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2023, 48(3): 333-338.
doi:10.13203/j.whugis20220074
摘要:
卫星摄影测量是获取地球地理空间信息的重要手段，也是解决全球无图区或困难地区测绘的有效途径。简要梳理了光学测绘卫星的发展历程，对中国光学测绘卫星进行了详细介绍，经过多年的技术发展，中国光学测绘卫星成果已能满足1∶5万、1∶1万比例尺测绘产品的精度要求。对光学测绘卫星发展现状进行了归纳总结，并提出未来测绘卫星的发展趋势，包括星上智能探测与存储、星上和地面数据智能处理及多星组网协同探测等。在全球高精度基础信息数据支撑下，未来摄影测量卫星可向集成型、泛在型和智能型发展，提升测绘产品的保障能力。
卫星摄影测量是获取地球地理空间信息的重要手段，也是解决全球无图区或困难地区测绘的有效途径。简要梳理了光学测绘卫星的发展历程，对中国光学测绘卫星进行了详细介绍，经过多年的技术发展，中国光学测绘卫星成果已能满足1∶5万、1∶1万比例尺测绘产品的精度要求。对光学测绘卫星发展现状进行了归纳总结，并提出未来测绘卫星的发展趋势，包括星上智能探测与存储、星上和地面数据智能处理及多星组网协同探测等。在全球高精度基础信息数据支撑下，未来摄影测量卫星可向集成型、泛在型和智能型发展，提升测绘产品的保障能力。
2023, 48(3): 339-348.
doi:10.13203/j.whugis20220028
摘要:
卫星影像可以低成本、高频率地提供地物光谱特性观测信息，而激光点云可以提供精细的几何结构，两类数据的融合可以实现优势互补，进一步提高地物分类和信息提取的精度和自动化程度。实现亚像素级精度的几何配准是实现两类数据融合的前提，提出了一种基于线元素距离变换模型的快速配准方法。该方法以点云为控制源，将点云中的建筑物边缘等典型线元素通过卫星影像的初始有理多项式系数(rational polynomial coefficient, RPC)投影到像方空间，与卫星影像中的线元素进行迭代最近点配准，从而通过RPC参数精校正的方式实现几何配准。采用距离变换模型作为迭代最近点搜索的查找表，提高了运算效率；采用最新的渐进式鲁棒求解策略，能在噪声极多的情况下保证配准的鲁棒性。采用GeoEye-2、高分七号、WorldView-3等卫星影像与激光点云进行了配准实验，并分别通过人工精确量测的外业控制点和作业员内业刺的控制点作为检查，证明所提方法能在3种影像上达到0.4~0.7 m的配准精度，显著优于将点云映射为二维图像然后通过多模态匹配进行配准的策略。
卫星影像可以低成本、高频率地提供地物光谱特性观测信息，而激光点云可以提供精细的几何结构，两类数据的融合可以实现优势互补，进一步提高地物分类和信息提取的精度和自动化程度。实现亚像素级精度的几何配准是实现两类数据融合的前提，提出了一种基于线元素距离变换模型的快速配准方法。该方法以点云为控制源，将点云中的建筑物边缘等典型线元素通过卫星影像的初始有理多项式系数(rational polynomial coefficient, RPC)投影到像方空间，与卫星影像中的线元素进行迭代最近点配准，从而通过RPC参数精校正的方式实现几何配准。采用距离变换模型作为迭代最近点搜索的查找表，提高了运算效率；采用最新的渐进式鲁棒求解策略，能在噪声极多的情况下保证配准的鲁棒性。采用GeoEye-2、高分七号、WorldView-3等卫星影像与激光点云进行了配准实验，并分别通过人工精确量测的外业控制点和作业员内业刺的控制点作为检查，证明所提方法能在3种影像上达到0.4~0.7 m的配准精度，显著优于将点云映射为二维图像然后通过多模态匹配进行配准的策略。
2023, 48(3): 349-358.
doi:10.13203/j.whugis20220394
摘要:
高精度同震三维形变场对于研究地震变形模式、震源机制等具有重要意义。设计并实现了一种联合地震位错模型和扩展融合大地测量、卫星形变观测、应变张量估计(extended simultaneous and integrated strain tensor estimation from geodetic and satellite deformation measurements, ESISTEM)方法的新方法，以2021年Ms 6.4漾濞地震为例，利用哨兵1号A、B星(Sentinel-1A/B)升、降轨影像获得该地震的合成孔径雷达干涉测量形变场，利用地震位错模型正演得到的南北向形变分量进行约束，成功提取了该地震完整的同震三维形变场及应变场。结果表明，漾濞地震断层西南侧主要向西、向北运动，最大形变分别为4.8 cm、9.5 cm；东北侧主要向东、向南运动，最大形变分别为7.4 cm、4.6 cm；垂直向抬升、沉降的最大值分别为3.6 cm、3.4 cm；发震断层以右旋走滑运动为主，兼有少量正断分量；发震断层区域受到显著的膨胀、剪切和旋转作用。
高精度同震三维形变场对于研究地震变形模式、震源机制等具有重要意义。设计并实现了一种联合地震位错模型和扩展融合大地测量、卫星形变观测、应变张量估计(extended simultaneous and integrated strain tensor estimation from geodetic and satellite deformation measurements, ESISTEM)方法的新方法，以2021年Ms 6.4漾濞地震为例，利用哨兵1号A、B星(Sentinel-1A/B)升、降轨影像获得该地震的合成孔径雷达干涉测量形变场，利用地震位错模型正演得到的南北向形变分量进行约束，成功提取了该地震完整的同震三维形变场及应变场。结果表明，漾濞地震断层西南侧主要向西、向北运动，最大形变分别为4.8 cm、9.5 cm；东北侧主要向东、向南运动，最大形变分别为7.4 cm、4.6 cm；垂直向抬升、沉降的最大值分别为3.6 cm、3.4 cm；发震断层以右旋走滑运动为主，兼有少量正断分量；发震断层区域受到显著的膨胀、剪切和旋转作用。
2023, 48(3): 359-367.
doi:10.13203/j.whugis20200518
摘要:
星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar，DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测，但星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)数据获取的地表形变易受大气噪声的影响，且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响，提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar，InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时，通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零，从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程，极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例，使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析，得到形变值均方根误差为2.206 mm。
星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar，DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测，但星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)数据获取的地表形变易受大气噪声的影响，且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响，提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar，InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时，通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零，从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程，极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例，使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析，得到形变值均方根误差为2.206 mm。
2023, 48(3): 368-376.
doi:10.13203/j.whugis20200229
摘要:
针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)拒止环境下大范围无人机视觉绝对定位问题，提出了一种聚合深度学习特征的卫星基准影像检索方法。首先，利用预训练的深度学习模型提取无人机与卫星基准影像的局部卷积特征；然后，对局部特征描述符进行聚合，生成影像全局表达；最后，利用影像全局特征进行相似性检索，并采用检索结果精匹配重排序的后处理方法，进一步提高检索准确率。设计了一个新的面向无人机绝对定位的卫星基准影像数据集并进行实验，结果表明，使用所提方法检索无人机影像适配区域的卫星基准影像的准确率达76.07%，可为后续基于视觉的无人机绝对定位提供参考。
针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)拒止环境下大范围无人机视觉绝对定位问题，提出了一种聚合深度学习特征的卫星基准影像检索方法。首先，利用预训练的深度学习模型提取无人机与卫星基准影像的局部卷积特征；然后，对局部特征描述符进行聚合，生成影像全局表达；最后，利用影像全局特征进行相似性检索，并采用检索结果精匹配重排序的后处理方法，进一步提高检索准确率。设计了一个新的面向无人机绝对定位的卫星基准影像数据集并进行实验，结果表明，使用所提方法检索无人机影像适配区域的卫星基准影像的准确率达76.07%，可为后续基于视觉的无人机绝对定位提供参考。
2023, 48(3): 377-385.
doi:10.13203/j.whugis20200515
摘要:
针对当前众源水深数据后处理过程中缺少高精度的实测声速剖面，导致测深数据质量偏低的现状，提出了一种基于遗传算法优化反向传播神经网络(genetic algorithm-back propagation neural network，GA-NN)模型反演声速剖面的声速改正方法。首先，利用历史声速剖面群进行正交经验函数分析，提取特征向量与重构系数范围；然后，结合海区的历史声速场数据训练GA-NN模型；最后，将海表声速数据输入模型反演声速剖面，并分析不同方法下的声速剖面分别进行声速改正后的水深和位置误差。实验结果表明，在复杂的海底地形下，与现有方法相比，所提方法反演的声速剖面更适用于众源水深数据的声速改正，削弱了声速误差的影响，提高了众源水深数据的处理精度。
针对当前众源水深数据后处理过程中缺少高精度的实测声速剖面，导致测深数据质量偏低的现状，提出了一种基于遗传算法优化反向传播神经网络(genetic algorithm-back propagation neural network，GA-NN)模型反演声速剖面的声速改正方法。首先，利用历史声速剖面群进行正交经验函数分析，提取特征向量与重构系数范围；然后，结合海区的历史声速场数据训练GA-NN模型；最后，将海表声速数据输入模型反演声速剖面，并分析不同方法下的声速剖面分别进行声速改正后的水深和位置误差。实验结果表明，在复杂的海底地形下，与现有方法相比，所提方法反演的声速剖面更适用于众源水深数据的声速改正，削弱了声速误差的影响，提高了众源水深数据的处理精度。
2023, 48(3): 386-395.
doi:10.13203/j.whugis20190265
摘要:
以风云三号（Fengyun 3, FY3）E星（FY3E）全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)掩星探测仪Ⅱ型(the Ⅱ generation of GNSS occultation sounder, GNOSⅡ)的星载GNSS的反射信号(GNSS reflectometry, GNSS-R)遥感场景为例，使用GNSS-R端到端性能模拟器软件，在不同反射天线覆盖（即不同天线波束宽度）和不同安装条件（包括安装天线法向不同的倾斜角度和倾斜方向）下，对可观测镜面反射点(specular point, SP)平均数量、SP最大数量、平均路径损耗、近地轨道(low Earth orbit, LEO)处反射信号入射角和SP处反射信号反射角等物理参量进行了仿真模拟，分析了各GNSS-R仿真参量与天线倾斜角度、倾斜方向和波束宽度之间的数值变化关系；并结合雪花图方法，进行了整体视角的分析。结果表明，天线波束宽度对各仿真参量的影响最大，倾斜角度次之，倾斜方向的影响最小，且天线波束宽度与SP数量成正比，与能量损耗成反比，天线设计需考虑各影响因素的平衡。
以风云三号（Fengyun 3, FY3）E星（FY3E）全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)掩星探测仪Ⅱ型(the Ⅱ generation of GNSS occultation sounder, GNOSⅡ)的星载GNSS的反射信号(GNSS reflectometry, GNSS-R)遥感场景为例，使用GNSS-R端到端性能模拟器软件，在不同反射天线覆盖（即不同天线波束宽度）和不同安装条件（包括安装天线法向不同的倾斜角度和倾斜方向）下，对可观测镜面反射点(specular point, SP)平均数量、SP最大数量、平均路径损耗、近地轨道(low Earth orbit, LEO)处反射信号入射角和SP处反射信号反射角等物理参量进行了仿真模拟，分析了各GNSS-R仿真参量与天线倾斜角度、倾斜方向和波束宽度之间的数值变化关系；并结合雪花图方法，进行了整体视角的分析。结果表明，天线波束宽度对各仿真参量的影响最大，倾斜角度次之，倾斜方向的影响最小，且天线波束宽度与SP数量成正比，与能量损耗成反比，天线设计需考虑各影响因素的平衡。
2023, 48(3): 396-407.
doi:10.13203/j.whugis20200431
摘要:
针对混凝土拱坝单测点变形监控模型难以合理表征拱坝空间变形场协同响应特性以及传统回归方法诠释环境量与大坝变形间的复杂函数关系具有明显局限性问题，提出了融合粒子群算法优化与支持向量机（particle swarm optimization-support vector machine，PSO-SVM）的混凝土拱坝多测点变形监控混合模型。基于单测点变形监控模型构建方法，引入空间坐标并利用有限元方法计算水压分量，进而借助PSO-SVM良好的非线性处理能力对环境量与大坝变形序列进行建模和预测，从而构建了融合PSO-SVM的混凝土拱坝多测点混合模型。工程实例分析表明，所建模型具有较好的多测点变形性能分析能力，较单测点统计模型具有良好的拟合及预报精度，可有效反映大坝服役的整体安全性态。此外，所提理论和方法经一定的改进和拓展，亦可推广应用于其他水工建筑物性态安全监控模型的预报分析。
针对混凝土拱坝单测点变形监控模型难以合理表征拱坝空间变形场协同响应特性以及传统回归方法诠释环境量与大坝变形间的复杂函数关系具有明显局限性问题，提出了融合粒子群算法优化与支持向量机（particle swarm optimization-support vector machine，PSO-SVM）的混凝土拱坝多测点变形监控混合模型。基于单测点变形监控模型构建方法，引入空间坐标并利用有限元方法计算水压分量，进而借助PSO-SVM良好的非线性处理能力对环境量与大坝变形序列进行建模和预测，从而构建了融合PSO-SVM的混凝土拱坝多测点混合模型。工程实例分析表明，所建模型具有较好的多测点变形性能分析能力，较单测点统计模型具有良好的拟合及预报精度，可有效反映大坝服役的整体安全性态。此外，所提理论和方法经一定的改进和拓展，亦可推广应用于其他水工建筑物性态安全监控模型的预报分析。
2023, 48(3): 408-415.
doi:10.13203/j.whugis20200686
摘要:
北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system，BDS-3）精密单点定位（precise point positioning, PPP）-B2b信号为中国及周边地区提供实时PPP（real-time PPP, RTPPP）服务，为了推广PPP-B2b信号的应用，需要对其服务性能进行评估。根据全球连续监测评估系统(international GNSS monitoring and assessment system, iGMAS）在中国的测站2020年9月的观测数据, 评估了基于PPP-B2b信号的北斗卫星导航系统的轨道和钟差精度；分析了使用BDS-3 PPP-B2b产品的B1I+B3I、B1c+B2a信号组合的定位精度以及北（north，N）方向、东（east，E）方向、天（up，U）方向收敛情况。结果显示: BDS轨道产品径向精度均值为0.1 m, 切向精度均值为0.31 m，法向精度均值为0.3 m; 钟差精度均方根的均值为2.26 ns, 标准差的均值为0.08 ns。关于PPP收敛时间情况，在N、E、U 3个方向上，使用德国地学中心多系统快速产品（GFZ BeiDou multi-GNSS，GBM）的B1I+B3I信号组合收敛最快，且最终收敛精度最高，其次是B1I+B3I（PPP-B2b）信号组合，最后是B1c+B2a（PPP-B2b）信号组合。结果表明，BDS-3 PPP-B2b信号满足中国区域PPP服务的要求。
北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system，BDS-3）精密单点定位（precise point positioning, PPP）-B2b信号为中国及周边地区提供实时PPP（real-time PPP, RTPPP）服务，为了推广PPP-B2b信号的应用，需要对其服务性能进行评估。根据全球连续监测评估系统(international GNSS monitoring and assessment system, iGMAS）在中国的测站2020年9月的观测数据, 评估了基于PPP-B2b信号的北斗卫星导航系统的轨道和钟差精度；分析了使用BDS-3 PPP-B2b产品的B1I+B3I、B1c+B2a信号组合的定位精度以及北（north，N）方向、东（east，E）方向、天（up，U）方向收敛情况。结果显示: BDS轨道产品径向精度均值为0.1 m, 切向精度均值为0.31 m，法向精度均值为0.3 m; 钟差精度均方根的均值为2.26 ns, 标准差的均值为0.08 ns。关于PPP收敛时间情况，在N、E、U 3个方向上，使用德国地学中心多系统快速产品（GFZ BeiDou multi-GNSS，GBM）的B1I+B3I信号组合收敛最快，且最终收敛精度最高，其次是B1I+B3I（PPP-B2b）信号组合，最后是B1c+B2a（PPP-B2b）信号组合。结果表明，BDS-3 PPP-B2b信号满足中国区域PPP服务的要求。
2023, 48(3): 416-424.
doi:10.13203/j.whugis20200377
摘要:
对流层延迟是影响高精度定位与导航的主要误差之一，也是全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）水汽探测的关键参数。美国航空航天局发布了最新一代的大气再分析资料（MERRA-2资料），其可用于计算高时空分辨率的对流层延迟产品，但是目前尚无文献对利用MERRA-2资料计算天顶对流层延迟（zenith tropospheric delay, ZTD）和天顶湿延迟（zenith wet delay, ZWD）的精度进行分析。因此，联合2015年中国陆态网214个GNSS站ZTD产品和分布于中国区域的87个探空站资料，对利用MERRA-2资料在中国区域计算ZTD/ZWD的精度进行评估。结果表明：（1）以陆态网ZTD为参考值，利用MERRA-2资料积分计算ZTD的年均偏差和均方根误差（root mean square error，RMSE）分别为0.32 cm和1.21 cm，且偏差和RMSE均表现出一定的季节变化，总体上呈现为夏季精度低、冬季精度高；在空间分布上，偏差随纬度和高程的变化趋势并不明显，但RMSE随纬度和高程的增加总体上呈现递减的趋势。（2）以探空站计算的ZWD和ZTD数据为参考值，利用MERRA-2资料积分计算的ZWD和ZTD的年均偏差值分别为0.37 cm和0.53 cm，RMSE分别为1.44 cm和1.61 cm，而ZWD/ZTD的偏差和RMSE也表现出一定的时空特性，其时空特性与陆态网GNSS ZTD产品的检验结果相似。由此表明利用MERRA-2再分析资料在中国区域计算ZTD/ZWD具有很高的精度和良好的稳定性，建议可作为中国区域高精度、高分辨率对流层延迟模型构建及高精度GNSS水汽探测的数据源。
对流层延迟是影响高精度定位与导航的主要误差之一，也是全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）水汽探测的关键参数。美国航空航天局发布了最新一代的大气再分析资料（MERRA-2资料），其可用于计算高时空分辨率的对流层延迟产品，但是目前尚无文献对利用MERRA-2资料计算天顶对流层延迟（zenith tropospheric delay, ZTD）和天顶湿延迟（zenith wet delay, ZWD）的精度进行分析。因此，联合2015年中国陆态网214个GNSS站ZTD产品和分布于中国区域的87个探空站资料，对利用MERRA-2资料在中国区域计算ZTD/ZWD的精度进行评估。结果表明：（1）以陆态网ZTD为参考值，利用MERRA-2资料积分计算ZTD的年均偏差和均方根误差（root mean square error，RMSE）分别为0.32 cm和1.21 cm，且偏差和RMSE均表现出一定的季节变化，总体上呈现为夏季精度低、冬季精度高；在空间分布上，偏差随纬度和高程的变化趋势并不明显，但RMSE随纬度和高程的增加总体上呈现递减的趋势。（2）以探空站计算的ZWD和ZTD数据为参考值，利用MERRA-2资料积分计算的ZWD和ZTD的年均偏差值分别为0.37 cm和0.53 cm，RMSE分别为1.44 cm和1.61 cm，而ZWD/ZTD的偏差和RMSE也表现出一定的时空特性，其时空特性与陆态网GNSS ZTD产品的检验结果相似。由此表明利用MERRA-2再分析资料在中国区域计算ZTD/ZWD具有很高的精度和良好的稳定性，建议可作为中国区域高精度、高分辨率对流层延迟模型构建及高精度GNSS水汽探测的数据源。
2023, 48(3): 425-432.
doi:10.13203/j.whugis20200517
摘要:
差分码偏差（differential code bias，DCB）是影响电离层监测和导航定位精度的重要因素之一，建立DCB改正模型对高精度定位有重要意义。针对北斗三号卫星的广播星历和精密星历钟差参数时间基准不统一的问题，首先介绍了多星座实验（multi-GNSS experiment，MGEX）发布的DCB产品的估计方法，给出了部分DCB产品的精度评估和分析结果；然后提出了北斗三号卫星单频和双频伪距单点定位以及双频精密单点定位的DCB改正模型；最后利用5个MGEX测站连续5 d的实测数据分别进行了DCB改正前后的定位实验。结果表明，MGEX发布的DCB产品均具有较高的稳定性，经卫星DCB改正后，单频和双频伪距单点定位的定位精度分别提高了48%~85%和71%~91%，双频静态精密单点定位的收敛时间减少了56%~83%。
差分码偏差（differential code bias，DCB）是影响电离层监测和导航定位精度的重要因素之一，建立DCB改正模型对高精度定位有重要意义。针对北斗三号卫星的广播星历和精密星历钟差参数时间基准不统一的问题，首先介绍了多星座实验（multi-GNSS experiment，MGEX）发布的DCB产品的估计方法，给出了部分DCB产品的精度评估和分析结果；然后提出了北斗三号卫星单频和双频伪距单点定位以及双频精密单点定位的DCB改正模型；最后利用5个MGEX测站连续5 d的实测数据分别进行了DCB改正前后的定位实验。结果表明，MGEX发布的DCB产品均具有较高的稳定性，经卫星DCB改正后，单频和双频伪距单点定位的定位精度分别提高了48%~85%和71%~91%，双频静态精密单点定位的收敛时间减少了56%~83%。
2023, 48(3): 433-442.
doi:10.13203/j.whugis20200508
摘要:
基于机器学习语言建模时，传统方法仅以拟合均方误差（mean square error，MSE）最小为单一优化目标，容易引起过拟合问题。对此，基于关联向量机（relevance vector machine，RVM），建立了融合变形空间关联性的双优化目标约束下的概率性预测模型。利用形状相似度（shape similarity index，SSI）对拱坝变形的空间关联性进行量化，并将单测点MSE和区域变形SSI相融合，共同作为RVM模型的训练优化目标，以期实现MSE尽可能小，而SSI尽可能大。以锦屏一级拱坝为例，预测均方根误差和最大误差的平均降幅分别为31.2%和24.8%，使用多核函数之后，模型预测性能进一步提升；RVM模型的预测置信带宽明显小于多元回归模型，平均降幅为75.1%，这表明双目标RVM模型可有效提升特高拱坝位移预测的精度和稳定性，并降低不确定性。
基于机器学习语言建模时，传统方法仅以拟合均方误差（mean square error，MSE）最小为单一优化目标，容易引起过拟合问题。对此，基于关联向量机（relevance vector machine，RVM），建立了融合变形空间关联性的双优化目标约束下的概率性预测模型。利用形状相似度（shape similarity index，SSI）对拱坝变形的空间关联性进行量化，并将单测点MSE和区域变形SSI相融合，共同作为RVM模型的训练优化目标，以期实现MSE尽可能小，而SSI尽可能大。以锦屏一级拱坝为例，预测均方根误差和最大误差的平均降幅分别为31.2%和24.8%，使用多核函数之后，模型预测性能进一步提升；RVM模型的预测置信带宽明显小于多元回归模型，平均降幅为75.1%，这表明双目标RVM模型可有效提升特高拱坝位移预测的精度和稳定性，并降低不确定性。
2023, 48(3): 443-452.
doi:10.13203/j.whugis20200426
摘要:
地震监测可以帮助人们了解地震形成的机制，对地震预警也有着重要意义。结合加速度计和全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）高精度数据处理方法，利用嵌入式开发技术，研制了一体化GNSS强震仪SMAG2000用于实时地震监测。该仪器具有以下特点：（1）将GNSS与加速度计数据融合，仪器没有量程限制，并可以获得永久位移。（2）通过振动台测试，对不同频率的正弦波和模拟的地震波信号，仪器测量的结果与参考值残差的标准差优于0.4 cm，相关系数大于0.99。（3）所使用的核心组件与配件均为国产，成本可控，可以在中国地震监测网实施布设，实现地震台网和大地测量台网的深度融合，响应《国家地震科技创新工程》。
地震监测可以帮助人们了解地震形成的机制，对地震预警也有着重要意义。结合加速度计和全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）高精度数据处理方法，利用嵌入式开发技术，研制了一体化GNSS强震仪SMAG2000用于实时地震监测。该仪器具有以下特点：（1）将GNSS与加速度计数据融合，仪器没有量程限制，并可以获得永久位移。（2）通过振动台测试，对不同频率的正弦波和模拟的地震波信号，仪器测量的结果与参考值残差的标准差优于0.4 cm，相关系数大于0.99。（3）所使用的核心组件与配件均为国产，成本可控，可以在中国地震监测网实施布设，实现地震台网和大地测量台网的深度融合，响应《国家地震科技创新工程》。
2023, 48(3): 453-462.
doi:10.13203/j.whugis20220069
摘要:
长期以来人们生活在地球上，已形成了基于地球的习惯式视觉感受与空间认识，对其他星体地貌与现象的认知和识别成为新的挑战。基于月球与地球地形地貌上的差异性认知，研究地球认知转移的月球地形地貌的增强可视化，能够让人们更加直观地认识月球地形地貌。对比分析月球与地球的地形在地貌类型、地表色彩体系和地形起伏的异同性，建立基于地球认知转移的月球地形增强可视化的认知基础；构建月球与地球地形可视化要求的相似性和差异性，对撞击坑、月海、月陆、月溪等月球的典型地貌和区域地形进行了晕渲参数调整，分析月球地形在不同参数下的晕渲效果，实现月球地形增强晕渲可视化；揭示了月球地形可视化既要借鉴地球可视的认知转移（如暗色-低地形，亮色-高地形），又要打破地球特定思维造成的可视化误解（如白色-雪线、绿-植被），制作符合月球自身特征的可视化体系。
长期以来人们生活在地球上，已形成了基于地球的习惯式视觉感受与空间认识，对其他星体地貌与现象的认知和识别成为新的挑战。基于月球与地球地形地貌上的差异性认知，研究地球认知转移的月球地形地貌的增强可视化，能够让人们更加直观地认识月球地形地貌。对比分析月球与地球的地形在地貌类型、地表色彩体系和地形起伏的异同性，建立基于地球认知转移的月球地形增强可视化的认知基础；构建月球与地球地形可视化要求的相似性和差异性，对撞击坑、月海、月陆、月溪等月球的典型地貌和区域地形进行了晕渲参数调整，分析月球地形在不同参数下的晕渲效果，实现月球地形增强晕渲可视化；揭示了月球地形可视化既要借鉴地球可视的认知转移（如暗色-低地形，亮色-高地形），又要打破地球特定思维造成的可视化误解（如白色-雪线、绿-植被），制作符合月球自身特征的可视化体系。
2023, 48(3): 463-470.
doi:10.13203/j.whugis20200291
摘要:
社交媒体签到数据中蕴含着大量的用户活动信息。理解社交媒体用户的活动和行为类型，对探索人类的移动性和行为模式等有着重要意义。提出了一种针对新浪微博（简称为微博）的用户活动分类方法，结合图像表达和时空数据分类技术，识别微博签到数据所代表的用户活动类型。首先，根据兴趣点属性信息将微博签到数据所代表的用户活动分为餐饮、生活服务、校园、户外、娱乐、出行6大类；然后，基于卷积神经网络和K近邻分类方法，融合签到数据中的图像场景信息与时空信息，对微博用户的活动行为进行分类。实验结果表明，所提方法能够显著提高微博用户活动类型识别的准确性，为精确探索人类行为活动提供更加有效的数据支持。
社交媒体签到数据中蕴含着大量的用户活动信息。理解社交媒体用户的活动和行为类型，对探索人类的移动性和行为模式等有着重要意义。提出了一种针对新浪微博（简称为微博）的用户活动分类方法，结合图像表达和时空数据分类技术，识别微博签到数据所代表的用户活动类型。首先，根据兴趣点属性信息将微博签到数据所代表的用户活动分为餐饮、生活服务、校园、户外、娱乐、出行6大类；然后，基于卷积神经网络和K近邻分类方法，融合签到数据中的图像场景信息与时空信息，对微博用户的活动行为进行分类。实验结果表明，所提方法能够显著提高微博用户活动类型识别的准确性，为精确探索人类行为活动提供更加有效的数据支持。
2023, 48(3): 471-479.
doi:10.13203/j.whugis20200421
摘要:
针对目前无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）部署时，障碍物影响WSN优化部署的问题，以接收信号强度指示传感器室内定位应用为例，提出了一种考虑障碍物的无线传感器多目标优化部署方法。首先，基于室内定位算法原理和传感器覆盖模型，给出了在室内定位场景下WSN有效覆盖率的概念和信标节点部署模型。然后，在分析障碍物感知模型和信标节点部署策略的基础上，提出了考虑障碍物的传感器部署多目标优化模型。最后，以第三代非支配排序遗传算法为基础设计优化模型求解算法，数值仿真结果与正三角形、正方形、正六边形均匀部署，以及没有考虑障碍物的优化部署（进化1 000代，传感器个数为36）结果进行对比，结果表明所提方法的WSN有效覆盖率分别提高了52.7%、112.1%、16.6%和9.62%。
针对目前无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）部署时，障碍物影响WSN优化部署的问题，以接收信号强度指示传感器室内定位应用为例，提出了一种考虑障碍物的无线传感器多目标优化部署方法。首先，基于室内定位算法原理和传感器覆盖模型，给出了在室内定位场景下WSN有效覆盖率的概念和信标节点部署模型。然后，在分析障碍物感知模型和信标节点部署策略的基础上，提出了考虑障碍物的传感器部署多目标优化模型。最后，以第三代非支配排序遗传算法为基础设计优化模型求解算法，数值仿真结果与正三角形、正方形、正六边形均匀部署，以及没有考虑障碍物的优化部署（进化1 000代，传感器个数为36）结果进行对比，结果表明所提方法的WSN有效覆盖率分别提高了52.7%、112.1%、16.6%和9.62%。
2023, 48(3): 480-488.
doi:10.13203/j.whugis20200526
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零样本视频分类（zero-shot video classification，ZSVC）采用的点积分类方式容易使神经元产生较高方差，从而导致模型对输入分布的变化非常敏感。针对该问题，采用三维密集网络（3D DenseNet）与余弦相似性相结合的方法，提出了一种基于3D DenseNet的零样本视频分类（3D DenseNet for zero-shot video classification，DZSVC）算法，通过使用余弦相似性的分类方式替代点积分类方式来控制方差的范围，使模型对不同的输入幅值具有更强的鲁棒性。该算法首先将视频数据输入到3D DenseNet中，利用3D DenseNet的密集特性提取更丰富的时间和空间信息，并将提取出来的特征向量映射到公共空间。采用基于余弦相似性的方法对视频进行分类，在UCF101数据集和HMDB51数据集上的准确率分别为32.9%和20.2%，UCF50数据集和HMDB25数据集上的准确率分别为41.4%和23.7%，实验结果表明所提算法具有良好的分类效果。
零样本视频分类（zero-shot video classification，ZSVC）采用的点积分类方式容易使神经元产生较高方差，从而导致模型对输入分布的变化非常敏感。针对该问题，采用三维密集网络（3D DenseNet）与余弦相似性相结合的方法，提出了一种基于3D DenseNet的零样本视频分类（3D DenseNet for zero-shot video classification，DZSVC）算法，通过使用余弦相似性的分类方式替代点积分类方式来控制方差的范围，使模型对不同的输入幅值具有更强的鲁棒性。该算法首先将视频数据输入到3D DenseNet中，利用3D DenseNet的密集特性提取更丰富的时间和空间信息，并将提取出来的特征向量映射到公共空间。采用基于余弦相似性的方法对视频进行分类，在UCF101数据集和HMDB51数据集上的准确率分别为32.9%和20.2%，UCF50数据集和HMDB25数据集上的准确率分别为41.4%和23.7%，实验结果表明所提算法具有良好的分类效果。
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doi:10.13203/j.whugis20220767
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低轨巨型星座是国家重要的新型基础设施，也是当前航天领域发展的前沿和热点。文章通过分析卫星集群与地面资源的“云-边-端”动态优化协作，开展面向低轨巨型星座的协同智能服务关键技术研究，围绕“一星多用、星群组网、协同感知、自主管控、智能服务”的目标，分析了地面中心云智能管控与高精度处理、天基边缘云协同观测与融合处理、卫星端与用户端实时处理与智能服务等关键技术，探讨了面向即时任务的“云-边-端”协同智能服务模式，能够为典型即时应用场景提供“快、准、灵”的时空连续信息服务，实现智能对地观测的跨越式发展。
低轨巨型星座是国家重要的新型基础设施，也是当前航天领域发展的前沿和热点。文章通过分析卫星集群与地面资源的“云-边-端”动态优化协作，开展面向低轨巨型星座的协同智能服务关键技术研究，围绕“一星多用、星群组网、协同感知、自主管控、智能服务”的目标，分析了地面中心云智能管控与高精度处理、天基边缘云协同观测与融合处理、卫星端与用户端实时处理与智能服务等关键技术，探讨了面向即时任务的“云-边-端”协同智能服务模式，能够为典型即时应用场景提供“快、准、灵”的时空连续信息服务，实现智能对地观测的跨越式发展。
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doi:10.13203/j.whugis20220711
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目的：重力垂直梯度是探究地球重力场的关键信息，在大地测量学、地球物理学和地球动力学等领域中的应用越来越广泛，因此，快速、准确地获取高精度的重力垂直梯度信息愈发迫切。方法：本文提出了一种基于三维跟踪测量和抛物运动的重力垂直梯度测量方法，在真空环境中，利用三维跟踪技术动态追踪抛物运动下落的靶球，获得靶球运动的三维坐标时间序列，建立轨迹观测方程，并利用最小二乘法提取出重力垂直梯度信息。结果：对本文提出的测量方法设计了仿真实验并进行精度验证，实验结果表明，当落体测量精度达到微米级时，此测量方法的主要误差源是三维跟踪测量误差和时间测量误差，其中时间测量误差对重力垂直梯度测量精度的影响较小。对抛物运动坐标时间序列同时加入标准差为10μm的三维跟踪测量随机误差和标准差为10ns时间测量随机误差后统计重力垂直梯度的测量误差，测量误差的RMS约为1.31E。结论：该方法在测量重力垂直梯度时是有效的并且具有较好的稳定性。
目的：重力垂直梯度是探究地球重力场的关键信息，在大地测量学、地球物理学和地球动力学等领域中的应用越来越广泛，因此，快速、准确地获取高精度的重力垂直梯度信息愈发迫切。方法：本文提出了一种基于三维跟踪测量和抛物运动的重力垂直梯度测量方法，在真空环境中，利用三维跟踪技术动态追踪抛物运动下落的靶球，获得靶球运动的三维坐标时间序列，建立轨迹观测方程，并利用最小二乘法提取出重力垂直梯度信息。结果：对本文提出的测量方法设计了仿真实验并进行精度验证，实验结果表明，当落体测量精度达到微米级时，此测量方法的主要误差源是三维跟踪测量误差和时间测量误差，其中时间测量误差对重力垂直梯度测量精度的影响较小。对抛物运动坐标时间序列同时加入标准差为10μm的三维跟踪测量随机误差和标准差为10ns时间测量随机误差后统计重力垂直梯度的测量误差，测量误差的RMS约为1.31E。结论：该方法在测量重力垂直梯度时是有效的并且具有较好的稳定性。
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doi:10.13203/j.whugis20220656
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表碛覆盖型冰川有其独特的物质平衡特征，冰川流速是评估物质平衡的重要指标。针对遥感方法难以区分冰川表碛和岩石的问题，利用结合纹理和地形因素的特征优选随机森林算法识别了天山科其喀尔冰川的表碛范围，比较于其他机器学习方法，识别精度能有显著提升。然后基于表碛识别结果和2017-2021年哨兵2号（Sentinel-2）影像数据，采用特征匹配及互相关计算（COSI-Corr）方法对表碛覆盖冰川流速进行了估算。表碛识别结果显示表碛覆盖面积约24.6 km2，占整个科其喀尔冰川面积的31.7%。流速估算结果表明，科其喀尔冰川年均最大流速位于东支海拔4380 m左右位置，在2020年达到约145.9 m·a-1。随海拔降低，冰川末端流速递减至0~10 m·a-1。对研究区1989-2021年的流速变化进行长时序分析发现，冰川中上部流速随气候变暖而持续加快。在冰川下部海拔3090 m至3500 m的区间内，由于冰碛积累和冰舌的不断减薄，冰川表面流速持续降低，冰川物质平衡处在亏损状态。
表碛覆盖型冰川有其独特的物质平衡特征，冰川流速是评估物质平衡的重要指标。针对遥感方法难以区分冰川表碛和岩石的问题，利用结合纹理和地形因素的特征优选随机森林算法识别了天山科其喀尔冰川的表碛范围，比较于其他机器学习方法，识别精度能有显著提升。然后基于表碛识别结果和2017-2021年哨兵2号（Sentinel-2）影像数据，采用特征匹配及互相关计算（COSI-Corr）方法对表碛覆盖冰川流速进行了估算。表碛识别结果显示表碛覆盖面积约24.6 km2，占整个科其喀尔冰川面积的31.7%。流速估算结果表明，科其喀尔冰川年均最大流速位于东支海拔4380 m左右位置，在2020年达到约145.9 m·a-1。随海拔降低，冰川末端流速递减至0~10 m·a-1。对研究区1989-2021年的流速变化进行长时序分析发现，冰川中上部流速随气候变暖而持续加快。在冰川下部海拔3090 m至3500 m的区间内，由于冰碛积累和冰舌的不断减薄，冰川表面流速持续降低，冰川物质平衡处在亏损状态。
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doi:10.13203/j.whugis20230035
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开云体育苹果版研制的“启明星一号”（QMX-1）卫星具备夜间可见光成像的功能，该卫星于2022年2月27日成功发射。为评估QMX-1夜间灯光影像的数据特点，本研究选择北京市主城区、深圳市和武汉市主城区作为研究区域，将QMX-1夜间灯光影像与“珞珈一号”01星（LJ1-01）夜间灯光影像在数据统计特征、路网方面进行了多层次的对比分析，并利用小波分析评价启明星一号夜间灯光影像的空间特性。分析结果显示，QMX-1夜光影像与LJ1-01夜光影像灰度值（Digital Number,DN）分布不同，QMX-1夜光影像灰度值更加均一； QMX-1夜光影像中道路更易于辨认，且QMX-1夜光影像灰度值与道路长度和道路核密度具有更高的相关性；在QMX-1夜光影像上，约10%~30%的小波分量能量分布在23~46m分辨率，说明QMX-1夜光影像蕴含了丰富的空间细节信息。本研究表明，QMX-1夜光影像是一种质量较高的夜间灯光数据源，20米左右空间分辨率的夜光数据能够更有效地反映城市细节信息。
开云体育苹果版研制的“启明星一号”（QMX-1）卫星具备夜间可见光成像的功能，该卫星于2022年2月27日成功发射。为评估QMX-1夜间灯光影像的数据特点，本研究选择北京市主城区、深圳市和武汉市主城区作为研究区域，将QMX-1夜间灯光影像与“珞珈一号”01星（LJ1-01）夜间灯光影像在数据统计特征、路网方面进行了多层次的对比分析，并利用小波分析评价启明星一号夜间灯光影像的空间特性。分析结果显示，QMX-1夜光影像与LJ1-01夜光影像灰度值（Digital Number,DN）分布不同，QMX-1夜光影像灰度值更加均一； QMX-1夜光影像中道路更易于辨认，且QMX-1夜光影像灰度值与道路长度和道路核密度具有更高的相关性；在QMX-1夜光影像上，约10%~30%的小波分量能量分布在23~46m分辨率，说明QMX-1夜光影像蕴含了丰富的空间细节信息。本研究表明，QMX-1夜光影像是一种质量较高的夜间灯光数据源，20米左右空间分辨率的夜光数据能够更有效地反映城市细节信息。
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doi:10.13203/j.whugis20230010
摘要:
针对城市环境下卫星信号遮挡严重，智能手机GNSS (Global Navigation Satellite System)定位难以保证连续性和可靠性的问题，本文提出一种基于智能手机内置传感器数据的GNSS/MEMS IMU (Micro-Electro-Mechanical System Inertial Measurement Unit)紧组合车载导航算法。算法使用INS (Inertial Navigation System)机械编排进行时间更新，在车辆运动模型约束的基础上，使用伪距、多普勒频移和TDCP (Time-Differenced Carrier Phase)计算的航向角作为观测值进行测量更新。采用三部不同型号的智能手机进行车载试验分析，结果表明：城市场景下紧组合滤波定位算法平面位置精度统计约5~6m，高程方向约为5m，且在GNSS信号失锁的隧道场景下具有短时间推算功能。算法受GNSS观测条件的影响较小，大幅提升城市复杂环境下智能手机车载定位的连续性和可靠性。
针对城市环境下卫星信号遮挡严重，智能手机GNSS (Global Navigation Satellite System)定位难以保证连续性和可靠性的问题，本文提出一种基于智能手机内置传感器数据的GNSS/MEMS IMU (Micro-Electro-Mechanical System Inertial Measurement Unit)紧组合车载导航算法。算法使用INS (Inertial Navigation System)机械编排进行时间更新，在车辆运动模型约束的基础上，使用伪距、多普勒频移和TDCP (Time-Differenced Carrier Phase)计算的航向角作为观测值进行测量更新。采用三部不同型号的智能手机进行车载试验分析，结果表明：城市场景下紧组合滤波定位算法平面位置精度统计约5~6m，高程方向约为5m，且在GNSS信号失锁的隧道场景下具有短时间推算功能。算法受GNSS观测条件的影响较小，大幅提升城市复杂环境下智能手机车载定位的连续性和可靠性。
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doi:10.13203/j.whugis20220745
摘要:
在空间直角坐标转换等结构EIV模型中，系数矩阵中有部分随机观测值（或其负值）会在系数矩阵的不同位置重复出现。对于随机变量重复出现的结构EIV模型，重复的次数是否应纳入整体最小二乘准则以及重复次数如何纳入，已有文献尚未形成定论。本文首先提出了一种通用结构EIV模型，通过引入综合权矩阵来表达不同的平差准则并推导了通用模型的算法。然后采用线性化方法将通用EIV模型转换为Gauss-Helmert模型求解并推导了参数的近似精度公式。从模型分析和数值模拟两方面分别验证了独立随机误差的重复次数不应计入结构整体最小二乘准则。最终确立了结构EIV模型的最优平差准则并证明了近似精度评定公式是可行有效的。
在空间直角坐标转换等结构EIV模型中，系数矩阵中有部分随机观测值（或其负值）会在系数矩阵的不同位置重复出现。对于随机变量重复出现的结构EIV模型，重复的次数是否应纳入整体最小二乘准则以及重复次数如何纳入，已有文献尚未形成定论。本文首先提出了一种通用结构EIV模型，通过引入综合权矩阵来表达不同的平差准则并推导了通用模型的算法。然后采用线性化方法将通用EIV模型转换为Gauss-Helmert模型求解并推导了参数的近似精度公式。从模型分析和数值模拟两方面分别验证了独立随机误差的重复次数不应计入结构整体最小二乘准则。最终确立了结构EIV模型的最优平差准则并证明了近似精度评定公式是可行有效的。
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doi:10.13203/j.whugis20230080
摘要:
2023年2月22日，内蒙古自治区新井露天矿发生大面积坍塌事故，造成重大人员伤亡。为了全面获取新井露天矿的地表形变信息及灾前形变特征，基于全散射体InSAR（FS-InSAR）技术，利用2021-09-09—2022-08-11的24期Sentinel-1雷达影像，对该露天矿进行开展了精细化监测。结果表明：（1）对于低相干露天矿地区，FS-InSAR技术能够获取全域精细的地表形变信息，监测点密度可达4 758个/km2；（2）2022年2月以后，坍塌体底部开始出现加速失稳的形变异常先兆特征；（3）南帮西侧底部形变最为严重，多处形变速率超过200 mm/a，存在较大坍塌风险；（4）卫星InSAR技术可以全面掌握露天矿的形变空间分布及灾前时序变化特征，对于矿区安全生产具有重要意义。
2023年2月22日，内蒙古自治区新井露天矿发生大面积坍塌事故，造成重大人员伤亡。为了全面获取新井露天矿的地表形变信息及灾前形变特征，基于全散射体InSAR（FS-InSAR）技术，利用2021-09-09—2022-08-11的24期Sentinel-1雷达影像，对该露天矿进行开展了精细化监测。结果表明：（1）对于低相干露天矿地区，FS-InSAR技术能够获取全域精细的地表形变信息，监测点密度可达4 758个/km2；（2）2022年2月以后，坍塌体底部开始出现加速失稳的形变异常先兆特征；（3）南帮西侧底部形变最为严重，多处形变速率超过200 mm/a，存在较大坍塌风险；（4）卫星InSAR技术可以全面掌握露天矿的形变空间分布及灾前时序变化特征，对于矿区安全生产具有重要意义。
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doi:10.13203/j.whugis20230090
摘要:
火山形变监测是星载合成孔径雷达干涉测量技术（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）应用最为广泛的研究领域之一。近年来，在InSAR数据开源获取，数据处理技术快速发展和多学科交叉融合的背景下，国内外火山形变监测与火山源参数反演相关研究进入了新的阶段。本文对基于InSAR技术的火山形变监测和参数反演研究进行阶段性的梳理和总结：首先，介绍InSAR的基本原理以及主流多时相InSAR技术，分析其在火山监测过程中的主要误差源；其次，总结常用的火山地表形变参数反演解析模型和数值模型；然后，结合国内外火山研究案例，分析InSAR和火山地球物理模型在岩浆转移、喷发、脱气与热液作用等火山构造动力学机制研究中的具体应用；最后，介绍我国火山形变监测的发展现状并探讨了InSAR火山形变监测的挑战和前沿方向。
火山形变监测是星载合成孔径雷达干涉测量技术（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）应用最为广泛的研究领域之一。近年来，在InSAR数据开源获取，数据处理技术快速发展和多学科交叉融合的背景下，国内外火山形变监测与火山源参数反演相关研究进入了新的阶段。本文对基于InSAR技术的火山形变监测和参数反演研究进行阶段性的梳理和总结：首先，介绍InSAR的基本原理以及主流多时相InSAR技术，分析其在火山监测过程中的主要误差源；其次，总结常用的火山地表形变参数反演解析模型和数值模型；然后，结合国内外火山研究案例，分析InSAR和火山地球物理模型在岩浆转移、喷发、脱气与热液作用等火山构造动力学机制研究中的具体应用；最后，介绍我国火山形变监测的发展现状并探讨了InSAR火山形变监测的挑战和前沿方向。
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doi:10.13203/j.whugis20220573
摘要:
新疆地区水文气候变化复杂，其水储量变化及其负荷形变特征精确提取极为重要。本文采用卫星重力数据（GRACE）反演新疆2010~2014年陆地水储量变化，利用独立成分分析法（ICA）分解时空模式，提取时空特征信号。在此基础上，反演陆地水负荷迁移引起的地壳垂向变化，引入重力位系数与负荷勒夫数一阶项改正，回加非潮汐大气与海洋信号（GAC），结合尺度因子法校正GRACE反演结果，引入GPCP月降水资料分析形变影响，将其与测区12座CORS站形变位移进行定量比较，重点分析各测站陆地水负荷信号与GNSS垂直位移的相关关系。结果表明：经ICA方法分解的新疆地区陆地水储量呈现多时间尺度特征，表现为明显的周年与长期变化；周年信号在西部帕米尔高原附近尤为显著；长期变化以逐年减少为主，在乌鲁木齐西部、天山一带信号较强；总体上，陆地水负荷垂直形变的时间序列波动幅度相对较小，幅值为-1.5mm~1.5mm，与WGHM模型结果比较一致；形变时序与降水量变化除了存在明显的时间滞后之外，总体趋势相吻合；经GAC改正后，GRACE结果与GNSS垂直位移的相关程度有所提升，各测站相关系数为0.63~0.91，WRMS达16.18％~58.97％，相位延迟约为0.5~2个月。本文研究方法可揭示新疆地区更为精细的水文信号特征，为区域参考框架精确维护提供重要技术支撑。
新疆地区水文气候变化复杂，其水储量变化及其负荷形变特征精确提取极为重要。本文采用卫星重力数据（GRACE）反演新疆2010~2014年陆地水储量变化，利用独立成分分析法（ICA）分解时空模式，提取时空特征信号。在此基础上，反演陆地水负荷迁移引起的地壳垂向变化，引入重力位系数与负荷勒夫数一阶项改正，回加非潮汐大气与海洋信号（GAC），结合尺度因子法校正GRACE反演结果，引入GPCP月降水资料分析形变影响，将其与测区12座CORS站形变位移进行定量比较，重点分析各测站陆地水负荷信号与GNSS垂直位移的相关关系。结果表明：经ICA方法分解的新疆地区陆地水储量呈现多时间尺度特征，表现为明显的周年与长期变化；周年信号在西部帕米尔高原附近尤为显著；长期变化以逐年减少为主，在乌鲁木齐西部、天山一带信号较强；总体上，陆地水负荷垂直形变的时间序列波动幅度相对较小，幅值为-1.5mm~1.5mm，与WGHM模型结果比较一致；形变时序与降水量变化除了存在明显的时间滞后之外，总体趋势相吻合；经GAC改正后，GRACE结果与GNSS垂直位移的相关程度有所提升，各测站相关系数为0.63~0.91，WRMS达16.18％~58.97％，相位延迟约为0.5~2个月。本文研究方法可揭示新疆地区更为精细的水文信号特征，为区域参考框架精确维护提供重要技术支撑。
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doi:10.13203/j.whugis20220491
摘要:
针对城市环境下GNSS (Global Navigation Satellite System)信号严重遮挡和MEMS IMU (Micro-Electro-Mechanical System InertialMeasurement Unit)误差快速累积导致GNSS/INS (Inertial Navigation System)组合导航精度下降的问题，本文提出一种GNSS RTK+TDCP (Real Time Kinematic+Time-Differenced Carrier Phase)/INS实时精密定位方法。在观测条件良好时，采用固定模糊度的RTK与INS紧组合；当信号严重遮挡RTK解算失败但TDCP解算成功时，使用TDCP观测值与INS紧组合；若TDCP解算失败，采用INS推算导航。在开云体育苹果版校园及周边开展车载试验，结果表明，在除了隧道等密闭环境外的城市道路上，多系统GNSS的TDCP解算成功率接近90%。在RTK解算失败的连续时间小于45s的复杂环境下，TDCP/INS组合定位的平面和高程误差RMS (Root Mean Square)分别为0.30m、0.21m，最大误差为0.69m、0.72m，可以实现分米级的实时定位精度。
针对城市环境下GNSS (Global Navigation Satellite System)信号严重遮挡和MEMS IMU (Micro-Electro-Mechanical System InertialMeasurement Unit)误差快速累积导致GNSS/INS (Inertial Navigation System)组合导航精度下降的问题，本文提出一种GNSS RTK+TDCP (Real Time Kinematic+Time-Differenced Carrier Phase)/INS实时精密定位方法。在观测条件良好时，采用固定模糊度的RTK与INS紧组合；当信号严重遮挡RTK解算失败但TDCP解算成功时，使用TDCP观测值与INS紧组合；若TDCP解算失败，采用INS推算导航。在开云体育苹果版校园及周边开展车载试验，结果表明，在除了隧道等密闭环境外的城市道路上，多系统GNSS的TDCP解算成功率接近90%。在RTK解算失败的连续时间小于45s的复杂环境下，TDCP/INS组合定位的平面和高程误差RMS (Root Mean Square)分别为0.30m、0.21m，最大误差为0.69m、0.72m，可以实现分米级的实时定位精度。
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doi:10.13203/j.whugis20220348
摘要:
5G引入的毫米波、大规模天线阵列、超密集组网及终端直通等新技术，不但大幅度提升通信性能，且具备解决卫星“最后一公里”定位难题的潜力，有望满足城市峡谷、工业物联网等复杂场景下的高精度定位需求。目前针对5G通信定位展开的研究大多基于仿真信道模拟，本文通过5G n78频段的实际测试数据对基于北斗高精度时空基准的5G下行定位方法验证，使用北斗载波相位差分定位与全站仪在室内试验场建立厘米级空间基准，使用北斗授时及带内光纤同步达到纳秒级时间同步精度。对比了Chan算法、Taylor级数展开算法与残差加权算法三种基于到达时间差的定位算法在室内热点场景下的定位精度，结果表明，静态定位残差加权算法精度最优，动态定位时Taylor级数展开算法优于残差加权算法，Taylor级数算法与残差加权算法静态与动态定位精度均可达分米级。其中，非视距误差对到达时间差观测值产生5m范围内的偏差，使用残差加权算法可改善Chan算法在非视距条件下定位精度。
5G引入的毫米波、大规模天线阵列、超密集组网及终端直通等新技术，不但大幅度提升通信性能，且具备解决卫星“最后一公里”定位难题的潜力，有望满足城市峡谷、工业物联网等复杂场景下的高精度定位需求。目前针对5G通信定位展开的研究大多基于仿真信道模拟，本文通过5G n78频段的实际测试数据对基于北斗高精度时空基准的5G下行定位方法验证，使用北斗载波相位差分定位与全站仪在室内试验场建立厘米级空间基准，使用北斗授时及带内光纤同步达到纳秒级时间同步精度。对比了Chan算法、Taylor级数展开算法与残差加权算法三种基于到达时间差的定位算法在室内热点场景下的定位精度，结果表明，静态定位残差加权算法精度最优，动态定位时Taylor级数展开算法优于残差加权算法，Taylor级数算法与残差加权算法静态与动态定位精度均可达分米级。其中，非视距误差对到达时间差观测值产生5m范围内的偏差，使用残差加权算法可改善Chan算法在非视距条件下定位精度。
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doi:10.13203/j.whugis20220098
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地表裂缝作为斜坡变形的前兆特征之一，其能够对地质灾害早期识别、运动失稳特征确定提供预报信息。受地形条件影响，人工排查效率低，使用单一遥感数据识别也难以解决复杂背景下裂缝的尺寸效应及噪点滤波问题。为了高效采集变形斜坡地表裂缝分布位置及几何信息，采用以无人机仿地飞行获取的点云（Point Cloud）及数字正射影像图（DOM）为数据源。首先，分别以点云粗糙度、坡度、离散度和数字图像像素梯度、灰度值、RGB值作为特征的6种算法模型实现斜坡裂缝的初步识别，进行不同模型的受试者工作特征曲线（ROC）检验并确定分割阈值；其次，将初始提取结果通过形态修复、基于密度聚类算法（DBSCAN）索引的裂缝方向、长度、频数3种滤波算法处理背景噪点，使得在最小程度造成裂缝失真情况下能够最高去除82.7%的噪点；然后，采用二分类模型评价指标分析6种滤波后裂缝提取结果的优劣性，并针对裂缝尺寸效应，获得数据融合后的最优检测模型（F-分数=0.835）；最后，基于裂缝骨架及轮廓自动计算了数量、长度、宽度、方向、离散度、裂纹密度6个定量化特征指标。结果表明：采用多维数据融合能够解决地表裂缝识别的空间尺度效应，以裂缝单元索引的滤波处理方式能够适用于大范围复杂地表场景下的噪点去除。
地表裂缝作为斜坡变形的前兆特征之一，其能够对地质灾害早期识别、运动失稳特征确定提供预报信息。受地形条件影响，人工排查效率低，使用单一遥感数据识别也难以解决复杂背景下裂缝的尺寸效应及噪点滤波问题。为了高效采集变形斜坡地表裂缝分布位置及几何信息，采用以无人机仿地飞行获取的点云（Point Cloud）及数字正射影像图（DOM）为数据源。首先，分别以点云粗糙度、坡度、离散度和数字图像像素梯度、灰度值、RGB值作为特征的6种算法模型实现斜坡裂缝的初步识别，进行不同模型的受试者工作特征曲线（ROC）检验并确定分割阈值；其次，将初始提取结果通过形态修复、基于密度聚类算法（DBSCAN）索引的裂缝方向、长度、频数3种滤波算法处理背景噪点，使得在最小程度造成裂缝失真情况下能够最高去除82.7%的噪点；然后，采用二分类模型评价指标分析6种滤波后裂缝提取结果的优劣性，并针对裂缝尺寸效应，获得数据融合后的最优检测模型（F-分数=0.835）；最后，基于裂缝骨架及轮廓自动计算了数量、长度、宽度、方向、离散度、裂纹密度6个定量化特征指标。结果表明：采用多维数据融合能够解决地表裂缝识别的空间尺度效应，以裂缝单元索引的滤波处理方式能够适用于大范围复杂地表场景下的噪点去除。
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doi:10.13203/j.whugis20220161
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在城市双线道路增量更新中，拓扑关系容易出现不一致现象。 针对双线道路增量更新中的拓扑冲突检测与处理的问题，提出了基于线-面关系扩展四交模型的拓扑冲突检测与处理方法。 首先讨论了单-双线道路可能存在的拓扑关系类型与表达方式；然后设计了包含线面关系、公共交点个数、是否是双线道路顶点的空间关系表达模型；最后通过计算更新前后单-双线道路拓扑关系矩阵差判定拓扑冲突的类型并构建了对应的拓扑冲突处理规则。 试验表明， 该方法能够有效表达单-双线道路的拓扑关系，并能够实现拓扑冲突自动化检测与处理， 针对性强，准确率高。
在城市双线道路增量更新中，拓扑关系容易出现不一致现象。 针对双线道路增量更新中的拓扑冲突检测与处理的问题，提出了基于线-面关系扩展四交模型的拓扑冲突检测与处理方法。 首先讨论了单-双线道路可能存在的拓扑关系类型与表达方式；然后设计了包含线面关系、公共交点个数、是否是双线道路顶点的空间关系表达模型；最后通过计算更新前后单-双线道路拓扑关系矩阵差判定拓扑冲突的类型并构建了对应的拓扑冲突处理规则。 试验表明， 该方法能够有效表达单-双线道路的拓扑关系，并能够实现拓扑冲突自动化检测与处理， 针对性强，准确率高。
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doi:10.13203/j.whugis20220397
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四分量钻孔应变观测产出了丰富的近地表连续地壳应变变化资料，使用这些资料时需要正确解析。本文在四分量钻孔应变观测的力学换算方法基础上，提出了在张-压应力、张应力和压应力三种应力环境下利用四分量钻孔应变观测判定观测区域应力应变状态的方法。以门源M6.9级地震为例，用此种方法研究了震中附近区域的背景应力应变状态，结果表明应力应变集中区在近地表可能会出现应变拉张现象；分析了门源台主张应变方向的动态变化，初步确定震前5天出现的主张应变方向变化速率增强现象为震前异常；对四分量钻孔应变记录的同震应变状态与基于弹性位错理论模拟的同震应力场变化特征进行了对比分析，结果表明实测结果与模拟结果吻合度较高。应用分析表明，本文提出的判定钻孔观测区域应力应变状态的方法可行有效。
四分量钻孔应变观测产出了丰富的近地表连续地壳应变变化资料，使用这些资料时需要正确解析。本文在四分量钻孔应变观测的力学换算方法基础上，提出了在张-压应力、张应力和压应力三种应力环境下利用四分量钻孔应变观测判定观测区域应力应变状态的方法。以门源M6.9级地震为例，用此种方法研究了震中附近区域的背景应力应变状态，结果表明应力应变集中区在近地表可能会出现应变拉张现象；分析了门源台主张应变方向的动态变化，初步确定震前5天出现的主张应变方向变化速率增强现象为震前异常；对四分量钻孔应变记录的同震应变状态与基于弹性位错理论模拟的同震应力场变化特征进行了对比分析，结果表明实测结果与模拟结果吻合度较高。应用分析表明，本文提出的判定钻孔观测区域应力应变状态的方法可行有效。
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doi:10.13203/j.whugis20220475
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针对在轨标定时，由于强光照条件造成直线提取效果较差的问题，提出了一种用于行星车在轨标定的亮度加权分区间直线提取方法。首先，对梯度幅值和梯度方向进行统计，获得梯度方向分布模型并根据高斯分布的标准差进行自适应区间划分。然后，以像素的亮度作为权重依据，确定各区间的梯度阈值并进行初始的边缘链提取。之后，根据梯度方向直方图确定各边缘链的种子点，通过动态跟踪完成直线的初步检测。最终结合端点距离、重心一致性约束进行直线连接，利用亥姆赫兹准则完成直线验证。采用嫦娥三号的立体太阳能板导航影像开展了直线提取、匹配及直线约束下的在轨标定实验，并与经典的LSD和EDlines方法进行了对比。结果表明，本文方法较LSD和EDlines方法正确直线提取最大提升了62.35%和43.21%，平均提升了37.96%和27.76%；采用直线约束开展立体视觉系统标定的精度提升了6.45%，较另外两种直线提取结果约束下的精度提升了4.38%和2.30%，表明本文提出的直线提取方法更优，可以辅助实现更高精度的行星车立体视觉系统的在轨标定。
针对在轨标定时，由于强光照条件造成直线提取效果较差的问题，提出了一种用于行星车在轨标定的亮度加权分区间直线提取方法。首先，对梯度幅值和梯度方向进行统计，获得梯度方向分布模型并根据高斯分布的标准差进行自适应区间划分。然后，以像素的亮度作为权重依据，确定各区间的梯度阈值并进行初始的边缘链提取。之后，根据梯度方向直方图确定各边缘链的种子点，通过动态跟踪完成直线的初步检测。最终结合端点距离、重心一致性约束进行直线连接，利用亥姆赫兹准则完成直线验证。采用嫦娥三号的立体太阳能板导航影像开展了直线提取、匹配及直线约束下的在轨标定实验，并与经典的LSD和EDlines方法进行了对比。结果表明，本文方法较LSD和EDlines方法正确直线提取最大提升了62.35%和43.21%，平均提升了37.96%和27.76%；采用直线约束开展立体视觉系统标定的精度提升了6.45%，较另外两种直线提取结果约束下的精度提升了4.38%和2.30%，表明本文提出的直线提取方法更优，可以辅助实现更高精度的行星车立体视觉系统的在轨标定。
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doi:10.13203/j.whugis20220291
摘要:
高精度高分辨率地球重力场模型可用来获取全球或区域垂线偏差， 本文利用三组最大阶数为 2190 阶的超高阶高精度重力场模型(GECO 模型、 EIGEN-6C4 模型和 SGG-UGM-2模型)计算了西部重要交通枢纽工程沿线区域尤其是规划站点的垂线偏差， 针对重点隧道区域计算分析了在不同的洞外控制点高度角条件下， 垂线偏差带来的隧道贯通误差影响。 计算表明： 基于三组地球重力场模型获取的西部重要交通枢纽工程沿线区域垂线偏差的子午圈分量为 20″ 左右，卯酉圈分量小于 1″ ，且三组模型计算的垂线偏差卯酉圈分量差异小于 0.04″， 而子午圈分量差异小于 0.6″ ；针对工程中规划的 6 个重要隧道设计的实验结果表明， 当洞外控制点高度角为 45º、 35º、 25º和 15º时， 垂线偏差对横向贯通误差影响值分别约为 180 mm、 130 mm、 100 mm 和 70 mm。 因此隧道外控制点高度角大小能直接决定垂线偏差对隧道横向贯通误差的影响， 在实际施工过程中应尽量保证将隧道外控制点埋设在等高面上，若由于地形条件等影响无法调整控制点间高度角，则必须进行垂线偏差的改正，以削弱贯通误差的影响， 进而保证隧道的顺利贯通。
高精度高分辨率地球重力场模型可用来获取全球或区域垂线偏差， 本文利用三组最大阶数为 2190 阶的超高阶高精度重力场模型(GECO 模型、 EIGEN-6C4 模型和 SGG-UGM-2模型)计算了西部重要交通枢纽工程沿线区域尤其是规划站点的垂线偏差， 针对重点隧道区域计算分析了在不同的洞外控制点高度角条件下， 垂线偏差带来的隧道贯通误差影响。 计算表明： 基于三组地球重力场模型获取的西部重要交通枢纽工程沿线区域垂线偏差的子午圈分量为 20″ 左右，卯酉圈分量小于 1″ ，且三组模型计算的垂线偏差卯酉圈分量差异小于 0.04″， 而子午圈分量差异小于 0.6″ ；针对工程中规划的 6 个重要隧道设计的实验结果表明， 当洞外控制点高度角为 45º、 35º、 25º和 15º时， 垂线偏差对横向贯通误差影响值分别约为 180 mm、 130 mm、 100 mm 和 70 mm。 因此隧道外控制点高度角大小能直接决定垂线偏差对隧道横向贯通误差的影响， 在实际施工过程中应尽量保证将隧道外控制点埋设在等高面上，若由于地形条件等影响无法调整控制点间高度角，则必须进行垂线偏差的改正，以削弱贯通误差的影响， 进而保证隧道的顺利贯通。
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doi:10.13203/j.whugis20220623
摘要:
无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)航空磁测作为一种高效便捷、成本低廉的地球物理方法已广泛应用于地质调查、矿产资源探测、工程勘察等领域。首先概括了无人机航磁测量系统近二十年的历史进程，介绍了国内外无人机航磁测量装备的研发进展以及应用情况,比较了三类主要无人机飞行平台的优缺点及其在航空磁测领域的应用场景，对无人机航空磁力仪的类型和特点进行了分析。其次，详细阐述了航空磁测的干扰问题，对航磁补偿原理进行了数学描述，探讨了多种航空磁测补偿方法的应用实例，总结了无人机电磁干扰的特性和相关的抑制方法，指出了在传统磁补偿的基础上进一步改善无人机航空磁测精度的相关途径。最后，介绍了无人机航空磁测技术相关的典型应用案例，对无人机航磁测量技术的优势与不足进行了总结，同时对无人机航空磁测技术的下一步挑战与发展提出了展望。
无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)航空磁测作为一种高效便捷、成本低廉的地球物理方法已广泛应用于地质调查、矿产资源探测、工程勘察等领域。首先概括了无人机航磁测量系统近二十年的历史进程，介绍了国内外无人机航磁测量装备的研发进展以及应用情况,比较了三类主要无人机飞行平台的优缺点及其在航空磁测领域的应用场景，对无人机航空磁力仪的类型和特点进行了分析。其次，详细阐述了航空磁测的干扰问题，对航磁补偿原理进行了数学描述，探讨了多种航空磁测补偿方法的应用实例，总结了无人机电磁干扰的特性和相关的抑制方法，指出了在传统磁补偿的基础上进一步改善无人机航空磁测精度的相关途径。最后，介绍了无人机航空磁测技术相关的典型应用案例，对无人机航磁测量技术的优势与不足进行了总结，同时对无人机航空磁测技术的下一步挑战与发展提出了展望。
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doi:10.13203/j.whugis20220459
摘要:
滑坡体内部结构、变形特征及其随时间变化特征是监测滑坡的重要内容。传统的滑坡监测方法依赖于大地测量方法和钻孔取样等工程手段。而地震学方法在获取地球内部结构以及震源破裂变形方面具有独特优势，其中基于被动源的地震学方法无需采用人工震源，野外作业灵活，能够安全、经济、高效地监测滑坡。这些方法成功应用于四川省理县西山村滑坡监测，获取了滑坡体地震波速度结构、滑动面深度、滑坡体脆性变形特征等信息。简要叙述了这些被动源地震学方法监测滑坡的基本理论及其在西山村滑坡研究中所取得的进展。
滑坡体内部结构、变形特征及其随时间变化特征是监测滑坡的重要内容。传统的滑坡监测方法依赖于大地测量方法和钻孔取样等工程手段。而地震学方法在获取地球内部结构以及震源破裂变形方面具有独特优势，其中基于被动源的地震学方法无需采用人工震源，野外作业灵活，能够安全、经济、高效地监测滑坡。这些方法成功应用于四川省理县西山村滑坡监测，获取了滑坡体地震波速度结构、滑动面深度、滑坡体脆性变形特征等信息。简要叙述了这些被动源地震学方法监测滑坡的基本理论及其在西山村滑坡研究中所取得的进展。
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doi:10.13203/j.whugis20220196
摘要:
2019-09-20，青海省玛沁县拉加镇军功古滑坡发生了局部失稳，导致公路交通中断，严重威胁当地居民生命财产安全，亟需查明古滑坡的形变区和形变规律，为防治工程设计和监测预警提供参考。首先利用高分辨率卫星影像和数字高程模型数据并结合现场调查，基于滑坡形态特征和形变迹象对古滑坡进行分区；进一步利用2017-01至2020-12的Sentinel-1雷达卫星降轨数据，基于小基线差分干涉测量技术（smallbaseline subsets interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR）对古滑坡的地表形变特征和形变规律进行分析。基于滑坡形态特征和变形迹象，将古滑坡分为4个次级滑坡区，SBAS-InSAR形变结果显示古滑坡整体处于持续的缓慢蠕滑状态。滑坡强变形区主要位于公路开挖段，人类活动对古滑坡稳定性扰动较大，滑坡强变形区形变速率与降雨具有较好的响应关系。虽然古滑坡局部已进行了抗滑桩等工程治理，但由于古滑坡存在多级滑面，已有抗滑桩深度不够，虽发挥了一定的抗滑作用但未起到完全阻止滑坡整体蠕滑变形的作用，建议后续治理工程应利用钻探等勘察技术手段查明多级滑面深度后进行设计施工，并在强形变区安装裂缝计等现场实时监测预警设备，结合雷达卫星InSAR中长期监测，实现对该滑坡点、面结合的监测预警。
2019-09-20，青海省玛沁县拉加镇军功古滑坡发生了局部失稳，导致公路交通中断，严重威胁当地居民生命财产安全，亟需查明古滑坡的形变区和形变规律，为防治工程设计和监测预警提供参考。首先利用高分辨率卫星影像和数字高程模型数据并结合现场调查，基于滑坡形态特征和形变迹象对古滑坡进行分区；进一步利用2017-01至2020-12的Sentinel-1雷达卫星降轨数据，基于小基线差分干涉测量技术（smallbaseline subsets interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR）对古滑坡的地表形变特征和形变规律进行分析。基于滑坡形态特征和变形迹象，将古滑坡分为4个次级滑坡区，SBAS-InSAR形变结果显示古滑坡整体处于持续的缓慢蠕滑状态。滑坡强变形区主要位于公路开挖段，人类活动对古滑坡稳定性扰动较大，滑坡强变形区形变速率与降雨具有较好的响应关系。虽然古滑坡局部已进行了抗滑桩等工程治理，但由于古滑坡存在多级滑面，已有抗滑桩深度不够，虽发挥了一定的抗滑作用但未起到完全阻止滑坡整体蠕滑变形的作用，建议后续治理工程应利用钻探等勘察技术手段查明多级滑面深度后进行设计施工，并在强形变区安装裂缝计等现场实时监测预警设备，结合雷达卫星InSAR中长期监测，实现对该滑坡点、面结合的监测预警。
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doi:10.13203/j.whugis20220345
摘要:
车牌识别作为现代化智能交通系统中重要的环节，对提升路网效率以及缓解城市交通压力等问题具有重要的社会意义，然而弱光照车牌图像识别仍然具有重大的挑战。构建了一个基于差分卷积神经网络的弱光照车牌图像增强网络，将车牌的纹理信息解耦为水平垂直和对角线两个方向，对不同尺度空间的低照度图像进行纹理增强。为了避免增强结果局部过曝或低曝，该方法使用YCbCr颜色空间的损失函数来优化模型。图像增强实验结果表明，所提出的方法较传统的低照度图像增强方法相比，图像客观质量结果峰值信噪比提升了0.47dB。同时，在仿真车牌和真实场景的车牌识别实验结果也证明了所提算法对于低照度图像感知质量提升的有效性。
车牌识别作为现代化智能交通系统中重要的环节，对提升路网效率以及缓解城市交通压力等问题具有重要的社会意义，然而弱光照车牌图像识别仍然具有重大的挑战。构建了一个基于差分卷积神经网络的弱光照车牌图像增强网络，将车牌的纹理信息解耦为水平垂直和对角线两个方向，对不同尺度空间的低照度图像进行纹理增强。为了避免增强结果局部过曝或低曝，该方法使用YCbCr颜色空间的损失函数来优化模型。图像增强实验结果表明，所提出的方法较传统的低照度图像增强方法相比，图像客观质量结果峰值信噪比提升了0.47dB。同时，在仿真车牌和真实场景的车牌识别实验结果也证明了所提算法对于低照度图像感知质量提升的有效性。
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doi:10.13203/j.whugis20220691
摘要:
北斗系统已向全球用户提供3个频段5个民用信号（B1I、 B1C、 B2a、 B2b、 B3I） 的导航定位和授时服务，结合北斗系统导航信号特点及北斗系统建设发展规划，采用长期积累的实测数据和动态车载实验数据对北斗下行导航信号进行了测试和评估，提出了多频选择模式下的双频、三频一阶消电离层和三频二阶消电离层的最优多路径组合方法；讨论并给出了用户单频、双频、三频定位模式及使用建议：单频用户优先使用B1C、 B2a，双频用户优先使用B1C/B2a组合，三频用户优先使用B1C/B2a/B3I，为用户正确使用北斗下行导航信号提供支撑。
北斗系统已向全球用户提供3个频段5个民用信号（B1I、 B1C、 B2a、 B2b、 B3I） 的导航定位和授时服务，结合北斗系统导航信号特点及北斗系统建设发展规划，采用长期积累的实测数据和动态车载实验数据对北斗下行导航信号进行了测试和评估，提出了多频选择模式下的双频、三频一阶消电离层和三频二阶消电离层的最优多路径组合方法；讨论并给出了用户单频、双频、三频定位模式及使用建议：单频用户优先使用B1C、 B2a，双频用户优先使用B1C/B2a组合，三频用户优先使用B1C/B2a/B3I，为用户正确使用北斗下行导航信号提供支撑。
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doi:10.13203/j.whugis20220070
摘要:
大多数先进的基于深度学习的图像分割算法缺乏结合图像上下文关系的能力，忽略了上下文信息对分割轮廓的作用及影响，使得算法性能的提升有所局限，为此本文提出了一种基于轮廓的图像分割方法，它利用一种渐进式动态图网络进行轮廓的变形。具体地，本文根据目标轮廓的拓扑结构，在轮廓上采样顶点将其转变成一个动态图，通过扩散目标点的上下文信息进行推理学习，并积累历史的学习经验来进行轮廓图的动态更新，本文通过一种端到端的方式进行图的更新和目标位置的预测，并将其封装成一个闭环的学习过程。本文方法在Cityscapes、KINS、SBD数据集上进行了测试，验证了该方法在实时实例分割上的有效性和实时性。具体地，在Cityscapes和SBD数据集上分别达到了最好的性能34.4%AP和55.3%AP，在KINS数据集上也达到了30.5%AP的性能，实现了很好的分割拟合效果，相比于Deep Snake模型，其分割轮廓与目标真实边界更加拟合且轮廓线更加平滑。此外，就运行速度而言，动态图模型在三个数据集上也达到了最好的结果，分别为3.8FPS、7.6FPS和13.1FPS，比Deep Snake模型的运行速度平均提升了0.5FPS。
大多数先进的基于深度学习的图像分割算法缺乏结合图像上下文关系的能力，忽略了上下文信息对分割轮廓的作用及影响，使得算法性能的提升有所局限，为此本文提出了一种基于轮廓的图像分割方法，它利用一种渐进式动态图网络进行轮廓的变形。具体地，本文根据目标轮廓的拓扑结构，在轮廓上采样顶点将其转变成一个动态图，通过扩散目标点的上下文信息进行推理学习，并积累历史的学习经验来进行轮廓图的动态更新，本文通过一种端到端的方式进行图的更新和目标位置的预测，并将其封装成一个闭环的学习过程。本文方法在Cityscapes、KINS、SBD数据集上进行了测试，验证了该方法在实时实例分割上的有效性和实时性。具体地，在Cityscapes和SBD数据集上分别达到了最好的性能34.4%AP和55.3%AP，在KINS数据集上也达到了30.5%AP的性能，实现了很好的分割拟合效果，相比于Deep Snake模型，其分割轮廓与目标真实边界更加拟合且轮廓线更加平滑。此外，就运行速度而言，动态图模型在三个数据集上也达到了最好的结果，分别为3.8FPS、7.6FPS和13.1FPS，比Deep Snake模型的运行速度平均提升了0.5FPS。
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doi:10.13203/j.whugis20220418
摘要:
针对高位隐蔽性滑坡隐患传统地面调查手段难以识别的问题，笔者所在团队提出了天-空-地协同的滑坡隐患识别与监测“三查”体系，并已在全国范围进行工程化应用，取得了较好的成效，但相关工作的学术报道较少。以滑坡灾害频发的大渡河流域丹巴县段为研究区，开展基于“三查”体系的滑坡隐患识别与监测具体实践。首先利用Stacking-InSAR和SBAS-InSAR两种InSAR技术结合高分辨率光学遥感实现整个实验区活动滑坡隐患的广域“普查”，并对比分析Stacking-InSAR和SBAS-InSAR的识别结果；随后利用机载激光雷达测量技术（LightDetection and Ranging，LiDAR）和无人机航空摄影测量技术对丹巴县城周边高风险区段滑坡隐患进行“详查”，进一步通过现场调查实现重大滑坡隐患的“核查”，最后利用SBAS-InSAR技术对典型滑坡隐患形变进行监测分析。协同利用天-空-地观测手段在研究区共探测到滑坡隐患41处，主要为大型古老滑坡堆积体在长期重力作用、河流冲刷和人类工程活动等因素扰动下产生的局部复活，大部分滑坡隐患形变演化趋势与季节性降雨有较好的相关性。
针对高位隐蔽性滑坡隐患传统地面调查手段难以识别的问题，笔者所在团队提出了天-空-地协同的滑坡隐患识别与监测“三查”体系，并已在全国范围进行工程化应用，取得了较好的成效，但相关工作的学术报道较少。以滑坡灾害频发的大渡河流域丹巴县段为研究区，开展基于“三查”体系的滑坡隐患识别与监测具体实践。首先利用Stacking-InSAR和SBAS-InSAR两种InSAR技术结合高分辨率光学遥感实现整个实验区活动滑坡隐患的广域“普查”，并对比分析Stacking-InSAR和SBAS-InSAR的识别结果；随后利用机载激光雷达测量技术（LightDetection and Ranging，LiDAR）和无人机航空摄影测量技术对丹巴县城周边高风险区段滑坡隐患进行“详查”，进一步通过现场调查实现重大滑坡隐患的“核查”，最后利用SBAS-InSAR技术对典型滑坡隐患形变进行监测分析。协同利用天-空-地观测手段在研究区共探测到滑坡隐患41处，主要为大型古老滑坡堆积体在长期重力作用、河流冲刷和人类工程活动等因素扰动下产生的局部复活，大部分滑坡隐患形变演化趋势与季节性降雨有较好的相关性。
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doi:10.13203/j.whugis20220100
摘要:
精确的犯罪热点探测技术对于城市公共安全管理与警力部署有着重要的决策支持作用，但由于城市犯罪的偶发性与隐蔽性，犯罪行为通常无法被直接、准确的观测，导致记录的犯罪信息于时间、空间上存在不确定性。现有热点探测方法大多基于数据完备的假设，应用于真实犯罪数据集时，易产生不可信的热点探测结果。基于此，本文提出一种数据不确定性下的犯罪事件热点探测方法。时间上，基于概率表达思想与Aoristic分析，建模犯罪时序规律；空间上基于理性选择理论与日常活动理论，采用地理加权回归进行不完备先验概率的矫正；最终通过Expectation-Maximization（EM）算法提取犯罪热点，绘制出可信的热点分布图。基于中国某地级市实际警情数据进行实验验证，结果显示，本文方法在面对相异不确定性强度的犯罪事件时，均能探测出稳定且合理的热点结果。本文方法所探测的热点充分剔除了犯罪事件不确定性的影响，贴合犯罪学中的日常活动理论，可为警务防控部署提供精准的决策支持。
精确的犯罪热点探测技术对于城市公共安全管理与警力部署有着重要的决策支持作用，但由于城市犯罪的偶发性与隐蔽性，犯罪行为通常无法被直接、准确的观测，导致记录的犯罪信息于时间、空间上存在不确定性。现有热点探测方法大多基于数据完备的假设，应用于真实犯罪数据集时，易产生不可信的热点探测结果。基于此，本文提出一种数据不确定性下的犯罪事件热点探测方法。时间上，基于概率表达思想与Aoristic分析，建模犯罪时序规律；空间上基于理性选择理论与日常活动理论，采用地理加权回归进行不完备先验概率的矫正；最终通过Expectation-Maximization（EM）算法提取犯罪热点，绘制出可信的热点分布图。基于中国某地级市实际警情数据进行实验验证，结果显示，本文方法在面对相异不确定性强度的犯罪事件时，均能探测出稳定且合理的热点结果。本文方法所探测的热点充分剔除了犯罪事件不确定性的影响，贴合犯罪学中的日常活动理论，可为警务防控部署提供精准的决策支持。
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doi:10.13203/j.whugis20220121
摘要:
异常事件检测是交通安全防控的重要支撑技术，也一直是信息科学领域研究的热点。本文提出一个基于深度时空自编码网络与多示例学习的船只异常事件检测方法，针对目前无法为模型训练提供精确帧级别标注的问题，引入多示例学习模型，将视频作为包，并将视频片段作为包中的示例，通过网络自动学习一个深度异常排序模型，该模型能预测异常视频片段的分数。同时，在特征提取方面，提出了深度时空自编码网络，在空间自编码器中，为了获取更精确的RGB特征，将解码器中的上采样层替换为像素重组层。在时间自编码器中，为了突出运动变化较大的区域，引入基于方差的注意力机制，使快速移动的物体有更大的运动损失,有利于检测出异常事件。本文还构建了一个新的大规模的船只视频数据集，包括100个真实场景的监控视频以及5类真实的异常事件，分别为海面逗留、非港口靠岸、非港口离岸，超速和越界。该数据集可用于模型的训练与测试，实验结果表明，相比传统的双流网络以及基于图像重构的检测方法，本文提出的基于深度时空自编码网络与多示例学习的方法在异常事件检测精度上由71.7%提升为82.4%，表明所提方法在船只异常事件检测上的有效性。
异常事件检测是交通安全防控的重要支撑技术，也一直是信息科学领域研究的热点。本文提出一个基于深度时空自编码网络与多示例学习的船只异常事件检测方法，针对目前无法为模型训练提供精确帧级别标注的问题，引入多示例学习模型，将视频作为包，并将视频片段作为包中的示例，通过网络自动学习一个深度异常排序模型，该模型能预测异常视频片段的分数。同时，在特征提取方面，提出了深度时空自编码网络，在空间自编码器中，为了获取更精确的RGB特征，将解码器中的上采样层替换为像素重组层。在时间自编码器中，为了突出运动变化较大的区域，引入基于方差的注意力机制，使快速移动的物体有更大的运动损失,有利于检测出异常事件。本文还构建了一个新的大规模的船只视频数据集，包括100个真实场景的监控视频以及5类真实的异常事件，分别为海面逗留、非港口靠岸、非港口离岸，超速和越界。该数据集可用于模型的训练与测试，实验结果表明，相比传统的双流网络以及基于图像重构的检测方法，本文提出的基于深度时空自编码网络与多示例学习的方法在异常事件检测精度上由71.7%提升为82.4%，表明所提方法在船只异常事件检测上的有效性。
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doi:10.13203/j.whugis20220058
摘要:
航线规划是保证舰船海上安全、高效航行的基础，而现有航线规划方法由于考虑无人船自主航行执行任务的需求不够，主要存在以下两个方面的问题：（1）规划航线因未充分顾及船舶运动约束，而导致无人船自主航行时在转向位置附近易产生航迹偏差，甚至有可能穿越碍航区；（2）规划航线难以指引无人船灵活机动地以特定任务所需航向、航速自主航行通过指定位置。为此，本文提出一种最大可航窗口序列约束贝塞尔曲线的无人船自主航行航线规划方法。首先，基于电子海图求取碍航区，进而预生成航路点，沿预生成航路依次提取与碍航区不相交的最大可航窗口序列，构建可航约束空间；然后，挖掘贝塞尔曲线在控制点约束包络区域内进行运动参数关联计算的潜能，将航线规划转换为空间与运动参数双约束下，通过凸优化求解贝塞尔航路曲线控制点的问题。最后，分别通过仿真和实船实验，对所提方法与已有方法进行对比分析。实验结果表明：（1）所提方法能够顾及船舶运动约束来规划航线，进而有效提高无人船执行规划航线的精度；（2）所提方法可以引导无人船以特定任务所需航向、航速等运动参数自主航行通过指定位置，达到灵活机动的目的。
航线规划是保证舰船海上安全、高效航行的基础，而现有航线规划方法由于考虑无人船自主航行执行任务的需求不够，主要存在以下两个方面的问题：（1）规划航线因未充分顾及船舶运动约束，而导致无人船自主航行时在转向位置附近易产生航迹偏差，甚至有可能穿越碍航区；（2）规划航线难以指引无人船灵活机动地以特定任务所需航向、航速自主航行通过指定位置。为此，本文提出一种最大可航窗口序列约束贝塞尔曲线的无人船自主航行航线规划方法。首先，基于电子海图求取碍航区，进而预生成航路点，沿预生成航路依次提取与碍航区不相交的最大可航窗口序列，构建可航约束空间；然后，挖掘贝塞尔曲线在控制点约束包络区域内进行运动参数关联计算的潜能，将航线规划转换为空间与运动参数双约束下，通过凸优化求解贝塞尔航路曲线控制点的问题。最后，分别通过仿真和实船实验，对所提方法与已有方法进行对比分析。实验结果表明：（1）所提方法能够顾及船舶运动约束来规划航线，进而有效提高无人船执行规划航线的精度；（2）所提方法可以引导无人船以特定任务所需航向、航速等运动参数自主航行通过指定位置，达到灵活机动的目的。
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doi:10.13203/j.whugis20210653
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卫星视频中的目标极易受到背景遮挡与淹没，造成外观特征匮乏，最终导致跟踪失败。本文以SiamFC网络为基础，提出一种抗遮掩的卫星视频目标跟踪算法，该算法能够有效解决不同遮掩程度下运动目标的跟踪丢失问题。在目标轻度遮掩时，以模板更新网络得到的前向结果作为当前帧的跟踪结果，并将前向结果设为新的前向模板，获取运动目标的变化特征。在目标重度遮掩时，首先，将前向结果设为新的后向模板，利用后向模板对上一帧影像中的目标进行再次跟踪；然后，采用空间位置预测模块获取目标的历史轨迹特征，得到轨迹结果；最后，以再次跟踪得到的双向验证误差为依据，将前向结果和轨迹结果相结合，得到当前帧的跟踪结果。本文以吉林一号卫星视频数据为例，利用典型运动目标飞机、舰船、车辆进行算法验证。结果表明，该算法可以在目标遮掩时提供较为准确的跟踪结果，跟踪精确率与成功率分别达到76.2%和78.9%，算法跟踪速度为33.9帧/秒(FPS)。该算法可以实现遮掩情况下运动目标的持续跟踪与监测，实际应用中能够有效提高智能交通、防灾救灾、战时监控等方面的应急处理能力。
卫星视频中的目标极易受到背景遮挡与淹没，造成外观特征匮乏，最终导致跟踪失败。本文以SiamFC网络为基础，提出一种抗遮掩的卫星视频目标跟踪算法，该算法能够有效解决不同遮掩程度下运动目标的跟踪丢失问题。在目标轻度遮掩时，以模板更新网络得到的前向结果作为当前帧的跟踪结果，并将前向结果设为新的前向模板，获取运动目标的变化特征。在目标重度遮掩时，首先，将前向结果设为新的后向模板，利用后向模板对上一帧影像中的目标进行再次跟踪；然后，采用空间位置预测模块获取目标的历史轨迹特征，得到轨迹结果；最后，以再次跟踪得到的双向验证误差为依据，将前向结果和轨迹结果相结合，得到当前帧的跟踪结果。本文以吉林一号卫星视频数据为例，利用典型运动目标飞机、舰船、车辆进行算法验证。结果表明，该算法可以在目标遮掩时提供较为准确的跟踪结果，跟踪精确率与成功率分别达到76.2%和78.9%，算法跟踪速度为33.9帧/秒(FPS)。该算法可以实现遮掩情况下运动目标的持续跟踪与监测，实际应用中能够有效提高智能交通、防灾救灾、战时监控等方面的应急处理能力。
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doi:10.13203/j.whugis20210549
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在等高线综合方法中，基于三维Douglas-Peucker（3D Douglas-Peucker,3DDP）算法的等高线间接综合具有良好的应用前景。3DDP算法是通过设置阈值达到删除地表次要点，保留主要点的目的，然而这种通过阈值更新的方式来获得目标综合尺度所需保留的点集，影响了等高线间接综合的效率，且未考虑点被选取时的语义信息。因此，本文对3DDP算法进行改进，并将基于“最佳位置”收敛法提取的结构化地形特征线作为综合约束，提出一种利用点重要性序列的等高线间接综合方法，即在不删除任何点的情况下，根据点的几何与语义权重计算其重要性值，形成包含所有点的重要性值从大到小排列的一个点重要性序列，并从该点重要性序列中确定目标综合尺度所需保留的点集，从而实现等高线间接综合。实验表明，该方法不仅能够提高等高线间接综合的效率，而且还能有效地防止等高线拓扑关系的变异。
在等高线综合方法中，基于三维Douglas-Peucker（3D Douglas-Peucker,3DDP）算法的等高线间接综合具有良好的应用前景。3DDP算法是通过设置阈值达到删除地表次要点，保留主要点的目的，然而这种通过阈值更新的方式来获得目标综合尺度所需保留的点集，影响了等高线间接综合的效率，且未考虑点被选取时的语义信息。因此，本文对3DDP算法进行改进，并将基于“最佳位置”收敛法提取的结构化地形特征线作为综合约束，提出一种利用点重要性序列的等高线间接综合方法，即在不删除任何点的情况下，根据点的几何与语义权重计算其重要性值，形成包含所有点的重要性值从大到小排列的一个点重要性序列，并从该点重要性序列中确定目标综合尺度所需保留的点集，从而实现等高线间接综合。实验表明，该方法不仅能够提高等高线间接综合的效率，而且还能有效地防止等高线拓扑关系的变异。
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doi:10.13203/j.whugis20220578
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随着国家对机器人发展战略的不断推进，作为保障机器人认知和学习的机器地图近年来成为地图开云体育app官方网站下载安装的新方向。针对目前机器地图理论研究相对匮乏的问题，本文基于“测制用”一体运行机制，阐述总结任务驱动下的机器地图关键技术和研究现状。数据获取与处理是地图模型构建和任务应用的基础支撑，围绕机器人平台、特征提取、语义分割、多传感器融合等技术现状进行归纳总结；地图模型构建承上启下，分析参考常用的地图模型架构及其特点，描述不同任务情境中如何搭建使用弹性、稳健、可靠的建图系统；任务应用是机器地图功能性的集中体现，介绍总结路径规划、目标检测、知识表达与推理等典型应用研究现状。最后，本文论述展望了机器地图存在的问题及未来发展方向。
随着国家对机器人发展战略的不断推进，作为保障机器人认知和学习的机器地图近年来成为地图开云体育app官方网站下载安装的新方向。针对目前机器地图理论研究相对匮乏的问题，本文基于“测制用”一体运行机制，阐述总结任务驱动下的机器地图关键技术和研究现状。数据获取与处理是地图模型构建和任务应用的基础支撑，围绕机器人平台、特征提取、语义分割、多传感器融合等技术现状进行归纳总结；地图模型构建承上启下，分析参考常用的地图模型架构及其特点，描述不同任务情境中如何搭建使用弹性、稳健、可靠的建图系统；任务应用是机器地图功能性的集中体现，介绍总结路径规划、目标检测、知识表达与推理等典型应用研究现状。最后，本文论述展望了机器地图存在的问题及未来发展方向。
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doi:10.13203/j.whugis20210337
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针对参考深度误差引起的垂向定位误差问题，本文提出了顾及参考深度误差的海底控制点迭代算法。首先，分析了参考深度设置不准确对定位结果的影响；其次，对传统控制点解算模型进行了改进，将参考深度加入解算过程的参数更新之中；最后通过三组不同水深环境仿真实验进行验证，结果表明：268m和3000m水深环境下参考深度误差对垂向定位准确性影响明显，采用新方法可有效提高垂向解的准确性，1082m水深环境下参考深度误差对定位结果的影响较小。
针对参考深度误差引起的垂向定位误差问题，本文提出了顾及参考深度误差的海底控制点迭代算法。首先，分析了参考深度设置不准确对定位结果的影响；其次，对传统控制点解算模型进行了改进，将参考深度加入解算过程的参数更新之中；最后通过三组不同水深环境仿真实验进行验证，结果表明：268m和3000m水深环境下参考深度误差对垂向定位准确性影响明显，采用新方法可有效提高垂向解的准确性，1082m水深环境下参考深度误差对定位结果的影响较小。
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doi:10.13203/j.whugis20220113
摘要:
地球表层系统是地球系统中与人类关系最密切的部分，以地表系统为研究对象的地表过程研究越来越重要。将地球物理和大地测量等手段创新性地运用于地表过程的研究逐渐成为一个新的学科交叉发展方向。全球导航卫星系统(GNSS)观测技术因其具有高精度、全天候、大范围和准实时的特点，被广泛应用于地表过程研究中。本文主要从长期地壳形变、地震周期形变、大气可降水量、荷载响应、岩浆及火山活动、滑坡监测和反射测量等方面简要介绍了GNSS技术在地表过程研究中的应用现状，并对未来发展方向进行了讨论。研究表明，鉴于GNSS在观测技术方面的优势，应加强其在地表过程研究中的应用。
地球表层系统是地球系统中与人类关系最密切的部分，以地表系统为研究对象的地表过程研究越来越重要。将地球物理和大地测量等手段创新性地运用于地表过程的研究逐渐成为一个新的学科交叉发展方向。全球导航卫星系统(GNSS)观测技术因其具有高精度、全天候、大范围和准实时的特点，被广泛应用于地表过程研究中。本文主要从长期地壳形变、地震周期形变、大气可降水量、荷载响应、岩浆及火山活动、滑坡监测和反射测量等方面简要介绍了GNSS技术在地表过程研究中的应用现状，并对未来发展方向进行了讨论。研究表明，鉴于GNSS在观测技术方面的优势，应加强其在地表过程研究中的应用。
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doi:10.13203/j.whugis20210403
摘要:
卫星轨道及姿态误差是影响图像地理定位精度的关键因素，本文以FY-3D卫星中分辨率光谱成像仪（MEdium Resolution Spectral Imager，MERSI）为例分析了轨道及姿态实测数据，分析结果表明FY-3D轨道及姿态均存在多种因素导致的误差，为确定该误差来源，利用卫星搭载的全球卫星导航系统掩星探测仪（Global Navigation satellite system Occultation Sounder,GNOS）高精度星历对星上姿态数据全链条计算进行分析，确定姿态误差来源于星上算法存在误差，提出订正优化方案并分析其可行性，进而利用订正后的姿态及轨道数据进行图像再地理定位，实测结果表明MERSI的1km图像地理定位精度在沿轨和跨轨方向均提升了约20%达到亚像元级，分析结果表明通过标校姿轨误差以提高定位精度的方法是行之有效的。
卫星轨道及姿态误差是影响图像地理定位精度的关键因素，本文以FY-3D卫星中分辨率光谱成像仪（MEdium Resolution Spectral Imager，MERSI）为例分析了轨道及姿态实测数据，分析结果表明FY-3D轨道及姿态均存在多种因素导致的误差，为确定该误差来源，利用卫星搭载的全球卫星导航系统掩星探测仪（Global Navigation satellite system Occultation Sounder,GNOS）高精度星历对星上姿态数据全链条计算进行分析，确定姿态误差来源于星上算法存在误差，提出订正优化方案并分析其可行性，进而利用订正后的姿态及轨道数据进行图像再地理定位，实测结果表明MERSI的1km图像地理定位精度在沿轨和跨轨方向均提升了约20%达到亚像元级，分析结果表明通过标校姿轨误差以提高定位精度的方法是行之有效的。
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doi:10.13203/j.whugis20220108
摘要:
近年兴起的单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）技术可以测出每个单细胞的转录组表达量，利用单细胞RNA测序数据可以将具有相似生物学状态或相似功能的单细胞聚类成同一细胞群，从而指导下游生物学分析。针对单细胞RNA测序数据的复杂、高维、携带大量噪声的特点，提出了一种自监督低通滤波图聚类网络（Self-supervised Low-pass Filted Graph Clustering Network,SLFGCN）算法用于单细胞RNA测序数据的聚类研究。该方法首先构建了一个低通滤波的图卷积网络，以细胞为节点构建图网络结构，在谱域的图信息经过低通滤波图卷积操作后，获得更加平滑的图信号，即同一簇的细胞提取到更相似的节点特征，从而利于单细胞RNA测序数据聚类；然后，通过图自编码模型，建立自监督模块优化模型，进一步优化聚类效果。通过在单细胞RNA测序数据上与相关算法的对比实验结果表明，提出的方法能更好地获取单细胞RNA表达数据的内在特征，改善聚类效果。
近年兴起的单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）技术可以测出每个单细胞的转录组表达量，利用单细胞RNA测序数据可以将具有相似生物学状态或相似功能的单细胞聚类成同一细胞群，从而指导下游生物学分析。针对单细胞RNA测序数据的复杂、高维、携带大量噪声的特点，提出了一种自监督低通滤波图聚类网络（Self-supervised Low-pass Filted Graph Clustering Network,SLFGCN）算法用于单细胞RNA测序数据的聚类研究。该方法首先构建了一个低通滤波的图卷积网络，以细胞为节点构建图网络结构，在谱域的图信息经过低通滤波图卷积操作后，获得更加平滑的图信号，即同一簇的细胞提取到更相似的节点特征，从而利于单细胞RNA测序数据聚类；然后，通过图自编码模型，建立自监督模块优化模型，进一步优化聚类效果。通过在单细胞RNA测序数据上与相关算法的对比实验结果表明，提出的方法能更好地获取单细胞RNA表达数据的内在特征，改善聚类效果。
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doi:10.13203/j.whugis20220085
摘要:
2021年8月14日，海地地区发生了Mw7.2级地震。为研究海地地震同震形变及其震源机制，根据Sentinel-1A卫星提供的升、降轨数据，利用合成孔径雷达差分干涉（DInSAR）技术获取了海地地震的同震形变场。采用均匀采样方法对观测数据进行降采样，根据均匀弹性半空间位错模型，反演了地震断层的精确几何参数和发震断层的最优滑动分布模型，结果表明本次地震是一次逆冲兼左旋走滑型地震事件，最优断层倾角为58°、走向为265.5°、滑动角为50°，震中位置为73.60°W，18.43°N，最大滑动量为3.2m。最后，以反演的同震滑动模型来正演，获取震源区三个方向的位移分量且投影到卫星视线向(Line Of Sight，LOS)，获取研究区域雷达视线向的形变场，发现海地同震形变以抬升为主，最大的抬升量为64cm，是主震和余震共同作用的结果。
2021年8月14日，海地地区发生了Mw7.2级地震。为研究海地地震同震形变及其震源机制，根据Sentinel-1A卫星提供的升、降轨数据，利用合成孔径雷达差分干涉（DInSAR）技术获取了海地地震的同震形变场。采用均匀采样方法对观测数据进行降采样，根据均匀弹性半空间位错模型，反演了地震断层的精确几何参数和发震断层的最优滑动分布模型，结果表明本次地震是一次逆冲兼左旋走滑型地震事件，最优断层倾角为58°、走向为265.5°、滑动角为50°，震中位置为73.60°W，18.43°N，最大滑动量为3.2m。最后，以反演的同震滑动模型来正演，获取震源区三个方向的位移分量且投影到卫星视线向(Line Of Sight，LOS)，获取研究区域雷达视线向的形变场，发现海地同震形变以抬升为主，最大的抬升量为64cm，是主震和余震共同作用的结果。
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doi:10.13203/j.whugis20220520
摘要:
面向万物互联时代的移动智能服务需求，亟需建立空地协同智能服务平台。由于核心设备和算法的限制，空地协同移动智能服务平台发展较为缓慢。由此通过攻关传感器实时位置和姿态测量的核心技术与数据处理和分析的关键算法，研制了高精度位姿测量设备，研发了机载和车载空地多平台协同组网遥感观测系统，实现了多源遥感影像质量改善与智能精处理，有效支撑遥感测绘服务，提升遥感信息自动化处理水平。从而解决了空地协同智能服务平台中“准、快、灵”的难题，实现“北斗+位姿测量仪”全球自主“定基准”、空地协同组网快速“找目标”、智能化精处理自动“查变化”。成果已经广泛应用于地理国情监测、智慧城市规划和建设、应急测绘保障等行业。
面向万物互联时代的移动智能服务需求，亟需建立空地协同智能服务平台。由于核心设备和算法的限制，空地协同移动智能服务平台发展较为缓慢。由此通过攻关传感器实时位置和姿态测量的核心技术与数据处理和分析的关键算法，研制了高精度位姿测量设备，研发了机载和车载空地多平台协同组网遥感观测系统，实现了多源遥感影像质量改善与智能精处理，有效支撑遥感测绘服务，提升遥感信息自动化处理水平。从而解决了空地协同智能服务平台中“准、快、灵”的难题，实现“北斗+位姿测量仪”全球自主“定基准”、空地协同组网快速“找目标”、智能化精处理自动“查变化”。成果已经广泛应用于地理国情监测、智慧城市规划和建设、应急测绘保障等行业。
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doi:10.13203/j.whugis20220666
摘要:
大地水准面高是珠峰正高确定的前提,本文通过计算珠峰似大地水准面(高程异常)以及似大地水准面与大地水准面间的高差确定大地水准面高。首先,利用地形模型、地球重力场模型、地面和航空融合重力数据等资料,基于Molodensky原理及移去-恢复技术精化珠峰地区分辨率为1.5'×1.5'的重力似大地水准面;其次,利用珠峰地区GNSS水准点纠正重力似大地水准面模型,消除系统差,得到1985国家高程基准下珠峰区域的似大地水准面模型;最后,利用珠峰峰顶实测重力值,采用移去-恢复和重力归算方法,计算似大地水准面与大地水准面间的高差,完成珠峰峰顶大地水准面高的计算。结果表明:基于EIGEN-6C4参考重力场模型,融合地面、航空重力获得的重力似大地水准面精度达4.8cm,相较于单独利用地面重力资料获得模型精度提升约40%;在1985国家高程基准下,珠峰峰顶高程异常为-25.586m,似大地水准面与大地水准面间的高差为-1.216m,大地水准面高为-26.802±0.06m,计算结果较2005年更加可靠。
大地水准面高是珠峰正高确定的前提,本文通过计算珠峰似大地水准面(高程异常)以及似大地水准面与大地水准面间的高差确定大地水准面高。首先,利用地形模型、地球重力场模型、地面和航空融合重力数据等资料,基于Molodensky原理及移去-恢复技术精化珠峰地区分辨率为1.5'×1.5'的重力似大地水准面;其次,利用珠峰地区GNSS水准点纠正重力似大地水准面模型,消除系统差,得到1985国家高程基准下珠峰区域的似大地水准面模型;最后,利用珠峰峰顶实测重力值,采用移去-恢复和重力归算方法,计算似大地水准面与大地水准面间的高差,完成珠峰峰顶大地水准面高的计算。结果表明:基于EIGEN-6C4参考重力场模型,融合地面、航空重力获得的重力似大地水准面精度达4.8cm,相较于单独利用地面重力资料获得模型精度提升约40%;在1985国家高程基准下,珠峰峰顶高程异常为-25.586m,似大地水准面与大地水准面间的高差为-1.216m,大地水准面高为-26.802±0.06m,计算结果较2005年更加可靠。
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doi:10.13203/j.whugis20220103
摘要:
研究利用全球卫星定位系统(Global positioning system, GPS)坐标时序与网络反演滤波(Networkinversion filter, NIF)方法反演慢滑移事件，分析慢滑移的时空特征及演化规律，探讨慢滑移事件与地震发生的关联性。首先，对GPS连续坐标时序构建标准线性轨迹模型(Standard linear trajectory model,SLTM)，剔除粗差并修复阶跃项，去除震前常数项和稳态速度项，去除年和半年周期季节项，提取慢滑移坐标时序；然后，利用NIF生成断层格网模型，引入弹性格林函数描述断层滑移与地表位移的关系，从而结合GPS慢滑移坐标时序反演断层格网上的滑移矢量及地表位移矢量；最后，统计慢滑移发生前后区域地震发生的大小及频率，分析慢滑移与地震发生可能存在的关系。以日本房总半岛2018年慢滑移事件为例展开研究，结果表明：慢滑移活跃期为年积日156至169；最大累积滑移量约11.3厘米，最大滑移率约2.7厘米/天;滑移中心区域为房总半岛东南部(34.8°N~35.6°N, 140.2°E~140.9°E)，略微向南传播，滑移深度由深(约23km)及浅(约15km)；慢滑移事件发生期间区域地震发生频率明显增大，之后几个月内地震发生频率逐渐恢复至平常，从房总半岛慢滑移动态演化中可判识潜在地震群逼近的危险性。
研究利用全球卫星定位系统(Global positioning system, GPS)坐标时序与网络反演滤波(Networkinversion filter, NIF)方法反演慢滑移事件，分析慢滑移的时空特征及演化规律，探讨慢滑移事件与地震发生的关联性。首先，对GPS连续坐标时序构建标准线性轨迹模型(Standard linear trajectory model,SLTM)，剔除粗差并修复阶跃项，去除震前常数项和稳态速度项，去除年和半年周期季节项，提取慢滑移坐标时序；然后，利用NIF生成断层格网模型，引入弹性格林函数描述断层滑移与地表位移的关系，从而结合GPS慢滑移坐标时序反演断层格网上的滑移矢量及地表位移矢量；最后，统计慢滑移发生前后区域地震发生的大小及频率，分析慢滑移与地震发生可能存在的关系。以日本房总半岛2018年慢滑移事件为例展开研究，结果表明：慢滑移活跃期为年积日156至169；最大累积滑移量约11.3厘米，最大滑移率约2.7厘米/天;滑移中心区域为房总半岛东南部(34.8°N~35.6°N, 140.2°E~140.9°E)，略微向南传播，滑移深度由深(约23km)及浅(约15km)；慢滑移事件发生期间区域地震发生频率明显增大，之后几个月内地震发生频率逐渐恢复至平常，从房总半岛慢滑移动态演化中可判识潜在地震群逼近的危险性。
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doi:10.13203/j.whugis20220421
摘要:
数字高程模型（digital elevation model，DEM）是地学分析应用的基础数据。目前对国际上多套开放DEM产品的精度分析与比较依然有所欠缺。本文以机载LiDAR数据生成的高精度DEM和数字表面模型（digital surface model,DSM）为参考，以平均误差（ME）、均方根误差（RMSE）、90％分位数绝对偏差（LE90）为统计指标，评价五种开放DEM产品（ASTER、AW3D30、MERIT、SRTM和TanDEM-X 90m）分别表达DEM和DSM时的高程精度。实验结果表明，五种产品的高程精度存在明显差异，在山地森林区域的实际精度都低于各自目标设计精度。作为DEM使用时，五种产品都对地面高程存在显著高估，其中MERIT产品（ME=2.82m，LE90=12.19m）和SRTM产品（ME=4.74m，LE90=11.75m）的精度更高，TanDEM-X产品高估最严重且精度最差（ME=10.39m，LE90=22.83m）。当作为DSM使用时，五种产品都对地表物体高程存在显著低估，其中TanDEM-X产品（ME=-3.69m，LE90=16.99m）和AW3D30产品（ME=-5.34m，LE90=16.81m）精度更高。误差的空间分布受到地物覆盖类型影响，在森林覆盖区域比居民地区域的误差更严重。相对坡度而言，地表物体的高度对五种DEM产品的高程误差有更强影响，各产品的高程误差随着地表物体高度的增加而显著增强。
数字高程模型（digital elevation model，DEM）是地学分析应用的基础数据。目前对国际上多套开放DEM产品的精度分析与比较依然有所欠缺。本文以机载LiDAR数据生成的高精度DEM和数字表面模型（digital surface model,DSM）为参考，以平均误差（ME）、均方根误差（RMSE）、90％分位数绝对偏差（LE90）为统计指标，评价五种开放DEM产品（ASTER、AW3D30、MERIT、SRTM和TanDEM-X 90m）分别表达DEM和DSM时的高程精度。实验结果表明，五种产品的高程精度存在明显差异，在山地森林区域的实际精度都低于各自目标设计精度。作为DEM使用时，五种产品都对地面高程存在显著高估，其中MERIT产品（ME=2.82m，LE90=12.19m）和SRTM产品（ME=4.74m，LE90=11.75m）的精度更高，TanDEM-X产品高估最严重且精度最差（ME=10.39m，LE90=22.83m）。当作为DSM使用时，五种产品都对地表物体高程存在显著低估，其中TanDEM-X产品（ME=-3.69m，LE90=16.99m）和AW3D30产品（ME=-5.34m，LE90=16.81m）精度更高。误差的空间分布受到地物覆盖类型影响，在森林覆盖区域比居民地区域的误差更严重。相对坡度而言，地表物体的高度对五种DEM产品的高程误差有更强影响，各产品的高程误差随着地表物体高度的增加而显著增强。
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doi:10.13203/j.whugis20220568
摘要:
因高精度、无源性的特点，水下匹配导航技术已成为水下运载体导航的主要发展方向之一。为了分析水下匹配导航存在的问题，详细介绍了基于重力场产品的匹配导航发展现状，并对制约该技术定位精度的因素进行了分析。通过对比南海和太平洋研究区的重力异常、水深以及重力梯度特征参数，验证了重力辅助匹配导航技术更适合在重力特征变化明显的区域使用；当重力场产品格网大小为l时，匹配导航的最高精度为√6/6l。
因高精度、无源性的特点，水下匹配导航技术已成为水下运载体导航的主要发展方向之一。为了分析水下匹配导航存在的问题，详细介绍了基于重力场产品的匹配导航发展现状，并对制约该技术定位精度的因素进行了分析。通过对比南海和太平洋研究区的重力异常、水深以及重力梯度特征参数，验证了重力辅助匹配导航技术更适合在重力特征变化明显的区域使用；当重力场产品格网大小为l时，匹配导航的最高精度为√6/6l。
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doi:10.13203/j.whugis20220237
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干旱的准确监测对全球农业生产有着重要现实意义，有利于经济的可持续发展。作为衡量区域干旱程度的重要工具之一，构建具有较高监测精度的综合指数，是当今干旱灾害研究的热点之一。本文基于Gaussian Copula函数，联合归一化植被指数（Normalized DifferenceVegetation Index，NDVI）和月平均降水两种常见的干旱影响变量，构建了一种综合降水和遥感植被特征的新型综合干旱指数（MADI，Meteorology-Agriculture Drought Index）。通过与月尺度标准化降水指数SPI （Standardized Precipitation Index ）和植被状态指数VCI (Vegetation Condition Index)的对比，以及在历史干旱事件中检验，证实了MADI捕捉干旱事件的优越性。研究结果表明：（1） MADI与传统干旱指数SPI和VCI对干旱表征的一致性均较高。MADI与SPI表征一致的月份占总月份的62.24%，与VCI同时表征一致的月份占总月份的83.47%；且MADI与SPI和VCI中的一种同时表征干旱的月份占MADI干旱总月份的97.83%；（2） MADI对干旱现象的敏感性高。在MADI与SPI和VCI表征一致的月份中，60%以上的月份中MADI的绝对值较SPI和VCI更大，对干旱的表征更明确；（3）结合年鉴记载的历史干旱事件验证表明，MADI具有较高的准确性。MADI成功捕捉到2012年1-4月以及2007年的8-10月的两次重大干旱事件，而SPI和VCI在两次事件中的表征均存在遗漏。由此可见，MADI可以作为SPI和VCI的有益补充，为长江流域干旱灾情的准确判定提供辅助决策。
干旱的准确监测对全球农业生产有着重要现实意义，有利于经济的可持续发展。作为衡量区域干旱程度的重要工具之一，构建具有较高监测精度的综合指数，是当今干旱灾害研究的热点之一。本文基于Gaussian Copula函数，联合归一化植被指数（Normalized DifferenceVegetation Index，NDVI）和月平均降水两种常见的干旱影响变量，构建了一种综合降水和遥感植被特征的新型综合干旱指数（MADI，Meteorology-Agriculture Drought Index）。通过与月尺度标准化降水指数SPI （Standardized Precipitation Index ）和植被状态指数VCI (Vegetation Condition Index)的对比，以及在历史干旱事件中检验，证实了MADI捕捉干旱事件的优越性。研究结果表明：（1） MADI与传统干旱指数SPI和VCI对干旱表征的一致性均较高。MADI与SPI表征一致的月份占总月份的62.24%，与VCI同时表征一致的月份占总月份的83.47%；且MADI与SPI和VCI中的一种同时表征干旱的月份占MADI干旱总月份的97.83%；（2） MADI对干旱现象的敏感性高。在MADI与SPI和VCI表征一致的月份中，60%以上的月份中MADI的绝对值较SPI和VCI更大，对干旱的表征更明确；（3）结合年鉴记载的历史干旱事件验证表明，MADI具有较高的准确性。MADI成功捕捉到2012年1-4月以及2007年的8-10月的两次重大干旱事件，而SPI和VCI在两次事件中的表征均存在遗漏。由此可见，MADI可以作为SPI和VCI的有益补充，为长江流域干旱灾情的准确判定提供辅助决策。
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doi:10.13203/j.whugis20220141
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深圳是我国改革开放后兴起的超大城市，经历了快速城市化过程，土地改造频繁，同时受亚热带季风气候影响，辖区雨量充沛，植被覆盖密集，致使难以查明广泛分布于人工边坡和自然斜坡的地质灾害风险。首先，本文以机载LiDAR获取的深圳全域高精度DEM为数据源，通过多源遥感识别共建立深圳市3500多处斜坡类地质灾害典型标记；其次，综合考虑地形、地质构造、人类工程活动3大因素（8个因子），并根据降雨诱发灾害机制提出降雨汇集因子RCF（Rainfall collection factor），运用证据权重法完成了降雨诱发条件下的地质灾害危险性评价；最后，提出了在单体灾害实际背景下的“关键点控制”危险性阈值等级划分方法。结果表明：基于机载LiDAR技术能够更广泛的发现植被层下的不稳定斜坡体，将原有计算样本库数量扩大约330%，且危险性评价模型的受试者工作特征曲线（ROC）检验有效值达0.903，评价结果与实际相符，能够有效评估由降雨诱发的斜坡失稳概率，形成了适用于植被茂密城区的斜坡类地质灾害危险性精细化评价体系。
深圳是我国改革开放后兴起的超大城市，经历了快速城市化过程，土地改造频繁，同时受亚热带季风气候影响，辖区雨量充沛，植被覆盖密集，致使难以查明广泛分布于人工边坡和自然斜坡的地质灾害风险。首先，本文以机载LiDAR获取的深圳全域高精度DEM为数据源，通过多源遥感识别共建立深圳市3500多处斜坡类地质灾害典型标记；其次，综合考虑地形、地质构造、人类工程活动3大因素（8个因子），并根据降雨诱发灾害机制提出降雨汇集因子RCF（Rainfall collection factor），运用证据权重法完成了降雨诱发条件下的地质灾害危险性评价；最后，提出了在单体灾害实际背景下的“关键点控制”危险性阈值等级划分方法。结果表明：基于机载LiDAR技术能够更广泛的发现植被层下的不稳定斜坡体，将原有计算样本库数量扩大约330%，且危险性评价模型的受试者工作特征曲线（ROC）检验有效值达0.903，评价结果与实际相符，能够有效评估由降雨诱发的斜坡失稳概率，形成了适用于植被茂密城区的斜坡类地质灾害危险性精细化评价体系。
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doi:10.13203/j.whugis20220693
摘要:
作为地球气候系统演变的“预示器”，格陵兰冰盖（Greenland Ice Sheet,GrIS）质量变化不仅是全球气候变化研究的重点领域，也是海平面变化研究的关键科学问题。本文结合多种大地测量技术及气候模式等回顾了GrIS近几十年质量变化，总结了不同手段的优缺点及其质量变化机制。基于卫星重力、测高等多种手段的结果表明，受不同手段自身特点的影响，计算的GrIS质量变化存在明显差异，导致对海平面变化的预测存在较大不确定性。GrIS质量的快速变化与多种驱动机制相关，包括地理环境导致的辐射反馈，海洋、大气热力过程及冰盖动力过程等影响。然而，不同机制之间的相互作用仍待进一步研究。最后，针对目前手段和机制存在的不足，本文指出多源数据的融合应用、极地冰盖模式的进一步优化等将可能是未来GrIS质量变化及其气候变化响应研究的重要方向。
作为地球气候系统演变的“预示器”，格陵兰冰盖（Greenland Ice Sheet,GrIS）质量变化不仅是全球气候变化研究的重点领域，也是海平面变化研究的关键科学问题。本文结合多种大地测量技术及气候模式等回顾了GrIS近几十年质量变化，总结了不同手段的优缺点及其质量变化机制。基于卫星重力、测高等多种手段的结果表明，受不同手段自身特点的影响，计算的GrIS质量变化存在明显差异，导致对海平面变化的预测存在较大不确定性。GrIS质量的快速变化与多种驱动机制相关，包括地理环境导致的辐射反馈，海洋、大气热力过程及冰盖动力过程等影响。然而，不同机制之间的相互作用仍待进一步研究。最后，针对目前手段和机制存在的不足，本文指出多源数据的融合应用、极地冰盖模式的进一步优化等将可能是未来GrIS质量变化及其气候变化响应研究的重要方向。
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doi:10.13203/j.whugis20220280
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随着大地测量观测数据精度的提高，地震震源参数反演对优化算法的性能提出了更高的要求。针对地震震源参数优化问题，提出了一种新颖的人工蜂群算法来反演震源参数。随后，基于跟随蜂搜索模块的局限性，通过引入全局最优个体与经过雇佣蜂阶段更新后种群个体差值的变异分量以改进算法。为了验证算法改进的效果，通过实验测试来评估标准的人工蜂群算法、改进的人工蜂群算法和多峰值粒子群算法的性能； 8组不同类型断层的模拟地震仿真实验表明，改进的人工蜂群算法在精度和稳定性方面优于标准的人工蜂群算法及多峰值粒子群算法；最后将该算法应用到2013年芦山地震和2017年博得鲁姆-科斯地震的震源参数反演中，反演结果表明改进的人工蜂群算法具有良好的适用性和可靠性。
随着大地测量观测数据精度的提高，地震震源参数反演对优化算法的性能提出了更高的要求。针对地震震源参数优化问题，提出了一种新颖的人工蜂群算法来反演震源参数。随后，基于跟随蜂搜索模块的局限性，通过引入全局最优个体与经过雇佣蜂阶段更新后种群个体差值的变异分量以改进算法。为了验证算法改进的效果，通过实验测试来评估标准的人工蜂群算法、改进的人工蜂群算法和多峰值粒子群算法的性能； 8组不同类型断层的模拟地震仿真实验表明，改进的人工蜂群算法在精度和稳定性方面优于标准的人工蜂群算法及多峰值粒子群算法；最后将该算法应用到2013年芦山地震和2017年博得鲁姆-科斯地震的震源参数反演中，反演结果表明改进的人工蜂群算法具有良好的适用性和可靠性。
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doi:10.13203/j.whugis20220284
摘要:
同震地表三维形变场是对地震引起的地表形变在真实空间中最直观的描述，在地震形变研究中，同震地表三维形变场的恢复具有重要意义。针对目前地表三维形变解算方法存在的不足和缺陷，本文提出了一种顾及形变梯度的同震地表三维形变场联合解算方法。该算法利用形变梯度信息将合成孔径雷达干涉（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）观测的形变区域分解成形变梯度近似相等的互不相交的子区域，然后根据子区域内观测值数量选择加权最小二乘法（Weighted Least Square，WLS）或基于应力应变模型（Strain Model，SM）和方差分量估计（Variance Components Estimation，VCE）的InSAR三维形变解算方法（SM-VCE）获取同震地表三维形变场。该方法能够避免传统SM-VCE方法在跨断层区域无法识别断层两侧差异形变信息的缺陷，同时弥补传统WLS解算方法未利用相邻点信息的不足。本文模拟实验和实际震例研究结果表明，相比于传统的WLS和SM-VCE方法，通过形变梯度信息能有效恢复地震破裂带的地表三维形变，得到更加完整和可靠的同震地表三维形变场。
同震地表三维形变场是对地震引起的地表形变在真实空间中最直观的描述，在地震形变研究中，同震地表三维形变场的恢复具有重要意义。针对目前地表三维形变解算方法存在的不足和缺陷，本文提出了一种顾及形变梯度的同震地表三维形变场联合解算方法。该算法利用形变梯度信息将合成孔径雷达干涉（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）观测的形变区域分解成形变梯度近似相等的互不相交的子区域，然后根据子区域内观测值数量选择加权最小二乘法（Weighted Least Square，WLS）或基于应力应变模型（Strain Model，SM）和方差分量估计（Variance Components Estimation，VCE）的InSAR三维形变解算方法（SM-VCE）获取同震地表三维形变场。该方法能够避免传统SM-VCE方法在跨断层区域无法识别断层两侧差异形变信息的缺陷，同时弥补传统WLS解算方法未利用相邻点信息的不足。本文模拟实验和实际震例研究结果表明，相比于传统的WLS和SM-VCE方法，通过形变梯度信息能有效恢复地震破裂带的地表三维形变，得到更加完整和可靠的同震地表三维形变场。
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doi:10.13203/j.whugis20220435
摘要:
由于遥感传感器光谱范围、成像条件、成像时间差异，不同传感器获得的遥感影像之间普遍存在着色彩和光谱差异。这导致利用开源数据集预训练的云检测模型往往难以直接应用于当前目标影像的云检测任务中。本文提出了一种基于域自适应的云检测算法，实现目标数据集遥感影像与现有训练数据集影像之间的光谱映射，使得不同传感器、不同地理区域的目标数据集与训练数据集尽可能相似，以提高深度学习模型的泛化能力以及预训练云检测模型在实际应用中的鲁棒性。具体地，本文的基于域适应的云检测框架以一种基于卷积神经元网络的云检测模型作为预测算法，以CycleGAN作为源域和目标域的影像之间的光谱迁移算法。在全球范围内分布的高分2、Landsat7，Landsat8等数据间的跨域实验，证明了本文提出方法的有效性和先进性。
由于遥感传感器光谱范围、成像条件、成像时间差异，不同传感器获得的遥感影像之间普遍存在着色彩和光谱差异。这导致利用开源数据集预训练的云检测模型往往难以直接应用于当前目标影像的云检测任务中。本文提出了一种基于域自适应的云检测算法，实现目标数据集遥感影像与现有训练数据集影像之间的光谱映射，使得不同传感器、不同地理区域的目标数据集与训练数据集尽可能相似，以提高深度学习模型的泛化能力以及预训练云检测模型在实际应用中的鲁棒性。具体地，本文的基于域适应的云检测框架以一种基于卷积神经元网络的云检测模型作为预测算法，以CycleGAN作为源域和目标域的影像之间的光谱迁移算法。在全球范围内分布的高分2、Landsat7，Landsat8等数据间的跨域实验，证明了本文提出方法的有效性和先进性。
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doi:10.13203/j.whugis20210711
摘要:
在完全过渡到绿色交通之前，由高密度建设和车辆尾气排放直接引起的城市街道空气污染问题仍是城市大气污染治理的一个重要议题。针对城市街道设计管控中界面密度这一重要形态参数构建典型城市街道空气流动和污染扩散的三维仿真模型，利用CFD数值模拟方法研究界面密度对城市街道自然通风和空气质量的影响并评估不同界面密度下城市街道自然通风性能和污染扩散能力。研究表明：街道任意一侧界面密度降低整体均有利于城市街道自然通风性能和污染扩散能力的提升，而相比街道下游，上游界面密度降低对街道通风环境和空气质量的改善效果更为显著；建筑布局形式对不同界面密度下城市街道整体空气流动和污染扩散的影响具有“临界效应”，该临界的上游界面密度为0.8左右，即当上游界面密度在0.6~0.8时，采用下游界面密度低于上游的错列式布局可以提升街道自然通风性能和污染扩散能力，而当上游界面密度在0.8~1.0时，相比对称式布局，采用错列式布局更有利于促进街道整体空气流动和污染扩散。
在完全过渡到绿色交通之前，由高密度建设和车辆尾气排放直接引起的城市街道空气污染问题仍是城市大气污染治理的一个重要议题。针对城市街道设计管控中界面密度这一重要形态参数构建典型城市街道空气流动和污染扩散的三维仿真模型，利用CFD数值模拟方法研究界面密度对城市街道自然通风和空气质量的影响并评估不同界面密度下城市街道自然通风性能和污染扩散能力。研究表明：街道任意一侧界面密度降低整体均有利于城市街道自然通风性能和污染扩散能力的提升，而相比街道下游，上游界面密度降低对街道通风环境和空气质量的改善效果更为显著；建筑布局形式对不同界面密度下城市街道整体空气流动和污染扩散的影响具有“临界效应”，该临界的上游界面密度为0.8左右，即当上游界面密度在0.6~0.8时，采用下游界面密度低于上游的错列式布局可以提升街道自然通风性能和污染扩散能力，而当上游界面密度在0.8~1.0时，相比对称式布局，采用错列式布局更有利于促进街道整体空气流动和污染扩散。
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doi:10.13203/j.whugis20210365
摘要:
常规时序合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术应用于矿区地表形变监测时存在监测点少且分布不均等不足，难以全面反映采空区地表变形特征，而分布式目标受时空失相干等因素的影响相位稳定性较差，因此开展分布式目标相位优化是融合分布式目标时序InSAR形变监测的关键步骤。针对当前分布式目标相位优化中存在的空间连续性约束不足问题，本文提出了融合区域生长的分布式目标相位优化方法，开展时间和空间联合约束下的分布式目标相位优化，实现复杂地表环境下的精细化地表形变信息获取，并以潘安湖区域为例对分布式目标相位的优化效果进行了定性和定量分析。在此基础上，以本文方法和Sentinel-1数据开展了徐州市废弃矿区2018.5至2020.5的地表形变监测，并利用连续运行参考站(Continuously Operating ReferenceStations,CORS)和裸露基岩验证了本文方法的精度和可靠性。结果表明，本文分布式目标相位时空二维优化方法能够有效减小相位噪声影响，有助于城市废弃矿区地表形变监测。
常规时序合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术应用于矿区地表形变监测时存在监测点少且分布不均等不足，难以全面反映采空区地表变形特征，而分布式目标受时空失相干等因素的影响相位稳定性较差，因此开展分布式目标相位优化是融合分布式目标时序InSAR形变监测的关键步骤。针对当前分布式目标相位优化中存在的空间连续性约束不足问题，本文提出了融合区域生长的分布式目标相位优化方法，开展时间和空间联合约束下的分布式目标相位优化，实现复杂地表环境下的精细化地表形变信息获取，并以潘安湖区域为例对分布式目标相位的优化效果进行了定性和定量分析。在此基础上，以本文方法和Sentinel-1数据开展了徐州市废弃矿区2018.5至2020.5的地表形变监测，并利用连续运行参考站(Continuously Operating ReferenceStations,CORS)和裸露基岩验证了本文方法的精度和可靠性。结果表明，本文分布式目标相位时空二维优化方法能够有效减小相位噪声影响，有助于城市废弃矿区地表形变监测。
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doi:10.13203/j.whugis20220346
摘要:
在多源遥感影像地表覆盖分类中，引入域自适应方法能够对齐源域和目标域影像或其特征，从而提升深度学习模型的泛化能力，在智能遥感影像解译任务中具有重要意义。本文提出了一种基于信息熵不确定性估计的伪标签纠正方法，用于基于自训练的域自适应任务。其核心是提出一种熵不确定损失函数，用于跨源遥感影像之间的地表覆盖分类。首先，用含标签的源域影像训练语义分割模型，并对缺乏真实标签的目标域影像预测并生成伪标签。然后，用伪标签继续训练目标域影像，计算预测结果的信息熵，并将该信息熵作为伪标签的不确定性估计，以校正伪标签并再次进行目标域影像的自训练，得到适用于目标域数据集的地表覆盖分类模型权重。最后，在三套数据集，即WHU建筑物变化检测数据集、ISPRS 2D语义标注比赛数据集、武汉市2017年及2019年地表覆盖影像分类数据集上进行了跨域的多源遥感影像地表覆盖分类实验。结果显示:引入本方法将对现有语义分割网络的性能有显著提升；相比于传统自训练方法，本方法具有一定的提升，同时，本文方法也超越了最新的基于KL散度不确定性估计的方法。以上结果表明，本方法能够在原有预训练语义分割模型基础上进一步提升该模型对不含标签的目标域影像的分割能力，且不需要在原模型上增加额外的模块和参数。
在多源遥感影像地表覆盖分类中，引入域自适应方法能够对齐源域和目标域影像或其特征，从而提升深度学习模型的泛化能力，在智能遥感影像解译任务中具有重要意义。本文提出了一种基于信息熵不确定性估计的伪标签纠正方法，用于基于自训练的域自适应任务。其核心是提出一种熵不确定损失函数，用于跨源遥感影像之间的地表覆盖分类。首先，用含标签的源域影像训练语义分割模型，并对缺乏真实标签的目标域影像预测并生成伪标签。然后，用伪标签继续训练目标域影像，计算预测结果的信息熵，并将该信息熵作为伪标签的不确定性估计，以校正伪标签并再次进行目标域影像的自训练，得到适用于目标域数据集的地表覆盖分类模型权重。最后，在三套数据集，即WHU建筑物变化检测数据集、ISPRS 2D语义标注比赛数据集、武汉市2017年及2019年地表覆盖影像分类数据集上进行了跨域的多源遥感影像地表覆盖分类实验。结果显示:引入本方法将对现有语义分割网络的性能有显著提升；相比于传统自训练方法，本方法具有一定的提升，同时，本文方法也超越了最新的基于KL散度不确定性估计的方法。以上结果表明，本方法能够在原有预训练语义分割模型基础上进一步提升该模型对不含标签的目标域影像的分割能力，且不需要在原模型上增加额外的模块和参数。
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doi:10.13203/j.whugis20210120
摘要:
松花江流域地处高纬度地区，是我国重要的粮食产地之一，开展该地区地下水变化的探测和分析工作对揭示区域地下水变化特征、保障社会经济可持续发展、保护区域生态环境有重要意义。本文采用美国德克萨斯大学空间研究中心发布的重力场恢复与气候实验卫星（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）卫星重力数据，联合全球陆地数据同化模型（Global Land Data Assimilation System,GLDAS）和全球降水测量计划（Global Precipitation Measurement,GPM）卫星降水数据反演了松花江流域2002-2017年间地下水时空变化，引入可持续性指数SI定量探测了该区域地下水时空可持续性，并与降水、温度数据及实测水井数据进行对比。研究表明：松花江流域在研究时段内地下水以0.34cm/a的速率持续增加，空间上从南到北地下水恢复速率依次增大；研究时段内流域地下水系统呈现出严重不可持续性；地下水与降水、温度数据存在明显滞后关系，其变化受降水影响显著；卫星手段反演结果与测井数据在重合时段具有相同的地下水恢复趋势，并存在一定的滞后现象。
松花江流域地处高纬度地区，是我国重要的粮食产地之一，开展该地区地下水变化的探测和分析工作对揭示区域地下水变化特征、保障社会经济可持续发展、保护区域生态环境有重要意义。本文采用美国德克萨斯大学空间研究中心发布的重力场恢复与气候实验卫星（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）卫星重力数据，联合全球陆地数据同化模型（Global Land Data Assimilation System,GLDAS）和全球降水测量计划（Global Precipitation Measurement,GPM）卫星降水数据反演了松花江流域2002-2017年间地下水时空变化，引入可持续性指数SI定量探测了该区域地下水时空可持续性，并与降水、温度数据及实测水井数据进行对比。研究表明：松花江流域在研究时段内地下水以0.34cm/a的速率持续增加，空间上从南到北地下水恢复速率依次增大；研究时段内流域地下水系统呈现出严重不可持续性；地下水与降水、温度数据存在明显滞后关系，其变化受降水影响显著；卫星手段反演结果与测井数据在重合时段具有相同的地下水恢复趋势，并存在一定的滞后现象。
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doi:10.13203/j.whugis20220082
摘要:
星载USO为发射机提供频率源，其稳定性直接影响单程多普勒测量精度，利用单程多普勒数据开展定轨计算需一并解算下行频率与标称频率的偏差。论文推导了单程多普勒观测模型及观测偏导数，分析了影响测量精度的主要误差源；对天问一号单程多普勒数据进行处理，在轨道解算的同时估计了频率偏差，并构建了USO长期漂移预报模型；给出了下行频率解算精度的影响因素，理论分析了频率解算精度。结果表明天问一号星载USO长期漂移率为（0.07575±0.00620） Hz/d。因此，本文提供了一种可行的星载USO漂移标定方法，构建了天问一号星载USO下行频率的先验模型。
星载USO为发射机提供频率源，其稳定性直接影响单程多普勒测量精度，利用单程多普勒数据开展定轨计算需一并解算下行频率与标称频率的偏差。论文推导了单程多普勒观测模型及观测偏导数，分析了影响测量精度的主要误差源；对天问一号单程多普勒数据进行处理，在轨道解算的同时估计了频率偏差，并构建了USO长期漂移预报模型；给出了下行频率解算精度的影响因素，理论分析了频率解算精度。结果表明天问一号星载USO长期漂移率为（0.07575±0.00620） Hz/d。因此，本文提供了一种可行的星载USO漂移标定方法，构建了天问一号星载USO下行频率的先验模型。
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doi:10.13203/j.whugis20220067
摘要:
为了使移动机器人在全局路径规划中更好地适应地图环境，本文提出了一种改进A*和射线模型的激光模型全局路径规划方法，本方法借鉴了平面激光雷达实时扫描原理，由路径节点向目标点散发多条虚拟激光射线来感知障碍物边界，从而快速越过障碍物并到达目标点，同时结合Floyd优化算法，在较短时间内得出一条安全可靠稳定的全局路径。在本实验凹型环境中，激光模型搜索时间快于A*和射线模型99%，搜索过程减少96%；在本实验不可行区域中，激光模型上快于前两种算法98%，搜索过程减少97%；同时双蚁群交叉凹形环境算法对比，表现也相对较优。实验表明本方法对解决凹型陷阱及不可行区域耗时问题比较有效。
为了使移动机器人在全局路径规划中更好地适应地图环境，本文提出了一种改进A*和射线模型的激光模型全局路径规划方法，本方法借鉴了平面激光雷达实时扫描原理，由路径节点向目标点散发多条虚拟激光射线来感知障碍物边界，从而快速越过障碍物并到达目标点，同时结合Floyd优化算法，在较短时间内得出一条安全可靠稳定的全局路径。在本实验凹型环境中，激光模型搜索时间快于A*和射线模型99%，搜索过程减少96%；在本实验不可行区域中，激光模型上快于前两种算法98%，搜索过程减少97%；同时双蚁群交叉凹形环境算法对比，表现也相对较优。实验表明本方法对解决凹型陷阱及不可行区域耗时问题比较有效。
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doi:10.13203/j.whugis20220004
摘要:
地球定向参数（Earth Orientation Parameters,EOP）是地球参考系和天球参考系之间的重要转换参数,由于复杂的数据处理过程,空间大地测量技术获取的EOP存在几天至两个星期的延迟。随着我国航天事业的发展，为保障深空探测任务的成功实施，在不能使用实时EOP精确观测值的情况下，需研究分析EOP预报误差对深空探测器精密定轨精度的影响。为此，我们分析了国际地球自转和参考系服务（International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS）发布的Bulletin A（简称A公报）的预报误差，并通过处理火星快车（Mars Express,MEX）的射电跟踪数据和小行星2016HO3探测器的仿真数据，对比分析了EOP预报误差对深空探测器精密定轨精度的影响。结果表明： EOP预报值产生的定轨误差对MEX探测器主要表现在切向和法向上，在深空探测器双程多普勒数据精密定轨中UT1-UTC项预报误差为主要误差项；精密定轨误差与EOP预报时长无绝对线性关系，而与UT1-UTC项预报误差强相关，且在相同预报误差的情况下该项定轨误差随星地距离变化率的增加而增加。
地球定向参数（Earth Orientation Parameters,EOP）是地球参考系和天球参考系之间的重要转换参数,由于复杂的数据处理过程,空间大地测量技术获取的EOP存在几天至两个星期的延迟。随着我国航天事业的发展，为保障深空探测任务的成功实施，在不能使用实时EOP精确观测值的情况下，需研究分析EOP预报误差对深空探测器精密定轨精度的影响。为此，我们分析了国际地球自转和参考系服务（International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS）发布的Bulletin A（简称A公报）的预报误差，并通过处理火星快车（Mars Express,MEX）的射电跟踪数据和小行星2016HO3探测器的仿真数据，对比分析了EOP预报误差对深空探测器精密定轨精度的影响。结果表明： EOP预报值产生的定轨误差对MEX探测器主要表现在切向和法向上，在深空探测器双程多普勒数据精密定轨中UT1-UTC项预报误差为主要误差项；精密定轨误差与EOP预报时长无绝对线性关系，而与UT1-UTC项预报误差强相关，且在相同预报误差的情况下该项定轨误差随星地距离变化率的增加而增加。
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doi:10.13203/j.whugis20210726
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冰面湖作为冰盖质量损失、海平面上升、气候变化等全球变化问题的指示器，对研究全球气候变化背景下冰盖的稳定性有着重要的作用。本文利用深度学习中的语义分割模型U-Net实现了不同情形下的Landsat卫星影像中冰面湖的提取，并与多种方法进行了比较，发现U-Net冰面湖提取方法在性能和效率上表现最佳。同时对2000—2020年北极格陵兰岛Sermeq Avannarleq冰川附近的冰面湖进行提取，并对其面积的季节变化和年际变化进行分析。结果表明，该区域冰面湖面积每年在5—9月呈现先增后减的变化趋势，5月中旬开始增加，7月中下旬达到峰值，9月基本消亡。同时2000—2020年该区域冰面湖面积呈现增加的趋势，表明该区域冰盖融化量在逐渐增加。
冰面湖作为冰盖质量损失、海平面上升、气候变化等全球变化问题的指示器，对研究全球气候变化背景下冰盖的稳定性有着重要的作用。本文利用深度学习中的语义分割模型U-Net实现了不同情形下的Landsat卫星影像中冰面湖的提取，并与多种方法进行了比较，发现U-Net冰面湖提取方法在性能和效率上表现最佳。同时对2000—2020年北极格陵兰岛Sermeq Avannarleq冰川附近的冰面湖进行提取，并对其面积的季节变化和年际变化进行分析。结果表明，该区域冰面湖面积每年在5—9月呈现先增后减的变化趋势，5月中旬开始增加，7月中下旬达到峰值，9月基本消亡。同时2000—2020年该区域冰面湖面积呈现增加的趋势，表明该区域冰盖融化量在逐渐增加。
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doi:10.13203/j.whugis20210080
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星载全谱段成像仪能够同时对可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外光谱范围内的多个谱段进行探测，在热污染排放检测、农作物长势分析等方面发挥重要作用。然而，当光线穿越大气层时，受到大气折射的影响，使得不同谱段存在程度不一的偏折现象，降低了影像的几何定位精度、谱段间的配准精度，影响全谱段影像的应用效能与价值。本文针对全谱段多角度成像大气折光误差特性，采用高分五号全谱段光谱成像仪相机参数与大气参数，利用基于椭球分层的光学卫星大气折光改正模型，对全谱段多角度成像在不同区域、不同时间的大气折光误差差异进行了系统性的分析。实验结果表明，当侧摆角为45°时，大气折光引起的蓝波段的绝对几何定位误差约为6.491m，相对几何定位误差可达2.698m,对蓝波段与长波红外波段谱段间的配准精度的影响可达0.161m。本文研究可为后续米级、亚米级星载全谱段成像仪数据处理提供重要支撑。
星载全谱段成像仪能够同时对可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外光谱范围内的多个谱段进行探测，在热污染排放检测、农作物长势分析等方面发挥重要作用。然而，当光线穿越大气层时，受到大气折射的影响，使得不同谱段存在程度不一的偏折现象，降低了影像的几何定位精度、谱段间的配准精度，影响全谱段影像的应用效能与价值。本文针对全谱段多角度成像大气折光误差特性，采用高分五号全谱段光谱成像仪相机参数与大气参数，利用基于椭球分层的光学卫星大气折光改正模型，对全谱段多角度成像在不同区域、不同时间的大气折光误差差异进行了系统性的分析。实验结果表明，当侧摆角为45°时，大气折光引起的蓝波段的绝对几何定位误差约为6.491m，相对几何定位误差可达2.698m,对蓝波段与长波红外波段谱段间的配准精度的影响可达0.161m。本文研究可为后续米级、亚米级星载全谱段成像仪数据处理提供重要支撑。
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doi:10.13203/j.whugis20220008
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机器学习和多源数据融合是土壤水分反演研究的热点方向，但已有工作对L波段SAR数据的研究较少。以额济纳绿洲为研究区，利用ALOS-2 PALSAR-2和Landsat-8影像，提取雷达和光学特征参数，通过参数重要性评分进行特征筛选，采用随机森林建立基于雷达、光学以及雷达-光学特征参数协同的土壤水分反演模型，对比模型精度，反演绿洲土壤水分。结果表明：（1）与C波段相比，L波段SAR数据对干旱荒漠绿洲区土壤水分含量敏感性更高。（2）雷达特征参数中重要性较高的为表面散射和体散射分量，二面角散射和螺旋体散射分量相对偏低；光学特征参数中植被供水指数重要性最高，增强型植被指数重要性最低。（3）雷达特征参数方案最优模型R2、RMSE分别为0.67、2.16%。光学特征参数方案模型精度普遍较低且精度相当，R2、RMSE在0.5、2.47%左右。（4）雷达-光学参数协同反演的最优模型R2、RMSE分别为0.72、1.99%。相比单一数据源，R2分别提升7.46%、38.4%，RMSE分别降低8.54%、22.6%。研究证明基于多源数据融合的随机森林模型在干旱荒漠绿洲区具有较高的预测精度和良好的适用性。
机器学习和多源数据融合是土壤水分反演研究的热点方向，但已有工作对L波段SAR数据的研究较少。以额济纳绿洲为研究区，利用ALOS-2 PALSAR-2和Landsat-8影像，提取雷达和光学特征参数，通过参数重要性评分进行特征筛选，采用随机森林建立基于雷达、光学以及雷达-光学特征参数协同的土壤水分反演模型，对比模型精度，反演绿洲土壤水分。结果表明：（1）与C波段相比，L波段SAR数据对干旱荒漠绿洲区土壤水分含量敏感性更高。（2）雷达特征参数中重要性较高的为表面散射和体散射分量，二面角散射和螺旋体散射分量相对偏低；光学特征参数中植被供水指数重要性最高，增强型植被指数重要性最低。（3）雷达特征参数方案最优模型R2、RMSE分别为0.67、2.16%。光学特征参数方案模型精度普遍较低且精度相当，R2、RMSE在0.5、2.47%左右。（4）雷达-光学参数协同反演的最优模型R2、RMSE分别为0.72、1.99%。相比单一数据源，R2分别提升7.46%、38.4%，RMSE分别降低8.54%、22.6%。研究证明基于多源数据融合的随机森林模型在干旱荒漠绿洲区具有较高的预测精度和良好的适用性。
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doi:10.13203/j.whugis20220010
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面向铁路全生命周期沿线地理地质环境精准感知需求，针对持续变化的铁路地理与地质数据长期以来各自独立表达、分散管理、难以深度融合等问题，本文提出了铁路地理地质数据“本体域-变化域-状态域”三域关联的集成表达模型，以地理地质环境要素“时空变化”链式关联为中心，定义了时空变化参与者（要素）、驱动力（事件）和呈现模式（过程），定义了状态级-实体级-过程级多层次时空变化关联关系，构建了轴面一体的铁路地理地质数据知识图谱，描述了“状态域-变化域-本体域”纵向映射轴、“对象-事件-过程”横向关联面之间的轴面关联关系，提出了知识图谱引导的“状态级-实体级-过程级”时空变化多域关联，分析了该模型在铁路高陡边坡施工典型应用中的重要意义和巨大应用潜力。
面向铁路全生命周期沿线地理地质环境精准感知需求，针对持续变化的铁路地理与地质数据长期以来各自独立表达、分散管理、难以深度融合等问题，本文提出了铁路地理地质数据“本体域-变化域-状态域”三域关联的集成表达模型，以地理地质环境要素“时空变化”链式关联为中心，定义了时空变化参与者（要素）、驱动力（事件）和呈现模式（过程），定义了状态级-实体级-过程级多层次时空变化关联关系，构建了轴面一体的铁路地理地质数据知识图谱，描述了“状态域-变化域-本体域”纵向映射轴、“对象-事件-过程”横向关联面之间的轴面关联关系，提出了知识图谱引导的“状态级-实体级-过程级”时空变化多域关联，分析了该模型在铁路高陡边坡施工典型应用中的重要意义和巨大应用潜力。
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doi:10.13203/j.whugis20210591
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以嫦娥五号双目标联合测量为基础，建立了同波束测量SBI（Same Beam Interferometry）和星间测量的模型，设计了轨道器与上升器联合的统计定轨算法，利用基准轨道分析了同波束测量时延、时延率和微波雷达/激光雷达的测距、测速数据精度，嫦娥五号同波束测量与VLBI（Very Long Baseline Interferometry）测量精度相当，微波雷达/激光雷达的测距精度为米级。在定轨中建立两目标相对运动关系，能够明显提升相对轨道精度。
以嫦娥五号双目标联合测量为基础，建立了同波束测量SBI（Same Beam Interferometry）和星间测量的模型，设计了轨道器与上升器联合的统计定轨算法，利用基准轨道分析了同波束测量时延、时延率和微波雷达/激光雷达的测距、测速数据精度，嫦娥五号同波束测量与VLBI（Very Long Baseline Interferometry）测量精度相当，微波雷达/激光雷达的测距精度为米级。在定轨中建立两目标相对运动关系，能够明显提升相对轨道精度。
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doi:10.13203/j.whugis20210556
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针对多波束测深数据中常出现的沿航迹向异常条纹在浅水影响显著，传统方法机理不完善和异常消除不彻底问题，基于多波束数据处理原理分析成因，认为主要由于诱导涌浪未补偿或姿态传感器（Motion Reference Unit，MRU）位置偏差量测不准带来的诱导涌浪补偿残余所致，为此提出基于往返测线测深点对深度不符值的MRU位置偏差二次分段探测方法和异常条纹消除方法。首先通过最近平面点搜索，发现同名点对；然后分段构建深度不符值与欲探测的MRU位置偏差关系模型，并借助支持向量机（Support Vector Machines，SVM）回归参数抗差估计法估计位置偏差；最后，给出修正模型，消除测深数据中异常条纹影响。实验表明，本文方法从机理上较彻底地消除了异常测深条纹影响，也为MRU安装偏差探测提供了一种新方法。
针对多波束测深数据中常出现的沿航迹向异常条纹在浅水影响显著，传统方法机理不完善和异常消除不彻底问题，基于多波束数据处理原理分析成因，认为主要由于诱导涌浪未补偿或姿态传感器（Motion Reference Unit，MRU）位置偏差量测不准带来的诱导涌浪补偿残余所致，为此提出基于往返测线测深点对深度不符值的MRU位置偏差二次分段探测方法和异常条纹消除方法。首先通过最近平面点搜索，发现同名点对；然后分段构建深度不符值与欲探测的MRU位置偏差关系模型，并借助支持向量机（Support Vector Machines，SVM）回归参数抗差估计法估计位置偏差；最后，给出修正模型，消除测深数据中异常条纹影响。实验表明，本文方法从机理上较彻底地消除了异常测深条纹影响，也为MRU安装偏差探测提供了一种新方法。
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doi:10.13203/j.whugis20210587
摘要:
为了解决导航系统的位置误差随时间累积的问题，提出一种状态空间为矩阵李群的不变RTS（invariant Rauch-Tung-Striebel,InRTS）平滑算法来提高导航状态的精度，其核心在于导航状态及观测都利用矩阵李群进行表示及推导。首先，将系统状态及其误差状态微分方程用矩阵李群来表征，相比于传统扩展卡尔曼滤波算法（extended Kalman filter，EKF） ，将系统状态构建在矩阵李群上，其动力学方程可以更自然更本质地描述物体在空间中的运动特性，而通过群运算定义的误差状态耦合了姿态误差而不是直接的向量相减；接着，通过李群和李代数之间的对数映射将不变误差状态变量映射到李代数空间，得到一个解析的线性微分方程，该方程与当前状态估计值无关，从而可以获得在任何线性化点处状态无关的雅克比矩阵；然后，根据5G定位中量测模型的左不变特性推导包含杆臂误差的左不变误差状态量测方程，从而得到一个左不变扩展卡尔曼滤波（left invariant EKF,L-EnEKF） ；最后，以L-EnEKF为前向滤波，提出不变RTS平滑算法，并将其应用于5G/SINS（strapdown inertial navigation system）组合导航系统，在仿真实验中与L-EnEKF算法进行精度对比。实验结果表明，InRTS算法能对L-InEKF算法得到的轨迹进行平滑，降低了前向滤波过程中导航状态的累积误差，从而证明了所提算法的有效性。
为了解决导航系统的位置误差随时间累积的问题，提出一种状态空间为矩阵李群的不变RTS（invariant Rauch-Tung-Striebel,InRTS）平滑算法来提高导航状态的精度，其核心在于导航状态及观测都利用矩阵李群进行表示及推导。首先，将系统状态及其误差状态微分方程用矩阵李群来表征，相比于传统扩展卡尔曼滤波算法（extended Kalman filter，EKF） ，将系统状态构建在矩阵李群上，其动力学方程可以更自然更本质地描述物体在空间中的运动特性，而通过群运算定义的误差状态耦合了姿态误差而不是直接的向量相减；接着，通过李群和李代数之间的对数映射将不变误差状态变量映射到李代数空间，得到一个解析的线性微分方程，该方程与当前状态估计值无关，从而可以获得在任何线性化点处状态无关的雅克比矩阵；然后，根据5G定位中量测模型的左不变特性推导包含杆臂误差的左不变误差状态量测方程，从而得到一个左不变扩展卡尔曼滤波（left invariant EKF,L-EnEKF） ；最后，以L-EnEKF为前向滤波，提出不变RTS平滑算法，并将其应用于5G/SINS（strapdown inertial navigation system）组合导航系统，在仿真实验中与L-EnEKF算法进行精度对比。实验结果表明，InRTS算法能对L-InEKF算法得到的轨迹进行平滑，降低了前向滤波过程中导航状态的累积误差，从而证明了所提算法的有效性。
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doi:10.13203/j.whugis20210321
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传统方法采用单一的模型开展大坝位移性态预警，虚假警报频次较高。为提升预警结果的可靠性，提出多模型联合预警方法。以水位-温度-时效模型(hydraulic-season-time,HST)、自回归滑动平均模型(autoregressive moving average,ARMA)为研究对象，采用核密度估计探讨了两类模型残差的一维分布规律。在此基础上，对两类模型的联合残差进行了频率分析，发现了联合残差非尾部弱相关、尾部强相关的分布特征。最后采用copula函数对HST-ARMA联合残差进行拟合，得到了联合分布函数，实现了大坝位移性态的多模型联合预警。算例表明：若采用单一的HST模型或ARMA模型预警，受建模序列特征以及模型结构特征的影响，虚假警报发生率高达23.17%~27.94%。而采用HST-ARMA联合预警，能够充分结合各模型的优势，虚假警报发生率可降至0.00%~0.63%。多模型联合预警能够有效降低虚假警报的发生频次，预警结果能够更加真实地反映大坝位移性态，可为提升大坝安全管理水平提供参考。
传统方法采用单一的模型开展大坝位移性态预警，虚假警报频次较高。为提升预警结果的可靠性，提出多模型联合预警方法。以水位-温度-时效模型(hydraulic-season-time,HST)、自回归滑动平均模型(autoregressive moving average,ARMA)为研究对象，采用核密度估计探讨了两类模型残差的一维分布规律。在此基础上，对两类模型的联合残差进行了频率分析，发现了联合残差非尾部弱相关、尾部强相关的分布特征。最后采用copula函数对HST-ARMA联合残差进行拟合，得到了联合分布函数，实现了大坝位移性态的多模型联合预警。算例表明：若采用单一的HST模型或ARMA模型预警，受建模序列特征以及模型结构特征的影响，虚假警报发生率高达23.17%~27.94%。而采用HST-ARMA联合预警，能够充分结合各模型的优势，虚假警报发生率可降至0.00%~0.63%。多模型联合预警能够有效降低虚假警报的发生频次，预警结果能够更加真实地反映大坝位移性态，可为提升大坝安全管理水平提供参考。
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doi:10.13203/j.whugis20210169
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针对传统随机采样一致性（RANdom SAmple Consensus，RANSAC）算法对复杂屋顶的分割缺陷，提出一种复杂屋顶平面的RANSAC优化分割方法。首先，在点云法向量估计的基础上，利用点法式方程优化种子点选取过程，提高初始平面选择的有效性；然后，采用距离与法向加权法抑制虚假平面生成，并利用加权函数进行平面内点的迭代修正，提高面片分割的准确性；最后，利用面片竞争方法进行分割结果优化，实现屋顶点云的分割处理。通过多组点云分割实验，结果表明本文方法能有效抑制虚假平面，对复杂建筑物的屋顶平面分割结果的精确率、召回率和整体精度达到96.8%、98.2%和95.1%；相比传统方法，本文方法在点云分割结果正确率及耗时方面均有明显优势。
针对传统随机采样一致性（RANdom SAmple Consensus，RANSAC）算法对复杂屋顶的分割缺陷，提出一种复杂屋顶平面的RANSAC优化分割方法。首先，在点云法向量估计的基础上，利用点法式方程优化种子点选取过程，提高初始平面选择的有效性；然后，采用距离与法向加权法抑制虚假平面生成，并利用加权函数进行平面内点的迭代修正，提高面片分割的准确性；最后，利用面片竞争方法进行分割结果优化，实现屋顶点云的分割处理。通过多组点云分割实验，结果表明本文方法能有效抑制虚假平面，对复杂建筑物的屋顶平面分割结果的精确率、召回率和整体精度达到96.8%、98.2%和95.1%；相比传统方法，本文方法在点云分割结果正确率及耗时方面均有明显优势。
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doi:10.13203/j.whugis20220023
摘要:
西部黄土高原复杂地形地貌下构建采煤沉陷盆地和提取水平位移的难度较大，传统地表沉降监测手段只能获取线状数据,效率低，而重复轨道InSAR (interferometric synthetic aperture radar)技术在大梯度形变区域易出现失相干现象，难以达到矿区地表沉降监测精度要求。本文提出了一种基于无人机载LiDAR (light detection and ranging)点云数据构建沉陷盆地和提取水平位移的方法。结合多地形因子构建深度神经网络（deep neural networks,DNN）模型，提取沉陷盆地构建过程中受地形影响较小的特征稳定区，利用较优值插算法对稳定区进行拟合得到完整沉陷盆地。为了提取采煤地表水平移动信息，将二进制形状上下文特征描述算子（binary shape context,BSC）融合多地形因子进行特征匹配算法的改进，基于此设计地表水平移动提取方案，提取主断面水平移动信息，同时对水平移动提取误差与点云密度、地形因子进行定量分析。榆神矿区结果表明，结合地形因子的DNN模型有效提取了特征稳定区，复杂地貌下减小了35%的沉陷建模误差，为构建采煤沉陷盆地提供了一种新方法；融合地形特征的改进特征匹配算法提取的水平移动曲线符合采煤沉陷水平移动基本规律，与水平移动偏差相关性较强的地形因子可用于衡量改进特征匹配算法对水平移动提取误差的大小。
西部黄土高原复杂地形地貌下构建采煤沉陷盆地和提取水平位移的难度较大，传统地表沉降监测手段只能获取线状数据,效率低，而重复轨道InSAR (interferometric synthetic aperture radar)技术在大梯度形变区域易出现失相干现象，难以达到矿区地表沉降监测精度要求。本文提出了一种基于无人机载LiDAR (light detection and ranging)点云数据构建沉陷盆地和提取水平位移的方法。结合多地形因子构建深度神经网络（deep neural networks,DNN）模型，提取沉陷盆地构建过程中受地形影响较小的特征稳定区，利用较优值插算法对稳定区进行拟合得到完整沉陷盆地。为了提取采煤地表水平移动信息，将二进制形状上下文特征描述算子（binary shape context,BSC）融合多地形因子进行特征匹配算法的改进，基于此设计地表水平移动提取方案，提取主断面水平移动信息，同时对水平移动提取误差与点云密度、地形因子进行定量分析。榆神矿区结果表明，结合地形因子的DNN模型有效提取了特征稳定区，复杂地貌下减小了35%的沉陷建模误差，为构建采煤沉陷盆地提供了一种新方法；融合地形特征的改进特征匹配算法提取的水平移动曲线符合采煤沉陷水平移动基本规律，与水平移动偏差相关性较强的地形因子可用于衡量改进特征匹配算法对水平移动提取误差的大小。
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doi:10.13203/j.whugis20220033
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高效匹配对选择和影像特征匹配直接决定无人机影像运动恢复结构（Structure from Motion,SfM）的效率。本文联合词汇树的倒排和正向索引结构，提出无人机影像匹配对选择和特征匹配加速算法。首先，利用词汇树的“单词-影像”倒排索引结构，基于影像相似性的空间分布特征，设计了自适应阈值的词汇树检索算法。然后，利用词汇树的“影像-单词”正向索引结构，将显式最近邻描述子搜索简化为词汇树单词映射，设计了词汇树引导匹配算法（Guided Feature Matching,GFM）。利用四组无人机影像进行试验，结果表明：本文提出的自适应阈值词汇树检索算法能够有效地筛选匹配对，避免传统固定阈值或比例算法导致的匹配对数量过多或不足的问题；在保证匹配精度的前提下，词汇树引导匹配算法的加速比达到156到228，并在无人机影像SfM空三中取得与经典最近邻搜索匹配相当的精度。
高效匹配对选择和影像特征匹配直接决定无人机影像运动恢复结构（Structure from Motion,SfM）的效率。本文联合词汇树的倒排和正向索引结构，提出无人机影像匹配对选择和特征匹配加速算法。首先，利用词汇树的“单词-影像”倒排索引结构，基于影像相似性的空间分布特征，设计了自适应阈值的词汇树检索算法。然后，利用词汇树的“影像-单词”正向索引结构，将显式最近邻描述子搜索简化为词汇树单词映射，设计了词汇树引导匹配算法（Guided Feature Matching,GFM）。利用四组无人机影像进行试验，结果表明：本文提出的自适应阈值词汇树检索算法能够有效地筛选匹配对，避免传统固定阈值或比例算法导致的匹配对数量过多或不足的问题；在保证匹配精度的前提下，词汇树引导匹配算法的加速比达到156到228，并在无人机影像SfM空三中取得与经典最近邻搜索匹配相当的精度。
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doi:10.13203/j.whugis20210436
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相机自检校直接决定无人机影像空三的精度。沿输电线路走廊采集的长航带结构无人机影像是一种典型的退化配置，对其自检校容易出现“碗状”效应。为解决该问题，传统方法往往依赖较多控制点，而本文提出的自检校方法仅需一个控制点。首先研究经典物理模型和最新的数学模型；然后在增量式SfM框架下，设计了一种联合无人机影像相机检校参数初始化和高精度差分GNSS位置信息辅助的相机自检校方法。利用两个实验区域不同采集模式下的四组无人机电力走廊影像进行无控制约束以及单个控制点约束的相机自检校实验。结果表明，本文提出的相机自检校策略在无控制点约束时，可以有效缓解长航带结构空三的“碗状”效应，减轻模型的弯曲程度，提高自检校空三的绝对精度；单个控制点约束自检校时，水平和高程精度均优于0.06 m。与当前主流开源和商业软件对比，本文算法能够得到相当或更高精度。
相机自检校直接决定无人机影像空三的精度。沿输电线路走廊采集的长航带结构无人机影像是一种典型的退化配置，对其自检校容易出现“碗状”效应。为解决该问题，传统方法往往依赖较多控制点，而本文提出的自检校方法仅需一个控制点。首先研究经典物理模型和最新的数学模型；然后在增量式SfM框架下，设计了一种联合无人机影像相机检校参数初始化和高精度差分GNSS位置信息辅助的相机自检校方法。利用两个实验区域不同采集模式下的四组无人机电力走廊影像进行无控制约束以及单个控制点约束的相机自检校实验。结果表明，本文提出的相机自检校策略在无控制点约束时，可以有效缓解长航带结构空三的“碗状”效应，减轻模型的弯曲程度，提高自检校空三的绝对精度；单个控制点约束自检校时，水平和高程精度均优于0.06 m。与当前主流开源和商业软件对比，本文算法能够得到相当或更高精度。
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doi:10.13203/j.whugis20210703
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滑坡位移高精度预测对于滑坡预测预警具有重要的参考价值。本文充分顾及智能优化与机器学习组合模型在滑坡时序位移预测中的优势，构建了一种融合多层感知机和优化支持向量回归的滑坡位移组合预测：首先采用多层感知机（Multilayer Perceptron,MLP）对滑坡位移进行初步预测，进一步构建基于差分进化算法（Differential Evolution,DE）改进的人工鱼群算法（Artificial Fish Swarm Algorithm,AFSA）与支持向量回归（Support Vector Regression,SVR）组合预测模型（Optimal Combination SVR,OPSVR）以修正MLP预测结果。通过两起典型滑坡体北斗实测算例表明：由于DE有效克服了AFSA运行后期人工鱼个体大多处于随机运动状态而无法搜索到全局最优解的突出问题提高了其寻优性能，进一步与SVR结合可更合理确定出SVR的超参数提高了其预测精度；相较于单一MLP与SVR预测模型，以及常规智能优化算法（遗传算法、粒子群算法）、改进人工鱼群算法与SVR的组合预测模型，MLP-OPSVR组合预测模型具有更高精度的预测结果，且在滑坡预警研究中具有较好的推广应用价值。
滑坡位移高精度预测对于滑坡预测预警具有重要的参考价值。本文充分顾及智能优化与机器学习组合模型在滑坡时序位移预测中的优势，构建了一种融合多层感知机和优化支持向量回归的滑坡位移组合预测：首先采用多层感知机（Multilayer Perceptron,MLP）对滑坡位移进行初步预测，进一步构建基于差分进化算法（Differential Evolution,DE）改进的人工鱼群算法（Artificial Fish Swarm Algorithm,AFSA）与支持向量回归（Support Vector Regression,SVR）组合预测模型（Optimal Combination SVR,OPSVR）以修正MLP预测结果。通过两起典型滑坡体北斗实测算例表明：由于DE有效克服了AFSA运行后期人工鱼个体大多处于随机运动状态而无法搜索到全局最优解的突出问题提高了其寻优性能，进一步与SVR结合可更合理确定出SVR的超参数提高了其预测精度；相较于单一MLP与SVR预测模型，以及常规智能优化算法（遗传算法、粒子群算法）、改进人工鱼群算法与SVR的组合预测模型，MLP-OPSVR组合预测模型具有更高精度的预测结果，且在滑坡预警研究中具有较好的推广应用价值。
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doi:10.13203/j.whugis20220049
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近年来，有很多基于深度学习的分类模型被提出。由于组织病理图像的尺寸极大，现有方法一般将其切割为很多等尺寸的小图像块（切块），再构建分类模型。模型首先提取各切块的特征，然后采用池化等方法将各切块特征融合为整个病理组织图像的特征表示并对图像进行分类。其中切块特征的提取与后续的特征融合与分类过程互相独立，导致模型无法根据后续的分类结果反馈自适应学习切块特征，因此无法确保得到最有利于图像分类的特征。为解决上述问题，本文提出一种基于切块打分模型的端到端注意力池化的病理图像分类方法。首先基于多示例学习方法构造一个切块打分模型对每个切块进行打分，根据得分选择部分切块；然后再采用注意力池化机制融合被选的部分切块的特征构建分类模型。同时，根据病理图像特点，提出在注意力池化机制中采用自定义的平方平均函数进行权重归一化，使阳性病理图像中得分高的切块获得更多关注，让分类结果具有更好的可解释性。在公开的CAMELYON16和BACH数据集上分类的F1分数分别达到了0.644和0.593，结果表明深度学习模型中采用本文提出的端到端注意力池化方法比采用其他池化方法可达到更优的分类性能，表明本文提出方法在病理图像分类应用中的有效性。
近年来，有很多基于深度学习的分类模型被提出。由于组织病理图像的尺寸极大，现有方法一般将其切割为很多等尺寸的小图像块（切块），再构建分类模型。模型首先提取各切块的特征，然后采用池化等方法将各切块特征融合为整个病理组织图像的特征表示并对图像进行分类。其中切块特征的提取与后续的特征融合与分类过程互相独立，导致模型无法根据后续的分类结果反馈自适应学习切块特征，因此无法确保得到最有利于图像分类的特征。为解决上述问题，本文提出一种基于切块打分模型的端到端注意力池化的病理图像分类方法。首先基于多示例学习方法构造一个切块打分模型对每个切块进行打分，根据得分选择部分切块；然后再采用注意力池化机制融合被选的部分切块的特征构建分类模型。同时，根据病理图像特点，提出在注意力池化机制中采用自定义的平方平均函数进行权重归一化，使阳性病理图像中得分高的切块获得更多关注，让分类结果具有更好的可解释性。在公开的CAMELYON16和BACH数据集上分类的F1分数分别达到了0.644和0.593，结果表明深度学习模型中采用本文提出的端到端注意力池化方法比采用其他池化方法可达到更优的分类性能，表明本文提出方法在病理图像分类应用中的有效性。
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doi:10.13203/j.whugis20210041
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利用2006—2020年中国区域的COSMIC-1/2(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere andClimate,COSMIC) IonPrfs产品数据，分析了中国区域电离层时空变化特征。首先介绍新一代COSMIC-2在中国以及全球区域的数据质量状况，然后对IonPrfs产品的数据质量控制和电离层特征参数提取方法进行说明，最后以不同时间尺度统计分析了中国区域近十五年电离层特征参数在一个完整太阳活动周期不同活动水平下的时空变化特征。统计结果表明：中国区域电离层变化具有与太阳活动相关的周年变化、季节变化和日变化特征；周年变化中具有明显空间分布特征，以北纬30°左右为界，中国南方地区峰值密度NmF2、峰值高度HmF2和电子总含量（ total electroncontent,TEC）年均值普遍高于北方地区；在月份季节变化中，NmF2和TEC最大值一般出现在3、10月，最小值出现在6、7月，仅中国南方部分地区存在“冬季异常”现象，且春夏季的HmF2均值大于秋冬季；在日变化中，NmF2和TEC的最大值主要出现地方时12:00~16:00 LT （ Local Time,LT），且峰值对应的地方时随纬度升高而向“前”推移。当太阳活动高年时，日落后NmF2和TEC仍保持较高水平。HmF2在中国南方地区最大值出现在12:00~16:00LT，最小值出现在5:00~7:00 LT，北方地区HmF2的值白天普遍低于夜间。
利用2006—2020年中国区域的COSMIC-1/2(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere andClimate,COSMIC) IonPrfs产品数据，分析了中国区域电离层时空变化特征。首先介绍新一代COSMIC-2在中国以及全球区域的数据质量状况，然后对IonPrfs产品的数据质量控制和电离层特征参数提取方法进行说明，最后以不同时间尺度统计分析了中国区域近十五年电离层特征参数在一个完整太阳活动周期不同活动水平下的时空变化特征。统计结果表明：中国区域电离层变化具有与太阳活动相关的周年变化、季节变化和日变化特征；周年变化中具有明显空间分布特征，以北纬30°左右为界，中国南方地区峰值密度NmF2、峰值高度HmF2和电子总含量（ total electroncontent,TEC）年均值普遍高于北方地区；在月份季节变化中，NmF2和TEC最大值一般出现在3、10月，最小值出现在6、7月，仅中国南方部分地区存在“冬季异常”现象，且春夏季的HmF2均值大于秋冬季；在日变化中，NmF2和TEC的最大值主要出现地方时12:00~16:00 LT （ Local Time,LT），且峰值对应的地方时随纬度升高而向“前”推移。当太阳活动高年时，日落后NmF2和TEC仍保持较高水平。HmF2在中国南方地区最大值出现在12:00~16:00LT，最小值出现在5:00~7:00 LT，北方地区HmF2的值白天普遍低于夜间。
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doi:10.13203/j.whugis20210602
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基于视觉的手机定位方法是室内定位中的研究热点，但当前存在的面向机场、商场等大型室内环境时存在可靠性差、计算效率低的问题。本文面向这类场景，针对现有的基于室内实景地图和手机视觉匹配的定位方法存在的问题，提出一种基于三维实景地图的“粗定位-精定位”二级定位方法，具体包括：基于WiFi指纹匹配粗定位结果约束匹配图像库范围，子区域分段式建立特征库及利用深度学习的方法去除天花板图像。实验结果表明，大型室内场景下本文所提方法可以将视觉匹配定位精度由1.89m提升至0.45 m，将定位计算效率提升5倍以上。本文方法能够有效降低定位时间，提升特征点云的精度进而提升视觉匹配定位精度，同时能幅度降低特征点匹配错误而造成定位错误的情况，可以实现高可用、亚米级精度的室内视觉全局定位。在特征点提取和匹配的过程中，准确性还有提升空间，因此后续研究将引入线特征等元素提升定位精度。
基于视觉的手机定位方法是室内定位中的研究热点，但当前存在的面向机场、商场等大型室内环境时存在可靠性差、计算效率低的问题。本文面向这类场景，针对现有的基于室内实景地图和手机视觉匹配的定位方法存在的问题，提出一种基于三维实景地图的“粗定位-精定位”二级定位方法，具体包括：基于WiFi指纹匹配粗定位结果约束匹配图像库范围，子区域分段式建立特征库及利用深度学习的方法去除天花板图像。实验结果表明，大型室内场景下本文所提方法可以将视觉匹配定位精度由1.89m提升至0.45 m，将定位计算效率提升5倍以上。本文方法能够有效降低定位时间，提升特征点云的精度进而提升视觉匹配定位精度，同时能幅度降低特征点匹配错误而造成定位错误的情况，可以实现高可用、亚米级精度的室内视觉全局定位。在特征点提取和匹配的过程中，准确性还有提升空间，因此后续研究将引入线特征等元素提升定位精度。
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doi:10.13203/j.whugis20210174
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传统交通信息获取方法较难获取大范围、全覆盖的实时动态交通流信息，本文研究利用城市天际线作为观测平台的城市遥感视频生产与交通信息提取方法。首先，在超高层建筑物拍摄对地观测数据；然后，对原始倾斜视频观测数据进行正射校正，与卫星影像融合生成大范围城市遥感视频数据；最后，训练深度学习模型进行车辆分类识别，基于识别结果计算区域车辆数目及密度。本文在深圳平安大厦观光层开展数据采集并处理分析。结果表明：本文所提方法可生产低成本、长时间、大范围、高质量的城市遥感视频，基于该遥感视频开展的车辆检测误识别率和漏识别率低，车辆计数准确率高，可对区域交通流量进行有效监控，准确实时地获取城市内部区域交通情况。
传统交通信息获取方法较难获取大范围、全覆盖的实时动态交通流信息，本文研究利用城市天际线作为观测平台的城市遥感视频生产与交通信息提取方法。首先，在超高层建筑物拍摄对地观测数据；然后，对原始倾斜视频观测数据进行正射校正，与卫星影像融合生成大范围城市遥感视频数据；最后，训练深度学习模型进行车辆分类识别，基于识别结果计算区域车辆数目及密度。本文在深圳平安大厦观光层开展数据采集并处理分析。结果表明：本文所提方法可生产低成本、长时间、大范围、高质量的城市遥感视频，基于该遥感视频开展的车辆检测误识别率和漏识别率低，车辆计数准确率高，可对区域交通流量进行有效监控，准确实时地获取城市内部区域交通情况。
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doi:10.13203/j.whugis20210454
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为研究不同差分码偏差(differential code bias,DCB)产品对BDS-3伪距单点定位的影响，推导了BDS-3单频和双频无电离层组合伪距单点定位卫星端DCB改正模型，基于多模GNSS实验跟踪网(theMulti-GNSS Experiment，MGEX)发布的中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)和德国宇航中心(German Aerospace Center,DLR)两种DCB产品，并结合全球不同纬度均匀分布的国际GNSS服务(TheInternational GNSS Service，IGS)测站连续7d的BDS-3实测数据对B1I、B1C和B2a单频与B1C/B2a、B1I/B3I两种常用无电离层组合伪距单点定位精度进行对比分析。结果表明，在B1I、B1C、B2a三个频率和B1C/B2a、B1I/B3I两种组合中，CAS产品改正后的定位精度整体上优于DLR产品改正后的定位精度。
为研究不同差分码偏差(differential code bias,DCB)产品对BDS-3伪距单点定位的影响，推导了BDS-3单频和双频无电离层组合伪距单点定位卫星端DCB改正模型，基于多模GNSS实验跟踪网(theMulti-GNSS Experiment，MGEX)发布的中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)和德国宇航中心(German Aerospace Center,DLR)两种DCB产品，并结合全球不同纬度均匀分布的国际GNSS服务(TheInternational GNSS Service，IGS)测站连续7d的BDS-3实测数据对B1I、B1C和B2a单频与B1C/B2a、B1I/B3I两种常用无电离层组合伪距单点定位精度进行对比分析。结果表明，在B1I、B1C、B2a三个频率和B1C/B2a、B1I/B3I两种组合中，CAS产品改正后的定位精度整体上优于DLR产品改正后的定位精度。
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doi:10.13203/j.whugis20210507
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建筑物群组模式的识别是建筑物综合的重要步骤，高效的建筑物群组模式识别方法能有效提升地图自动综合的质量。建筑物群组模式的识别目前主要包括几何方法和传统的机器学习方法两种，存在规则定义复杂、特征工程庞大等缺点。图卷积神经网络方法克服了传统方法的局限性，已成功地应用于建筑物的模式分析。然而，目前使用图卷积进行建筑物群组多模式识别的相关研究较少，且已有的图卷积大多基于谱域图卷积，对空间局部信息考虑不足。本文引入了空间图卷积模型DGCNN（ Deep Graph Convolutional Neural Network）进行建筑物群组的多模式识别，首先聚类建筑物数据形成群组，并构建建筑物群组的几何模型；之后定义建筑物的特征向量，建立建筑物群组的图结构；最后将图结构输入DGCNN模型训练，得到建筑物群组模式。结果发现该模型在训练集的精度达到97.60％，测试集的精度达到95%，优于谱域图卷积方法，能有效用于建筑物群组模式分类。
建筑物群组模式的识别是建筑物综合的重要步骤，高效的建筑物群组模式识别方法能有效提升地图自动综合的质量。建筑物群组模式的识别目前主要包括几何方法和传统的机器学习方法两种，存在规则定义复杂、特征工程庞大等缺点。图卷积神经网络方法克服了传统方法的局限性，已成功地应用于建筑物的模式分析。然而，目前使用图卷积进行建筑物群组多模式识别的相关研究较少，且已有的图卷积大多基于谱域图卷积，对空间局部信息考虑不足。本文引入了空间图卷积模型DGCNN（ Deep Graph Convolutional Neural Network）进行建筑物群组的多模式识别，首先聚类建筑物数据形成群组，并构建建筑物群组的几何模型；之后定义建筑物的特征向量，建立建筑物群组的图结构；最后将图结构输入DGCNN模型训练，得到建筑物群组模式。结果发现该模型在训练集的精度达到97.60％，测试集的精度达到95%，优于谱域图卷积方法，能有效用于建筑物群组模式分类。
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doi:10.13203/j.whugis20220246
摘要:
地球自转参数(earth rotation parameters,ERP)的预报精度一直是卫星自主导航和深空探测等用户们关注的焦点。为了进一步提升用户们的满意度，本文首先将激发域的有效角动量(effective angular momentum,EAM)的拟合残差序列转移到EOP域，并添加经验调节因子，构造出新的EAM拟合残差序列。然后将ERP的和新的EAM的拟合残差序列做减法，获得差异序列。最后联合差异序列和新的EAM残差序列的预报值，推出目标ERP序列的预报值。使用由最终产品数据和快速数据驱动的最小二乘外推和自回归模型(least-squaresextrapolation and autoregressive,LS+AR)，后播实验从2012年初到2021年初的预报结果显示，在1-365天的预报窗口上，X方向和Y方向的调节因子均为0.7时，分别较传统方法平均提高31.86%和21.00%；日长变化的调节因子为1时，较传统方法平均提升15.01%。这用数值预报的方式验证了极移短时间尺度的大约70%高频变化由EAM激发这一已有结论，并为ERP预报研究提供了参考。
地球自转参数(earth rotation parameters,ERP)的预报精度一直是卫星自主导航和深空探测等用户们关注的焦点。为了进一步提升用户们的满意度，本文首先将激发域的有效角动量(effective angular momentum,EAM)的拟合残差序列转移到EOP域，并添加经验调节因子，构造出新的EAM拟合残差序列。然后将ERP的和新的EAM的拟合残差序列做减法，获得差异序列。最后联合差异序列和新的EAM残差序列的预报值，推出目标ERP序列的预报值。使用由最终产品数据和快速数据驱动的最小二乘外推和自回归模型(least-squaresextrapolation and autoregressive,LS+AR)，后播实验从2012年初到2021年初的预报结果显示，在1-365天的预报窗口上，X方向和Y方向的调节因子均为0.7时，分别较传统方法平均提高31.86%和21.00%；日长变化的调节因子为1时，较传统方法平均提升15.01%。这用数值预报的方式验证了极移短时间尺度的大约70%高频变化由EAM激发这一已有结论，并为ERP预报研究提供了参考。
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doi:10.13203/j.whugis20220072
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目前已有的点云拟合方法大多是在线性的高斯-马尔科夫（Gauss-Markov，GM）或变量误差（Errors-in-Variables，EIV）模型基础上提出的，无法严格适用于非线性的曲面拟合问题。本文将点云拟合的数学模型统一抽象为更具一般性的非线性高斯-赫尔默特（Gauss-Helmert，GH）模型，并针对数据存在粗差的情况，引入等价权抗差方案，提出一种基于抗差非线性高斯-赫尔默特（Robust NonlinearGauss-Helmert，RGH）模型的点云拟合方法。该方法首先从原始观测值的误差出发，将导出的点坐标的协方差阵作为先验随机模型，然后利用标准化残差和中位数构造权函数，进行抗差迭代计算。结果表明：当数据包含粗差时，RGH模型获得的球面仿真数据的参数均方根误差分别仅为RANSAC方法的25.77%~30.67%，实测数据的参数标准差分别仅为RANSAC方法的4.63%~5.01%，验证了所提出的方法在点云拟合的精度和稳健性方面具有显著优势。
目前已有的点云拟合方法大多是在线性的高斯-马尔科夫（Gauss-Markov，GM）或变量误差（Errors-in-Variables，EIV）模型基础上提出的，无法严格适用于非线性的曲面拟合问题。本文将点云拟合的数学模型统一抽象为更具一般性的非线性高斯-赫尔默特（Gauss-Helmert，GH）模型，并针对数据存在粗差的情况，引入等价权抗差方案，提出一种基于抗差非线性高斯-赫尔默特（Robust NonlinearGauss-Helmert，RGH）模型的点云拟合方法。该方法首先从原始观测值的误差出发，将导出的点坐标的协方差阵作为先验随机模型，然后利用标准化残差和中位数构造权函数，进行抗差迭代计算。结果表明：当数据包含粗差时，RGH模型获得的球面仿真数据的参数均方根误差分别仅为RANSAC方法的25.77%~30.67%，实测数据的参数标准差分别仅为RANSAC方法的4.63%~5.01%，验证了所提出的方法在点云拟合的精度和稳健性方面具有显著优势。
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doi:10.13203/j.whugis20220144
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地球球体剖分格网是实现三维空间数据组织、管理、表达的有效方法之一。现有地球球体剖分框架大多适用于全球尺度范围，而在小尺度局部范围应用中存在格网冗余、编码长度过长而计算效率低下的问题。为此，本文提出了一种基于DQG-3D格网的全球与局部编码的直接映射算法：首先，将二维DQG格网扩展为DQG-3D格网；然后，根据研究范围确定局部剖分的DQG-3D格网；最后，根据编码位运算和局部与全球格网的行号、列号、层号映射规则，实现局部格网与全球格网编码的映射。实验结果表明：在一个格网和非退化区域内，本文算法的效率是传统基于经度、纬度、高度坐标编码映射方法效率的30倍和11倍；局部格网建模效率是全球格网建模效率的13倍。可以满足全球统一模型与局部精细模型的高效表达与应用需求。
地球球体剖分格网是实现三维空间数据组织、管理、表达的有效方法之一。现有地球球体剖分框架大多适用于全球尺度范围，而在小尺度局部范围应用中存在格网冗余、编码长度过长而计算效率低下的问题。为此，本文提出了一种基于DQG-3D格网的全球与局部编码的直接映射算法：首先，将二维DQG格网扩展为DQG-3D格网；然后，根据研究范围确定局部剖分的DQG-3D格网；最后，根据编码位运算和局部与全球格网的行号、列号、层号映射规则，实现局部格网与全球格网编码的映射。实验结果表明：在一个格网和非退化区域内，本文算法的效率是传统基于经度、纬度、高度坐标编码映射方法效率的30倍和11倍；局部格网建模效率是全球格网建模效率的13倍。可以满足全球统一模型与局部精细模型的高效表达与应用需求。
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doi:10.13203/j.whugis20220193
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精确模型化天顶对流层湿延迟(zenith wet delay,ZWD)有利于提高全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)导航定位和气象应用的精度。用于ZWD模型化的数据源有多种，各有独特的优势，但它们之间存在多源异构、精度不等甚至严重系统偏差等问题，难以对多源ZWD数据进行综合利用。针对这个问题，利用广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)强大的非线性逼近能力和高质量的探空(radiosonde,RS) ZWD，来优化质量相对较低的GRAPES_MESO (GRAPES) ZWD和ERA5 ZWD；然后将它们合并，实现多源ZWD的无偏融合，获得了1032张ZWD融合图。结果表明，以RS ZWD为参考，2016—2017年的GRAPES/ERA5 ZWD与RS ZWD间存在不同程度的系统偏差；优化后GRAPES和ERA5 ZWD的总体偏差(Bias)均趋近于0，均方根(root mean square,RMS)分别改善了22.6%和16.0%；且优化后GRAPES和ERA5 ZWD Bias、标准差(standard deviation,STD)和RMS的时空变化得到较大程度的削弱。融合后的ZWD兼具较高的精度和稳定性，能为GNSS应用提供可靠ZWD数据源。
精确模型化天顶对流层湿延迟(zenith wet delay,ZWD)有利于提高全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)导航定位和气象应用的精度。用于ZWD模型化的数据源有多种，各有独特的优势，但它们之间存在多源异构、精度不等甚至严重系统偏差等问题，难以对多源ZWD数据进行综合利用。针对这个问题，利用广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)强大的非线性逼近能力和高质量的探空(radiosonde,RS) ZWD，来优化质量相对较低的GRAPES_MESO (GRAPES) ZWD和ERA5 ZWD；然后将它们合并，实现多源ZWD的无偏融合，获得了1032张ZWD融合图。结果表明，以RS ZWD为参考，2016—2017年的GRAPES/ERA5 ZWD与RS ZWD间存在不同程度的系统偏差；优化后GRAPES和ERA5 ZWD的总体偏差(Bias)均趋近于0，均方根(root mean square,RMS)分别改善了22.6%和16.0%；且优化后GRAPES和ERA5 ZWD Bias、标准差(standard deviation,STD)和RMS的时空变化得到较大程度的削弱。融合后的ZWD兼具较高的精度和稳定性，能为GNSS应用提供可靠ZWD数据源。
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doi:10.13203/j.whugis20220168
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针对融合规则中活动度量构建的单一性和脉冲耦合神经网络（PCNN）参数设置的主观性问题，提出一种非下采样剪切波变换（NSST）域内结合低级视觉特征和参数自适应脉冲耦合神经网络（PAPCNN）的遥感影像融合方法。该方法首先将全色影像和多光谱影像YUV颜色空间的亮度分量Y通过NSST分解得到高频和低频分量，接着利用基于低级视觉特征的融合规则对低频分量进行融合，结合局部相位一致性、局部突变度量和局部能量信息三个低级特征构建新的活动度量。然后采用PAPCNN模型对高频分量进行融合，将多尺度形态梯度作为模型的外部输入信号，最后依次进行NSST逆变换和YUV逆变换得到融合影像。实验结果表明，该方法对不同平台和不同地面特征的遥感影像都能表现出较好的效果，较于其他11种方法，该方法在所有评价指标上均表现优秀，整体融合效果最佳。
针对融合规则中活动度量构建的单一性和脉冲耦合神经网络（PCNN）参数设置的主观性问题，提出一种非下采样剪切波变换（NSST）域内结合低级视觉特征和参数自适应脉冲耦合神经网络（PAPCNN）的遥感影像融合方法。该方法首先将全色影像和多光谱影像YUV颜色空间的亮度分量Y通过NSST分解得到高频和低频分量，接着利用基于低级视觉特征的融合规则对低频分量进行融合，结合局部相位一致性、局部突变度量和局部能量信息三个低级特征构建新的活动度量。然后采用PAPCNN模型对高频分量进行融合，将多尺度形态梯度作为模型的外部输入信号，最后依次进行NSST逆变换和YUV逆变换得到融合影像。实验结果表明，该方法对不同平台和不同地面特征的遥感影像都能表现出较好的效果，较于其他11种方法，该方法在所有评价指标上均表现优秀，整体融合效果最佳。
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doi:10.13203/j.whugis20220151
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地质灾害影响到每一个人口众多的大陆，特别是在多山地国家或地区，其灾害具有明显的高位性、隐蔽性和突发性，通过地质调查提前了解灾害发生历史和现状，对最终实现潜在灾害的识别和预警具有重要意义。目前，传统人工地面调查手段难以发现并查明茂密植被覆盖或地形高陡等复杂山区的重大地质灾害及隐患，而航空遥感作为一种多功能综合性探测技术，因其独特视场角、不受地面条件限制等优势可高效地获取地质灾害发育分布特征和时空演化规律。首先，本文概述了地质灾害领域常用的航空遥感平台类型及发展趋势，分析了不同荷载传感器信息处理技术优势及主要解决的地质灾害问题。其次，综述了航空遥感技术在地质灾害基础地形测绘、早期识别、调查评价、中长期监测、应急处置5个应用阶段的重点研究成果，并论述了不同阶段的各类技术方法要求及优劣性。最后，总结航空遥感技术在地质灾害领域应用研究的不足之处，并阐明了未来发展趋势和建议。
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doi:10.13203/j.whugis20220167
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社交媒体数据具有现势性高、传播快、信息丰富、成本低、数据量大等优点，已经成为分析突发灾害事件的重要信息源。但是，社交媒体数据也存在质量各异、冗余而又不完整、覆盖不均匀、缺少统一规范、隐私与安全难以控制等缺点。为了能够利用社交媒体数据为灾害应急响应提供精准化依据，迫切需要提出能够甄别社交媒体内容并进行有效分类的先进技术。针对此问题，本文提出利用基于变换器的双向编码表征模型(Bidirectional Encoder Representation From Transformers,BERT)的迁移学习方法，面向灾后应急需求，利用基于海量语料库的预训练模型，对地震灾害事件后“黄金”72小时内的微博数据进行多标签文本分类，将其划分为致灾信息、损失信息、救援救助信息、舆情信息、无用信息5种类型，提取出可用于灾情分析的精细化信息。本文模型在训练集和测试集上的分类准确率分别达97%和92%，有效提升了微博文本数据的分类精度。评估结果表明：该模型能很好地提取社交媒体中地震灾害信息，可应用于地震灾害事件的快速灾情研判，弥补传统信息获取手段的滞后性。
社交媒体数据具有现势性高、传播快、信息丰富、成本低、数据量大等优点，已经成为分析突发灾害事件的重要信息源。但是，社交媒体数据也存在质量各异、冗余而又不完整、覆盖不均匀、缺少统一规范、隐私与安全难以控制等缺点。为了能够利用社交媒体数据为灾害应急响应提供精准化依据，迫切需要提出能够甄别社交媒体内容并进行有效分类的先进技术。针对此问题，本文提出利用基于变换器的双向编码表征模型(Bidirectional Encoder Representation From Transformers,BERT)的迁移学习方法，面向灾后应急需求，利用基于海量语料库的预训练模型，对地震灾害事件后“黄金”72小时内的微博数据进行多标签文本分类，将其划分为致灾信息、损失信息、救援救助信息、舆情信息、无用信息5种类型，提取出可用于灾情分析的精细化信息。本文模型在训练集和测试集上的分类准确率分别达97%和92%，有效提升了微博文本数据的分类精度。评估结果表明：该模型能很好地提取社交媒体中地震灾害信息，可应用于地震灾害事件的快速灾情研判，弥补传统信息获取手段的滞后性。
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doi:10.13203/j.whugis20220478
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近年来，中国积极向中亚地区提供援助，以帮助改善当地的区域发展不平衡，但目前缺乏针对该地区援助效果的客观评估。针对该问题，基于2012－2019年的夜间灯光遥感数据构建中亚地区的夜光均衡指数，宏观分析该地区的社会经济发展情况，结合援助信息构建该地区一级行政区划的面板数据，并建立计量经济模型，从经济活动均衡化角度客观评估中国对中亚地区的援助效果。研究结果表明，近年来，中国向中亚地区提供的援助对促进该地区经济活动的均衡化有显著的促进作用；能源类和工业类的援助项目促进区域经济活动均衡化的效果更突出；该地区的中等偏下收入国家在接受能源类的援助后，经济均衡化发展更明显。该研究证明了中国对中亚地区的援助切实改善了当地的社会经济发展水平，为实现人类命运共同体贡献了力量。
近年来，中国积极向中亚地区提供援助，以帮助改善当地的区域发展不平衡，但目前缺乏针对该地区援助效果的客观评估。针对该问题，基于2012－2019年的夜间灯光遥感数据构建中亚地区的夜光均衡指数，宏观分析该地区的社会经济发展情况，结合援助信息构建该地区一级行政区划的面板数据，并建立计量经济模型，从经济活动均衡化角度客观评估中国对中亚地区的援助效果。研究结果表明，近年来，中国向中亚地区提供的援助对促进该地区经济活动的均衡化有显著的促进作用；能源类和工业类的援助项目促进区域经济活动均衡化的效果更突出；该地区的中等偏下收入国家在接受能源类的援助后，经济均衡化发展更明显。该研究证明了中国对中亚地区的援助切实改善了当地的社会经济发展水平，为实现人类命运共同体贡献了力量。
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doi:10.13203/j.whugis20220158
摘要:
街景影像中的文本信息是感知与理解场景的关键线索，低分辨率街景影像文本区域细节缺乏导致文本识别准确率降低。文本超分辨率通过增强文本区域边缘及纹理细节提高文本识别准确率，本文提出融合注意力与序列单元的街景影像文本超分辨率方法。首先采用混合残差注意力结构提取影像文本区域空间信息、通道信息并融合特征，序列单元通过双向门控循环结构提取影像中文本间序列先验信息；再利用梯度先验知识作为约束条件，重构街景影像文本区域。本文采用TextZoom真实场景影像及合成文本影像进行对比分析，试验结果表明超分辨率重构的街景影像文本区域边缘清晰、纹理细节丰富，可以提高街景影像文本识别准确率。
街景影像中的文本信息是感知与理解场景的关键线索，低分辨率街景影像文本区域细节缺乏导致文本识别准确率降低。文本超分辨率通过增强文本区域边缘及纹理细节提高文本识别准确率，本文提出融合注意力与序列单元的街景影像文本超分辨率方法。首先采用混合残差注意力结构提取影像文本区域空间信息、通道信息并融合特征，序列单元通过双向门控循环结构提取影像中文本间序列先验信息；再利用梯度先验知识作为约束条件，重构街景影像文本区域。本文采用TextZoom真实场景影像及合成文本影像进行对比分析，试验结果表明超分辨率重构的街景影像文本区域边缘清晰、纹理细节丰富，可以提高街景影像文本识别准确率。
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doi:10.13203/j.whugis20210412
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曲线化简是自动地图综合的重要内容，但其中广泛应用的Douglas-Peucker算法（简称DP算法）却是非自动化的，原因是需要在算法执行之初由人工输入距离阈值ε。为此，本文首先提出了一个多尺度曲线相似度的计算公式，然后基于该公式，以河流数据为例给出了地图比例尺与曲线目标相似度的函数关系推导方法和曲线目标相似度与的函数关系推导方法，进而得出了与比例尺的函数关系，由此实现了DP算法的自动化。实验研究表明，利用本文提出的自动化DP算法可以获得指定地理区域不同比例尺的水系要素的化简结果，化简结果与经验丰富的制图员的手工化简结果的相似度平均值为0.927，相似度总体表现良好，表明了该方法良好的可靠性和较高的智能化。
曲线化简是自动地图综合的重要内容，但其中广泛应用的Douglas-Peucker算法（简称DP算法）却是非自动化的，原因是需要在算法执行之初由人工输入距离阈值ε。为此，本文首先提出了一个多尺度曲线相似度的计算公式，然后基于该公式，以河流数据为例给出了地图比例尺与曲线目标相似度的函数关系推导方法和曲线目标相似度与的函数关系推导方法，进而得出了与比例尺的函数关系，由此实现了DP算法的自动化。实验研究表明，利用本文提出的自动化DP算法可以获得指定地理区域不同比例尺的水系要素的化简结果，化简结果与经验丰富的制图员的手工化简结果的相似度平均值为0.927，相似度总体表现良好，表明了该方法良好的可靠性和较高的智能化。
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doi:10.13203/j.whugis20200568
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卫星导航信号的非理想性可使不同接收机之间出现测距偏差，是影响卫星导航系统服务精度和完好性的重要因素。本文针对北斗系统B1C、B2a新体制信号的非理想性进行分析，利用大口径天线采集了全部北斗三号在轨卫星播发的B1C、B2a信号（共27颗卫星信号），评估了不同接收带宽、码鉴相间距下测距偏差的大小与变化特点；进一步，以双频多星座星基增强服务应用为例，分析了两个信号在相应接收机中的设计约束条件。研究结果显示：在接收机常用的参数范围内，B1C、B2a信号非理想性引入的测距偏差分别不超过0.7米和0.4米；在测距偏差小于0.1米的性能约束下，B1C、B2a信号可用的约束条件参数范围优于国际民航标准草案中相关要求。
卫星导航信号的非理想性可使不同接收机之间出现测距偏差，是影响卫星导航系统服务精度和完好性的重要因素。本文针对北斗系统B1C、B2a新体制信号的非理想性进行分析，利用大口径天线采集了全部北斗三号在轨卫星播发的B1C、B2a信号（共27颗卫星信号），评估了不同接收带宽、码鉴相间距下测距偏差的大小与变化特点；进一步，以双频多星座星基增强服务应用为例，分析了两个信号在相应接收机中的设计约束条件。研究结果显示：在接收机常用的参数范围内，B1C、B2a信号非理想性引入的测距偏差分别不超过0.7米和0.4米；在测距偏差小于0.1米的性能约束下，B1C、B2a信号可用的约束条件参数范围优于国际民航标准草案中相关要求。
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doi:10.13203/j.whugis20210719
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点云密度是激光雷达技术的重要参数，点云密度对森林遥感反演指数的提取有重要影响。以1600m×1450m大小的无人机激光雷达数据为实验数据，采用分级随机抽稀法对实验数据进行抽稀，获取不同点云密度数据集，利用不同密度数据集提取郁闭度、间隙率、叶面积指数、点云高度和密度分位数等森林遥感反演指数，通过与原始数据提取的森林遥感反演指数进行差值比较。（1）点云密度越低，提取的郁闭度略微偏低，而间隙率略微增加，点云密度对郁闭度、间隙率的影响极小。（2）当点云密度较高时，对叶面积指数的影响不大，但点云密度较小时，对叶面积指数的影响较大，个别区域可能出现叶面积指数突变。（3）在点云密度较大时，点云密度对高度、密度分位数的影响不明显，但当点云密度降至3.6p/m2时，可能会出现个别区域密度、高度密度分位数突变的情况。点云密度对森林遥感反演指数有重要影响，合适的点云密度有利于更准确的描述森林结构形态，过低的点云密度影响森林遥感反演指数的提取。本研究对无人机激光雷达林业应用中森林遥感反演指数估算点云密度的选择具有一定指导和借鉴意义。
点云密度是激光雷达技术的重要参数，点云密度对森林遥感反演指数的提取有重要影响。以1600m×1450m大小的无人机激光雷达数据为实验数据，采用分级随机抽稀法对实验数据进行抽稀，获取不同点云密度数据集，利用不同密度数据集提取郁闭度、间隙率、叶面积指数、点云高度和密度分位数等森林遥感反演指数，通过与原始数据提取的森林遥感反演指数进行差值比较。（1）点云密度越低，提取的郁闭度略微偏低，而间隙率略微增加，点云密度对郁闭度、间隙率的影响极小。（2）当点云密度较高时，对叶面积指数的影响不大，但点云密度较小时，对叶面积指数的影响较大，个别区域可能出现叶面积指数突变。（3）在点云密度较大时，点云密度对高度、密度分位数的影响不明显，但当点云密度降至3.6p/m2时，可能会出现个别区域密度、高度密度分位数突变的情况。点云密度对森林遥感反演指数有重要影响，合适的点云密度有利于更准确的描述森林结构形态，过低的点云密度影响森林遥感反演指数的提取。本研究对无人机激光雷达林业应用中森林遥感反演指数估算点云密度的选择具有一定指导和借鉴意义。
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doi:10.13203/j.whugis20210488
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用户情感对空间注意力、决策和记忆力具有重要影响。情感与地标关联，可在增强用户认知地图能力的同时，提高导航效率。当前研究侧重于情感地标在导航中的作用，对其在复杂室内环境中的提取方法关注甚少。以大型商场为研究对象，提出基于用户生成内容的情感地标显著度定量评价模型，进而实现室内情感地标的自动化提取。首先，利用网络爬虫技术获取某大型商场的用户评论数据；其次，基于SnowNLP对用户评论进行情感分析，并将分析结果扩展至认知显著性度量体系中；然后，利用层次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）和指标相关性的权重确定法(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation,CRITIC）的组合赋值法计算显著度指标的权重，构建情感地标显著性综合评价模型；最后，利用层次聚类算法提取分级地标，依据分级地标设计符合用户认知的多尺度室内导航地图，通过用户实验验证地标提取方法的可用性。本研究推动室内导航地图设计的标准化，为室内智能化导航服务提供有益的补充。
用户情感对空间注意力、决策和记忆力具有重要影响。情感与地标关联，可在增强用户认知地图能力的同时，提高导航效率。当前研究侧重于情感地标在导航中的作用，对其在复杂室内环境中的提取方法关注甚少。以大型商场为研究对象，提出基于用户生成内容的情感地标显著度定量评价模型，进而实现室内情感地标的自动化提取。首先，利用网络爬虫技术获取某大型商场的用户评论数据；其次，基于SnowNLP对用户评论进行情感分析，并将分析结果扩展至认知显著性度量体系中；然后，利用层次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）和指标相关性的权重确定法(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation,CRITIC）的组合赋值法计算显著度指标的权重，构建情感地标显著性综合评价模型；最后，利用层次聚类算法提取分级地标，依据分级地标设计符合用户认知的多尺度室内导航地图，通过用户实验验证地标提取方法的可用性。本研究推动室内导航地图设计的标准化，为室内智能化导航服务提供有益的补充。
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doi:10.13203/j.whugis20210464
摘要:
深度卷积神经网络（Deep Convolutional Neural Network，DCNN）在高分辨率遥感图像（High-Resolution Remote Sensing images，HRSIs）自动道路提取领域被广泛应用，但现有方法难以对预测结果中像素间的上下文关系建模。针对此问题，已有研究利用全连接条件随机场(Fully Connected Crf ，FullCrf）结合上下文信息对语义分割结果进行二次优化，但无法有效改善道路结构不连续问题。为改善道路结构的完整性，本研究提出一种结合DCNN的短距条件随机场模型（Short Range Conditional Random Filed，SRCRF），SRCRF利用DCNN强大的特征提取能力并控制FullCrf的推理范围缓解过渡平滑现象，解决提道路取结果中的结构不连续、不完整问题。实验结果表明，在Zimbawe-Roads数据集与Cheng-Roads数据集中SRCRF的F1值相比DCNN分别上升大约4.01%与3.73%，相比FullCrf分别上升大约3.25%和2.28%。
深度卷积神经网络（Deep Convolutional Neural Network，DCNN）在高分辨率遥感图像（High-Resolution Remote Sensing images，HRSIs）自动道路提取领域被广泛应用，但现有方法难以对预测结果中像素间的上下文关系建模。针对此问题，已有研究利用全连接条件随机场(Fully Connected Crf ，FullCrf）结合上下文信息对语义分割结果进行二次优化，但无法有效改善道路结构不连续问题。为改善道路结构的完整性，本研究提出一种结合DCNN的短距条件随机场模型（Short Range Conditional Random Filed，SRCRF），SRCRF利用DCNN强大的特征提取能力并控制FullCrf的推理范围缓解过渡平滑现象，解决提道路取结果中的结构不连续、不完整问题。实验结果表明，在Zimbawe-Roads数据集与Cheng-Roads数据集中SRCRF的F1值相比DCNN分别上升大约4.01%与3.73%，相比FullCrf分别上升大约3.25%和2.28%。
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doi:10.13203/j.whugis20210325
摘要:
感知覆盖和网络通信对传感器网络监测的准确性、全面性以及数据传输具有重要意义。本研究针对连续立体空间中传感器节点部署问题，提出了一种基于三维有限控制集的节点部署方法。首先采用一定的离散化尺寸将连续立体空间离散化，提取出一组可以代表连续空间中无限侯选位置的三维有限控制集，然后基于三维有限控制集构建考虑通信的最大覆盖模型。水下空间是一种典型的连续立体空间，一些水质监测变量在水下空间存在垂直方向的差异性，以水质监测为例，进行水下节点部署仿真，对空间离散化造成的误差进行分析，对比本方法和其他方法的覆盖效果。结果表明：本研究提出的立体空间中节点部署方法可以有效部署节点，利用较少的节点达到较高的覆盖度，并且在部署节点数目较少的时候，仍可以保证节点之间的通信。
感知覆盖和网络通信对传感器网络监测的准确性、全面性以及数据传输具有重要意义。本研究针对连续立体空间中传感器节点部署问题，提出了一种基于三维有限控制集的节点部署方法。首先采用一定的离散化尺寸将连续立体空间离散化，提取出一组可以代表连续空间中无限侯选位置的三维有限控制集，然后基于三维有限控制集构建考虑通信的最大覆盖模型。水下空间是一种典型的连续立体空间，一些水质监测变量在水下空间存在垂直方向的差异性，以水质监测为例，进行水下节点部署仿真，对空间离散化造成的误差进行分析，对比本方法和其他方法的覆盖效果。结果表明：本研究提出的立体空间中节点部署方法可以有效部署节点，利用较少的节点达到较高的覆盖度，并且在部署节点数目较少的时候，仍可以保证节点之间的通信。
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doi:10.13203/j.whugis20210303
摘要:
海洋二号B星（HY2B）是我国海洋动力环境监测的首颗组网卫星，主要用于探测海面高度、海面风场、重力场等多种海洋动力环境参数，高精度卫星轨道是完成上述任务的前提与关键。选取HY2B卫星2021年1月的星载GPS观测数据，从数据完整性与多路径效应两方面分析了观测质量，采用简化动力学定轨方法进行了精密定轨研究。结果显示，相比HY2A，搭载同一型号接收机的HY2B卫星伪距多路径误差有所下降；基于国产星载双频GPS接收机可以实现HY2B卫星径向2cm、三维2-3cm的定轨精度；同时，验证了PCV模型对精密定轨的改进作用。基于目前的星载GPS数据与定轨方法可以满足高精度海洋测高任务需求。
海洋二号B星（HY2B）是我国海洋动力环境监测的首颗组网卫星，主要用于探测海面高度、海面风场、重力场等多种海洋动力环境参数，高精度卫星轨道是完成上述任务的前提与关键。选取HY2B卫星2021年1月的星载GPS观测数据，从数据完整性与多路径效应两方面分析了观测质量，采用简化动力学定轨方法进行了精密定轨研究。结果显示，相比HY2A，搭载同一型号接收机的HY2B卫星伪距多路径误差有所下降；基于国产星载双频GPS接收机可以实现HY2B卫星径向2cm、三维2-3cm的定轨精度；同时，验证了PCV模型对精密定轨的改进作用。基于目前的星载GPS数据与定轨方法可以满足高精度海洋测高任务需求。
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doi:10.13203/j.whugis20210251
摘要:
林地是国家重要的自然资源和经济资源，掌握林地分布状况对林地资源调查管理具有重要意义。针对传统林地提取方法精度较低且边界不规则的问题，本文设计一种联合多尺度注意力机制与边缘约束的林地提取方法，首先，构建一种端到端的多尺度注意力神经网络模型，充分提取影像中林地的上下文特征，对不同尺度下的林地进行语义描述，实现高精度的林地像素级表达；其次，构建边缘约束规则，对提取结果进行边界优化，提高林地提取结果的可读性。为证明方法的有效性，以四川省绵阳市三台县作为试验区，建立数据集并进行林地提取试验，结果显示，本文方法提取的精确度为81.9%，召回率为75.6%，F1为78.1%，交并比为64.2%。结果证明，本文方法在遥感影像林地提取应用上具有更好的效果。
林地是国家重要的自然资源和经济资源，掌握林地分布状况对林地资源调查管理具有重要意义。针对传统林地提取方法精度较低且边界不规则的问题，本文设计一种联合多尺度注意力机制与边缘约束的林地提取方法，首先，构建一种端到端的多尺度注意力神经网络模型，充分提取影像中林地的上下文特征，对不同尺度下的林地进行语义描述，实现高精度的林地像素级表达；其次，构建边缘约束规则，对提取结果进行边界优化，提高林地提取结果的可读性。为证明方法的有效性，以四川省绵阳市三台县作为试验区，建立数据集并进行林地提取试验，结果显示，本文方法提取的精确度为81.9%，召回率为75.6%，F1为78.1%，交并比为64.2%。结果证明，本文方法在遥感影像林地提取应用上具有更好的效果。
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doi:10.13203/j.whugis20210614
摘要:
实时、鲁棒的三维动态目标感知系统是自动驾驶技术的关键。提出了一种融合单目相机和激光雷达的三维目标检测流程，先在图像上使用卷积神经网络进行二维目标检测，根据几何投影关系，生成锥形感兴趣区域(region of interest,ROI)，然后在ROI内对点云进行聚类，并拟合三维外包矩形；随后，基于外观特征和匈牙利算法对三维目标进行帧间匹配，并提出了一种基于四元有限状态机的跟踪器管理模型；最后，设计了一种利用车道信息的轨迹预测模型，对车辆轨迹进行预测。实验表明，所提算法鲁棒、有效，并能以约40帧/s的速度运行，满足实时性要求。
实时、鲁棒的三维动态目标感知系统是自动驾驶技术的关键。提出了一种融合单目相机和激光雷达的三维目标检测流程，先在图像上使用卷积神经网络进行二维目标检测，根据几何投影关系，生成锥形感兴趣区域(region of interest,ROI)，然后在ROI内对点云进行聚类，并拟合三维外包矩形；随后，基于外观特征和匈牙利算法对三维目标进行帧间匹配，并提出了一种基于四元有限状态机的跟踪器管理模型；最后，设计了一种利用车道信息的轨迹预测模型，对车辆轨迹进行预测。实验表明，所提算法鲁棒、有效，并能以约40帧/s的速度运行，满足实时性要求。
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doi:10.13203/j.whugis20210593
摘要:
毫米波雷达(mmWave radar)已广泛应用于汽车工业等领域，但其用途主要局限于障碍物或特定任务的环境感知方面。目前将低成本单芯片毫米波雷达用于导航定位领域的研究还较少。本文首先研究了毫米波雷达的原始数据处理原理，然后设计了一种基于低成本单芯片毫米波雷达的室内自定位方法。该方法利用DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法提取质心特征点，通过最近邻准则匹配质心特征点对，构造非线性优化函数以及使用LM (Levenberg-Marquardt)方法求解定位结果。实验证明利用低成本单芯片毫米波雷达可以实时进行室内导航定位解算。在静止条件下，其平均水平定位精度可达亚厘米级(均值为0.83cm，标准差为0.47cm)。在动态条件下，其绝对轨迹误差可达0.66m，平均航向角误差可达4.58° ，可以说明低成本毫米波雷达自定位的可行性。本文最后讨论了低成本毫米波雷达在导航定位中存在的问题以及可行的研究思路。
毫米波雷达(mmWave radar)已广泛应用于汽车工业等领域，但其用途主要局限于障碍物或特定任务的环境感知方面。目前将低成本单芯片毫米波雷达用于导航定位领域的研究还较少。本文首先研究了毫米波雷达的原始数据处理原理，然后设计了一种基于低成本单芯片毫米波雷达的室内自定位方法。该方法利用DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法提取质心特征点，通过最近邻准则匹配质心特征点对，构造非线性优化函数以及使用LM (Levenberg-Marquardt)方法求解定位结果。实验证明利用低成本单芯片毫米波雷达可以实时进行室内导航定位解算。在静止条件下，其平均水平定位精度可达亚厘米级(均值为0.83cm，标准差为0.47cm)。在动态条件下，其绝对轨迹误差可达0.66m，平均航向角误差可达4.58° ，可以说明低成本毫米波雷达自定位的可行性。本文最后讨论了低成本毫米波雷达在导航定位中存在的问题以及可行的研究思路。
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doi:10.13203/j.whugis20210644
摘要:
GNSS干涉测量（GNSS Interferometric Reflectometry，GNSS-IR）技术已经成为探测地表环境特性的一种新兴被动遥感技术，本文综合利用从土壤反射的GNSS信号中提取的相位、振幅、频率特征，提出了一种多类型特征数据融合的GNSS-IR土壤湿度反演方法，采用最小二乘支持向量机（LSSVM,Least Square Support Vector Machine）、随机森林（RF,Random Forest）、BP神经网络（BPNN,Back Propagation Neural Network）三种机器学习模型，对比和验证了所提出方法的可行性与效果。结果表明多特征融合的LSSVM、RF和BPNN模型反演得到的土壤湿度与参考值的相关性系数分别为0.823、0.944和0.955，对应的均方根误差（RMSE）分别为0.045、0.035和0.032 cm3· cm-3。相比于单一特征反演法，土壤湿度反演精度提高了6-14%，相关系数提高了2-7%。
GNSS干涉测量（GNSS Interferometric Reflectometry，GNSS-IR）技术已经成为探测地表环境特性的一种新兴被动遥感技术，本文综合利用从土壤反射的GNSS信号中提取的相位、振幅、频率特征，提出了一种多类型特征数据融合的GNSS-IR土壤湿度反演方法，采用最小二乘支持向量机（LSSVM,Least Square Support Vector Machine）、随机森林（RF,Random Forest）、BP神经网络（BPNN,Back Propagation Neural Network）三种机器学习模型，对比和验证了所提出方法的可行性与效果。结果表明多特征融合的LSSVM、RF和BPNN模型反演得到的土壤湿度与参考值的相关性系数分别为0.823、0.944和0.955，对应的均方根误差（RMSE）分别为0.045、0.035和0.032 cm3· cm-3。相比于单一特征反演法，土壤湿度反演精度提高了6-14%，相关系数提高了2-7%。
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doi:10.13203/j.whugis20210326
摘要:
对战场文本数据的深入挖掘，可以高质量和高效率地发现时空主题结构，从而有效揭示战场事件发展的时空规律。针对现有的主题发现方法无法有效适用于具有多维异构关系的时空主题发现，提出了一种融合多维关系联合聚类的时空主题发现方法，首先构建以地理环境实体、地理位置与事件主题为节点的主题关系网络，其次以张量模型的Tucker分解建立主题关系的完全表达式作为主题分类的目标函数，最后运用块值矩阵分解方法进行联合聚类计算，获取主题分类结果和内聚结构。实验结果表明，该方法能够有效发现具有时空语义关系特征的主题结构，较好地体现出地理环境要素与时空主题之间的关联性，以及时空主题在地理位置与事件主题标签上的内聚性，进一步反映出主题的演化过程。
对战场文本数据的深入挖掘，可以高质量和高效率地发现时空主题结构，从而有效揭示战场事件发展的时空规律。针对现有的主题发现方法无法有效适用于具有多维异构关系的时空主题发现，提出了一种融合多维关系联合聚类的时空主题发现方法，首先构建以地理环境实体、地理位置与事件主题为节点的主题关系网络，其次以张量模型的Tucker分解建立主题关系的完全表达式作为主题分类的目标函数，最后运用块值矩阵分解方法进行联合聚类计算，获取主题分类结果和内聚结构。实验结果表明，该方法能够有效发现具有时空语义关系特征的主题结构，较好地体现出地理环境要素与时空主题之间的关联性，以及时空主题在地理位置与事件主题标签上的内聚性，进一步反映出主题的演化过程。
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doi:10.13203/j.whugis20210710
摘要:
近年来兴起的GNSS干涉遥感技术(GNSS-interferometry reflectometry,GNSS-IR)利用测量型GNSS接收机即可获取反射面信息，具有信号源丰富、采样率高等优势，被广泛应用于雪深、潮位、土壤湿度、海面风场、海冰探测、地表形变监测等领域的研究。然而，GNSS接收机会对接收信号进行多路径抑制，反射信号将会被削弱甚至剔除，这无疑会降低GNSS-IR技术的精度。为了探讨GNSS-IR反演中不同接收机、不同频点的影响，本文借鉴了零基线模式，在中国北极黄河站设计了GNSS-IR雪深反演实验，定量研究了接收机性能对雪深反演精度的影响。首先，在站上布设了和芯星通接收机和天宝接收机，并通过功分器共用同一个天线，这样可以获得反射面完全相同的多接收机、多频点观测值。然后，对两台接收机在三个频段下的日均反演结果进行比较以便验证反演策略的有效性，并通过单次反演结果对比分析讨论不同接收机反演效果的差异。结果表明，多个接收机、多个频点都能成功反演雪深值，其偏差基本上在3cm以内。但是，尽管反射面完全相同，两个接收机之间、三个频点之间的雪深反演仍然存在一定差异，尤其在积雪变化迅速的时段这种差异更大，这也意味着在高精度的GNSS-IR反演中不能忽略接收机性能的影响。
近年来兴起的GNSS干涉遥感技术(GNSS-interferometry reflectometry,GNSS-IR)利用测量型GNSS接收机即可获取反射面信息，具有信号源丰富、采样率高等优势，被广泛应用于雪深、潮位、土壤湿度、海面风场、海冰探测、地表形变监测等领域的研究。然而，GNSS接收机会对接收信号进行多路径抑制，反射信号将会被削弱甚至剔除，这无疑会降低GNSS-IR技术的精度。为了探讨GNSS-IR反演中不同接收机、不同频点的影响，本文借鉴了零基线模式，在中国北极黄河站设计了GNSS-IR雪深反演实验，定量研究了接收机性能对雪深反演精度的影响。首先，在站上布设了和芯星通接收机和天宝接收机，并通过功分器共用同一个天线，这样可以获得反射面完全相同的多接收机、多频点观测值。然后，对两台接收机在三个频段下的日均反演结果进行比较以便验证反演策略的有效性，并通过单次反演结果对比分析讨论不同接收机反演效果的差异。结果表明，多个接收机、多个频点都能成功反演雪深值，其偏差基本上在3cm以内。但是，尽管反射面完全相同，两个接收机之间、三个频点之间的雪深反演仍然存在一定差异，尤其在积雪变化迅速的时段这种差异更大，这也意味着在高精度的GNSS-IR反演中不能忽略接收机性能的影响。
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doi:10.13203/j.whugis20210633
摘要:
拼车作为城市共享出行的重要组成部分，获悉行程间的可拼性程度对城市推广拼车服务和提高乘客的出行效率具有重大意义。当前研究大多依据车辆在多个上下车点之间先后到达顺序是否满足相应的时空约束条件来判断拼车的可实现性，缺少有效建模行程可拼性强度的手段，在应对大规模拼车请求中无法快速全面地发现潜在可拼行程。为此，本文基于时空棱柱的建模方法和乘客共享意愿的时空表达，构建行程时空范围的潜在可达性模型，并将行程时空棱柱间的拓扑关系应用到行程的可拼性判断过程中，计算行程的可拼性强度；最后，提出了两种拼车匹配策略用于模拟真实出行环境下的拼车匹配结果。实验表明，本研究提出的行程时空棱柱可拼性判断模型能准确构建行程的潜在可达时空范围，使得发现潜在可拼行程的过程变得更加容易，实现了行程间可拼性程度的准确及有效判断，可视化分析的结果在呈现城市的行程可拼性能力和拼车结果的时空分布特征上表现出一定优势。在城市的共享出行系统中能为车辆资源调度方案和乘客拼车出行规划提供一定的决策支持。
拼车作为城市共享出行的重要组成部分，获悉行程间的可拼性程度对城市推广拼车服务和提高乘客的出行效率具有重大意义。当前研究大多依据车辆在多个上下车点之间先后到达顺序是否满足相应的时空约束条件来判断拼车的可实现性，缺少有效建模行程可拼性强度的手段，在应对大规模拼车请求中无法快速全面地发现潜在可拼行程。为此，本文基于时空棱柱的建模方法和乘客共享意愿的时空表达，构建行程时空范围的潜在可达性模型，并将行程时空棱柱间的拓扑关系应用到行程的可拼性判断过程中，计算行程的可拼性强度；最后，提出了两种拼车匹配策略用于模拟真实出行环境下的拼车匹配结果。实验表明，本研究提出的行程时空棱柱可拼性判断模型能准确构建行程的潜在可达时空范围，使得发现潜在可拼行程的过程变得更加容易，实现了行程间可拼性程度的准确及有效判断，可视化分析的结果在呈现城市的行程可拼性能力和拼车结果的时空分布特征上表现出一定优势。在城市的共享出行系统中能为车辆资源调度方案和乘客拼车出行规划提供一定的决策支持。
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doi:10.13203/j.whugis20210567
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接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)是终端用户高可靠导航定位的保障，低轨卫星(low earth orbit,LEO)的发展为完好性监测带来新的机遇，然而不同低轨星座增强下的终端RAIM性能可能会存在显著差异。本文基于高轨道倾角(80颗)、中轨道倾角(120颗)和混合轨道倾角(168颗)三种典型的低轨星座，系统评估了低轨卫星增强下的北斗系统RAIM可用性及故障检测效果。仿真计算结果表明：对于高纬区域，高轨道倾角增强下的RAIM可用性效果最好，而在中、低纬区域，中轨道倾角星座增强下的RAIM可用性效果最优；在全球范围内，高轨道倾角、中轨道倾角和混合轨道倾角星座增强下非精密进近阶段(non-precision approach,NPA)的RAIM可用性较BDS分别提升30.5%、29.0%和41.0%。由此可知，由不同轨道倾角组成的混合星座可较好地弥补可视卫星在空间覆盖上的缺陷，其全球RAIM可用性增强效果最优，增强下的RAIM可检测到最小伪距偏差较之前平均减小33.3 m。
接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)是终端用户高可靠导航定位的保障，低轨卫星(low earth orbit,LEO)的发展为完好性监测带来新的机遇，然而不同低轨星座增强下的终端RAIM性能可能会存在显著差异。本文基于高轨道倾角(80颗)、中轨道倾角(120颗)和混合轨道倾角(168颗)三种典型的低轨星座，系统评估了低轨卫星增强下的北斗系统RAIM可用性及故障检测效果。仿真计算结果表明：对于高纬区域，高轨道倾角增强下的RAIM可用性效果最好，而在中、低纬区域，中轨道倾角星座增强下的RAIM可用性效果最优；在全球范围内，高轨道倾角、中轨道倾角和混合轨道倾角星座增强下非精密进近阶段(non-precision approach,NPA)的RAIM可用性较BDS分别提升30.5%、29.0%和41.0%。由此可知，由不同轨道倾角组成的混合星座可较好地弥补可视卫星在空间覆盖上的缺陷，其全球RAIM可用性增强效果最优，增强下的RAIM可检测到最小伪距偏差较之前平均减小33.3 m。
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doi:10.13203/j.whugis20210634
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作为新型城镇化的主体，城市群的发展极大地影响着我国城市空间格局的演变。目前城市群扩展研究不断发展日趋深入，但仍存在扩展形态定量测度不足、扩展模式空间分异对比欠缺、扩展驱动空间交互因子匮乏等问题。鉴于此，本文以我国中部崛起重要引擎之一的长株潭城市群为例，首先基于全球30m不透水面数据(GAIA)提取2003-2018年多时相建成区范围，利用分形维数、空间扩展强度、Moran’s I指数与空间关联指数等多维测度长株潭城市群建成区的组织结构、扩展进程及空间格局；进而构建人口、社会经济、交通通达性及城市群交互作用等因子，基于主成分分析、地理加权回归定量揭示长株潭扩展驱动机制。结果表明：（1）长株潭城市群建成区的空间结构具有显著的轴线特征，主要集中分布在湘江生态轴及铁路、高速、国道等五纵五横综合交通网络干线上。（2）2003-2018年长沙、株洲、湘潭三市建成区面积与扩展速度总体呈上升趋势，但株洲、湘潭与长沙差距逐步扩大，长沙在城市群中的主导地位持续加强。（3）长株潭城市群建成区空间增长的聚集态势逐渐减弱，建成区扩展及分布格局的总体空间差异有所减小。此外，长株潭建成区在城市群中部存在扩展极核，其辐射作用圈层式带动着外围“冷点区”的扩展格局演化。（4）驱动力模型结果显示2003-2018年长株潭扩展主要受社会经济对外联系、行政力及区位与通达性的影响，说明城市群内部人流/经济流的交互作用、行政上的政策引导与扶持、发达的交通网络与中心城市的辐射作用均驱动了建成区扩展。同时各驱动力的作用呈现着空间分异特征：行政力对长株潭建成区扩展的影响最为显著，城市群北部对该驱动力更为敏感；其次区位与通达性对长株潭的驱动由北至南减弱；而社会经济对外联系对城市群南部的驱动作用更大。
作为新型城镇化的主体，城市群的发展极大地影响着我国城市空间格局的演变。目前城市群扩展研究不断发展日趋深入，但仍存在扩展形态定量测度不足、扩展模式空间分异对比欠缺、扩展驱动空间交互因子匮乏等问题。鉴于此，本文以我国中部崛起重要引擎之一的长株潭城市群为例，首先基于全球30m不透水面数据(GAIA)提取2003-2018年多时相建成区范围，利用分形维数、空间扩展强度、Moran’s I指数与空间关联指数等多维测度长株潭城市群建成区的组织结构、扩展进程及空间格局；进而构建人口、社会经济、交通通达性及城市群交互作用等因子，基于主成分分析、地理加权回归定量揭示长株潭扩展驱动机制。结果表明：（1）长株潭城市群建成区的空间结构具有显著的轴线特征，主要集中分布在湘江生态轴及铁路、高速、国道等五纵五横综合交通网络干线上。（2）2003-2018年长沙、株洲、湘潭三市建成区面积与扩展速度总体呈上升趋势，但株洲、湘潭与长沙差距逐步扩大，长沙在城市群中的主导地位持续加强。（3）长株潭城市群建成区空间增长的聚集态势逐渐减弱，建成区扩展及分布格局的总体空间差异有所减小。此外，长株潭建成区在城市群中部存在扩展极核，其辐射作用圈层式带动着外围“冷点区”的扩展格局演化。（4）驱动力模型结果显示2003-2018年长株潭扩展主要受社会经济对外联系、行政力及区位与通达性的影响，说明城市群内部人流/经济流的交互作用、行政上的政策引导与扶持、发达的交通网络与中心城市的辐射作用均驱动了建成区扩展。同时各驱动力的作用呈现着空间分异特征：行政力对长株潭建成区扩展的影响最为显著，城市群北部对该驱动力更为敏感；其次区位与通达性对长株潭的驱动由北至南减弱；而社会经济对外联系对城市群南部的驱动作用更大。
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doi:10.13203/j.whugis20210279
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为了解决现有裂缝识别算法的准确度不高、检测与分割任务不能同时进行等问题，本文提出了一种基于改进型Mask R-CNN模型的路面裂缝识别方法。首先，建立本文的裂缝数据集并进行标注，然后使用Mask R-CNN模型对裂缝数据集进行训练和测试，并对模型中锚点的长宽比进行调整，实现在裂缝定位的同时对生成检测框内的裂缝像素进行分割；其次，针对Mask R-CNN模型生成裂缝检测框的不精准问题，设计了一种改进的C-Mask RCNN多阈值检测方法，通过结合级联不同阈值的检测器来提高候选框质量，实现高阈值检测下的裂缝精准定位；最后，对改进后的模型进行一系列的优化参数和实验对比，并验证所提模型的有效性。实验结果表明，C-Mask RCNN模型检测部分的准确率达到95.4%，与改进前模型相比提升了9.7%，分割部分的准确率达到93.5%，与改进前相比提升了13.0%，识别效果较好。综上所述，本文提出的C-Mask RCNN模型可以较为完整的对裂缝进行定位及提取，识别精度较高。
为了解决现有裂缝识别算法的准确度不高、检测与分割任务不能同时进行等问题，本文提出了一种基于改进型Mask R-CNN模型的路面裂缝识别方法。首先，建立本文的裂缝数据集并进行标注，然后使用Mask R-CNN模型对裂缝数据集进行训练和测试，并对模型中锚点的长宽比进行调整，实现在裂缝定位的同时对生成检测框内的裂缝像素进行分割；其次，针对Mask R-CNN模型生成裂缝检测框的不精准问题，设计了一种改进的C-Mask RCNN多阈值检测方法，通过结合级联不同阈值的检测器来提高候选框质量，实现高阈值检测下的裂缝精准定位；最后，对改进后的模型进行一系列的优化参数和实验对比，并验证所提模型的有效性。实验结果表明，C-Mask RCNN模型检测部分的准确率达到95.4%，与改进前模型相比提升了9.7%，分割部分的准确率达到93.5%，与改进前相比提升了13.0%，识别效果较好。综上所述，本文提出的C-Mask RCNN模型可以较为完整的对裂缝进行定位及提取，识别精度较高。
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doi:10.13203/j.whugis20210248
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2019年11月11日的Mw4.9 Le Teil地震是法国东南部罗纳河谷地区历史上破坏性最大的地震。本文基于Sentinel-1卫星数据，利用GAMMA软件提取了该地震同震形变场。基于同震形变场，本文采用贝叶斯算法和最速下降法分别反演了断层几何参数和断层滑动分布。最后基于2000年和2006-2011年的两期数字高程模型数据，估算了断层附近采石场开采量，并基于三维均匀弹性半空间的Boussinesq解求得由采石活动所造成的断层面上的库伦应力变化。结果表明：升降轨卫星视线（Line of Sight,LOS）向最大垂直位移分别为14.9 cm和8.6 cm。Le Teil地震是倾角72°、走向54°、平均滑动角约108°的高角度逆冲型地震；地震破裂到地表，破裂面积约3413 m×1358 m，最大破裂深度约1.472 km；断层最大滑动量0.2 m，主滑动量（> 0.15 m）集中于0-0.75 km深度范围内；反演得到的矩震级为Mw4.79。断层面上的库伦应力变化显示库伦应力在2000年以后的6-11年内增加了0.024 MPa。Le Teil采石场在1833-2019年被持续开采，且2007年以来，采石速率迅速增大。若考虑整个采石周期，则库伦应力变化可达0.1 MPa，远大于该地区的构造加载速率，表明2019年Le Teil地震与采石活动密切相关。
2019年11月11日的Mw4.9 Le Teil地震是法国东南部罗纳河谷地区历史上破坏性最大的地震。本文基于Sentinel-1卫星数据，利用GAMMA软件提取了该地震同震形变场。基于同震形变场，本文采用贝叶斯算法和最速下降法分别反演了断层几何参数和断层滑动分布。最后基于2000年和2006-2011年的两期数字高程模型数据，估算了断层附近采石场开采量，并基于三维均匀弹性半空间的Boussinesq解求得由采石活动所造成的断层面上的库伦应力变化。结果表明：升降轨卫星视线（Line of Sight,LOS）向最大垂直位移分别为14.9 cm和8.6 cm。Le Teil地震是倾角72°、走向54°、平均滑动角约108°的高角度逆冲型地震；地震破裂到地表，破裂面积约3413 m×1358 m，最大破裂深度约1.472 km；断层最大滑动量0.2 m，主滑动量（> 0.15 m）集中于0-0.75 km深度范围内；反演得到的矩震级为Mw4.79。断层面上的库伦应力变化显示库伦应力在2000年以后的6-11年内增加了0.024 MPa。Le Teil采石场在1833-2019年被持续开采，且2007年以来，采石速率迅速增大。若考虑整个采石周期，则库伦应力变化可达0.1 MPa，远大于该地区的构造加载速率，表明2019年Le Teil地震与采石活动密切相关。
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doi:10.13203/j.whugis20210373
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近年来，基于生成对抗网络(Generative Adversarial Networks,GAN)的文本生成图像问题取得了很大的突破，它可以根据文本的语义信息生成相应的图像。然而目前生成的图像结果通常缺乏具体的纹理细节，而且经常出现模式崩塌、缺乏多样性等问题。本文针对以上问题，提出一种针对生成对抗网络的行列式点过程方法(Determinant Point Process for Generative AdversarialNetworks,GAN-DPP)来提高模型生成样本的质量，并使用StackGAN++、ControlGAN两种基线模型对GAN-DPP进行实现。在训练过程中，该方法使用行列式点过程核矩阵对真实数据和合成数据的多样性进行建模，并通过引入无监督惩罚损失来鼓励生成器生成与真实数据相似的多样性数据，从而提高生成样本的清晰度及多样性，减轻模型崩塌等问题，并且无需增加额外的训练过程。在CUB和Oxford-102数据集上，通过Inception Score、Fréchet Inception Distance分数、Human Rank三种指标的定量评估，证明了GAN-DPP对生成图像多样性与质量提升的有效性。同时通过定性的可视化比较，证明使用GAN-DPP的模型生成的图像纹理细节更加丰富，多样性显著提高。
近年来，基于生成对抗网络(Generative Adversarial Networks,GAN)的文本生成图像问题取得了很大的突破，它可以根据文本的语义信息生成相应的图像。然而目前生成的图像结果通常缺乏具体的纹理细节，而且经常出现模式崩塌、缺乏多样性等问题。本文针对以上问题，提出一种针对生成对抗网络的行列式点过程方法(Determinant Point Process for Generative AdversarialNetworks,GAN-DPP)来提高模型生成样本的质量，并使用StackGAN++、ControlGAN两种基线模型对GAN-DPP进行实现。在训练过程中，该方法使用行列式点过程核矩阵对真实数据和合成数据的多样性进行建模，并通过引入无监督惩罚损失来鼓励生成器生成与真实数据相似的多样性数据，从而提高生成样本的清晰度及多样性，减轻模型崩塌等问题，并且无需增加额外的训练过程。在CUB和Oxford-102数据集上，通过Inception Score、Fréchet Inception Distance分数、Human Rank三种指标的定量评估，证明了GAN-DPP对生成图像多样性与质量提升的有效性。同时通过定性的可视化比较，证明使用GAN-DPP的模型生成的图像纹理细节更加丰富，多样性显著提高。
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doi:10.13203/j.whugis20210554
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地下水长期超量开采引发的地面沉降是北京市面临的一个重大问题。我国南水北调中线工程通水以来，极大地缓解了北京市水资源短缺问题。针对南水北调中线工程对北京地面沉降影响的问题，本文利用升降轨时序合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）分析2014年12月至2020年12月南水北调中线工程通水后北京地面沉降发展态势。研究结果表明，北京市沉降分布不均匀，升轨形变速率及累计形变量最大分别为-134mm/a和-697mm，降轨形变速率及累计形变量最大分别为-135mm/a和-734mm。对比地下水位数据和抗差最小二乘拟合法融合的InSAR形变结果发现，北京地区的沉降速率随着地下水位的上升而逐渐减小，也即南水北调中线工程在一定程度上极大地缓解了北京的地面沉降扩张趋势。
地下水长期超量开采引发的地面沉降是北京市面临的一个重大问题。我国南水北调中线工程通水以来，极大地缓解了北京市水资源短缺问题。针对南水北调中线工程对北京地面沉降影响的问题，本文利用升降轨时序合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）分析2014年12月至2020年12月南水北调中线工程通水后北京地面沉降发展态势。研究结果表明，北京市沉降分布不均匀，升轨形变速率及累计形变量最大分别为-134mm/a和-697mm，降轨形变速率及累计形变量最大分别为-135mm/a和-734mm。对比地下水位数据和抗差最小二乘拟合法融合的InSAR形变结果发现，北京地区的沉降速率随着地下水位的上升而逐渐减小，也即南水北调中线工程在一定程度上极大地缓解了北京的地面沉降扩张趋势。
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doi:10.13203/j.whugis20210731
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大比例尺的居民地合并是地图自动综合的主要内容之一，对地图编绘生产与空间数据多尺度表达具有重要意义。为保持合并前后居民地空间特征的一致性，本文提出一种顾及空间结构关系的居民地合并方法。首先构建距离自适应的约束Delaunay三角网，将邻近居民地之间的空间结构关系区分为6种，并根据桥接面类型划分为正桥接型和斜桥接型；然后重点针对正桥接型，通过定义邻近居民地之间的投影重叠线，判别和筛选桥接三角形，并对桥接部分进行直角化处理，使构建的桥接面与空间结构关系相适应。同时，提出邻近居民地之间的桥接距离计算方法，使居民地聚类符合制图要求和认知习惯；最后结合多组试验，验证了本文方法的有效性和普适性；通过对比试验，表明本文方法能更好地保持居民地的空间结构特征和直角性，并保证最小的合并面积。
大比例尺的居民地合并是地图自动综合的主要内容之一，对地图编绘生产与空间数据多尺度表达具有重要意义。为保持合并前后居民地空间特征的一致性，本文提出一种顾及空间结构关系的居民地合并方法。首先构建距离自适应的约束Delaunay三角网，将邻近居民地之间的空间结构关系区分为6种，并根据桥接面类型划分为正桥接型和斜桥接型；然后重点针对正桥接型，通过定义邻近居民地之间的投影重叠线，判别和筛选桥接三角形，并对桥接部分进行直角化处理，使构建的桥接面与空间结构关系相适应。同时，提出邻近居民地之间的桥接距离计算方法，使居民地聚类符合制图要求和认知习惯；最后结合多组试验，验证了本文方法的有效性和普适性；通过对比试验，表明本文方法能更好地保持居民地的空间结构特征和直角性，并保证最小的合并面积。
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doi:10.13203/j.whugis20210574
摘要:
对三维地理场景真实还原是数字孪生的核心技术要求之一，地理信息系统与游戏引擎的结合为城市实景三维建设提供了新思路。倾斜摄影数据是实景三维建设中重要的数字底板要素，针对游戏引擎加载倾斜摄影数据问题，本文以Unreal Engine 4渲染为例提出一种倾斜摄影三维模型数据转换方法。该方法利用原始数据的文件组织，通过数据解析获取转换信息构建数据读取树；迭代树节点时分别对几何数据与纹理数据进行转换，转换过程兼顾游戏引擎渲染资源所需物理属性，最终完成几何和纹理重组。将该方法应用于深圳市福田区倾斜摄影数据，实践结果表明本文方法能准确实现倾斜摄影三维模型数据至Unreal Engine 4渲染资源的转换，可为类似三维模型数据转换问题提供理论与技术参考。
对三维地理场景真实还原是数字孪生的核心技术要求之一，地理信息系统与游戏引擎的结合为城市实景三维建设提供了新思路。倾斜摄影数据是实景三维建设中重要的数字底板要素，针对游戏引擎加载倾斜摄影数据问题，本文以Unreal Engine 4渲染为例提出一种倾斜摄影三维模型数据转换方法。该方法利用原始数据的文件组织，通过数据解析获取转换信息构建数据读取树；迭代树节点时分别对几何数据与纹理数据进行转换，转换过程兼顾游戏引擎渲染资源所需物理属性，最终完成几何和纹理重组。将该方法应用于深圳市福田区倾斜摄影数据，实践结果表明本文方法能准确实现倾斜摄影三维模型数据至Unreal Engine 4渲染资源的转换，可为类似三维模型数据转换问题提供理论与技术参考。
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doi:10.13203/j.whugis20210427
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该文提出一种基于人脸三维形变模型(3D Morphable Model,3DMM)的深度伪脸视频检测算法，利用3DMM强大的人脸形状、纹理、表情和姿态参数估算能力，逐帧获取鉴伪基本信息。设计面部行为特征提取模块和静态外貌特征计算模块，以滑动窗为单位，在时间轴上分别从表情和姿态参数提取人物的面部行为特征，从形状和纹理参数计算人物的静态外貌特征。鉴伪过程利用人物外貌特征与面部行为特征的一致性来完成。所提出的算法人物针对性强，可解释性好。与同类算法相比，半总错误率更低，抗视频压缩能力更好，计算更加简便。
该文提出一种基于人脸三维形变模型(3D Morphable Model,3DMM)的深度伪脸视频检测算法，利用3DMM强大的人脸形状、纹理、表情和姿态参数估算能力，逐帧获取鉴伪基本信息。设计面部行为特征提取模块和静态外貌特征计算模块，以滑动窗为单位，在时间轴上分别从表情和姿态参数提取人物的面部行为特征，从形状和纹理参数计算人物的静态外貌特征。鉴伪过程利用人物外貌特征与面部行为特征的一致性来完成。所提出的算法人物针对性强，可解释性好。与同类算法相比，半总错误率更低，抗视频压缩能力更好，计算更加简便。
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doi:10.13203/j.whugis20210675
摘要:
为了最大程度抵抗深水压力，潜艇耐压壳体常采用柱锥结构形式，在建造和修理时需要检测各肋骨剖面圆度，因现场条件限制或融合使用多种不同测量手段获取数据，测量采样点常呈现非均匀性，导致经典最小二乘圆拟合的结果与实际情况存在偏差，尤其对用作圆度判定条件的最大挠度影响显著。基于经典Pratt圆拟合方法，运用先直接拟合，再根据对应圆心角定权，最后再加权拟合的三步走策略，提出一种新的非均匀采样加权最小二乘圆拟合方法及其定权规则，用于潜艇承压检测数据处理。对标准椭圆采样分析数值实验表明，所提方法能够较好地消除非均匀采样对圆拟合的影响，拟合计算得到的最大挠度更加准确，具有较好的精度和工程实用价值，可以用于潜艇耐压壳体圆度测量非均匀采样点的圆拟合计算。
为了最大程度抵抗深水压力，潜艇耐压壳体常采用柱锥结构形式，在建造和修理时需要检测各肋骨剖面圆度，因现场条件限制或融合使用多种不同测量手段获取数据，测量采样点常呈现非均匀性，导致经典最小二乘圆拟合的结果与实际情况存在偏差，尤其对用作圆度判定条件的最大挠度影响显著。基于经典Pratt圆拟合方法，运用先直接拟合，再根据对应圆心角定权，最后再加权拟合的三步走策略，提出一种新的非均匀采样加权最小二乘圆拟合方法及其定权规则，用于潜艇承压检测数据处理。对标准椭圆采样分析数值实验表明，所提方法能够较好地消除非均匀采样对圆拟合的影响，拟合计算得到的最大挠度更加准确，具有较好的精度和工程实用价值，可以用于潜艇耐压壳体圆度测量非均匀采样点的圆拟合计算。
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doi:10.13203/j.whugis20210553
摘要:
兰州新区是西北地区发展的重要窗口，近年来其大范围的平山造城导致不同程度的地面沉降，严重威胁了新区的经济社会发展。本文以兰州新区为研究对象，利用小基线集干涉测量(small baseline subsetinterferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术对覆盖研究区2017-05至2021-02的58景升轨Sentinel-1A影像数据进行处理，获得研究区地面沉降的分布特征及时空演化规律，并通过野外实地调查验证了SBAS-InSAR的测量结果，最后探讨了影响地面沉降的相关因素。结果表明，兰州新区地面沉降主要集中于平山造城的区域，面积约33.5 km2，最大沉降速率为-68 mm/a。地面沉降在空间上随着挖填方工程的开展向新区的东南方向发育，且地表呈长期持续的沉降过程。地面沉降与平山造城工程、挖填方厚度、地质、道路等多种因素密切相关，其中平山造城工程控制地面沉降的范围，填土厚度则控制了地面沉降的量级，而人工填土的性质是引起地面沉降的内在因素，同时道路建设会加快地面沉降的过程。研究结果可为新区的持续安全发展和城市规划建设提供科学依据。
兰州新区是西北地区发展的重要窗口，近年来其大范围的平山造城导致不同程度的地面沉降，严重威胁了新区的经济社会发展。本文以兰州新区为研究对象，利用小基线集干涉测量(small baseline subsetinterferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术对覆盖研究区2017-05至2021-02的58景升轨Sentinel-1A影像数据进行处理，获得研究区地面沉降的分布特征及时空演化规律，并通过野外实地调查验证了SBAS-InSAR的测量结果，最后探讨了影响地面沉降的相关因素。结果表明，兰州新区地面沉降主要集中于平山造城的区域，面积约33.5 km2，最大沉降速率为-68 mm/a。地面沉降在空间上随着挖填方工程的开展向新区的东南方向发育，且地表呈长期持续的沉降过程。地面沉降与平山造城工程、挖填方厚度、地质、道路等多种因素密切相关，其中平山造城工程控制地面沉降的范围，填土厚度则控制了地面沉降的量级，而人工填土的性质是引起地面沉降的内在因素，同时道路建设会加快地面沉降的过程。研究结果可为新区的持续安全发展和城市规划建设提供科学依据。
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doi:10.13203/j.whugis20210189
摘要:
植被在生态环境监测中有着极其重要的意义，探讨植被覆盖变化可为区域生态环境保护工作提供重要参考。该研究利用多源遥感长时间序列数据、BFAST（breaks for additive seasonal and trend，BFAST）像元突变监测、地形位分析及地统计方法，对新疆阿勒泰地区2000-2019年间植被覆盖动态进行遥感变化监测，获得以下结论： 1）研究期间，2003-2009年植被突变像元数逐年增多，2009年以后突变像元数逐渐减少，同时在监测出的七类植被像元突变趋势类型中，由退化后转变为增长类的像元突变数最多，干扰退化和持续退化类较少； 2）多源数据植被覆被年际变化曲线显示，植被覆盖动态变化出现先减少后增加的趋势，其中，2000-2008时段总体呈现退化趋势，2008-2019时段呈现明显改善趋势，且退化大于改善； 3）高程大于900 m、坡度大于15°的东坡（北转东和南转东）为植被覆盖变化退化类型的优势地形位，约占62.4%，研究区植被覆盖改善并不明显，需继续加大研究区生态环境保护。
植被在生态环境监测中有着极其重要的意义，探讨植被覆盖变化可为区域生态环境保护工作提供重要参考。该研究利用多源遥感长时间序列数据、BFAST（breaks for additive seasonal and trend，BFAST）像元突变监测、地形位分析及地统计方法，对新疆阿勒泰地区2000-2019年间植被覆盖动态进行遥感变化监测，获得以下结论： 1）研究期间，2003-2009年植被突变像元数逐年增多，2009年以后突变像元数逐渐减少，同时在监测出的七类植被像元突变趋势类型中，由退化后转变为增长类的像元突变数最多，干扰退化和持续退化类较少； 2）多源数据植被覆被年际变化曲线显示，植被覆盖动态变化出现先减少后增加的趋势，其中，2000-2008时段总体呈现退化趋势，2008-2019时段呈现明显改善趋势，且退化大于改善； 3）高程大于900 m、坡度大于15°的东坡（北转东和南转东）为植被覆盖变化退化类型的优势地形位，约占62.4%，研究区植被覆盖改善并不明显，需继续加大研究区生态环境保护。
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doi:10.13203/j.whugis20210520
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针对现有全卷积神经网络因光谱混杂，造成建筑物漏检和误检，以及边界缺失的问题，设计了一种基于多特征融合与对象边界联合约束网络的高分辨率遥感影像建筑物提取方法。该方法基于编解码结构，并在编码阶段末端融入连续空洞空间金字塔模块，以在不损失过多有效信息的前提下进行多尺度特征提取和融合；在解码阶段，通过实现基于对象和边界的多输出融合约束结构，为网络融入更多准确的建筑物特征并细化边界；在编码与解码阶段间的横向跳级连接中引入卷积块注意力机制，以增强有效特征。此外，解码阶段的多层级输出结果还被用于构建分段多尺度加权损失函数，实现对网络参数的精细化更新。在WHU和Massachusetts建筑物数据集上进行对比试验分析，其中IoU和F1分数分别达到了90.44%、94.98%和72.57%、84.10%，且模型的复杂度与效率均优于MFCNN与BRRNet。
针对现有全卷积神经网络因光谱混杂，造成建筑物漏检和误检，以及边界缺失的问题，设计了一种基于多特征融合与对象边界联合约束网络的高分辨率遥感影像建筑物提取方法。该方法基于编解码结构，并在编码阶段末端融入连续空洞空间金字塔模块，以在不损失过多有效信息的前提下进行多尺度特征提取和融合；在解码阶段，通过实现基于对象和边界的多输出融合约束结构，为网络融入更多准确的建筑物特征并细化边界；在编码与解码阶段间的横向跳级连接中引入卷积块注意力机制，以增强有效特征。此外，解码阶段的多层级输出结果还被用于构建分段多尺度加权损失函数，实现对网络参数的精细化更新。在WHU和Massachusetts建筑物数据集上进行对比试验分析，其中IoU和F1分数分别达到了90.44%、94.98%和72.57%、84.10%，且模型的复杂度与效率均优于MFCNN与BRRNet。
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doi:10.13203/j.whugis20200373
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在信息标注中融入场景结构信息，能有效解决城市AR信息指示不明、空间遮挡表达不清和视图布局叠置等问题。针对城市AR信息标注中场景结构缺失的问题，提出了一种考虑地理语义且兼顾精度、效率和稳健性的建筑物场景结构提取方法。首先构建了面向建筑物场景结构提取的场景感知网络，从单张场景图像中提取语义、深度和法向量信息；然后将其转化为建筑物立面角点和朝向等结构特征，并计算与2D地图中建筑物轮廓之间的最佳匹配；最终将场景图像按建筑物立面进行重构，提取区域轮廓、场景深度和立面朝向等场景结构。试验中采用Google街景数据生成的9470组样本训练和测试场景感知网络，并在Graz地区32组建筑物场景中测试场景结构提取的有效性。结果表明该方法能达到近实时的效果，且立面轮廓更规则。在存在一定配准误差或局部遮挡的条件下，立面提取的质量显著优于基于地图解析场景图像的方法，具有更好的稳健性。
在信息标注中融入场景结构信息，能有效解决城市AR信息指示不明、空间遮挡表达不清和视图布局叠置等问题。针对城市AR信息标注中场景结构缺失的问题，提出了一种考虑地理语义且兼顾精度、效率和稳健性的建筑物场景结构提取方法。首先构建了面向建筑物场景结构提取的场景感知网络，从单张场景图像中提取语义、深度和法向量信息；然后将其转化为建筑物立面角点和朝向等结构特征，并计算与2D地图中建筑物轮廓之间的最佳匹配；最终将场景图像按建筑物立面进行重构，提取区域轮廓、场景深度和立面朝向等场景结构。试验中采用Google街景数据生成的9470组样本训练和测试场景感知网络，并在Graz地区32组建筑物场景中测试场景结构提取的有效性。结果表明该方法能达到近实时的效果，且立面轮廓更规则。在存在一定配准误差或局部遮挡的条件下，立面提取的质量显著优于基于地图解析场景图像的方法，具有更好的稳健性。
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doi:10.13203/j.whugis20210226
摘要:
嫦娥五号（Change’ E-5,CE-5）着上组合体与上升器成功着陆于月面。两探测器承担的任务不同，着陆方式不同，因而月面位置解算方法不同。本文联合统一X波段（United X-band，UXB）深空测距站及甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）的测量数据计算两者的月面位置。采用联合统计定位方法得到CE-5着上组合体的月面位置。讨论分别基于数传与侧音差分单向测距（Deltadifferential one-way ranging，DOR）两种信号对月面位置的影响。观测资料的时间跨度在一定程度上影响定位结果。采用多项式拟合的运动学统计定轨方法归算了上升器受控落月轨迹及落月位置，并与单点定位结果符合在40m内。根据相关处理机最后输出时刻推算得到精确至毫秒的上升器的落月时刻。本文定位方法为探月四期月球极区的月面定位提供重要参考。
嫦娥五号（Change’ E-5,CE-5）着上组合体与上升器成功着陆于月面。两探测器承担的任务不同，着陆方式不同，因而月面位置解算方法不同。本文联合统一X波段（United X-band，UXB）深空测距站及甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）的测量数据计算两者的月面位置。采用联合统计定位方法得到CE-5着上组合体的月面位置。讨论分别基于数传与侧音差分单向测距（Deltadifferential one-way ranging，DOR）两种信号对月面位置的影响。观测资料的时间跨度在一定程度上影响定位结果。采用多项式拟合的运动学统计定轨方法归算了上升器受控落月轨迹及落月位置，并与单点定位结果符合在40m内。根据相关处理机最后输出时刻推算得到精确至毫秒的上升器的落月时刻。本文定位方法为探月四期月球极区的月面定位提供重要参考。
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doi:10.13203/j.whugis20220152
摘要:
矿山边坡失稳是制约我国露天矿山安全生产的主要因素之一。地基雷达干涉测量技术近些年被逐步引入露天矿山边坡安全监测及预警预报应用中，但测量数据高频次滚动更新的特点造成了数据误差累积大，曲线灾变特征不显著的特点。研究对原始监测数据进行挖掘，通过错位相减和速度倒数法等处理方法减少了高频次数据的振动性，提高了临滑数据的易读性，揭示出关键变形数据的趋势性特征。研究通过对累计位移曲线、采用不同周期处理过的速度曲线和速度倒数曲线组进行分析，发现了曲线组中存在明显的变形突增点、速度增长点、稳定振动点3个特征点，这些特征点可以用来提前预警预报边坡滑坡灾害。通过对3个特征点的识别可以有效提前识别可能发生的滑坡，预报滑坡时间，为基于地基干涉雷达的滑坡预警预报分析提供了新的技术路径和解决方案。
矿山边坡失稳是制约我国露天矿山安全生产的主要因素之一。地基雷达干涉测量技术近些年被逐步引入露天矿山边坡安全监测及预警预报应用中，但测量数据高频次滚动更新的特点造成了数据误差累积大，曲线灾变特征不显著的特点。研究对原始监测数据进行挖掘，通过错位相减和速度倒数法等处理方法减少了高频次数据的振动性，提高了临滑数据的易读性，揭示出关键变形数据的趋势性特征。研究通过对累计位移曲线、采用不同周期处理过的速度曲线和速度倒数曲线组进行分析，发现了曲线组中存在明显的变形突增点、速度增长点、稳定振动点3个特征点，这些特征点可以用来提前预警预报边坡滑坡灾害。通过对3个特征点的识别可以有效提前识别可能发生的滑坡，预报滑坡时间，为基于地基干涉雷达的滑坡预警预报分析提供了新的技术路径和解决方案。
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doi:10.13203/j.whugis20210407
摘要:
基于激光点云数据进行人工林调查时，由于激光扫描时树木的遮挡与自遮挡、树木被砍伐等原因造成扫描的点云数据有缺失，遗漏树木的位置判断不准确，森林调查结果误差大。解决这一问题的关键是实现缺失树木的填补。本文定义了离散点集共线度的概念，构建了一个基于点集共线度最大化模型并结合直线检测进行缺失数据填补的方法。模拟数据实验结果：本文方法的平均准确率为97.28%。人工林数据实验结果：本文方法检测到9棵缺失树的位置，共线度由0.2193增大为0.2705。实验结果表明，本文方法不仅可以实现缺失位置的最优推断，加强填补后数据的共线关系，也可应用于人工林的缺失树木计数。
基于激光点云数据进行人工林调查时，由于激光扫描时树木的遮挡与自遮挡、树木被砍伐等原因造成扫描的点云数据有缺失，遗漏树木的位置判断不准确，森林调查结果误差大。解决这一问题的关键是实现缺失树木的填补。本文定义了离散点集共线度的概念，构建了一个基于点集共线度最大化模型并结合直线检测进行缺失数据填补的方法。模拟数据实验结果：本文方法的平均准确率为97.28%。人工林数据实验结果：本文方法检测到9棵缺失树的位置，共线度由0.2193增大为0.2705。实验结果表明，本文方法不仅可以实现缺失位置的最优推断，加强填补后数据的共线关系，也可应用于人工林的缺失树木计数。
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doi:10.13203/j.whugis20210394
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油菜关键物候期信息的获取对于油菜的田间管理，观赏时间预测，及产量估测等具有重要的意义，是精准农业实施的重要组成部分。极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar，PolSAR)技术不仅可以实现对作物全天时监测而且对作物的结构信息敏感，在物候期提取中极具潜力。本研究以覆盖油菜整个生长期的5景时间序列全极化RADARSAT-2数据为基础，基于斯托克斯（Stokes）矢量提取了平均强度g0 ，归一化平均强度g0m ，平均极化度ρm，零度方向路线球面度PDor，零度孔径路线倾斜度IDap和零度孔径路线弧对称度AADap六个典型Stokes参数；对比分析了这六个参数对油菜整个生长期的动态变化的响应特征；并以此为基础采用决策树算法(Decision Tree，DT)对油菜的物候期进行了识别。研究结果表明：文中使用的6个Stokes参数中，除ρm和AADap外，其他4个参数均对油菜物候期变化敏感，在油菜物候期识别中具有极大的潜力。DT算法能有效识别油菜的各关键物候期，其分类结果与样地实测数据具有良好的一致性，总体分类精度为87.4%；而在单个物候期的识别中，识别精度最高达到了94.3%。
油菜关键物候期信息的获取对于油菜的田间管理，观赏时间预测，及产量估测等具有重要的意义，是精准农业实施的重要组成部分。极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar，PolSAR)技术不仅可以实现对作物全天时监测而且对作物的结构信息敏感，在物候期提取中极具潜力。本研究以覆盖油菜整个生长期的5景时间序列全极化RADARSAT-2数据为基础，基于斯托克斯（Stokes）矢量提取了平均强度g0 ，归一化平均强度g0m ，平均极化度ρm，零度方向路线球面度PDor，零度孔径路线倾斜度IDap和零度孔径路线弧对称度AADap六个典型Stokes参数；对比分析了这六个参数对油菜整个生长期的动态变化的响应特征；并以此为基础采用决策树算法(Decision Tree，DT)对油菜的物候期进行了识别。研究结果表明：文中使用的6个Stokes参数中，除ρm和AADap外，其他4个参数均对油菜物候期变化敏感，在油菜物候期识别中具有极大的潜力。DT算法能有效识别油菜的各关键物候期，其分类结果与样地实测数据具有良好的一致性，总体分类精度为87.4%；而在单个物候期的识别中，识别精度最高达到了94.3%。
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doi:10.13203/j.whugis20210532
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针对现有验潮公开数据因时间范围及潮位沉降修正等影响，难以真实反映天津沿海相对海平面变化的问题，本文基于GNSS与验潮并置观测，设计了联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海相对海平面变化分析方法。分析结果显示，1993—2018年期间，塘沽验潮站点的相对海平面上升速率约为13.45±0.45 mm/a；联合4个虚拟并置观测站，得到天津沿海不同区域的相对海平面上升速率在11.15~19.17 mm/a，平均上升速率15.09±0.45 mm/a。沿海地面沉降是天津相对海平面上升速率偏高的主要因素（贡献率大于70%），受地面沉降非均匀空间分布的影响，海平面上升速率存在区域差异，塘沽验潮站难以代表整个天津沿海的相对海平面变化。
针对现有验潮公开数据因时间范围及潮位沉降修正等影响，难以真实反映天津沿海相对海平面变化的问题，本文基于GNSS与验潮并置观测，设计了联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海相对海平面变化分析方法。分析结果显示，1993—2018年期间，塘沽验潮站点的相对海平面上升速率约为13.45±0.45 mm/a；联合4个虚拟并置观测站，得到天津沿海不同区域的相对海平面上升速率在11.15~19.17 mm/a，平均上升速率15.09±0.45 mm/a。沿海地面沉降是天津相对海平面上升速率偏高的主要因素（贡献率大于70%），受地面沉降非均匀空间分布的影响，海平面上升速率存在区域差异，塘沽验潮站难以代表整个天津沿海的相对海平面变化。
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doi:10.13203/j.whugis20210630
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泰勒（Taylor）级数展开是实施位场向下延拓解算的主要方法之一。该方法的有效性主要取决于位场延拓参量各阶垂向（或径向）偏导数的求取精度及其可靠性。为了避免使用封闭解析核函数在球边界面出现奇异性带来的不确定性问题，本文依据各类重力观测经滤波处理后均表现为一类有限频谱带宽信号的特点，提出将地球外部重力异常Poisson积分式的核函数表示为球谐级数展开式，并将其截断为与重力观测值频谱范围相一致的带限求和式，进而通过直接求导方法，推导得到一组与带限核函数相对应的重力异常高阶径向导数带限计算公式，同时对该组公式进行了实用性改化，最后将其应用于重力异常向下延拓泰勒级数展开式计算。使用超高阶地球位模型EGM2008并设计两个阶段的数值计算检验方案，分别对重力异常高阶径向偏导数带限模型及其Taylor级数展开向下延拓模型的计算精度进行了检核评估，表明新模型具有良好的可靠性和有效性，在解算稳定性和计算精度两个方面都优于其他同类模型。
泰勒（Taylor）级数展开是实施位场向下延拓解算的主要方法之一。该方法的有效性主要取决于位场延拓参量各阶垂向（或径向）偏导数的求取精度及其可靠性。为了避免使用封闭解析核函数在球边界面出现奇异性带来的不确定性问题，本文依据各类重力观测经滤波处理后均表现为一类有限频谱带宽信号的特点，提出将地球外部重力异常Poisson积分式的核函数表示为球谐级数展开式，并将其截断为与重力观测值频谱范围相一致的带限求和式，进而通过直接求导方法，推导得到一组与带限核函数相对应的重力异常高阶径向导数带限计算公式，同时对该组公式进行了实用性改化，最后将其应用于重力异常向下延拓泰勒级数展开式计算。使用超高阶地球位模型EGM2008并设计两个阶段的数值计算检验方案，分别对重力异常高阶径向偏导数带限模型及其Taylor级数展开向下延拓模型的计算精度进行了检核评估，表明新模型具有良好的可靠性和有效性，在解算稳定性和计算精度两个方面都优于其他同类模型。
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doi:10.13203/j.whugis20220131
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距离是空间位置的函数，定量、精确地揭示空间位置不确定性向距离不确定性传递的函数关系具有重要的理论与现实意义，是测绘与地理信息领域亟待解决的重大科学问题。本文针对该问题现有解决方案的局限性，在满足与不确定点观测位置对应的实际位置在误差圆内服从完全空间随机分布的前提下，推导了二维空间中一个确定点与一个不确定点间以及两个不确定点间距离不确定性的概率分布函数和对应的概率密度函数，并利用后者研究了点位不确定性向距离不确定性传递的规律，为研究与解决距离不确定性问题开辟了新的途径。结果表明确定点与不确定点间以及两个不确定点间的距离不确定性均服从如下规律：（1）当误差圆半径（对应点位精度）与点间观测距离同时改变时，前者与后者之比与距离不确定性正相关；（2）当误差圆半径保持不变时，距离不确定性与点间观测距离负相关；（3）当点间观测距离保持不变时，距离不确定性与误差圆半径正相关。当误差圆半径与点间观测距离一致时，两个不确定点间距离的不确定性大于确定点和不确定点间距离的不确定性；当该条件不成立时，涉及不确定点数不同的距离不确定性不具可比性。
距离是空间位置的函数，定量、精确地揭示空间位置不确定性向距离不确定性传递的函数关系具有重要的理论与现实意义，是测绘与地理信息领域亟待解决的重大科学问题。本文针对该问题现有解决方案的局限性，在满足与不确定点观测位置对应的实际位置在误差圆内服从完全空间随机分布的前提下，推导了二维空间中一个确定点与一个不确定点间以及两个不确定点间距离不确定性的概率分布函数和对应的概率密度函数，并利用后者研究了点位不确定性向距离不确定性传递的规律，为研究与解决距离不确定性问题开辟了新的途径。结果表明确定点与不确定点间以及两个不确定点间的距离不确定性均服从如下规律：（1）当误差圆半径（对应点位精度）与点间观测距离同时改变时，前者与后者之比与距离不确定性正相关；（2）当误差圆半径保持不变时，距离不确定性与点间观测距离负相关；（3）当点间观测距离保持不变时，距离不确定性与误差圆半径正相关。当误差圆半径与点间观测距离一致时，两个不确定点间距离的不确定性大于确定点和不确定点间距离的不确定性；当该条件不成立时，涉及不确定点数不同的距离不确定性不具可比性。
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doi:10.13203/j.whugis20210173
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城市化加速发展，交通拥堵已成为全球大城市面临的共同难题。高效、准确的分析与发现交通状态与影响因素的空间变化关系，是优化道路交通要素配置的重要基础。提出了地理加权回归城市道路时空运行态势空间网格化计算方法（ Road Grid Geographically WeightedRegression，RG-GWR），首先以两种尺寸网格嵌套的“九宫格”计算区域路网承载力比率Q，识别出路网配置不均衡区域；然后结合实况交通态势，以地理加权回归模型，计算单元网格的交通时空运行态势影响异质性参数及其回归关系，得到基于网格的邻近区域路网交通要素配置配比，实现以“九宫格”为单元的路网要素优化配置。以成都市为例，构建了3km×3km、1km×1km、1/3km×1/3km三种尺寸空间网格，形成多级叠加的“九宫格”模型，计算提取了两种级别九宫格模型区域承载力参数Q，结果与高德实际路况匹配度分别达到62.5%与87.5%；构建RG-GWR网格模型，不同时段交通态势拟合度达到80%以上。结果表明，本文从空间角度分析道路交通均衡配置高效、可行，具有服务于智能化平台的广阔前景。
城市化加速发展，交通拥堵已成为全球大城市面临的共同难题。高效、准确的分析与发现交通状态与影响因素的空间变化关系，是优化道路交通要素配置的重要基础。提出了地理加权回归城市道路时空运行态势空间网格化计算方法（ Road Grid Geographically WeightedRegression，RG-GWR），首先以两种尺寸网格嵌套的“九宫格”计算区域路网承载力比率Q，识别出路网配置不均衡区域；然后结合实况交通态势，以地理加权回归模型，计算单元网格的交通时空运行态势影响异质性参数及其回归关系，得到基于网格的邻近区域路网交通要素配置配比，实现以“九宫格”为单元的路网要素优化配置。以成都市为例，构建了3km×3km、1km×1km、1/3km×1/3km三种尺寸空间网格，形成多级叠加的“九宫格”模型，计算提取了两种级别九宫格模型区域承载力参数Q，结果与高德实际路况匹配度分别达到62.5%与87.5%；构建RG-GWR网格模型，不同时段交通态势拟合度达到80%以上。结果表明，本文从空间角度分析道路交通均衡配置高效、可行，具有服务于智能化平台的广阔前景。
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doi:10.13203/j.whugis20210451
摘要:
深入研究空间点格局分析方法，探讨Ripley’s K函数应用问题，梳理其边界效应改正的定义，综合考虑随机模拟动态性、参数定义合意性、边界改正算法可靠性，以判定各类边界改正算法的相对优劣。研究发现，蒙特卡洛模拟对空间点格局分析产生一定影响；受困于动态性难题，基于商业软件的空间点格局分析结论随着算法运行而改变，具有一定的不确定性；基于GIS技术的边界改正算法更具优势，它把矩形研究区一般性要求，推广至任意多边形，使Ripley’s K函数估计更稳健。
深入研究空间点格局分析方法，探讨Ripley’s K函数应用问题，梳理其边界效应改正的定义，综合考虑随机模拟动态性、参数定义合意性、边界改正算法可靠性，以判定各类边界改正算法的相对优劣。研究发现，蒙特卡洛模拟对空间点格局分析产生一定影响；受困于动态性难题，基于商业软件的空间点格局分析结论随着算法运行而改变，具有一定的不确定性；基于GIS技术的边界改正算法更具优势，它把矩形研究区一般性要求，推广至任意多边形，使Ripley’s K函数估计更稳健。
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doi:10.13203/j.whugis20210659
摘要:
在大地测量领域中，现有的处理不等式约束的方法大多都是基于加性误差的模型，包括高斯马尔科夫模型和变量误差模型，鲜有对于加乘性混合误差模型处理方法的研究，为了拓展附有不等式约束的加乘性混合误差的方法，基于最小二乘原理并应用零权和无限权的思想，本文通过约束条件构建了一个惩罚函数，推导了在不等式约束下加乘性混合误差的一种简单迭代解法，分析了简单迭代解法在加乘性混合误差模型中的缺陷，在原有方法的基础上在惩罚项前加入了一个随迭代次数增加而增加的惩罚因子。通过算例评估分析可知，改进后的简单迭代法能够有效解决原有方法用于处理附有不等式约束的加乘性混合误差模型时不收敛的问题。另外，通过对比其他方案可知，该方法能够得到更好的参数估值，证明了该方法的有效性。同时，该方法结构简单，易于实现，能够适用于大批量的数据处理。
在大地测量领域中，现有的处理不等式约束的方法大多都是基于加性误差的模型，包括高斯马尔科夫模型和变量误差模型，鲜有对于加乘性混合误差模型处理方法的研究，为了拓展附有不等式约束的加乘性混合误差的方法，基于最小二乘原理并应用零权和无限权的思想，本文通过约束条件构建了一个惩罚函数，推导了在不等式约束下加乘性混合误差的一种简单迭代解法，分析了简单迭代解法在加乘性混合误差模型中的缺陷，在原有方法的基础上在惩罚项前加入了一个随迭代次数增加而增加的惩罚因子。通过算例评估分析可知，改进后的简单迭代法能够有效解决原有方法用于处理附有不等式约束的加乘性混合误差模型时不收敛的问题。另外，通过对比其他方案可知，该方法能够得到更好的参数估值，证明了该方法的有效性。同时，该方法结构简单，易于实现，能够适用于大批量的数据处理。
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doi:10.13203/j.whugis20220199
摘要:
为进一步提高传统重力地质法（gravity-geologic method，GGM）反演海底地形的精度，顾及海底地形非线性项对GGM进行改进。采用改进的GGM反演了中国南海地区空间分辨率为1'×1'海底地形模型，并利用船测水深检核点对反演结果进行了精度评定，验证了所提方法的有效性。研究结果表明，忽略海底地形非线性项会在起伏约2 km的山区引起约50 mGal偏差；改进的GGM能有效地从短波重力异常中恢复海底地形的非线性项；获取的海底地形结果与ETOPO1、SIOV23.1及传统GGM反演模型相比具有最高的精度，与检核点差异的均方根为130.4 m；与传统GGM法反演结果相比，改进GGM获得的结果在黄岩海山链附近精度提高10.8 m，在中沙群岛附近精度提高4.7 m。
为进一步提高传统重力地质法（gravity-geologic method，GGM）反演海底地形的精度，顾及海底地形非线性项对GGM进行改进。采用改进的GGM反演了中国南海地区空间分辨率为1'×1'海底地形模型，并利用船测水深检核点对反演结果进行了精度评定，验证了所提方法的有效性。研究结果表明，忽略海底地形非线性项会在起伏约2 km的山区引起约50 mGal偏差；改进的GGM能有效地从短波重力异常中恢复海底地形的非线性项；获取的海底地形结果与ETOPO1、SIOV23.1及传统GGM反演模型相比具有最高的精度，与检核点差异的均方根为130.4 m；与传统GGM法反演结果相比，改进GGM获得的结果在黄岩海山链附近精度提高10.8 m，在中沙群岛附近精度提高4.7 m。
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doi:10.13203/j.whugis20200486
摘要:
随着北斗三号全球系统的全面建成，其星载原子钟逐渐进入稳定运行状态，对星载原子钟进行性能评估对提升其全球服务性能至关重要。本文建立了星载原子钟频率特性评价指标，然后基于北斗三号卫星多星精密定轨（ Multi-satellite Orbit Determination，MPOD）和双向卫星时间频率传递（ Two-way Satellite Time and FrequencyTransfer，TWSTFT）钟差数据分析了钟差测定精度以及星载原子钟的频率特性。分析结果表明： TWSTFT钟差的随机噪声水平在0.2~0.25ns，MPOD钟差随机噪声水平均不大于0.02ns；TWSTFT钟差测定精度为0.35~0.42ns，MPOD钟差测定精度为0.1~0.18ns；星载原子钟频率准确度在10-12~10-11量级；氢钟频率漂移性能和长期频率稳定度整体优于铷钟，氢钟30天的频率漂移量均不超过10-13量级，天稳达到10-15量级，而铷钟普遍表现出明显的频率漂移。
随着北斗三号全球系统的全面建成，其星载原子钟逐渐进入稳定运行状态，对星载原子钟进行性能评估对提升其全球服务性能至关重要。本文建立了星载原子钟频率特性评价指标，然后基于北斗三号卫星多星精密定轨（ Multi-satellite Orbit Determination，MPOD）和双向卫星时间频率传递（ Two-way Satellite Time and FrequencyTransfer，TWSTFT）钟差数据分析了钟差测定精度以及星载原子钟的频率特性。分析结果表明： TWSTFT钟差的随机噪声水平在0.2~0.25ns，MPOD钟差随机噪声水平均不大于0.02ns；TWSTFT钟差测定精度为0.35~0.42ns，MPOD钟差测定精度为0.1~0.18ns；星载原子钟频率准确度在10-12~10-11量级；氢钟频率漂移性能和长期频率稳定度整体优于铷钟，氢钟30天的频率漂移量均不超过10-13量级，天稳达到10-15量级，而铷钟普遍表现出明显的频率漂移。
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doi:10.13203/J.whugis20210555
摘要:
个体驾驶目的地预测在个性化服务推荐、智慧交通等位置服务中具有重要的应用价值,但现有深度学习方法多以高密度采样轨迹点为单位构建出行特征,导致数据冗余、信息增益有限。路口序列可简化道路驾驶轨迹的表达形态,降低训练成本;同时,路口间的转移偏好与当前移动模式隐含路口与目的地间的时空关联关系,能够一定程度上表征个体出行意图,却鲜有研究将其用于目的地预测。为此,提出一种顾及路口转移偏好和当前移动模式的个体驾驶目的地预测方法。该方法1)以路口为单位构建输入特征,利用图注意力机制学习不同时间槽内路口间的转移系数,并结合长短期记忆模型捕获转移偏好长期依赖关系;2)构建时间循环编码与驾驶状态特征,利用长短期记忆模型学习个体当前移动模式表征;3)通过特征交叉与注意力机制实现特征融合,并利用残差网络输出预测。基于深圳市12名私家车司机2019年全年的轨迹数据开展实验,通过与隐马尔可夫、长短期记忆模型、远近距离依赖模型、融合地理语义与位置重要性的长短期记忆模型的精度对比及消融实验,验证了所提方法的有效性;可视化分析了转移偏好在捕获路口间空间关联关系中的作用,并探讨转移路口数量设置对预测精度的影响。
个体驾驶目的地预测在个性化服务推荐、智慧交通等位置服务中具有重要的应用价值,但现有深度学习方法多以高密度采样轨迹点为单位构建出行特征,导致数据冗余、信息增益有限。路口序列可简化道路驾驶轨迹的表达形态,降低训练成本;同时,路口间的转移偏好与当前移动模式隐含路口与目的地间的时空关联关系,能够一定程度上表征个体出行意图,却鲜有研究将其用于目的地预测。为此,提出一种顾及路口转移偏好和当前移动模式的个体驾驶目的地预测方法。该方法1)以路口为单位构建输入特征,利用图注意力机制学习不同时间槽内路口间的转移系数,并结合长短期记忆模型捕获转移偏好长期依赖关系;2)构建时间循环编码与驾驶状态特征,利用长短期记忆模型学习个体当前移动模式表征;3)通过特征交叉与注意力机制实现特征融合,并利用残差网络输出预测。基于深圳市12名私家车司机2019年全年的轨迹数据开展实验,通过与隐马尔可夫、长短期记忆模型、远近距离依赖模型、融合地理语义与位置重要性的长短期记忆模型的精度对比及消融实验,验证了所提方法的有效性;可视化分析了转移偏好在捕获路口间空间关联关系中的作用,并探讨转移路口数量设置对预测精度的影响。
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doi:10.13203/j.whugis20210541
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近地表气温（简称气温）是陆-气交互过程中重要的变量之一。气象站点稀疏而使得观测到的气温空间不连续，基于地表温度数据结合辅助变量估算气温成为获取气温空间分布的有效方式。目前，已有多种地表温度产品，但鲜有研究评估多源地表温度数据在估算气温时的精度及其适用性。针对该问题，本研究利用Google Earth Engine平台和随机森林算法，基于Landsat、MODIS、全球陆面数据同化系统（Global Land Data Assimilation System，GLDAS）三种地表温度数据源估算了黄河流域近地表气温的最大值、最小值和平均值；结合站点观测分析了多源地表温度估算气温的精度及适用性。结果表明：三种地表温度数据源估算夏季气温平均值时精度差异较小；对于气温极值估算，GLDAS显著优于MODIS和Landsat；每种数据源估算气温极值的精度低于其估算气温均值；此外，地表温度的时间分辨率会显著影响近地表气温的估算精度。本研究可以为长时序气温产品估算提供科学参考。
近地表气温（简称气温）是陆-气交互过程中重要的变量之一。气象站点稀疏而使得观测到的气温空间不连续，基于地表温度数据结合辅助变量估算气温成为获取气温空间分布的有效方式。目前，已有多种地表温度产品，但鲜有研究评估多源地表温度数据在估算气温时的精度及其适用性。针对该问题，本研究利用Google Earth Engine平台和随机森林算法，基于Landsat、MODIS、全球陆面数据同化系统（Global Land Data Assimilation System，GLDAS）三种地表温度数据源估算了黄河流域近地表气温的最大值、最小值和平均值；结合站点观测分析了多源地表温度估算气温的精度及适用性。结果表明：三种地表温度数据源估算夏季气温平均值时精度差异较小；对于气温极值估算，GLDAS显著优于MODIS和Landsat；每种数据源估算气温极值的精度低于其估算气温均值；此外，地表温度的时间分辨率会显著影响近地表气温的估算精度。本研究可以为长时序气温产品估算提供科学参考。
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doi:10.13203/j.whugis20210078
摘要:
海陆分割对于SAR (Synthetic Aperture Radar)图像海洋目标检测、海岸线提取等任务具有重要意义。针对实际应用中多分辨率SAR图像海陆分割难题，本文提出了一种基于上下文与边缘注意力的海陆分割方法。该方法利用通道注意力机制融合不同尺度和层次的上下文特征，并设计了一个边缘提取支路提供边缘信息，进一步提高了海陆边界的分割准确率。同时，构建了一个基于高分三号卫星数据的多分辨率SAR图像海陆分割数据集，该数据集涵盖了多个分辨率，包括港口、岛屿等多种海陆边界类型。实验结果表明，本文提出的网络在平均分类准确率和平均交并比两个指标上分别达到了98.18%和96.41%，能够较好地完成海陆分割任务。
海陆分割对于SAR (Synthetic Aperture Radar)图像海洋目标检测、海岸线提取等任务具有重要意义。针对实际应用中多分辨率SAR图像海陆分割难题，本文提出了一种基于上下文与边缘注意力的海陆分割方法。该方法利用通道注意力机制融合不同尺度和层次的上下文特征，并设计了一个边缘提取支路提供边缘信息，进一步提高了海陆边界的分割准确率。同时，构建了一个基于高分三号卫星数据的多分辨率SAR图像海陆分割数据集，该数据集涵盖了多个分辨率，包括港口、岛屿等多种海陆边界类型。实验结果表明，本文提出的网络在平均分类准确率和平均交并比两个指标上分别达到了98.18%和96.41%，能够较好地完成海陆分割任务。
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doi:10.13203/j.whugis20200529
摘要:
北斗卫星导航系统作为复杂巨系统，需要科学完整高效的时频体系总体设计与工程实现。北斗三号系统的时频体系设计，首先通过基于星间链路实现星载钟之间的比对与时间同步，基于星地时间比对链路实现主控站与卫星间的星地时间比对与精密同步，基于卫星双向、地面有线双向时间比对链路实现主控站各分系统之间的比对与精密同步等方法实现北斗系统内部的时间同步，同时基于组合钟组和综合原子时等方法生成北斗系统时间（BeiDou system time，BDT），从而实现北斗系统内的时间建立、保持与同步。然后，通过直接或间接的溯源比对，以及时差监测，实现BDT与其它导航系统时间基准的统一。北斗三号卫星信号的长期监测数据表明，BDT天稳定度达到4.6×10-15，星载钟本地时间准确度达到1.25×10-11，星载钟万秒稳定度达到1.65×10-14，同时BDT相对于其他卫星导航系统的时差保持在50ns以内。经系统运行检验与监测评估，证明北斗三号系统时频体系功能完备、组织架构科学、体系指标先进，能够全面支撑北斗三号的全球服务能力。
北斗卫星导航系统作为复杂巨系统，需要科学完整高效的时频体系总体设计与工程实现。北斗三号系统的时频体系设计，首先通过基于星间链路实现星载钟之间的比对与时间同步，基于星地时间比对链路实现主控站与卫星间的星地时间比对与精密同步，基于卫星双向、地面有线双向时间比对链路实现主控站各分系统之间的比对与精密同步等方法实现北斗系统内部的时间同步，同时基于组合钟组和综合原子时等方法生成北斗系统时间（BeiDou system time，BDT），从而实现北斗系统内的时间建立、保持与同步。然后，通过直接或间接的溯源比对，以及时差监测，实现BDT与其它导航系统时间基准的统一。北斗三号卫星信号的长期监测数据表明，BDT天稳定度达到4.6×10-15，星载钟本地时间准确度达到1.25×10-11，星载钟万秒稳定度达到1.65×10-14，同时BDT相对于其他卫星导航系统的时差保持在50ns以内。经系统运行检验与监测评估，证明北斗三号系统时频体系功能完备、组织架构科学、体系指标先进，能够全面支撑北斗三号的全球服务能力。
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doi:10.13203/j.whugis20210479
摘要:
山顶点提取方法决定着山体部位划分结果的正确性和微地形自动分类效率。以高程和等高线为参考提取山顶点方法存在伪山顶点剔除不完全和局部山顶点丢失的问题，依据山顶点邻域坡向呈均匀分布规律提出了基于坡向分布特征的山顶点提取方法，构建了以山顶点为中心的邻域坡向顺时针逐渐递增模型，并以山脊线拟合和深度优先搜索（Depth First Search，DFS）算法的递推思想，剔除提取结果中的伪山顶点。顾及实体DEM地形破碎对提取方法的影响，采用了模拟DEM和实体DEM分别实验和分析。实验结果表明，坡向分布特征法避免了传统基于封闭等高线提取山顶点时主观选取阈值的不确定性；模拟DEM因其连续、光滑，山顶点提取准确率可达到100%，而实体DEM沿用模拟DEM机制因其地形破碎导致不可适性，通过调整坡向分布约束条件可予以改善，实验提取准确率平均可达到96.1%。
山顶点提取方法决定着山体部位划分结果的正确性和微地形自动分类效率。以高程和等高线为参考提取山顶点方法存在伪山顶点剔除不完全和局部山顶点丢失的问题，依据山顶点邻域坡向呈均匀分布规律提出了基于坡向分布特征的山顶点提取方法，构建了以山顶点为中心的邻域坡向顺时针逐渐递增模型，并以山脊线拟合和深度优先搜索（Depth First Search，DFS）算法的递推思想，剔除提取结果中的伪山顶点。顾及实体DEM地形破碎对提取方法的影响，采用了模拟DEM和实体DEM分别实验和分析。实验结果表明，坡向分布特征法避免了传统基于封闭等高线提取山顶点时主观选取阈值的不确定性；模拟DEM因其连续、光滑，山顶点提取准确率可达到100%，而实体DEM沿用模拟DEM机制因其地形破碎导致不可适性，通过调整坡向分布约束条件可予以改善，实验提取准确率平均可达到96.1%。
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doi:10.13203/j.whugis20210352
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地震的同震形变监测对于地震形变特征解释以及直观了解断层的几何特征具有重要意义。对于有地表破裂的大地震，GNSS（Global Navigation Satellite System）技术空间分辨率较低，InSAR（InterferometricSynthetic Aperture Radar）技术由于大的形变梯度会发生相位失相干，均无法获得详细的断层周围形变。基于亚像素互相关技术的光学影像相关和像素偏移追踪能够很好地解决这些问题。本文以2016年凯库拉Mw7.8级地震为例，首先使用哨兵2号数据获取东西向和南北向形变，再使用哨兵1号数据获取距离向和方位向形变。为确定获取三维形变场的哨兵2号光学数据与哨兵1号SAR数据的最佳组合，将这些形变种类进行组合，并使用最小二乘方法计算三维形变。结果表明OIC+POT_As_Des的组合最适合获取凯库拉地震三维形变，各种观测数据类型的结合能够较好地控制三维形变的效果和精度。最后，对凯库拉地震的三维形变进行分析，结果表明该地震在两个不同区域发生了巨大且复杂的地表位移，是一次右旋走滑为主带有逆冲的地震，垂直形变主要表现为抬升。本文的研究成果可以为地表三维形变的研究提供参考。
地震的同震形变监测对于地震形变特征解释以及直观了解断层的几何特征具有重要意义。对于有地表破裂的大地震，GNSS（Global Navigation Satellite System）技术空间分辨率较低，InSAR（InterferometricSynthetic Aperture Radar）技术由于大的形变梯度会发生相位失相干，均无法获得详细的断层周围形变。基于亚像素互相关技术的光学影像相关和像素偏移追踪能够很好地解决这些问题。本文以2016年凯库拉Mw7.8级地震为例，首先使用哨兵2号数据获取东西向和南北向形变，再使用哨兵1号数据获取距离向和方位向形变。为确定获取三维形变场的哨兵2号光学数据与哨兵1号SAR数据的最佳组合，将这些形变种类进行组合，并使用最小二乘方法计算三维形变。结果表明OIC+POT_As_Des的组合最适合获取凯库拉地震三维形变，各种观测数据类型的结合能够较好地控制三维形变的效果和精度。最后，对凯库拉地震的三维形变进行分析，结果表明该地震在两个不同区域发生了巨大且复杂的地表位移，是一次右旋走滑为主带有逆冲的地震，垂直形变主要表现为抬升。本文的研究成果可以为地表三维形变的研究提供参考。
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doi:10.13203/j.whugis20210191
摘要:
由于直线基线具有易于实施管理、与沿岸低潮线变化关联较小，且有利于当事国获得更大管辖海域等优点，广泛应用于沿海国家领海基点选取及基线的确定。本文针对当前直线基线系统中基点选取方法存在的问题，在利用凸壳生成算法确定理想基点的基础上，结合《联合国海洋法公约》对基线段长度的限定，分析了基于备选基点的基线图构建及优化原理，通过基点间通视性判定准则的建立，构建了内水面积最大化原则下的备选基点快速判定及优化选取模型，设计了面向最优基线图生成的备选基点点序确定步骤，提出了一种基线段长度阈值限定的领海基点优化选取算法，实现了“基线段长度阈值限制”和“内水面积最大化”联合约束条件下的备选基点快速选取。实验分析表明：该算法可实现基线段长度阈值限定条件下，优选基点所构基线图多边形面积的最小化（内水面积最大化），且具有较高的算法效率，可为沿海国家尤其是群岛国家领海基点的选取及直线基线的确定提供技术支持。
由于直线基线具有易于实施管理、与沿岸低潮线变化关联较小，且有利于当事国获得更大管辖海域等优点，广泛应用于沿海国家领海基点选取及基线的确定。本文针对当前直线基线系统中基点选取方法存在的问题，在利用凸壳生成算法确定理想基点的基础上，结合《联合国海洋法公约》对基线段长度的限定，分析了基于备选基点的基线图构建及优化原理，通过基点间通视性判定准则的建立，构建了内水面积最大化原则下的备选基点快速判定及优化选取模型，设计了面向最优基线图生成的备选基点点序确定步骤，提出了一种基线段长度阈值限定的领海基点优化选取算法，实现了“基线段长度阈值限制”和“内水面积最大化”联合约束条件下的备选基点快速选取。实验分析表明：该算法可实现基线段长度阈值限定条件下，优选基点所构基线图多边形面积的最小化（内水面积最大化），且具有较高的算法效率，可为沿海国家尤其是群岛国家领海基点的选取及直线基线的确定提供技术支持。
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国家多期一等水准网成果是研究中国大陆地壳垂直运动的宝贵数据。综合利用国家三期一等水准网成果，分析中国近50 a地壳垂直运动变化趋势。首先，确定水准重合点高程变化量，计算重合点变化速率；然后，基于拟合点和检核点残差分布评估常用插值方法优劣性，确定最优建模方法；最后，构建基于水准成果的中国大陆垂直运动模型，分析各区域垂直运动趋势。结果表明：近50 a来，华北平原、苏沪、汾渭盆地、新疆和海南表现为沉降运动，其中，华北平原、苏沪一带沉降剧烈，沉降速率达（40.4±1.4） mm/a；西藏南部、东北地区、福建及陕北地区表现出隆升运动趋势，其中，西藏南部、东北东部隆升运动趋势较为剧烈，隆升速率达（5.4±2.5） mm/a；华南等其他地区垂直运动趋势相对稳定。
国家多期一等水准网成果是研究中国大陆地壳垂直运动的宝贵数据。综合利用国家三期一等水准网成果，分析中国近50 a地壳垂直运动变化趋势。首先，确定水准重合点高程变化量，计算重合点变化速率；然后，基于拟合点和检核点残差分布评估常用插值方法优劣性，确定最优建模方法；最后，构建基于水准成果的中国大陆垂直运动模型，分析各区域垂直运动趋势。结果表明：近50 a来，华北平原、苏沪、汾渭盆地、新疆和海南表现为沉降运动，其中，华北平原、苏沪一带沉降剧烈，沉降速率达（40.4±1.4） mm/a；西藏南部、东北地区、福建及陕北地区表现出隆升运动趋势，其中，西藏南部、东北东部隆升运动趋势较为剧烈，隆升速率达（5.4±2.5） mm/a；华南等其他地区垂直运动趋势相对稳定。
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doi:10.13203/j.whugis20210406
摘要:
重大动物疫病的疫情传播与舆情演化研究，对提升疫情防控与舆论引导水平具有重要意义。社交媒体平台中产生了大量带有地理信息的文本，为开展动物疫情等突发事件的研究提供了新的途径。本文以从新浪微博中提取的疫情信息为基础，构建了非洲猪瘟传播时空特征分析与公众舆情挖掘模型。首先引入Mann-Kendall突变点检测方法客观划分疫情的传播周期并考察不同阶段的空间分布特征，再利用隐含狄利克雷主题聚类模型刻画不同阶段之间舆论话题的演化关系，最后基于地理探测器方法探究影响舆论关注度的主要因素。结果表明：（1）基于微博文本提取的非洲猪瘟疫情信息精度较高，非洲猪瘟在中国的传播呈现从东北向西南方向扩散的趋势，并经历了潜伏期、暴发期、波动期和衰退期四个阶段；（2）在每个阶段，舆论围绕疫情本身和特定的衍生话题展开，民众情绪逐渐从消极向积极转变；（3）各地区对非洲猪瘟舆情的关注度受猪肉消耗量和产量的影响显著，而与教育水平和城镇化水平关系不大。
重大动物疫病的疫情传播与舆情演化研究，对提升疫情防控与舆论引导水平具有重要意义。社交媒体平台中产生了大量带有地理信息的文本，为开展动物疫情等突发事件的研究提供了新的途径。本文以从新浪微博中提取的疫情信息为基础，构建了非洲猪瘟传播时空特征分析与公众舆情挖掘模型。首先引入Mann-Kendall突变点检测方法客观划分疫情的传播周期并考察不同阶段的空间分布特征，再利用隐含狄利克雷主题聚类模型刻画不同阶段之间舆论话题的演化关系，最后基于地理探测器方法探究影响舆论关注度的主要因素。结果表明：（1）基于微博文本提取的非洲猪瘟疫情信息精度较高，非洲猪瘟在中国的传播呈现从东北向西南方向扩散的趋势，并经历了潜伏期、暴发期、波动期和衰退期四个阶段；（2）在每个阶段，舆论围绕疫情本身和特定的衍生话题展开，民众情绪逐渐从消极向积极转变；（3）各地区对非洲猪瘟舆情的关注度受猪肉消耗量和产量的影响显著，而与教育水平和城镇化水平关系不大。
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doi:10.13203/j.whugis20210215
摘要:
为了精确剔除GNSS （global navigation satellite system）坐标时间序列中的噪声，本文提出一种联合遗传算法（genetic algorithm，GA）和变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）的降噪方法GA-VMD。该方法首先利用GA优化VMD参数，然后引入多尺度排列熵（multiscale permutation entropy，MPE）作为噪声分量的筛选标准，最后将剩余分量重构得到降噪后的信号。本文通过仿真信号和实测数据的降噪实例，并与小波降噪（wavelet denoising，WD）、经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）等方法对比，分析GA-VMD的降噪效果。实验结果表明：对于仿真信号而言，GA-VMD方法相较于WD、EMD方法，信噪比分别提高了5.18dB和2.91dB，互相关系数分别提高了0.05和0.02；对于实测数据而言，GA-VMD方法对测站的速度不确定度和闪烁噪声的平均改正率分别为79.89%和84.46%，优于其他两种方法。以上分析表明GA-VMD方法能够有效减少GNSS坐标时序的噪声，提高其精度。
为了精确剔除GNSS （global navigation satellite system）坐标时间序列中的噪声，本文提出一种联合遗传算法（genetic algorithm，GA）和变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）的降噪方法GA-VMD。该方法首先利用GA优化VMD参数，然后引入多尺度排列熵（multiscale permutation entropy，MPE）作为噪声分量的筛选标准，最后将剩余分量重构得到降噪后的信号。本文通过仿真信号和实测数据的降噪实例，并与小波降噪（wavelet denoising，WD）、经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）等方法对比，分析GA-VMD的降噪效果。实验结果表明：对于仿真信号而言，GA-VMD方法相较于WD、EMD方法，信噪比分别提高了5.18dB和2.91dB，互相关系数分别提高了0.05和0.02；对于实测数据而言，GA-VMD方法对测站的速度不确定度和闪烁噪声的平均改正率分别为79.89%和84.46%，优于其他两种方法。以上分析表明GA-VMD方法能够有效减少GNSS坐标时序的噪声，提高其精度。
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doi:10.13203/j.whugis20210114
摘要:
随着大地测量观测精度的提高，对地震反演算法也提出了更高的要求。针对地震震源参数反演优化问题，改进了一种新颖的灰狼优化算法来反演震源参数，提出了基于余弦规律的非线性递减收敛因子策略的加权距离灰狼优化算法来代替原来的线性递减算法。随后，配置了改进加权距离灰狼优化算法和单纯形算法的组合方法，引入后者算法是为了稳定前者算法的性能。因此，组合算法在收敛性和稳定性方面都具有良好的优势。最后，通过实验测试来评估基本的加权距离灰狼优化算法、遗传算法和组合算法的性能。仿真实验结果表明，组合算法对震源参数的估计优于加权距离灰狼优化算法，具有良好的稳定性和准确性；组合算法既可以达到遗传算法的反演精度，又表现出了更好的参数稳定性。并将该算法应用于2014年纳帕地震和2017年博德鲁姆-科斯地震，不同类型地震的反演结果表明组合算法具有良好的实用性和可靠性。考虑反演结果的精度和稳定性对震源参数的准确确定尤为重要，因此组合算法在震源参数反演中具有潜在的应用价值。
随着大地测量观测精度的提高，对地震反演算法也提出了更高的要求。针对地震震源参数反演优化问题，改进了一种新颖的灰狼优化算法来反演震源参数，提出了基于余弦规律的非线性递减收敛因子策略的加权距离灰狼优化算法来代替原来的线性递减算法。随后，配置了改进加权距离灰狼优化算法和单纯形算法的组合方法，引入后者算法是为了稳定前者算法的性能。因此，组合算法在收敛性和稳定性方面都具有良好的优势。最后，通过实验测试来评估基本的加权距离灰狼优化算法、遗传算法和组合算法的性能。仿真实验结果表明，组合算法对震源参数的估计优于加权距离灰狼优化算法，具有良好的稳定性和准确性；组合算法既可以达到遗传算法的反演精度，又表现出了更好的参数稳定性。并将该算法应用于2014年纳帕地震和2017年博德鲁姆-科斯地震，不同类型地震的反演结果表明组合算法具有良好的实用性和可靠性。考虑反演结果的精度和稳定性对震源参数的准确确定尤为重要，因此组合算法在震源参数反演中具有潜在的应用价值。
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doi:10.13203/j.whugis20200167
摘要:
水准和全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）成果是研究大陆垂直运动的重要数据。充分发挥水准点高精度和GNSS点分布均匀的优势，有利于提升垂直运动模型的可靠性。在融合过程中，针对水准和GNSS成果缺少重合点导致速度融合失效的问题，提出一种基于模型结果融合的方法，即利用水准和GNSS成果分别建立垂直运动模型，基于模型格网点精度及控制点与模型格网点的最近距离联合确定两类模型点权值，逐点加权平均，实现两类模型的融合；针对利用反距离加权方法建模过程中观测点速度精度和空间距离均影响定权结果的问题，提出了权因子相乘的方法，合理确定各因素影响程度。综合利用国家一等水准网、国家GNSS大地控制网等成果，建立了中国大陆垂直运动模型。结果表明：华北、苏沪一带沉降严重，极个别区域沉降速度达100 mm/a；东北、西藏一带呈现隆升趋势，局部隆升速度超过5 mm/a；其余地区垂直运动相对稳定。
水准和全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）成果是研究大陆垂直运动的重要数据。充分发挥水准点高精度和GNSS点分布均匀的优势，有利于提升垂直运动模型的可靠性。在融合过程中，针对水准和GNSS成果缺少重合点导致速度融合失效的问题，提出一种基于模型结果融合的方法，即利用水准和GNSS成果分别建立垂直运动模型，基于模型格网点精度及控制点与模型格网点的最近距离联合确定两类模型点权值，逐点加权平均，实现两类模型的融合；针对利用反距离加权方法建模过程中观测点速度精度和空间距离均影响定权结果的问题，提出了权因子相乘的方法，合理确定各因素影响程度。综合利用国家一等水准网、国家GNSS大地控制网等成果，建立了中国大陆垂直运动模型。结果表明：华北、苏沪一带沉降严重，极个别区域沉降速度达100 mm/a；东北、西藏一带呈现隆升趋势，局部隆升速度超过5 mm/a；其余地区垂直运动相对稳定。
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doi:10.13203/j.whugis20200555
摘要:
提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS）长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程，并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差，增加历元间的约束。然后使用一种非差整周模糊度实时线性计算方法，依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度，解决了在基准星变换时，模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题。由于充分利用了各频率观测值信息，避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响，非组合方法的模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。最后使用实测数据进行算法验证，结果表明，各基准站模糊度平均固定速度为20个历元，可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。
提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS）长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程，并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差，增加历元间的约束。然后使用一种非差整周模糊度实时线性计算方法，依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度，解决了在基准星变换时，模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题。由于充分利用了各频率观测值信息，避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响，非组合方法的模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。最后使用实测数据进行算法验证，结果表明，各基准站模糊度平均固定速度为20个历元，可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。
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doi:10.13203/j.whugis20200692
摘要:
随着人工智能的发展，利用高分影像进行滑坡等地质灾害识别逐渐成为研究热点。滑坡目视解译需依赖专家经验，传统滑坡自动识别方法又易将滑坡和裸地、道路等地物混淆。针对以上问题，提出基于模拟困难样本的Mask R-CNN（mask region- based convolutionalnetwork）滑坡提取方法。在现有样本的基础上，利用滑坡的形状、颜色、纹理等特征模拟更为复杂的滑坡背景，进行困难样本挖掘增强，并将得到的困难样本输入Mask R-CNN网络进行滑坡精细检测分割。在实际研究区域中，由于滑坡数量有限，因此在频率域进行小样本学习，在减少数据需求的同时，保证分割识别的准确度。在贵州毕节的实验结果表明，基于模拟困难样本的Mask R-CNN方法检测精度为94.0%，像素分割平均准确率为90.3%，可实现低虚警率下的高性能检测分割；采用频率域学习，在一半数据输入量的情况下，模型检测精度仍可得到提升；并利用天水地区的滑坡区域进行实际验证，进一步证明了所提方法的有效性。
随着人工智能的发展，利用高分影像进行滑坡等地质灾害识别逐渐成为研究热点。滑坡目视解译需依赖专家经验，传统滑坡自动识别方法又易将滑坡和裸地、道路等地物混淆。针对以上问题，提出基于模拟困难样本的Mask R-CNN（mask region- based convolutionalnetwork）滑坡提取方法。在现有样本的基础上，利用滑坡的形状、颜色、纹理等特征模拟更为复杂的滑坡背景，进行困难样本挖掘增强，并将得到的困难样本输入Mask R-CNN网络进行滑坡精细检测分割。在实际研究区域中，由于滑坡数量有限，因此在频率域进行小样本学习，在减少数据需求的同时，保证分割识别的准确度。在贵州毕节的实验结果表明，基于模拟困难样本的Mask R-CNN方法检测精度为94.0%，像素分割平均准确率为90.3%，可实现低虚警率下的高性能检测分割；采用频率域学习，在一半数据输入量的情况下，模型检测精度仍可得到提升；并利用天水地区的滑坡区域进行实际验证，进一步证明了所提方法的有效性。
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doi:10.13203/j.whugis20200557
摘要:
企鹅是南极的代表性生物，监测企鹅的数量及分布对研究南极环境变化有重大意义。以往研究大多基于中高分辨率影像进行企鹅识别，识别精度难以进一步提高，且已有的企鹅种群的时间序列分析都是基于间接识别方法，因此发展基于高分辨率遥感影像的企鹅数量精确识别就显得尤为重要。本研究选取东南极企鹅岛为研究对象，中国南极科学考察队利用遥感无人机分别于2017年1月、2018年1月和2019年12月对该区域进行航拍观测，获得了厘米级的高分辨率影像。基于面向对象分类法，分别提取了三幅影像的企鹅阴影像元，计算得到企鹅数量，并标记了企鹅栖息地。总体精度达到91%。实验结果显示了企鹅种群动态变化，其中企鹅栖息地分布较固定，但数量出现波动，三幅影像中分别为1068对、1003对和1081对。
企鹅是南极的代表性生物，监测企鹅的数量及分布对研究南极环境变化有重大意义。以往研究大多基于中高分辨率影像进行企鹅识别，识别精度难以进一步提高，且已有的企鹅种群的时间序列分析都是基于间接识别方法，因此发展基于高分辨率遥感影像的企鹅数量精确识别就显得尤为重要。本研究选取东南极企鹅岛为研究对象，中国南极科学考察队利用遥感无人机分别于2017年1月、2018年1月和2019年12月对该区域进行航拍观测，获得了厘米级的高分辨率影像。基于面向对象分类法，分别提取了三幅影像的企鹅阴影像元，计算得到企鹅数量，并标记了企鹅栖息地。总体精度达到91%。实验结果显示了企鹅种群动态变化，其中企鹅栖息地分布较固定，但数量出现波动，三幅影像中分别为1068对、1003对和1081对。
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doi:10.13203/j.whugis20200007
摘要:
针对钱德勒极移和周年极移的时变特性，建立一种附有时变参数的周期项预报模型，该模型同时考虑钱德勒项和周年项振幅和相位的时变特性。基于最小二乘时变外推模型（LS extrapolation of variable harmonic models，VLS）和自回归（autoregressive，AR）模型组合（VLS+AR）对极移进行1～365d跨度预报，并同LS+AR模型的预报结果进行对比。结果表明，VLS+AR模型在极移预报精度上较LS+AR模型有一定的提高，尤其对于中长期预报改善更为明显。
针对钱德勒极移和周年极移的时变特性，建立一种附有时变参数的周期项预报模型，该模型同时考虑钱德勒项和周年项振幅和相位的时变特性。基于最小二乘时变外推模型（LS extrapolation of variable harmonic models，VLS）和自回归（autoregressive，AR）模型组合（VLS+AR）对极移进行1～365d跨度预报，并同LS+AR模型的预报结果进行对比。结果表明，VLS+AR模型在极移预报精度上较LS+AR模型有一定的提高，尤其对于中长期预报改善更为明显。
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doi:10.13203/j.whugis20210100
摘要:
在数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）建模过程中，经典空间插值方法均没有考虑断裂线附近的局部地形特征影响，使得断裂线局部区域高程被平滑，从而导致地形特征失真。为了解决该问题，本文构造了一种顾及断裂地形特征的定权方法，并以径向基函数（Radial Basis Function，RBF）为插值算子，提出了加权径向基函数方法。在实验分析中，以10组ISPRS公共数据和1组山体滑坡区域的机载激光雷达点云数据为例，借助本文方法构建样区DEM，并将计算结果与标准RBF及传统插值算法（如反距离加权法、克里金法、约束不规则三角网法）进行比较。精度分析表明，不论采样点数为多少，本文方法计算精度均优于其他插值方法。对DEM山体阴影图分析表明，相较于传统插值方法，本文方法能较好的保持断裂线局部地形特征。
在数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）建模过程中，经典空间插值方法均没有考虑断裂线附近的局部地形特征影响，使得断裂线局部区域高程被平滑，从而导致地形特征失真。为了解决该问题，本文构造了一种顾及断裂地形特征的定权方法，并以径向基函数（Radial Basis Function，RBF）为插值算子，提出了加权径向基函数方法。在实验分析中，以10组ISPRS公共数据和1组山体滑坡区域的机载激光雷达点云数据为例，借助本文方法构建样区DEM，并将计算结果与标准RBF及传统插值算法（如反距离加权法、克里金法、约束不规则三角网法）进行比较。精度分析表明，不论采样点数为多少，本文方法计算精度均优于其他插值方法。对DEM山体阴影图分析表明，相较于传统插值方法，本文方法能较好的保持断裂线局部地形特征。
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doi:10.13203/j.whugis20210204
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甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）是测量EOP（EarthOrientation Parameters，EOP）的主要空间测地技术之一，中国正在建设名为VLBI全球观测系统（VLBI Global Observing System，VGOS）的新一代测地VLBI站，通过国际联测优化站网构型是实现高精度EOP测量的必由之路。本文以3个国内VGOS站为核心站，通过引入2个国外站构建5站联合观测网，分析评估了不同站网构型的EOP测量能力。针对每个站网构型，通过调整4个约束条件的权重因子批量生成相应的观测纲要，采用蒙特卡洛仿真方法选择最优的观测纲要，评价指标为EOP解算值的可重复性。仿真结果表明，由国内站、南非哈特比站以及澳大利亚霍巴特站组成的网型EOP测量能力最强，相对于国内3站组成的网型，dUT1测量精度提高5.7倍，极移的X、Y分量的测量精度分别提高2.8倍和18.3倍。仿真结果可为后续开展高精度EOP组网观测提供参考依据。
甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）是测量EOP（EarthOrientation Parameters，EOP）的主要空间测地技术之一，中国正在建设名为VLBI全球观测系统（VLBI Global Observing System，VGOS）的新一代测地VLBI站，通过国际联测优化站网构型是实现高精度EOP测量的必由之路。本文以3个国内VGOS站为核心站，通过引入2个国外站构建5站联合观测网，分析评估了不同站网构型的EOP测量能力。针对每个站网构型，通过调整4个约束条件的权重因子批量生成相应的观测纲要，采用蒙特卡洛仿真方法选择最优的观测纲要，评价指标为EOP解算值的可重复性。仿真结果表明，由国内站、南非哈特比站以及澳大利亚霍巴特站组成的网型EOP测量能力最强，相对于国内3站组成的网型，dUT1测量精度提高5.7倍，极移的X、Y分量的测量精度分别提高2.8倍和18.3倍。仿真结果可为后续开展高精度EOP组网观测提供参考依据。
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doi:10.13203/j.whugis20210091
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分析星基增强系统（SBAS） GEO卫星用户测距误差（URE），研究GEO卫星测距对导航定位性能的影响，可为SBAS系统设计和民航应用提供有益参考。本文利用WAAS、BDSBAS、GAGAN和MSAS等增强系统的SBAS信息对GPS和GEO卫星星历、时钟和观测值进行改正，固定测站位置，根据改正数残差方差加权计算接收机钟差，得到GEO卫星测距误差；将GEO卫星观测值纳入SBAS定位解算，评估GEO卫星测距对定位结果的影响。通过实测数据分析，WAAS GEO卫星URE优于1.6m； BDSBAS3颗GEO卫星分别存在14.32m、12.64m和17.44m的系统偏差，经系统性误差改正后，GEO卫星URE优于2.9m； GAGAN和MSASGEO卫星URE分别优于13.9m和3.2m。当GPS卫星数较少时，联合GEO卫星观测值进行SBAS解算能够有效减小定位保护级，提升系统可用性。
分析星基增强系统（SBAS） GEO卫星用户测距误差（URE），研究GEO卫星测距对导航定位性能的影响，可为SBAS系统设计和民航应用提供有益参考。本文利用WAAS、BDSBAS、GAGAN和MSAS等增强系统的SBAS信息对GPS和GEO卫星星历、时钟和观测值进行改正，固定测站位置，根据改正数残差方差加权计算接收机钟差，得到GEO卫星测距误差；将GEO卫星观测值纳入SBAS定位解算，评估GEO卫星测距对定位结果的影响。通过实测数据分析，WAAS GEO卫星URE优于1.6m； BDSBAS3颗GEO卫星分别存在14.32m、12.64m和17.44m的系统偏差，经系统性误差改正后，GEO卫星URE优于2.9m； GAGAN和MSASGEO卫星URE分别优于13.9m和3.2m。当GPS卫星数较少时，联合GEO卫星观测值进行SBAS解算能够有效减小定位保护级，提升系统可用性。
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doi:10.13203/j.whugis20200505
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针对极移序列复杂的时变特点，首次将极移作为混沌考虑并提出Volterra自适应算法的高精度极移短期预报方法。首先利用小数据量法分别计算得到Xp分量和Yp分量的最大Lyapunov指数，证明了极移的混沌特性。然后应用二阶Volterra自适应算法进行两个算例预报实验，结果分别与地球定向参数预报比较活动（EarthOrientation Parameters Prediction Comparison Campaign，EOP PCC）结果和国际地球自转与参考系服务（IERS）官方预报产品Bulletin A对比分析。实验对比发现，与EOP PCC的最佳方法相比本文方法精度更高，Xp分量预报精度提升较为明显，Yp分量预报精度也略有提高；与Bulletin A相比时，两种预报结果的精度互有利弊，本文方法在预报前期精度更高。实例进一步证明了所提出的方法在短期极移预报中可以取得良好的结果，尤其在预报跨度较小时精度更优。
针对极移序列复杂的时变特点，首次将极移作为混沌考虑并提出Volterra自适应算法的高精度极移短期预报方法。首先利用小数据量法分别计算得到Xp分量和Yp分量的最大Lyapunov指数，证明了极移的混沌特性。然后应用二阶Volterra自适应算法进行两个算例预报实验，结果分别与地球定向参数预报比较活动（EarthOrientation Parameters Prediction Comparison Campaign，EOP PCC）结果和国际地球自转与参考系服务（IERS）官方预报产品Bulletin A对比分析。实验对比发现，与EOP PCC的最佳方法相比本文方法精度更高，Xp分量预报精度提升较为明显，Yp分量预报精度也略有提高；与Bulletin A相比时，两种预报结果的精度互有利弊，本文方法在预报前期精度更高。实例进一步证明了所提出的方法在短期极移预报中可以取得良好的结果，尤其在预报跨度较小时精度更优。
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doi:10.13203/j.whugis20200571
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针对运动车辆的姿态角传统估计方法成本较高、模型复杂等问题，提出一种低成本、高效率、高精度的基于载波相位时间差分（Time-Differenced Carrier Phase，TDCP）的车辆航向角和俯仰角估计模型。该模型利用一台GNSS （Global Navigation Satellite System）接收机的观测数据，使用复杂度低的TDCP算法得到精确的车辆位移矢量，进而估计车辆航向角和俯仰角。其中，为提高估计效率，模型对传统载波相位时间差分算法进行优化。静态测试和动态测试表明，优化的载波相位时间差分较一般载波相位时间差分效率更高，提出的航向角和俯仰角估计模型能提供精确的航向角和俯仰角估计值，其均方根误差小于0.2°，最大误差小于1.5°。
针对运动车辆的姿态角传统估计方法成本较高、模型复杂等问题，提出一种低成本、高效率、高精度的基于载波相位时间差分（Time-Differenced Carrier Phase，TDCP）的车辆航向角和俯仰角估计模型。该模型利用一台GNSS （Global Navigation Satellite System）接收机的观测数据，使用复杂度低的TDCP算法得到精确的车辆位移矢量，进而估计车辆航向角和俯仰角。其中，为提高估计效率，模型对传统载波相位时间差分算法进行优化。静态测试和动态测试表明，优化的载波相位时间差分较一般载波相位时间差分效率更高，提出的航向角和俯仰角估计模型能提供精确的航向角和俯仰角估计值，其均方根误差小于0.2°，最大误差小于1.5°。
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doi:10.13203/j.whugis20210286
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全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）星载原子钟性能的优劣直接影响GNSS观测信号质量、测距精度、钟差预报与卫星自主导航能力，从而间接影响整个导航系统的服务性能。本文结合北斗三号系统独特的星间链路（Inter-Satellite Link，ISL）和星地时间双向比对（Two-WayTime Transfer，TWTT）体制以及常用的精密轨道与钟差确定（Orbit Determination and TimeSynchronization，ODTS）体制所估计的精密钟差数据，深入分析评估了北斗三号在轨原子钟服务性能。基于本文试验数据的研究结果表明，三种钟差确定体制评估的频率准确度和漂移率结果基本一致，所有卫星频率准确度在（-4~2）×10-11范围以内，氢钟频率准确度优于铷钟，ISL钟差评估的频率漂移率精度略优于ODTS。在评估原子钟稳定度方面，三种钟差确定体制各有优势。短期稳定度方面，ODTS钟差评估优于ISL钟差，基于ODTS评估的3000 s稳定度可达3×10-14，且氢钟的短期稳定性优于铷钟。中长期稳定度方面，当平滑时间大于1×104s时，采用ISL体制的钟差评价中长期稳定度更接近于北斗三号星载原子钟的实际情况。对于7天以上的长期稳定度评估，基于TWTT的广播钟差评估结果接近于ISL，可用于快速评估。
全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）星载原子钟性能的优劣直接影响GNSS观测信号质量、测距精度、钟差预报与卫星自主导航能力，从而间接影响整个导航系统的服务性能。本文结合北斗三号系统独特的星间链路（Inter-Satellite Link，ISL）和星地时间双向比对（Two-WayTime Transfer，TWTT）体制以及常用的精密轨道与钟差确定（Orbit Determination and TimeSynchronization，ODTS）体制所估计的精密钟差数据，深入分析评估了北斗三号在轨原子钟服务性能。基于本文试验数据的研究结果表明，三种钟差确定体制评估的频率准确度和漂移率结果基本一致，所有卫星频率准确度在（-4~2）×10-11范围以内，氢钟频率准确度优于铷钟，ISL钟差评估的频率漂移率精度略优于ODTS。在评估原子钟稳定度方面，三种钟差确定体制各有优势。短期稳定度方面，ODTS钟差评估优于ISL钟差，基于ODTS评估的3000 s稳定度可达3×10-14，且氢钟的短期稳定性优于铷钟。中长期稳定度方面，当平滑时间大于1×104s时，采用ISL体制的钟差评价中长期稳定度更接近于北斗三号星载原子钟的实际情况。对于7天以上的长期稳定度评估，基于TWTT的广播钟差评估结果接近于ISL，可用于快速评估。
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doi:10.13203/j.whugis20210133
摘要:
区域对象的可视查询是沿着区域视线方向剔除三维空间数据中一些表面被遮挡住而导致不可见的数据，从而提高大规模三维场景的可视渲染效率。针对传统区域可视查询视点空间划分粒度细、计算难度大的现状，本文提出了一种基于映射-归约的分布式可视查询方法。在映射函数中，按照三维对象的空间分布规律构建层级轴对齐包围盒，以轴对齐包围盒为视点空间划分区，将可视域范围内三维对象发送至规约函数中进行可视判断。在规约函数中，利用平面拆分后射线求交方法，通过构建二叉空间分割树计算每一视点空间划分区的潜在可视集，从而实现三维空间对象的分布式可视查询。本文将此方法用于深圳市20多万个三维空间对象的可视查询实验中，从数据量、划分粒度和并行度等角度验证了算法的可行性和有效性。
区域对象的可视查询是沿着区域视线方向剔除三维空间数据中一些表面被遮挡住而导致不可见的数据，从而提高大规模三维场景的可视渲染效率。针对传统区域可视查询视点空间划分粒度细、计算难度大的现状，本文提出了一种基于映射-归约的分布式可视查询方法。在映射函数中，按照三维对象的空间分布规律构建层级轴对齐包围盒，以轴对齐包围盒为视点空间划分区，将可视域范围内三维对象发送至规约函数中进行可视判断。在规约函数中，利用平面拆分后射线求交方法，通过构建二叉空间分割树计算每一视点空间划分区的潜在可视集，从而实现三维空间对象的分布式可视查询。本文将此方法用于深圳市20多万个三维空间对象的可视查询实验中，从数据量、划分粒度和并行度等角度验证了算法的可行性和有效性。
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doi:10.13203/j.whugis20210237
摘要:
随全球气候变化，高位崩塌灾害频发，造成了巨大人员伤亡与财产损失。然而，当前崩塌模拟软件尚存明显的不足，如地形精度较低、未考虑岩体结构特征及无法实现块体运动过程中碰撞碎裂等现象，且利用中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）的运算效率较低也限制了模拟的崩塌规模。为此，急需一种能更真实反映崩塌运动过程的快速模拟方法。本文利用无人机摄影技术，结合现场调查，提取危岩岩体结构特征，建立精细化的崩塌地质-力学模型；利用集成PhysX物理引擎与中央处理器-图形处理器（Central Processing Unit-Graphics Processing Unit，CPU-GPU）并行计算能力的Unity3D平台，研发了大规模崩塌运动过程模拟软件，再现崩塌坠落-撞击-碎裂-堆积的全过程；系统可输出崩塌三维运动轨迹、速度、能量及弹跳高度，为崩塌防治设计提供依据。以贵州纳雍谢家岩崩塌为原型案例，开展崩塌运动过程三维模拟与验证，模拟结果显示落石堆积范围与现场调查坡底落石堆积范围较吻合，单体块石运动特征符合现实规律，表明本方法的可行性与实用性。
随全球气候变化，高位崩塌灾害频发，造成了巨大人员伤亡与财产损失。然而，当前崩塌模拟软件尚存明显的不足，如地形精度较低、未考虑岩体结构特征及无法实现块体运动过程中碰撞碎裂等现象，且利用中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）的运算效率较低也限制了模拟的崩塌规模。为此，急需一种能更真实反映崩塌运动过程的快速模拟方法。本文利用无人机摄影技术，结合现场调查，提取危岩岩体结构特征，建立精细化的崩塌地质-力学模型；利用集成PhysX物理引擎与中央处理器-图形处理器（Central Processing Unit-Graphics Processing Unit，CPU-GPU）并行计算能力的Unity3D平台，研发了大规模崩塌运动过程模拟软件，再现崩塌坠落-撞击-碎裂-堆积的全过程；系统可输出崩塌三维运动轨迹、速度、能量及弹跳高度，为崩塌防治设计提供依据。以贵州纳雍谢家岩崩塌为原型案例，开展崩塌运动过程三维模拟与验证，模拟结果显示落石堆积范围与现场调查坡底落石堆积范围较吻合，单体块石运动特征符合现实规律，表明本方法的可行性与实用性。
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doi:10.13203/j.whugis20210209
摘要:
为了探究新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）期间人类活动减少对我国空气质量影响，分析了气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）、大气可降水量（Precipitable Water Vapor，PWV）和气温（Temperature，T）的时空异常变化，揭示了人类活动对空气质量的影响。首先，与全球自动观测网（Aerosol Robotic Network，AERONET）提供的AOD和无线电探空仪提供的PWV和T数据对比，验证使用的AOD、PWV和T的精度。然后，分析周末与周内期间AOD、PWV和T的长时序变化趋势，发现人类活动对空气质量有一定影响。其次，研究COVID-19期间AOD、PWV和T的时空变化，证实人类活动与空气质量有较好的相关性。最后，选取中国184个不同等级的城市进一步分析，确定人口密度对AOD、PWV和T的影响程度，进一步揭示了人类活动与空气质量的具体响应关系。
为了探究新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）期间人类活动减少对我国空气质量影响，分析了气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）、大气可降水量（Precipitable Water Vapor，PWV）和气温（Temperature，T）的时空异常变化，揭示了人类活动对空气质量的影响。首先，与全球自动观测网（Aerosol Robotic Network，AERONET）提供的AOD和无线电探空仪提供的PWV和T数据对比，验证使用的AOD、PWV和T的精度。然后，分析周末与周内期间AOD、PWV和T的长时序变化趋势，发现人类活动对空气质量有一定影响。其次，研究COVID-19期间AOD、PWV和T的时空变化，证实人类活动与空气质量有较好的相关性。最后，选取中国184个不同等级的城市进一步分析，确定人口密度对AOD、PWV和T的影响程度，进一步揭示了人类活动与空气质量的具体响应关系。
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doi:10.13203/j.whugis20200115
摘要:
基于GNSS/INS的组合导航系统，可以为车载运动提供连续且高精度的定位信息。然而，在车载消费级GNSS/INS组合导航方案中，较长时间的GNSS定位信息缺失，会导致定位精度迅速下降，这种情况在城市行车环境中尤为常见。因此，设计了一种长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）辅助的基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter，EKF）的GNSS/INS组合导航方案。LSTM在有GNSS定位环境下，学习组合导航系统的误差与INS解算结果之间的数学关系，在无GNSS定位环境下，对组合导航系统的误差状态进行预测与校正，进而达到提高定位精度的目的。实验结果显示在GNSS定位信息缺失时长15秒时，基于EKF的GNSS/INS组合导航系统的北向误差达到1.93米，东向误差达到13.92米，基于LSTM-EKF的组合导航系统北向误差为1.17米，东向误差为0.84米，定位精度大幅提升。
基于GNSS/INS的组合导航系统，可以为车载运动提供连续且高精度的定位信息。然而，在车载消费级GNSS/INS组合导航方案中，较长时间的GNSS定位信息缺失，会导致定位精度迅速下降，这种情况在城市行车环境中尤为常见。因此，设计了一种长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）辅助的基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter，EKF）的GNSS/INS组合导航方案。LSTM在有GNSS定位环境下，学习组合导航系统的误差与INS解算结果之间的数学关系，在无GNSS定位环境下，对组合导航系统的误差状态进行预测与校正，进而达到提高定位精度的目的。实验结果显示在GNSS定位信息缺失时长15秒时，基于EKF的GNSS/INS组合导航系统的北向误差达到1.93米，东向误差达到13.92米，基于LSTM-EKF的组合导航系统北向误差为1.17米，东向误差为0.84米，定位精度大幅提升。
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doi:10.13203/j.whugis20210192
摘要:
传统基于遥感的气温反演方法往往使用全局模型，从而忽略了气温分布及其时空影响异质性，特别是在较大区域尺度的研究中存在不足。本文针对长江经济带区域，引入时空地理加权神经网络模型，建立一种高精度的气温估计方法。通过在广义回归网络模型中建立局部模型来顾及时空异质性的影响，融合遥感数据、同化数据、站点数据，获取面域分布的近地表气温信息。采用基于站点的十折交叉验证方法对模型性能进行评估，结果表明：时空地理加权神经网络有效提高了气温估计的精度（RMSE=1.899℃，MAE=1.310℃，R=0.976），与多元线性回归和传统的全局神经网络方法相比，MAE值分别降低了1.112℃和0.378℃。气温空间分布制图结果显示，本文方法结果能很好地反映长江经济带气温空间上的差异和不同季节的特征信息，具有实际应用价值。
传统基于遥感的气温反演方法往往使用全局模型，从而忽略了气温分布及其时空影响异质性，特别是在较大区域尺度的研究中存在不足。本文针对长江经济带区域，引入时空地理加权神经网络模型，建立一种高精度的气温估计方法。通过在广义回归网络模型中建立局部模型来顾及时空异质性的影响，融合遥感数据、同化数据、站点数据，获取面域分布的近地表气温信息。采用基于站点的十折交叉验证方法对模型性能进行评估，结果表明：时空地理加权神经网络有效提高了气温估计的精度（RMSE=1.899℃，MAE=1.310℃，R=0.976），与多元线性回归和传统的全局神经网络方法相比，MAE值分别降低了1.112℃和0.378℃。气温空间分布制图结果显示，本文方法结果能很好地反映长江经济带气温空间上的差异和不同季节的特征信息，具有实际应用价值。
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doi:10.13203/j.whugis20200567
摘要:
点云具有数据量大、无拓扑结构等特点，现有的深度学习语义分割模型难以充分挖掘大范围邻域内点云中所隐藏的几何特征。为此，提出一种基于空洞邻域并结合角度等几何特征作为模型输入的点云语义分割模型。首先，在局部邻域构建过程中，将图像处理的空洞卷积操作扩展至点云，建立空洞领域结构，以扩大感受野。其次，在特征提取过程中，采用中心点与邻域点之间相对坐标、距离、角度等基本几何特征作为模型输入，最大程度挖掘邻域内的几何特征。最后，基于本文提出的邻域结构与特征提取算法构建了点云语义分割模型。采用Semantic3D数据集进行实验验证，结果表明：本文提出的模型分割效果优于对比的点云语义分割算法，空洞邻域与局部几何输入特征能够有效改善点云语义模型的性能。
点云具有数据量大、无拓扑结构等特点，现有的深度学习语义分割模型难以充分挖掘大范围邻域内点云中所隐藏的几何特征。为此，提出一种基于空洞邻域并结合角度等几何特征作为模型输入的点云语义分割模型。首先，在局部邻域构建过程中，将图像处理的空洞卷积操作扩展至点云，建立空洞领域结构，以扩大感受野。其次，在特征提取过程中，采用中心点与邻域点之间相对坐标、距离、角度等基本几何特征作为模型输入，最大程度挖掘邻域内的几何特征。最后，基于本文提出的邻域结构与特征提取算法构建了点云语义分割模型。采用Semantic3D数据集进行实验验证，结果表明：本文提出的模型分割效果优于对比的点云语义分割算法，空洞邻域与局部几何输入特征能够有效改善点云语义模型的性能。
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doi:10.13203/j.whugis20200577
摘要:
北斗三号系统（BDS-3）的信号体制经过重新设计，提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。本文从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层组合（Geometry-Free Ionosphere-Free，GFIF）观测值特性等方面，对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明，BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号（BDS-2）卫星且未发现与高度角相关的系统偏差，B1C受多路径及噪声的影响更为显著；不同信号组合的GFIF序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差，峰值约为2cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨（Precise Orbit Determination，POD），分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合，使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）进行轨道精度检核，结果表明，在可用观测数少于B1I&B3I的情况下，B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平，轨道径向的内符合精度分别为6.1cm，6.6cm。
北斗三号系统（BDS-3）的信号体制经过重新设计，提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。本文从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层组合（Geometry-Free Ionosphere-Free，GFIF）观测值特性等方面，对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明，BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号（BDS-2）卫星且未发现与高度角相关的系统偏差，B1C受多路径及噪声的影响更为显著；不同信号组合的GFIF序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差，峰值约为2cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨（Precise Orbit Determination，POD），分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合，使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）进行轨道精度检核，结果表明，在可用观测数少于B1I&B3I的情况下，B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平，轨道径向的内符合精度分别为6.1cm，6.6cm。
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doi:10.13203/j.whugis20210353
摘要:
针对基于YOLOv3模型的侧扫声纳沉船目标检测方法存在小目标漏警率高、模型权重大、检测速度未能满足实时性需求等问题，引入YOLOv5算法并根据数据集特点，提出基于YOLOv5模型的侧扫声纳海底沉船目标检测方法。在YOLOv5基础框架下尝试YOLOv5a、YOLOv5b、YOLOv5c、YOLOv5d、YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv5l和YOLOv5x八种不同深度和宽度的模型结构，并选择最优的结构，使用GA+K（Genetic Algorithm+K-mean）算法优化检测框，通过CIOU_Loss对损失函数进行改进。实验结果表明，改进的YOLOv5a模型在AP_0.5和AP_0.5-0.9较原始模型提高了0.3%和0.6%，较YOLOv3模型有了全面大幅提升，其中AP_0.5和AP_0.5-0.9分别提高了4.2%和6.1%，检测速度达到426帧/秒，提升了几乎一倍，更加益于实际应用和工程部署。
针对基于YOLOv3模型的侧扫声纳沉船目标检测方法存在小目标漏警率高、模型权重大、检测速度未能满足实时性需求等问题，引入YOLOv5算法并根据数据集特点，提出基于YOLOv5模型的侧扫声纳海底沉船目标检测方法。在YOLOv5基础框架下尝试YOLOv5a、YOLOv5b、YOLOv5c、YOLOv5d、YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv5l和YOLOv5x八种不同深度和宽度的模型结构，并选择最优的结构，使用GA+K（Genetic Algorithm+K-mean）算法优化检测框，通过CIOU_Loss对损失函数进行改进。实验结果表明，改进的YOLOv5a模型在AP_0.5和AP_0.5-0.9较原始模型提高了0.3%和0.6%，较YOLOv3模型有了全面大幅提升，其中AP_0.5和AP_0.5-0.9分别提高了4.2%和6.1%，检测速度达到426帧/秒，提升了几乎一倍，更加益于实际应用和工程部署。
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doi:10.13203/j.whugis20200600
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不可移动文物作为文化遗产中极为重要的组成部分，所面临的暴雨洪涝灾害风险正不断升高。针对不可移动文物暴雨洪涝灾害风险防范需求，以福建省18个县（市）的24处国保古遗址为例，基于自然灾害风险评估理论，采用指标体系法从致灾因子、孕灾环境及文物本体3个方面构建了不可移动文物季节性暴雨洪涝灾害风险评估方法。结果表明：风险评估结果能很好地反映出暴雨洪涝灾害的季节性差异，说明该评估方法具有可行性；福建省第二季度暴雨洪涝危险性最高，其次为第一和第三季度，不同季度危险性空间分布存在明显差异；第一、二季度沿海和北部县域的国保古遗址暴雨洪涝风险高，中部县域风险较低；第三、四季度风险整体为沿海高、内陆低。暴雨洪涝灾害风险季节性差异结果可为不可移动文物防灾减灾规划与监测防范措施提供科学参考。
不可移动文物作为文化遗产中极为重要的组成部分，所面临的暴雨洪涝灾害风险正不断升高。针对不可移动文物暴雨洪涝灾害风险防范需求，以福建省18个县（市）的24处国保古遗址为例，基于自然灾害风险评估理论，采用指标体系法从致灾因子、孕灾环境及文物本体3个方面构建了不可移动文物季节性暴雨洪涝灾害风险评估方法。结果表明：风险评估结果能很好地反映出暴雨洪涝灾害的季节性差异，说明该评估方法具有可行性；福建省第二季度暴雨洪涝危险性最高，其次为第一和第三季度，不同季度危险性空间分布存在明显差异；第一、二季度沿海和北部县域的国保古遗址暴雨洪涝风险高，中部县域风险较低；第三、四季度风险整体为沿海高、内陆低。暴雨洪涝灾害风险季节性差异结果可为不可移动文物防灾减灾规划与监测防范措施提供科学参考。
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doi:10.13203/j.whugis20200714
摘要:
BDS-3于2020年7月31日正式开通全球服务，为详细评估BDS-3全球定位性能，以全球16个MGEX跟踪站多天实测数据为基础。采用Net_Diff软件进行了全球范围内BDS-3单频、双频无电离层组合与双频非组合模型下双频、三频非组合模型和三频无电离层两两组合模型三频伪距单点定位解算试验，并与GPS、Galileo部分频率进行对比。试验结果表明，在亚欧非地区BDS-3卫星数与空间几何构型优于GPS和Galileo，对于BDS-3单频伪距单点定位，B1C、B1I、B2a、B3I四个频率E方向精度优于0.5 m，N方向精度优于1 m，U方向精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1C>B1I>L1>B3I> B2a> E1>L2>E5a。对于BDS-3双频组合伪距单点定位，B2aB3I组合定位较差，不适合进行定位，B1CB2a、B1CB3I、B1IB2a、B1IB3I组合频率E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为：B1CB2a>B1CB3I> L1L2> B1IB3I> B1IB2a> E1E5a> B2aB3I。对于BDS-3三频组合伪距单点定位，B1IB2aB3I、B1CB2aB3I组合E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1CB2aB3I> B1IB2aB3I> L1L2L2> E1E5aE5b。B1CB3I、B1IB3I、B1CB2a、B1IB2a双频组合适合利用非组合模型进行定位，B2aB3I适合利用无电离层模型进行定位，B1IB2aB3I和B1CB2aB3I适合利用非组合模型定位。结合实验结果可知，BDS-3在全球范围内定位性能较优，甚至部分频率定位性能优于GPS和Galileo，可为今后BDS-3相关研究提供一定参考。
BDS-3于2020年7月31日正式开通全球服务，为详细评估BDS-3全球定位性能，以全球16个MGEX跟踪站多天实测数据为基础。采用Net_Diff软件进行了全球范围内BDS-3单频、双频无电离层组合与双频非组合模型下双频、三频非组合模型和三频无电离层两两组合模型三频伪距单点定位解算试验，并与GPS、Galileo部分频率进行对比。试验结果表明，在亚欧非地区BDS-3卫星数与空间几何构型优于GPS和Galileo，对于BDS-3单频伪距单点定位，B1C、B1I、B2a、B3I四个频率E方向精度优于0.5 m，N方向精度优于1 m，U方向精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1C>B1I>L1>B3I> B2a> E1>L2>E5a。对于BDS-3双频组合伪距单点定位，B2aB3I组合定位较差，不适合进行定位，B1CB2a、B1CB3I、B1IB2a、B1IB3I组合频率E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为：B1CB2a>B1CB3I> L1L2> B1IB3I> B1IB2a> E1E5a> B2aB3I。对于BDS-3三频组合伪距单点定位，B1IB2aB3I、B1CB2aB3I组合E方向和N方向定位精度优于1 m，U方向定位精度优于2 m，与GPS和Galileo对比定位精度关系为： B1CB2aB3I> B1IB2aB3I> L1L2L2> E1E5aE5b。B1CB3I、B1IB3I、B1CB2a、B1IB2a双频组合适合利用非组合模型进行定位，B2aB3I适合利用无电离层模型进行定位，B1IB2aB3I和B1CB2aB3I适合利用非组合模型定位。结合实验结果可知，BDS-3在全球范围内定位性能较优，甚至部分频率定位性能优于GPS和Galileo，可为今后BDS-3相关研究提供一定参考。
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doi:10.13203/j.whugis20210147
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针对单直线几何属性的弱稳定性及非“一对一”匹配结果难以检核问题，提出一种结合线对几何特征及单线描述符约束的直线匹配算法。所提算法将邻域内满足一定几何条件约束的两直线构建线对，作为一个整体进行匹配。匹配过程中首先利用线对中两直线交点的核线约束匹配候选范围，然后逐一采用线对内角度、线段间距离比、线对邻域辐射信息三种属性特征对匹配候选进行筛选，最后根据三角形区域灰度相似性确定最终匹配对。检核过程中首先根据直线与核线夹角及直线斜率建立同名线对中单直线的对应关系，然后每组同名线对分裂得到两组同名直线，在此基础上对应地建立两直线梯度描述符并计算两直线描述符间的相似性，最后结合共线几何和描述符相似性对匹配结果进行检核，剔除错误匹配，并对结果中的共线直线进行合并，得到“一对一”的同名直线。选取典型纹理特征的航空影像和不同变换类型的近景影像进行参数分析及直线匹配实验，实验结果表明，所提算法匹配正确率较高，在纹理相似、视角变化、旋转变化、尺度变化、光照变化的复杂场景下匹配正确率均高于95%，具有较好的鲁棒性，且可有效解决因直线断裂等原因造成的复杂匹配关系难以检核问题。
针对单直线几何属性的弱稳定性及非“一对一”匹配结果难以检核问题，提出一种结合线对几何特征及单线描述符约束的直线匹配算法。所提算法将邻域内满足一定几何条件约束的两直线构建线对，作为一个整体进行匹配。匹配过程中首先利用线对中两直线交点的核线约束匹配候选范围，然后逐一采用线对内角度、线段间距离比、线对邻域辐射信息三种属性特征对匹配候选进行筛选，最后根据三角形区域灰度相似性确定最终匹配对。检核过程中首先根据直线与核线夹角及直线斜率建立同名线对中单直线的对应关系，然后每组同名线对分裂得到两组同名直线，在此基础上对应地建立两直线梯度描述符并计算两直线描述符间的相似性，最后结合共线几何和描述符相似性对匹配结果进行检核，剔除错误匹配，并对结果中的共线直线进行合并，得到“一对一”的同名直线。选取典型纹理特征的航空影像和不同变换类型的近景影像进行参数分析及直线匹配实验，实验结果表明，所提算法匹配正确率较高，在纹理相似、视角变化、旋转变化、尺度变化、光照变化的复杂场景下匹配正确率均高于95%，具有较好的鲁棒性，且可有效解决因直线断裂等原因造成的复杂匹配关系难以检核问题。
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doi:10.13203/j.whugis20200530
摘要:
全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的有效解决方案。六边形格网具有一致相邻的几何特性，在许多领域得到应用，格网系统单元层次关系及全球统一编码运算是研究难点。本文根据四孔六边形剖分特点，提出封闭二十面体表面的一致瓦片层次结构；借助复进制数建立一致瓦片层次结构的编码数学模型，并等价设计全球统一编码运算、编码邻近查询、编码与地理坐标转换等算法。与同类成果相比，本文方案瓦片具有一致性且数量更少，算法复杂度低；层次结构的原理简明易懂，计算机执行效率高。对比实验结果表明，一致瓦片层次结构的编码与地理坐标转换平均效率分别约是同类成果的2.74、1.73倍，编码邻近查询平均效率约是其7.46倍，且随着格网层次升高效率优势更显著。本文研究成果有望为多源对地观测数据统一组织管理、处理分析提供理论和技术支撑。
全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的有效解决方案。六边形格网具有一致相邻的几何特性，在许多领域得到应用，格网系统单元层次关系及全球统一编码运算是研究难点。本文根据四孔六边形剖分特点，提出封闭二十面体表面的一致瓦片层次结构；借助复进制数建立一致瓦片层次结构的编码数学模型，并等价设计全球统一编码运算、编码邻近查询、编码与地理坐标转换等算法。与同类成果相比，本文方案瓦片具有一致性且数量更少，算法复杂度低；层次结构的原理简明易懂，计算机执行效率高。对比实验结果表明，一致瓦片层次结构的编码与地理坐标转换平均效率分别约是同类成果的2.74、1.73倍，编码邻近查询平均效率约是其7.46倍，且随着格网层次升高效率优势更显著。本文研究成果有望为多源对地观测数据统一组织管理、处理分析提供理论和技术支撑。
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doi:10.13203/j.whugis20200633
摘要:
国家公园的土地覆盖分类对于掌握自然资源现状、查明存在的生态安全威胁并快速应对具有基础性数据支撑作用。本文基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）平台，结合哨兵（Sentinel）主被动遥感数据及其导出的光谱指数、纹理特征和地形特征，分别采用基于像元的随机森林（random forest，RF）算法和面向对象的简单非迭代聚类（simple non-iterative clustering，SNIC）+RF算法实现了钱江源国家公园异质性景观的土地覆盖（耕地、森林、草地、水体、人造地表和裸地）分类。经地面验证表明，在多种输入数据组合中，基于像元和面向对象方法分类获得的最高总体精度分别为92.37%和93.98%。合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据的纳入能够提高基于像元方法的分类精度，但在面向对象方法中未能体现精度提升效果。SNIC+RF算法生成的土地覆盖分类图完整性更好，所需特征数量较少，并且算法能够在GEE环境下快速执行，适合推广应用于国家公园管理实践中。
国家公园的土地覆盖分类对于掌握自然资源现状、查明存在的生态安全威胁并快速应对具有基础性数据支撑作用。本文基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）平台，结合哨兵（Sentinel）主被动遥感数据及其导出的光谱指数、纹理特征和地形特征，分别采用基于像元的随机森林（random forest，RF）算法和面向对象的简单非迭代聚类（simple non-iterative clustering，SNIC）+RF算法实现了钱江源国家公园异质性景观的土地覆盖（耕地、森林、草地、水体、人造地表和裸地）分类。经地面验证表明，在多种输入数据组合中，基于像元和面向对象方法分类获得的最高总体精度分别为92.37%和93.98%。合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据的纳入能够提高基于像元方法的分类精度，但在面向对象方法中未能体现精度提升效果。SNIC+RF算法生成的土地覆盖分类图完整性更好，所需特征数量较少，并且算法能够在GEE环境下快速执行，适合推广应用于国家公园管理实践中。
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doi:10.13203/j.whugis20200688
摘要:
后向散射系数（sigma0）是卫星雷达高度计的观测量之一，在地表状态监测、积雪冰层厚度反演、卫星测高定标与验证等过程中广泛应用。根据Jason-2测高卫星Geophysical Data Record（GDR）数据分离出青藏高原Ku波段的sigma0数据，以GlobeLand30 2020版本地表数据作为分类基础，通过经纬度数据对sigma0赋予地表属性，获取不同种类地表特征对应sigma0数据在2008年12月到2016年9月期间的时变序列，利用奇异谱分析原理提取识别出不同地表属性中sigma0的趋势和周期项信息，并对周期项结果进行快速傅里叶变换分析。结果表明：水体、湿地区域对应的sigma0数值较高，冰川和永久积雪区域对应的sigma0数值较低。整个区域sigma0存在多种周期信号，人造地表、裸地、灌木地区域类型的地表性质稳定，区域对应的sigma0周期不显著。其余区域sigma0的变化具有显著的周年和半年周期，且变化振幅不一致，各个区域对应的sigma0趋势变化有所差异。
后向散射系数（sigma0）是卫星雷达高度计的观测量之一，在地表状态监测、积雪冰层厚度反演、卫星测高定标与验证等过程中广泛应用。根据Jason-2测高卫星Geophysical Data Record（GDR）数据分离出青藏高原Ku波段的sigma0数据，以GlobeLand30 2020版本地表数据作为分类基础，通过经纬度数据对sigma0赋予地表属性，获取不同种类地表特征对应sigma0数据在2008年12月到2016年9月期间的时变序列，利用奇异谱分析原理提取识别出不同地表属性中sigma0的趋势和周期项信息，并对周期项结果进行快速傅里叶变换分析。结果表明：水体、湿地区域对应的sigma0数值较高，冰川和永久积雪区域对应的sigma0数值较低。整个区域sigma0存在多种周期信号，人造地表、裸地、灌木地区域类型的地表性质稳定，区域对应的sigma0周期不显著。其余区域sigma0的变化具有显著的周年和半年周期，且变化振幅不一致，各个区域对应的sigma0趋势变化有所差异。
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doi:10.13203/j.whugis20200699
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地形简化算法利用少量有效的地形信息表达整体地形，能很好地解决海量地形数据与计算机硬件之间的矛盾，同时能满足多尺度地形应用需求。针对现有地形简化算法难以兼顾局部地形起伏与地形整体特征的问题，提出一种基于质心Voronoi图的地形自适应简化算法。首先利用质心Voronoi图的特点，以地形起伏度作为密度函数生成质心Voronoi图，然后利用分布在地形起伏较大区域的质心Voronoi图种子点及大多分布在地形特征线上的Voronoi区域顶点重构地形，最后通过原始地形与重构地形的特征线验证地形简化的效果，并与三维道格拉斯-普克（Douglas-Peucker）算法进行精度对比。实验结果表明，本文算法能较好地保持地形特征，可以通过较少的点来表达整体地形，且精度高于三维道格拉斯-普克算法。
地形简化算法利用少量有效的地形信息表达整体地形，能很好地解决海量地形数据与计算机硬件之间的矛盾，同时能满足多尺度地形应用需求。针对现有地形简化算法难以兼顾局部地形起伏与地形整体特征的问题，提出一种基于质心Voronoi图的地形自适应简化算法。首先利用质心Voronoi图的特点，以地形起伏度作为密度函数生成质心Voronoi图，然后利用分布在地形起伏较大区域的质心Voronoi图种子点及大多分布在地形特征线上的Voronoi区域顶点重构地形，最后通过原始地形与重构地形的特征线验证地形简化的效果，并与三维道格拉斯-普克（Douglas-Peucker）算法进行精度对比。实验结果表明，本文算法能较好地保持地形特征，可以通过较少的点来表达整体地形，且精度高于三维道格拉斯-普克算法。
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doi:10.13203/j.whugis20200328
摘要:
抽样检验是测绘成果质量检验的基本方法，抽样方案与被检成果质量水平的匹配程度直接决定抽样检验的效果。本文针对抽样方案的适用性和有效性评价问题，提出了计数型抽样方案的质量不确定性区间（QUI）的概念，并以给定概率水平条件下的质量不确定区间的长度评价抽样方案的适用性和有效性，能够比较客观反映抽样方案的两类风险程度。通过对4个典型的测绘成果质量检验的抽样方案和6个仿真的抽样方案的数值计算和分析，验证了本文方法的正确性和合理性，结果显示该方法不仅适用于测绘地理数据的统计分析和成果质量检验，还可用于各种计数型抽样方案设计和两类风险控制。
抽样检验是测绘成果质量检验的基本方法，抽样方案与被检成果质量水平的匹配程度直接决定抽样检验的效果。本文针对抽样方案的适用性和有效性评价问题，提出了计数型抽样方案的质量不确定性区间（QUI）的概念，并以给定概率水平条件下的质量不确定区间的长度评价抽样方案的适用性和有效性，能够比较客观反映抽样方案的两类风险程度。通过对4个典型的测绘成果质量检验的抽样方案和6个仿真的抽样方案的数值计算和分析，验证了本文方法的正确性和合理性，结果显示该方法不仅适用于测绘地理数据的统计分析和成果质量检验，还可用于各种计数型抽样方案设计和两类风险控制。
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doi:10.13203/j.whugis20200510
摘要:
频谱分析是以波数为自变量，对位场异常频谱进行分析研究，从而解决实际工作中异常转换、滤波、正反演等问题。位场的频谱特征包含了地下地层的空间分布、岩性及构造特征，有助于地球物理资料的解释、分析，为进一步了解研究区域概况提供信息。位场异常谱中的振幅谱与地下地质体的埋深、宽度与物性都有直接的关系；相位谱反映了地下地质体水平位置与倾角的信息。本文计算了多种类型模型的频谱曲线，分析频谱曲线特征，并详细说明了模型参数变化对频谱曲线的影响；文中阐述了振幅谱反演、相位谱反演方法，并提出了频率域联合反演方法，精确地反演模型的几何参数。将该方法应用于武清凹陷地层分析，反演得到了两条观测剖面目标层深度和宽度，与实测地震资料对比，显示出较好的反演结果。
频谱分析是以波数为自变量，对位场异常频谱进行分析研究，从而解决实际工作中异常转换、滤波、正反演等问题。位场的频谱特征包含了地下地层的空间分布、岩性及构造特征，有助于地球物理资料的解释、分析，为进一步了解研究区域概况提供信息。位场异常谱中的振幅谱与地下地质体的埋深、宽度与物性都有直接的关系；相位谱反映了地下地质体水平位置与倾角的信息。本文计算了多种类型模型的频谱曲线，分析频谱曲线特征，并详细说明了模型参数变化对频谱曲线的影响；文中阐述了振幅谱反演、相位谱反演方法，并提出了频率域联合反演方法，精确地反演模型的几何参数。将该方法应用于武清凹陷地层分析，反演得到了两条观测剖面目标层深度和宽度，与实测地震资料对比，显示出较好的反演结果。
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doi:10.13203/j.whugis20200281
摘要:
相较于传统单极化SAR，全极化SAR（polarimetric synthetic aperture radar，PolSAR）能够获取更加丰富的地物目标极化散射信息，更全面地描述目标的几何物理特征。为了充分利用地物目标的极化散射信息，基于复Wishart分布的极化似然比检验原理（polarimetric likelihood ratio test，PolLRT），构建了极化似然比统计量来准确评价主从影像块之间的相似性。相比传统极化SAR偏移量跟踪方法而言，该方法不仅考虑了同种极化方式间的互相关信息，而且考虑了不同极化方式间的互相关信息，提高了极化信息匹配性能。最后，通过覆盖美国科罗拉多州Slumgullion滑坡的全极化UAVSAR（unmanned aerial vehicle SAR，UAVSAR）数据来开展实验，实验结果表明，算法具有更高的形变提取精度，并且在不同匹配窗口参数下表现出更加稳健的形变提取性能。
相较于传统单极化SAR，全极化SAR（polarimetric synthetic aperture radar，PolSAR）能够获取更加丰富的地物目标极化散射信息，更全面地描述目标的几何物理特征。为了充分利用地物目标的极化散射信息，基于复Wishart分布的极化似然比检验原理（polarimetric likelihood ratio test，PolLRT），构建了极化似然比统计量来准确评价主从影像块之间的相似性。相比传统极化SAR偏移量跟踪方法而言，该方法不仅考虑了同种极化方式间的互相关信息，而且考虑了不同极化方式间的互相关信息，提高了极化信息匹配性能。最后，通过覆盖美国科罗拉多州Slumgullion滑坡的全极化UAVSAR（unmanned aerial vehicle SAR，UAVSAR）数据来开展实验，实验结果表明，算法具有更高的形变提取精度，并且在不同匹配窗口参数下表现出更加稳健的形变提取性能。
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doi:10.13203/j.whugis20210184
摘要:
点云数据的高精度配准是保证空间物体表面三维数据完整性的关键，针对相邻测站点云数据存在位置、姿态和尺度差异的问题，提出一种在点面特征约束下利用对偶四元素描述的点云配准方法。首先利用对偶四元素表示空间相似变换的旋转矩阵和平移向量，在此基础上顾及尺度因子，依据点在平面内和点在平面外分别所构建的向量与平面的法向量之间存在垂直和平行的空间拓扑关系，并以此作为空间相似变换的约束条件，基于最小二乘准则构建平差模型。然后引入Levenberg-Marquardt法解算平差模型，以避免平差处理中可能因初始值的不恰当性，或因雅克比矩阵所构建的实对称矩阵接近奇异时而导致迭代不收敛。最后，通过两组实验与现有方法进行对比分析，实验结果表明：在点面特征约束下顾及尺度因子且利用对偶四元素实现空间相似变换的方法具有较强的实用价值。
点云数据的高精度配准是保证空间物体表面三维数据完整性的关键，针对相邻测站点云数据存在位置、姿态和尺度差异的问题，提出一种在点面特征约束下利用对偶四元素描述的点云配准方法。首先利用对偶四元素表示空间相似变换的旋转矩阵和平移向量，在此基础上顾及尺度因子，依据点在平面内和点在平面外分别所构建的向量与平面的法向量之间存在垂直和平行的空间拓扑关系，并以此作为空间相似变换的约束条件，基于最小二乘准则构建平差模型。然后引入Levenberg-Marquardt法解算平差模型，以避免平差处理中可能因初始值的不恰当性，或因雅克比矩阵所构建的实对称矩阵接近奇异时而导致迭代不收敛。最后，通过两组实验与现有方法进行对比分析，实验结果表明：在点面特征约束下顾及尺度因子且利用对偶四元素实现空间相似变换的方法具有较强的实用价值。
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doi:10.13203/j.whugis20200609
摘要:
个体位置预测在传染病精准防控、公共设施科学规划等应用中具有重要意义。既有位置预测算法主要侧重对个体纵向历史轨迹特征进行挖掘建模，并实现位置预测，对横向相似性用户的规律特性考虑较少。为此，本文基于图卷积（Graph Convolution Network，GCN）和长短期记忆模型（Long Short-Term Memory，LSTM）框架，提出顾及横向相似用户轨迹特征以及纵向历史规律性特征的个体位置预测算法。首先构建用户轨迹相似性算法并筛选高相似度用户，然后利用图卷积模型提取待预测用户相似高的用户轨迹特征，最后利用长短期记忆模型框架，提取历史轨迹特征，并集成相似用户轨迹特征，从而实现个体位置预测。基于某市8万多用户连续4个工作日的数据进行实验，结果表明：本文提出方法的准确率随预测时间步长增加而下降，而夜间预测准确率明显高于白天，但相比于既有模型均有10%以上提高，以15分钟为预测时间步长时，模型准确率达80.45%。
个体位置预测在传染病精准防控、公共设施科学规划等应用中具有重要意义。既有位置预测算法主要侧重对个体纵向历史轨迹特征进行挖掘建模，并实现位置预测，对横向相似性用户的规律特性考虑较少。为此，本文基于图卷积（Graph Convolution Network，GCN）和长短期记忆模型（Long Short-Term Memory，LSTM）框架，提出顾及横向相似用户轨迹特征以及纵向历史规律性特征的个体位置预测算法。首先构建用户轨迹相似性算法并筛选高相似度用户，然后利用图卷积模型提取待预测用户相似高的用户轨迹特征，最后利用长短期记忆模型框架，提取历史轨迹特征，并集成相似用户轨迹特征，从而实现个体位置预测。基于某市8万多用户连续4个工作日的数据进行实验，结果表明：本文提出方法的准确率随预测时间步长增加而下降，而夜间预测准确率明显高于白天，但相比于既有模型均有10%以上提高，以15分钟为预测时间步长时，模型准确率达80.45%。
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doi:10.13203/j.whugis20210008
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宽刈幅高度计仅在星下点携带微波辐射计，使得两侧刈幅内的对流层湿延迟只能采用水汽模型改正或采用星下点实测值替代，导致改正精度较低。本文提出使用最优插值法融合星下点辐射计实测的对流层湿延迟改正值，以提升两侧刈幅内的改正精度，并以SWOT （Surface Water and Ocean Topography）宽刈幅高度计进行了验证。在刈幅内，采用ERA5（ECMWF Re-Analysis 5th Generation）水汽数据计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法减小约40%；采用辐射计实测湿延迟波数谱模拟计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法在各纬度区域均减小达80%。此外，在水汽变化剧烈的情况下，最优插值法的改进效果远优于星下点实测值替代的效果。
宽刈幅高度计仅在星下点携带微波辐射计，使得两侧刈幅内的对流层湿延迟只能采用水汽模型改正或采用星下点实测值替代，导致改正精度较低。本文提出使用最优插值法融合星下点辐射计实测的对流层湿延迟改正值，以提升两侧刈幅内的改正精度，并以SWOT （Surface Water and Ocean Topography）宽刈幅高度计进行了验证。在刈幅内，采用ERA5（ECMWF Re-Analysis 5th Generation）水汽数据计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法减小约40%；采用辐射计实测湿延迟波数谱模拟计算湿延迟改正时，最优插值法融合改进后的残余湿延迟误差较采用星下点实测值替代方法在各纬度区域均减小达80%。此外，在水汽变化剧烈的情况下，最优插值法的改进效果远优于星下点实测值替代的效果。
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创刊于1957年 月刊
ISSN1671-8860
CN42-1676/TN
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