测量数据反演地球重力场模型的软件平台,可对卫星重力测量数据处理及其精度评估提供一些基本方法,并为我国卫星重力测量系统的总体战技指标和主要有效载荷技术指标的量化分析、论证提供理论和技术支持,为我国未来的卫星重力测量系统提供可能的积累和参考。
    形状识别在地图综合中的应用研究
    刘鹏程,艾廷华
    2012, 41(2):  316-316. 
    摘要 ( )   HTML   PDF (772KB) ( )  
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    形状分析和形状识别是地图综合的重要内容之一,地图综合中需要对地理要素进行结构的识别,包括对要素的分布模式和形状特征进行分析,以便获取地理要素和现象的分布规律,制定综合的总体策略。其二,同一要素在不同尺度的表达中应保持形状的主体轮廓的一致性,这需要在综合算法中顾及形状的保真问题。其三,在地图综合的结果评价中,形状相似性是其重要的指标。地图是现实世界的抽象反映,没有形状的一致性人们很难将地图中的要素与真实的地理要素建立对应关系。但形状识别属于认知领域的范畴,具有很强的主观性和不确定性。本文就形状分析和识别在地图综合中的应用进行了探讨。