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当期目录

    2020年 第49卷 第3期    刊出日期:2020-03-20
    大地测量学与导航
    北斗广域高精度时间服务原型系统
    施闯, 张东, 宋伟, 于佳亮, 郭文飞
    2020, 49(3):  269-277.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20180534
    摘要 ( 343 )   HTML ( 38)   PDF (1703KB) ( 231 )  
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    基于精密单点定位(precise point positioning,PPP)的时间传递技术以其精度高、覆盖范围广的优点成为性能最优的GNSS时间传递方法之一。随着广域差分产品时效性的提高,实时PPP时间传递开始应用于精密授时的研究。本文在PPP时间传递技术的基础上,结合实时卫星钟差估计、接收机时钟调控及硬件延迟标校技术,建立了基于北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的广域高精度时间服务(wide-area precise timing,WPT)系统,可为用户实时提供准确、稳定、可溯源的时间。WPT系统分为时间服务平台和用户终端两个部分。时间服务平台引入高精度的时间作为系统的参考时间基准,并提供广域实时差分改正数;用户终端基于实时PPP时间传递算法获取本地钟与系统时间基准的差异,并采用精密调钟技术实现终端与系统的同步。为了验证系统的实时授时性能,本文进行了零基线、短基线及广域环境下的性能测试和评估。试验结果表明,该系统零基线、短基线时间同步精度优于0.5 ns,广域条件下单天的授时精度均优于1 ns,为基于北斗系统的精密授时技术发展提供了参考。
    PPP网解UPD模糊度固定的无基站差分大型CORS站整网快速精密解算
    王虎, 党亚民, 侯阳飞, 秘金钟, 王解先, 白贵霞, 成英燕, 张守建
    2020, 49(3):  278-291.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190326
    摘要 ( 259 )   HTML ( 13)   PDF (9725KB) ( 201 )  
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    本文利用"国家基准一期工程"和上千全国部分省市CORS站的GNSS观测资料,基于PPP网解UPD模糊度固定技术实现了区域内无基站差分毫米级定位以及上千全国CORS站整网一次快速精密解算,这对于保障国家应急测绘快速响应、实现灾区基准快速建立以及快速获取和恢复国家统一坐标框架基准站坐标等具有重要的实用价值意义。首先,选取2015年8月1-31日198个国家GNSS连续运行基准站计算卫星端的宽巷、窄巷UPD,采用PPP网解UPD模糊度固定技术,对这些GNSS测站的载波相位进行模糊度固定:宽巷模糊度31 d固定率平均值在80%以上的测站共有193个;窄巷模糊度31 d固定率平均值在60%以上的测站共有165个。其次,对PPP整网一次快速解算定位结果进行统计分析,结果表明:31 d整网解算在NEU 3个方向的RMS分别为2.8、3.9、5.3 mm;标准差分别为2.1、3.2、6.7 mm。再者,使用中国区域内5个IGS观测站进行无基站差分精密定位,与SOPAC单天解ITRF2008框架下历元坐标的对比分析表明,31 d单日解外符合精度水平及高程方向均相差在毫米量级。最后,利用上述GNSS基准站解算出来的卫星端的宽、窄巷UPD(31 d),依次对2015年8月1-31日全国及部分省市1195个CORS站观测数据进行载波相位模糊度固定,得到无模糊度的精确相位观测值,从而使法方程中待估模糊度参数减少,克服了基准站网规模和测站个数的限制,实现了上千CORS站整网一次快速解算,对31 d月平均解与国际知名软件GAMIT/GLOBK的双差月解结果(2015年国家基础测绘任务成果)进行比较,结果显示,NEU 3个方向上差异在1 cm以内的测站分别为99.92%、99.33%、79.83%,其中U方向相差在1.5 cm为93.22%。综上所述,PPP网解UPD模糊度固定技术的方法,确保了区域内无基站精密定位、大网快速解算的精度和效率,能够满足灾区及国家坐标框架基准站坐标快速解算与恢复的迫切需求。
    联合星地与星间Ka伪距的北斗三号卫星一体化定轨和时间同步
    阮仁桂, 贾小林, 朱俊, 呼延宗泊, 冯来平, 李杰
    2020, 49(3):  292-299.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190297
    摘要 ( 218 )   HTML ( 8)   PDF (2010KB) ( 89 )  
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    北斗三号卫星之间及卫星与锚固站之间在Ka频段的伪距测量为其提供了一种不依赖于地面监测站的独立定轨和时间同步能力。本文针对星间链路分时测量的特点,采用分段一次多项式对卫星钟差进行建模,直接利用原始的星地和星间单程Ka伪距实现一体化定轨和时间同步并同时解算锚固站设备硬件时延。利用北斗三号8颗卫星和2个锚固站的实测Ka伪距数据进行验证,结果表明:在利用导航电文的预报钟速信息进行修正的情况下,星间Ka伪距残差RMS为0.052 m;R方向卫星轨道确定和预报精度(RMS)分别为0.016、0.033 m;卫星钟差估计和预报精度(95%)分别为0.038、0.992 ns;解算得到的锚固站收发设备时延之和的稳定性优于0.5 ns。试验还展示了该方法的适应能力:在没有预报钟速信息的极端情况下,虽然星间Ka伪距残差RMS增大了242%,但R方向轨道确定和预报精度仍分别达到0.021、0.041 m,钟差估计和预报精度分别达到0.040、1.092 ns。
    长距离GPS/BDS参考站网多频载波相位整周模糊度解算方法
    祝会忠, 李军, 蔚泽然, 张凯, 徐爱功
    2020, 49(3):  300-311.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190191
    摘要 ( 178 )   HTML ( 11)   PDF (1998KB) ( 113 )  
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    长距离网络RTK是实现GPS/BDS高精度实时定位的主要手段之一,其核心是长距离参考站网GPS/BDS整周模糊度的快速准确确定。本文提出了一种长距离GPS/BDS参考站网载波相位整周模糊度解算方法,首先利用GPS双频观测数据计算和确定宽巷整周模糊度,同时利用BDS的B2、B3频率观测值确定超宽巷整周模糊度。然后建立GPS载波相位整周模糊度和大气延迟误差的参数估计模型,附加双差宽巷整周模糊度的约束,解算双差载波相位整周模糊度,并建立参考站网大气延迟误差的空间相关模型。根据B2、B3频率的超宽巷整周模糊度建立包含大气误差参数的载波相位整周模糊度解算模型,利用大气延迟误差空间相关模型约束BDS双差载波相位整周模糊度的解算。克服了传统的使用无电离层组合值解算整周模糊度的不利影响。采用实测长距离CORS网GPS、BDS多频观测数据进行算法验证,试验结果证明该方法可实现长距离参考站网GPS/BDS载波相位整周模糊度的准确固定。
    BDS接收机天线相位中心标定
    王嘉琛, 刘根友, 郭爱智, 肖恭伟, 王彬彬, 高铭, 王生亮
    2020, 49(3):  312-321.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190072
    摘要 ( 241 )   HTML ( 10)   PDF (4889KB) ( 121 )  
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    在高精度GNSS定位中,接收机天线相位中心偏差(PCO)和天线相位中心变化(PCV)的影响不可忽略。目前,IGS发布的绝对天线相位模型文件中包含了GPS/GLONASS系统的标定值,但是没有发布北斗系统(BDS)的标定值。本文借助机械臂可以控制天线自由旋转,在数小时内实现全方位GNSS观测的特性,采用历元间差分的方法对接收机天线包括GPS L1/L2和BDSB1I/B2I/B3I等多个频点的PCO和PCV分别进行标定和拟合。标定结果表明,比较最小二乘估计的GPS PCO与IGS发布值,其STD和RMS在L1/L2上均小于1 mm;BDS PCO估计值的STD在B1I/B2I/B3I上分别为0.5、0.3、0.3 mm。利用球谐函数拟合的GPS PCV格网值与IGS发布值相比,其偏差在天顶距小于75°时均小于1.5 mm。BDS PCV拟合值范围均在-5~8 mm,且随天顶距变化曲线呈现波谷状。BDS PCV在低高度角处拟合值波动较大,随方位角变化曲线峰值-峰值最大达到了5.6 mm。
    摄影测量学与遥感
    Delaunay三角网约束下的影像稳健匹配方法
    姜三, 江万寿
    2020, 49(3):  322-333.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190089
    摘要 ( 336 )   HTML ( 21)   PDF (21635KB) ( 157 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    影像匹配是数字摄影测量和计算机视觉领域的关键问题。本文主要研究基于Delaunay三角网约束下的稳健影像匹配方法。首先利用Delaunay三角网对随机初始匹配点进行组织,构建分布均匀、结构稳定的局部连接关系;其次利用线段描述子和空间角度顺序建立了局部辐射和几何约束模型,并将粗差剔除问题转换为分析Delaunay三角网和对应匹配图的相似性问题;然后利用对应三角形局部约束实现匹配扩展;最后在分层策略和交叉验证策略下实现稳健影像匹配。利用3组数据集进行大量的匹配试验,结果表明本文的匹配算法即使在高外点率下依然能够实现稳健粗差剔除,得到高精度的影像匹配结果。
    城市场景结构感知的网格模型简化算法
    张春森, 张会, 郭丙轩, 彭哲
    2020, 49(3):  334-342.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190068
    摘要 ( 214 )   HTML ( 19)   PDF (11216KB) ( 95 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对二次误差测度(QEM)网格简化算法全局几何特征信息损失严重的缺点,提出一种具有结构感知功能面向城市三维模型重建的网格简化算法。该算法顾及城市影像中平面结构特征,以代理平面为全局特征约束条件,使模型在简化过程中全局结构特征更多地被保持,以利于多层次细节模型(LOD技术)、网格优化提速等模型后续操作。以倾斜摄影获取影像生成的初始三角网格模型为试验数据,采用所给算法对其进行网格简化并与QEM算法进行对比。结果表明:所给算法简化精度及简化效率均优于QEM算法。
    空-谱融合的条件随机场高光谱影像分类方法
    魏立飞, 余铭, 钟燕飞, 袁自然, 黄灿
    2020, 49(3):  343-354.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190042
    摘要 ( 225 )   HTML ( 42)   PDF (14295KB) ( 141 )  
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    高光谱遥感数据具有光谱信息丰富、图谱合一的特点,目前已经广泛地应用在对地观测中。传统的高光谱分类模型大多过分依赖影像光谱信息,没有充分利用空间特征信息,这使得分类精度还有很大的提升空间。条件随机场是一种概率模型,能够较好地融合空间上下文信息,在高光谱影像分类中已经得到越来越多的关注,但大部分条件随机场模型存在超平滑的现象,会导致影像细节丢失。针对该问题,本文提出了一种优化融合影像空-谱信息的高分辨率/高光谱影像分类方法,该方法将影像的纹理信息与原始光谱信息进行融合,利用SVM分类器对其进行预分类,并将各类概率定义为一元势函数,以融合空间特征信息;然后将空间平滑项和局部类别标签成本项加入二元势函数中,以考虑空间背景信息,并保留各类别中的详细信息。最后,通过两组的高分辨率/高光谱影像数据进行试验。结果表明,与SVM算法、传统的条件随机场方法和面向对象的分类方法相比,本文提出的算法在整体分类精度上分别提高了10%、9%和8%以上,同时在保持地物边缘完整性、避免"同谱异物"与"同物异谱"的现象方面有较明显的优势。
    MRELBP特征、Franklin矩和SVM相结合的遥感图像建筑物识别方法
    周建伟, 吴一全
    2020, 49(3):  355-364.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190073
    摘要 ( 261 )   HTML ( 9)   PDF (11986KB) ( 126 )  
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    为了进一步提高遥感图像建筑物区域的识别精度,提出了一种基于中值稳健扩展局部二值模式(median robust extended local binary pattern,MRELBP)、Franklin矩和布谷鸟优化支持向量机(support vector machine,SVM)的分类方法。首先,通过MRELBP特征算子计算图像块的纹理特征向量,并根据Franklin矩得到形状特征向量,组合图像块的纹理特征向量和形状特征向量得到综合特征向量;然后,利用训练样本对SVM进行训练,同时由布谷鸟搜索算法对SVM的核函数参数和惩罚因子进行优化;最后,通过训练好的SVM得到建筑物区域识别结果。通过30组试验的结果表明,与基于三原色(red green blue,RGB)和SVM的分类方法、基于LBP和SVM的分类方法、基于Zernike矩和SVM的分类方法相比,本文提出的方法所识别的遥感图像建筑物区域准确度更高。
    地图学与地理信息
    利用地理标签数据感知城市活力
    朱婷婷, 涂伟, 乐阳, 钟晨, 赵天鸿, 黎秋平, 李清泉
    2020, 49(3):  365-374.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190051
    摘要 ( 443 )   HTML ( 34)   PDF (2421KB) ( 294 )  
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    高度活跃的城市是社会稳定发展的基础。基于地理标签感知的城市活力能够量化城市发展现状,探索城市活力的影响机制,为精细化城市治理提供技术支撑。传统城市活力研究依赖于街区的活力调查,时间长,费用高。本文研究利用兴趣点和社交媒体签到等地理标签数据,提出了城市活力度量指标,探索性分析城市活力的分布模式。基于土地利用、道路和建筑物等数据计算建成环境指标,构建城市活力和建成环境之间的普通线性回归与空间自回归模型,揭示了影响城市活力的建成环境因素。基于深圳市的试验结果表明:兴趣点和社交媒体签到数据能够较好地指示城市活力。深圳市的城市活力主要受商业用地、工业用地、土地混合利用以及路网密度、地铁站点密度的影响。住宅用地和建筑物占地密度对基于POI的城市活力具有显著影响。
    城市扩展元胞自动机多结构卷积神经网络模型
    谢志文, 王海军, 张彬, 黄鑫鑫
    2020, 49(3):  375-385.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190147
    摘要 ( 220 )   HTML ( 8)   PDF (3292KB) ( 140 )  
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    传统的城市扩展元胞自动机(CA)模型是基于单个元胞的变量信息挖掘来构建转换规则的。针对这一问题,本文基于多结构卷积神经网络提出从区域特征出发且顾及区域多尺度特征挖掘转换规则的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA),并以武汉主城区和上海浦东新区为例,模拟了两个试验区2005-2015年期间城市扩展过程。模型验证表明:与逻辑回归和神经网络相比,本文构建的3个单一结构的卷积神经网络元胞自动机(CNN-CA)模型在4个指标(Kappa系数、FoM(figure of merit)值、命中率(h)和错误率(m))上都有不同程度的提高。特别是FoM指数,在武汉主城区提高了23.3%~29.4%,在上海浦东新区提高了20.3%~28.5%。此外,MSCNN-CA模型与3个单一结构的CNN-CA模型相比,在各个指标上也有所改善,FoM指数在武汉主城区提高了0.8%~4.8%,上海浦东新区提高了2.8%~7.8%。两个试验区的模拟结果表明:相比传统CA模型,基于多结构卷积神经网络的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA)能够有效提高城市扩展模拟的精度,更真实地反映城市扩展空间演变过程。相比单结构的卷积神经网络CA模型,多结构卷积神经网络CA模型的稳定性和模拟结果准确性有所提升。
    海洋测绘
    联合不确定度的多期水深剖面分析方法及应用
    刘志豪, 赵荻能, 吴自银, 阳凡林, 王明伟, 周洁琼
    2020, 49(3):  386-395.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190188
    摘要 ( 215 )   HTML ( 9)   PDF (7757KB) ( 60 )  
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    单波束测深技术在近海及河口水深测量中被广泛应用,但受动态海洋环境的影响,很难有效获取不同时期同一位置的水深数据,这给快速变化的近海地形的准确对比与分析造成很大困难。针对该技术问题,本文提出了一种联合不确定度的多期水深剖面分析方法。通过初始不确定度计算、水深及不确定度传递、卡尔曼滤波更新等步骤构建时序地形剖面,并基于假设检验完成剖面地形演变分析。用两期次河口区单波束数据对算法进行了验证。结果表明,本文方法获取了可与实际地形剖面有效对比的水深剖面,并可对地形骤变区域作出准确评估,对于快速变化的河口水下三角洲尤其是航道区域的演变分析具有实际的应用价值。
    博士论文摘要
    惯性导航及其基于位置信息校正的关键技术研究
    丁磊香
    2020, 49(3):  396-396.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190064
    摘要 ( 180 )   HTML ( 14)   PDF (696KB) ( 80 )  
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    短基线集InSAR形变模型的不适定问题解算方法研究
    姜兆英
    2020, 49(3):  399-399.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190075
    摘要 ( 115 )   HTML ( 7)   PDF (703KB) ( 130 )  
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    中国大陆城市群空间范围识别及其特征分析
    李佳
    2020, 49(3):  401-401.  doi:10.11947/j.AGCS.2020.20190121
    摘要 ( 190 )   HTML ( 15)   PDF (687KB) ( 115 )  
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