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2011年 第40卷 第2期    刊出日期：2011-04-25

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学术论文

结合支持向量机与粒度计算的高分辨率遥感影像面向对象分类

陈杰,邓敏,肖鹏峰,杨敏华,梅小明,刘慧敏

2011, 40(2):  135-141. 

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结合支持向量机技术与基于粗糙集的粒度计算，本文提出了一种新的高分辨率遥感影像面向对象分类方法。首先，采用相位一致模型得到IKONOS全色影像的梯度图，并利用扩展最小变换技术获取感兴趣目标的前景标识，进而采用强制最小技术重建梯度。在此基础上，采用分水岭变换得到较佳分割效果。然后，从多光谱波段数据中提取对象的光谱特征，并用Gabor小波产生纹理特征，利用多核支持向量机进行初步的面向对象分类，对分类结果进行求交后则生成信息颗粒。最后，比较颗粒的特征均值与各样本中心的欧氏距离区分颗粒的类别，通过定量分析颗粒间的空间相邻关系判断未定类别的颗粒，利用少量人工交互的识别处理得到最终分类结果。与基于高斯径向基核函数的支撑向量机和神经网络两种方法进行了对比分析，实验结果表明本文所提方法能够取得更好的分类效果。

基于再生核Hilbert空间的小波核函数支持向量机的高光谱遥感影像分类

谭琨,杜培军

2011, 40(2):  142-147. 

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本文在研究再生核Hilbert空间的支持向量机和小波分析理论的基础上，构建了基于再生核Hilbert空间的小波核函数支持向量机（小波支持向量机）。在高光谱遥感分类方面，支持向量机存在着分类精度不高和参数选择困难等问题。文中提出了一种再生核Hilbert空间的小波核，其是一种多维小波函数，可以逼近任意非线性函数，有效的解决了参数估计的影响。试验中选取了北京昌平地区的国产高光谱数据（Operational Modular Imaging Spectrometer II (OMIS II)）以及国外的ROSIS传感器获取的意大利Pavis大学的数据，分析了小波支持向量机的分类性能和分类精度。在本文的试验中，小波支持向量机在应用小波核函数Coiflet的时候能达到最高的分类精度。与传统的分类方法进行比较，小波支持向量机比光谱角制图分类器和最小距离分类器能达到更高的分类精度，同样比常用的径向基核函数具有更好的分类精度。小波支持向量机是一种新的高光谱遥感分类方法，能得到很好的应用。

基于Contourlet域HMT和D-S证据理论的SAR图像融合分割

吴艳,焦惊眉,杨晓丽,肖平,李明

2011, 40(2):  148-155. 

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摘要：基于Contourlet的多尺度、局部化、方向性和各向异性等优点，结合隐马尔科夫树模型（Hidden Mark Tree，HMT）和D-S（Dempster-Shafer）论证推理,本文提出了一种新的SAR图像分割算法。该算法把隐马尔科夫树模型推广到Contourlet域，在多尺度HMT和D-S证据理论的基础上融合Contourlet系数的持续性和聚集性，导出了融合后的最大后验多尺度分割公式。本文对实测SAR图像进行了仿真，仿真结果和分析表明：与小波域上的HMT-MRF（Markov Random Field，MRF）融合分割及Contourlet域上HMT和MRF分割算法相比，本文算法在抑制斑点噪声的同时，有效地提高了SAR图像的分割精度。

一种基于概率潜在语义模型的高分辨率遥感影像分类方法

陶超,谭毅华,彭碧发,田金文

2011, 40(2):  156-162. 

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高分辨率遥感影像中同谱异物，异物同谱现象对影像分类过程造成很大干扰，这与文本分析中同义词和多义词对文本语义理解的影响十分一致。针对这一问题，本文将文本分析中的概率潜在语义模型应用于高分辨率遥感影像分类，提出一种无监督的遥感影像分类新方法，分为三个阶段。第一阶段，利用均值移动分割方法对影像进行分割提取同质区域；第二阶段：提取分割后的各区域中每个像元的Gabor纹理特征，并对这些特征进行聚类形成视觉词汇；第三阶段：将分割后的各区域看成待分析文本集中的文本，将区域的类别看成文本主题，而区域所包含的视觉词汇即为文本中的单词，然后利用PLSA方法对同义词和多义词较强的鉴别能力对各区域进行分析，找出其最可能属于的主题或者类别,从而完成影像分类。实验结果表明，该方法能有效提高高分辨率遥感影像分类精度。

MRF框架下的区域增长模型在城镇识别中的应用

陈荣元,,郑晨,王雷光,,秦前清

2011, 40(2):  163-168. 

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提出一种MRF框架下以过分割区域为基本生长单位的区域增长模型，并以其实现城镇识别。该模型首先通过纹理分析和滤波运算得到初始种子点；然后由均值漂移算法运算过分割区域，并将种子点对应的区域设为种子区域；最后，从种子区域开始，根据MRF框架下提出的增长准则，得到最终的城镇识别结果。对QuickBird和Ikonos遥感影像的实验表明，该模型能有效地识别出影像中的城镇区域，城镇平均识别率达到84.35%，平均识别正确率为93.16%。

水下磁性目标探测中磁异常分量换算方法

卞光浪,翟国君,刘雁春,欧阳永忠

2011, 40(2):  163-168. 

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为了更加准确地判断水下磁性目标空间位置及形态，有必要研究由磁场标量信息向矢量信息换算的方法。根据总强度磁异常与磁异常分量傅立叶变换后的频率域关系，推导了由总强度磁异常向磁异常分量换算的公式。利用获取的总强度磁异常，结合测区地磁场方向信息，即可实现标量场向矢量场换算。采用小尺度与大尺度球体以及直立长方体磁场模型对提出方法进行了验证，结论表明：换算后垂直分量与理论值存在较小偏差，而水平两个分量与理论值基本吻合；无论剖面测线是否经过磁性目标中心在水平面的投影点，换算的磁异常分量精度差异微小；同时，较小的地磁场方向偏差不会给分量换算精度带来很大影响。

多光谱遥感亚像元定位的空间引力算法研究

韩文超,田庆久,陆应诚

2011, 40(2):  169-174. 

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针对遥感影像亚像元定位问题，提出一种基于像元空间引力模型的亚像元定位新算法，算法中像元空间引力的表达完全建立在亚像元尺度上，能够有效的表达像元间的空间自相关性；考虑到像元间作用的相互性，亚像元权重的计算将相互吸引的两个相邻像元中地物百分比含量都做为权重参数，强化了空间引力模型；距离函数也合理的表达了像元间的相互作用在距离上的非线性关系。通过迭代运算优化像元间的引力关系，提高像元的空间自相关性。试验结合扬州地区2006年6月份的SPOT假彩色合成影像，在S=5尺度下进行了亚像元制图，获得了水体、植被、水田和城镇四种地物类型的空间结构信息，取得了较好的结果，验证了算法的有效性。

基于角点检测的遥感图像几何质量评价方法

王明富,杨世洪

2011, 40(2):  175-179. 

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为分析图像压缩过程对遥感图像几何质量的影响，提出一种新的基于图像角点的图像几何质量评价方法。首先介绍经典Harris角点检测算法，然后针对Harris算法定位精度不高的缺点改进Harris算法：对角点响应函数进行曲面拟合后求拟合曲面极值点，以检测亚像素级角点坐标，最后将改进的Harris算法应用到遥感图像几何质量评价系统中并将其与传统曲面拟合极值法比较。实验结果表明：该方法能精确反映遥感图像压缩前后的几何质量变化，能够应用到航空遥感图像压缩质量评价系统中。

CCD卫星相机时间序列定标--以CBERS02B为例

高海亮,顾行发,余涛,李小英,巩慧,李家国

2011, 40(2):  180-187. 

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CBERS02B卫星是中巴资源系列卫星的第三颗星，自2007年9月成功发射到现在，已经在轨运行两年多。本文采用沙漠场景法、稳定目标法和交叉定标法对CBERS02B星的CCD相机开展时间序列定标，分别得到CCD相机2007年-2008年期间三种方法对应的定标系数，并同CBERS02B卫星官方提供的定标系数进行比对。结果表明，三种方法得到的定标系数其精度均高于10％,不同方法的结果具有较好的一致性，。最后，本文分析总结了各种时间序列定标方法的优缺点，为今后开展类似卫星的时间序列定标提供参考。

基于立体模型重叠度的航空摄影航线设计

王东亮,肖建华,万幼川,王祥,余咏胜

2011, 40(2):  188-193. 

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针对地表起伏较大的山地或市区立体测图，提出了一种基于立体模型重叠度的重叠度计算方案。与以往相比，它不计算相邻相片的实际重叠度，而是通过基于数字表面模型（DSM）计算相邻立体模型的实际重叠度来设计航线。试验表明，这一方案不仅能更好满足立体测图对立体模型重叠度的要求，还能大幅减少相片和航线。

基于多种同名特征的相对定向方法研究

张永军,胡丙华,张剑清

2011, 40(2):  194-199. 

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为了解决低空摄影测量、建筑摄影测量等领域中缺乏明显特征点给相对定向带来的难题，本文基于广义点摄影测量原理，提出利用多种同名影像特征进行相对定向的新方法。详细论述了基于同名直线和圆曲线进行独立法相对定向和连续法相对定向的数学模型。实际数据的试验结果表明，该方法切实可行，能够获得稳定的相对定向结果。

基于蒙特卡罗算法的车辆跟踪方法

王文龙,李清泉

2011, 40(2):  200-203. 

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针对飞艇沿公路飞行获取的高清晰交通视频，研究基于蒙特卡罗算法的车辆跟踪方法。该方法用蒙特卡罗算法预测目标下一时刻的一组状态（位置和尺度）；然后通过计算得到各预测状态中与参考目标的状态相似度最大的一个，即为车辆目标跟踪的结果。研究结果表明：该方法能实时的、准确的跟踪道路上无规律、非线性运动的车辆，并能够应对跟踪过程中的短时遮挡情况。

一种率失真最优的JPEG2000码率自适应控制算法

李其虎,任国强,吴钦章,韩文俊,田园

2011, 40(2):  204-208. 

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在研究JPEG2000码率控制算法的基础上，提出一种新的码率预分配自适应控制算法。对图像进行小波分解后，将去除最低频的子带小波系数建模为高斯分布。基于率失真理论推导出每个码块在总码率一定的情况下编码中实际应当贡献的码率，在熵编码时实时截止。而对最低频子带进行完整无失真编码。该算法实现了码流的实时截断，减少了编码器的计算量和存储空间，提高了编码效率。实验结果表明，在图像压缩码率不是很高的情况下（>0.5bpp），将最低频子带去除后，对剩余的频带系数建模为高斯分布，图像压缩效果要明显好于对整个频带都默认为高斯分布时的效果。并且该算法码率分配精准，复杂度较低，易于硬件实现。

附不等式约束平差的一种简单迭代算法

朱建军,谢建

2011, 40(2):  209-211. 

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不等式约束平差模型能以相对模糊的方式来描述大地测量中的先验信息，改善平差结果，从而在GPS数据处理等方面得到广泛的应用。但以往的方法大多都是借鉴最优化理论成果，与经典平差理论相去甚远。本文基于最优化计算理论中罚函数方法及传统测量平差中零权和无限权的思想，提出了一种简单的迭代算法，算法过程与经典平差计算方法相同。数值实验表明，该算法简单、可行，并且具有很快的收敛速度。将该模型运用在大坝变形分析中，根据地形对控制点建立不等式约束，能够探测到更真实的点位位移，较之无约束平差更合理可靠。

卫星重力梯度超定边值问题的点质量调和分析

吴星,张传定,王凯

2011, 40(2):  213-219. 

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星载重力梯度仪能够导出卫星轨道高度处的重力梯度张量的全部分量（全张量）或者部分分量，本文研究并建立了由全球重力梯度复组合分量及全张量解算全球点质量模型的基本方程。在卫星重力梯度数据和点质量模型按照经纬分化的特定排列下，采用分块循环矩阵分解大型线性方程组的方法，解决了全球点质量模型构建中大型线性方程组的稳定解算问题，并得到了基于卫星重力梯度的单定边值问题和超定边值问题的点质量调和分析解。最后运用EGM2008模型进行了模拟数值计算，验证了基于卫星重力梯度张量单分量或全张量的点质量调和分析法的有效性和可行性。分析表明，在适当选取埋藏深度的情况下，点质量调和分析能够以较高的精度恢复重力场，并且精度略优于广义轮胎调和分析方法。

GPS/Doppler导航随机模型的移动窗口实时估计算法

周泽波,沈云中,李博峰

2011, 40(2):  220-225. 

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GPS/Doppler随机模型对导航解算结果有重要影响，动态条件下需要实时估计随观测条件而变化的随机模型。本文引进了时间遗忘因子和观测冗余度因子，有效地平衡了移动窗口内不同时刻的观测数据及其冗余情况对单位权方差估值的贡献，改进了单位权方差的移动开窗实时估计算法；并采用载噪比模型确定观测权阵，等价权抗差估计方法处理粗差。实测车载GPS/Doppler数据的处理结果表明：采用本文算法显著提高了GPS/Doppler的导航精度。

一种基于IGS超快星历的区域性实时精密单点定位方法

易重海,陈永奇,朱建军,戴吾蛟

2011, 40(2):  226-231. 

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实时GPS精密单点定位需要实时的卫星轨道和钟差产品，为此提出一种利用区域GPS连续运行参考站和IGS发布的IGU超快轨道进行实时精密单点定位的方法。该方法首先利用连续运行参考站观测数据与IGU超快轨道预报部分进行实时GPS卫星钟差的估计，然后利用估计得到的实时GPS卫星钟差产品和IGU超快轨道预报部分，进行用户GPS接收机的实时精密单点定位。实验表明该方法可达到厘米级实时精密单点定位的要求，并且该方法的服务范围可以扩展至该区域周边数百公里。

多波束测深数据的抗差Kriging 拟合

王海栋,柴洪洲,王敏

2011, 40(2):  238-242. 

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针对普通Kriging法处理多波束测深数据受异常值影响的问题，推导了变异函数样本值的抗差计算公式来消除异常值对变异函数拟合的干扰。利用实测数据对算法进行实现，验证了其在精确估计和检测异常方面的优势。进一步采用该算法对数据进行规则格网的构建，将其与人工剔除异常生成的格网比较，获得了一致效果，证明了算法在自动检测异常的同时生成高精度海底地形规则格网的可行性。

基于QTM的WGS84椭球面层次剖分及其特点分析

白建军,孙文斌,赵学胜

2011, 40(2):  243-248. 

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对研究区域进行层次剖分是建立该区域层次多分辨率高程模型的基础。为了建立全球多尺度数据高程模型，本文在分析球面剖分的基础上，发展了一种基于四元三角格网（QTM）的WGS84椭球面层次剖分方法，作为构建全球多分辨率高程模型的基础；并计算分析了剖分格网的面积和边长变化情况。该格网近似规则，且具有层次嵌套等特性，能够满足全球地多分辨率数据高程建模的需求。

顾及多细节层次的三维R树索引扩展方法

龚俊,朱庆,张叶廷,李晓明,周东波

2011, 40(2):  249-255. 

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多细节层次表达是三维GIS的重要特征之一。为提高细节层次模型的管理效率，本文提出一种扩展多细节层次功能的三维R树索引方法，通过全局优化和三维聚类分析建立动态三维R树索引，研制了先自下而上、后自上而下全局搜索的节点选择算法和基于k-medoids聚类算法的节点分裂算法，保证节点尺寸均匀、形状规则以及重叠减少。基于良好的三维树形结构，本文扩展了传统的三维R树索引结构，实现R树索引和细节层次模型的无缝集成。为验证本文方法的有效性，通过仿真实验，结果证明了本文方法能很大程度地提升多细节层次三维城市模型数据库的空间查询效率，具有较好的应用前景和实用价值。

基于常函数的抗几何变换的矢量地理数据水印算法

杨成松,朱长青

2011, 40(2):  256-261. 

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基于常函数对于某些变换具有的不可变性，本文对抗几何变换的矢量地理数据水印算法进行研究。首先，对常函数的概念及其特征进行阐述，并推证了一个抗旋转、平移和放缩攻击的常函数；然后，基于建立的常函数，通过把水印信息嵌入到几何不变量中，提出了一种抗几何变换的矢量地理数据水印算法；最后，对提出的水印算法的鲁棒性进行了实验分析。实验结果表明，提出的算法能抵抗压缩、增点、删点、裁剪、平移、旋转、放缩以及由以上攻击组成的复合攻击，具有较好的鲁棒性。

带孔洞面域间的拓扑关系的组合推理

刘波,李大军,邹时林,阮见

2011, 40(2):  262-267. 

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空间对象间拓扑关系是GIS中空间要素间最基本也是最重要的关系之一，是进行空间查询和分析的基础，因而空间对象间拓扑关系一直是研究的热点之一。目前，对拓扑关系模型的研究主要集中在简单对象间拓扑关系方面，而对于带空洞的复杂面域间的空间拓扑关系的研究则相对较少，因而对它的进一步研究具有较重要的理论意义。本文在文献[11]的基础上，根据点集拓扑学理论，对带孔面域进行了定义。通过分析简单对象间拓扑关系的演变过程，提出一种能描述带一个孔的面域间的空间拓扑关系的方法，并用该方法详细推导了带一个孔的面域间有意义的拓扑关系。通过实验验证，证明该方法在理论上是可行的，对提高GIS对现实世界的建模和分析能力可提供一定的理论依据。

博士论文摘要

城市街道立面自动重建关键技术研究

李畅

2011, 40(2):  268-268. 

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据世界银行测算，一个规模为百万人口的城市的数字建设，可促进经济水平翻两番，实现“四倍跃进”。而街道建筑物立面作为城市景观的重要组成部分，其三维可视化对于构建三维数字城市具有重大意义。目前城市三维建模大多采用3DMax进行手工建模，劳动强度大、效率低、自动化程度低。针对上述问题，提出了一套自动化程度较高的城市街道立面自动重建方法，主要研究内容包括： 1．灭点分析：灭点是获取影像方位元素和纠正大倾角影像的关键。本文从灭点几何和广义点摄影测量理论两个角度对灭点与方位元素的关系进行推导和阐述。灭点的检测需对其对应的像方直线束进行分组，本文提出了“RANSAC（随机抽样一致性）”+“附有参数的条件平差”的方法，通过RANSAC获得灭点初值，然后平差解算灭点，使用“选权迭代”将粗差直线剔除，在完善直线束分组的同时解算出灭点精确坐标。然后，借助误差椭圆理论对灭点分布的误差和灭点间的相对误差进行评定。并探讨分析了拍摄角度对于灭点精度的影响。 2．点线匹配：探讨了当前流行的SIFT特征点匹配算法和新提出的“对立统一”匹配思想。针对当前直线匹配中存在的诸多问题如：核线约束退化、单应性映射区域局限、左右影像特征直线不一致和视差较约束不合理等，并同时顾及三维空间环境中物体总体分布不连续，但局部连续的矛盾，本文提出了一种基于“概率松弛”+“最小二乘影像匹配”的直线段匹配算法。本算法既有独立观测又有整体局部约束，基于对立统一的匹配思想，符合客观规律。并在直线段最小二乘影像匹配时提出结合广义点联合平差的方法，可以在提高匹配直线段精度的同时完成对其空间直线的计算。 3．近景大倾角条带数字影像解析：主要包括大倾角影像相对定向、模型连接和光束法平差。针对立面影像通常仅能得到两个方向的灭点，缺乏深度方向(Z)灭点约束造成该方向存在自由度和解算不严密的问题，提出了基于空间直线约束联合广义点光束法平差的算法获取影像方位元素。并构建自由网、完成大倾角影像纠正和影像拼接。 4．立面凹凸边界识别：由于噪声和提取直线算法的不足会造成凹凸面的关键直线未能解译，如何识别缺失的关键凹凸面边界直线是一个难题。本文提出利用空间直线聚类得到共面直线，再拟合平面，平面相交交出关键边界直线的算法。并探讨比较了RANSAC + LSM（最小二乘法）、RANSAC + PCA（主成分分析）、LSM + CONDITION（利用空间拓扑关系构建的“带限制条件的间接平差”）等多种拟合算法以获得最优的边界自动识别结果。 5．三维重建：通过自动跟踪建筑物屋顶、自动识别立面凹凸边界和人工选取地面边界点确定出空间模型对应的纹理轮廓，并计算出空间模型与纹理的比例关系，利用此关系以平面为基元进行立面三维重建。综上，本研究基于建筑物的线、面特征并借助各种理论和方法提高街道立面三维重建的自动化程度，最后通过VC++实现了其关键技术。实验表明本方法可行、自动化程度较高，且不依赖于模型化参数(CSG)、矢量图和空间三维点云辅助。