大地测量学与导航

  • 利用UWB/LiDAR里程计的室内高精度定位方法

    徐爱功;张涵;宋佳鹏;隋心;

    针对超宽带(UWB)室内高精度定位中,易受非视距(NLOS)误差而导致定位不连续的问题,该文首先采用小波变换对RTT解算的测距异常值进行削弱,然后将UWB与LiDAR进行组合,综合利用UWB测距值以及LiDAR里程计所提供的距离和角度信息构建量测方程,最后通过扩展卡尔曼滤波进行定位解算。实验结果表明,该文提出的UWB/LiDAR里程计组合定位方法,实现了室内障碍物遮挡情况下的连续高精度定位,定位精度可达到亚分米级。

    2022年02期 v.47;No.284 1-7+38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1269K]
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  • 智能手机BDS/GPS非差RTK定位软件实现及性能分析

    杨航;程鹏飞;徐彦田;刘艳辉;冷宏宇;

    针对当前智能手机终端伪距观测值精度不高和单系统稳定性较差的问题,该文基于安卓(Android)平台开发了一款BDS/GPS融合系统非差RTK定位算法应用程序。该应用程序既可作为手机导航芯片原始观测数据记录软件,也可作为定位算法处理GNSS数据的载体,使终端用户定位方式更加灵活。设计实验对比分析了BDS单系统、GPS单系统、BDS/GPS融合系统静态与动态、实时与事后RTK的手机定位性能。利用应用程序的实测数据进行单基线非差RTK定位解算,验证算法的可行性和可靠性。基于非差RTK的BDS、GPS、BDS/GPS系统研究表明,BDS/GPS融合系统可加快收敛速度且有效提高定位精度,可实现静态实时分米级、事后厘米级定位,动态定位结果优于SPP。

    2022年02期 v.47;No.284 8-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1396K]
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  • BDS-3/GPS/Galileo组合动态差分定位算法研究

    王楚扬;秘金钟;李勇熹;徐彦田;杨航;窦世标;

    为研究北斗三号系统新频点B1C、B2a的双频动态差分定位性能,该文提出一种基于B1C、B2a原始观测值的站间单差模糊度参数的求解方法和实时动态定位获得卡尔曼滤波参数的方法,从而实现北斗三号系统联合全球定位系统(GPS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)的动态差分定位。对在北京房山地区采集的北斗卫星导航系统(BDS)、GPS、Galileo双频短基线数据进行解算,并对比分析了其他不同定位模式的结果。实验表明,利用BDS-3的B1C、B2a频点定位精度达到厘米级,符合动态差分定位的精度要求,组合系统模式的BDS-3+GPS双频、BDS-3+Galileo双频的定位精度与稳定性均优于单系统模式的BDS-3双频,表明系统增加能够提高定位精度与稳定性。

    2022年02期 v.47;No.284 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1404K]
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  • 统计回归分析算法校正AW3D30高程误差适用性研究

    厉鸣;董有福;张丽;

    针对AW3D30在不同区域存在高程误差存在明显差异的问题,该文选取秦岭高山、中山以及低山3个地貌类型区,1∶50 000 DEM作为参考数据,在数据预处理之后,通过提取一定量采样点与验证点及其地形参数和森林覆盖率指数,利用多元回归模型、随机森林和支持向量机算法校正AW3D30高程误差并对其适用性进行探讨。实验结果表明,支持向量机模型对高山区高程误差改正效果最好,可使校正后DEM中误差降低8.57 m,等高线套合匹配效果最理想;在低山区和中山区使用随机森林回归模型能够取得最优效果,改正后的DEM中误差分别降低了12.64 m和9.71 m; 3种模型对于提升AW3D30的高程精度都具有良好效果。

    2022年02期 v.47;No.284 23-30+61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1789K]
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  • 智能手机广域差分定位算法研究

    杨李俊;秘金钟;谷守周;陈秉柱;肖青怀;

    针对当前智能手机原始观测数据不稳定导致实时定位精度不高,且未对电离层延迟进行较好修正等问题,该文研究了2类3种不同芯片智能手机多普勒平滑伪距对实时广域差分定位影响,可改善数据质量,提升定位精度;在此基础上对比了广播电离层参数改正、实时电离层产品、电离层格网预测文件3种电离层产品对手机广域差分定位精度的影响。结果表明,多普勒平滑伪距可提升广域差分定位精度,相较于平滑前二维和三维精度分别提升了49.3%、47.8%;其次,3种电离层改正产品均能不同程度改善Mi8、P30、P40平面与高程精度,其中,电离层格网预测文件提升U方向定位精度最为明显,对Mi8的高程提升了31.3%。

    2022年02期 v.47;No.284 31-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K]
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  • 高斯投影变形优化

    焦晨晨;李松林;张晓平;叶彤;边少锋;

    为了改善高斯投影区域变形问题,该文提出将1减区域最大长度变形的一半作为比例系数,并将其乘以高斯投影公式形成新的割高斯投影。借助计算机代数系统分别推导了割高斯投影优化算法在中低纬度地区和靠近极点地区的长度比公式,分析了比例系数关于纬度和经差的变化趋势以及优化算法在不同区域的变形情况。结果表明,在同一区域内,经差越大纬度越低,则比例系数越小,对长度变形的改善也越明显。并且在与传统高斯投影相同的变形水平下,推导的高斯投影优化公式极大地拓展了带宽,这对高斯投影的工程应用是具有重要意义的。

    2022年02期 v.47;No.284 39-46+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1490K]
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  • 北斗卫星精密产品的评估分析

    李梦梦;李玮;朱松;

    针对多GNSS实验项目(MGEX)分析中心所提供的轨道和钟差产品解算策略各不相同,造成各分析中心产品之间的差异问题,为评估其一致性,本文以BDS为研究对象,对CODE、ESA、GFZ和WHU这4个分析中心2020年全年精密产品分别进行轨道和钟差评估、阿伦方差分析、空间信号测距误差分析以及精密单点定位实验。结果表明:各分析中心BDS-3卫星精密轨道产品的一致性为4~6 cm,精密钟差优于0.15 ns的水平;卫星钟差产品短期稳定性均介于10~(-12)~10~(-13),整体上无显著差异;WHU分析中心的北斗卫星精密产品的空间信号测距误差结果较优;采用GFZ和WHU产品的BDS-2动态精密单点定位在平面和天顶方向分别优于5 cm和15 cm的定位精度。

    2022年02期 v.47;No.284 47-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K]
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  • 消费级惯性传感器动态系统误差分析与建模

    金静雅;朱锋;陶贤露;刘万科;张小红;

    针对传统的系统误差转台标定方法耗时耗力且受限于实验地点的问题,该文从载体运动特征的角度,使用高精度战术级惯性导航设备作为参考,采集车载动态数据,通过传统传感器信号误差模型对消费级低成本惯性导航设备在线标定后,对标定后的观测值残差分别与载体运动角速度、角加速度、角冲击(加速度导数)、线性加速度、线性加速度冲击进行相关性分析,并建立改进模型进行补偿改正。通过车载实测数据分析,表明改进误差模型对误差补偿效果和纯惯导定位效果均优于传统信号误差模型。

    2022年02期 v.47;No.284 55-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1237K]
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摄影测量学与遥感

  • 改进影像匹配点云滤波方法的下沉盆地建模

    何荣;宋庭生;连增增;

    针对受地表植被物候性特征的影响,无人机影像匹配点云所生成DEM精度偏低的问题,该文提出了一种基于坡度阈值和相邻点高差阈值相结合的地面种子点选取方法,改进了移动曲面拟合点云滤波算法。以林南仓煤矿西四采区为例,基于无人机测绘技术获取实验区地表三维点云,结合实测数据,分别采用目视检验、定量评价和DEM精度分析等验证了滤波算法的性能。结果表明,改进算法的滤波总误差平均值为13.43%,在大部分地形条件下滤波效果良好,可有效剔除地表植被点云,提高实验区DEM精度,DEM中误差为±5.9 cm,与真实地形的相关度达到0.998 7。通过改进算法建立的下沉盆地模型能够满足矿区地表变形监测精度要求,可快速求取下沉盆地形态参数。

    2022年02期 v.47;No.284 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1341K]
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  • 一种顾及纹理特征的自适应密集匹配方法

    马东岭;毛力波;吴鼎辉;石壮;

    针对半全局立体匹配(SGM)算法对于弱纹理区域误匹配率较高的问题,该文提出了一种顾及纹理特征的自适应密集匹配方法,也是SGM算法与该文提出的一种跳过噪声点的区域增长自适应窗口匹配算法的结合。首先,以某一待匹配点为中心构建一个一定大小的初始窗口。其次,计算窗口内其余各点与待匹配点灰度差的绝对值之和,根据该值的大小判断纹理丰富程度。然后,根据纹理的丰富程度自适应地选择匹配算法,对于纹理丰富区域,采用SGM算法进行匹配;对于弱纹理区域,则采用该文提出的一种跳过噪声点的区域增长自适应窗口匹配算法。最后,利用Middleburry网站提供的标准测试图像对进行试验分析,结果表明:该算法能在有效提高SGM算法在影像弱纹理区域的匹配精度的同时,降低程序运行的时间,且在一定范围内,图像弱纹理区域占比越大,效果越明显。

    2022年02期 v.47;No.284 70-78+101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1531K]
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  • 采用集成策略的电力线路机载LiDAR点云滤波

    王郑;陈飞;彭超;

    针对单一机载激光雷达点云滤波方法局限性较多的问题,该文在分析了多种常用LiDAR点云滤波算法的基础上,提出了适合复杂电力线路场景的点云滤波方法。该方法将布料模拟方法的地面种子点识别、与渐进加密三角网滤波方法的迭代的地面点判别重新进行了组合。并且,在布料模拟方法的地面种子点识别阶段,进行了两个改进:增加了多尺度、多方向的运算以进一步增加种子点的数量;引入了高程归一化和第二次种子点识别以增加对山地的适应性。利用15景电力线路点云进行试验。试验结果表明,该文提出的滤波方法具有比经典的渐进加密三角网方法更好的滤波效果、更高的滤波精度。

    2022年02期 v.47;No.284 79-84+125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1183K]
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  • 一种改进的无迹信息滤波相位解缠算法

    徐有邈;谢先明;梁峰;宋明辉;曾庆宁;

    针对传统相位解缠算法难以精确解缠低信噪比干涉图的问题,该文提出一种渐消因子调节的无迹信息滤波相位解缠算法。首先建立基于二阶泰勒展开式的状态空间方程,利用修正矩阵束模型梯度估计方法来获取状态空间方程所需要的一阶相位梯度信息与二阶相位梯度信息;其次,把渐消因子引入到无迹信息滤波递推程序中对状态变量预测估计误差方差进行自适应调整,以获得更加稳健的状态估计结果;最后通过堆排序跟踪策略保证无迹信息滤波相位解缠算法沿高质量像元到低质量像元的路径进行解缠。模拟数据以及实测数据实验结果表明该文算法相比于传统算法具有较高的解缠精度,能够获得较好的解缠结果。

    2022年02期 v.47;No.284 85-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2322K]
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  • 轻小型无人机高光谱遥感原始数据存储与验证

    许璐;刘正军;陈一铭;

    高光谱遥感数据具有丰富的信息,但多通道海量光谱信息的存在给原始数据的存储带来了较大的压力。尤其是在轻小型无人机领域的应用中,受搭载平台的制约,无法使用体积与质量过大的存储介质。SD卡是一种体积小、容量大的存储设备,被广泛应用于无人机遥感数据的存储中。但一般的SD卡控制器实际的写入速度为30 MB/s,无法完成高速高光谱数据的采集与存储。针对此问题,该文设计了一种基于Ping-Pong模式的SD3.0控制器,旨在提高原始数据的存储速度与准确性。通过FPGA芯片的控制,多级存储器级联与并联的方案,使存储速率更加接近理论值。地基实验结果表明,系统写入数据准确,速度可接近60 MB/s。此存储方案为无人机平台多源遥感数据存储系统轻小型化提供了技术支撑,成本低,操作便捷,适合实际应用。

    2022年02期 v.47;No.284 95-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1384K]
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  • 附加多视线特征约束的城市场景网格模型优化

    俞思帆;闫利;谢洪;陈长军;

    基于多视立体几何技术重建的城市场景密集点云难免会包含噪声,尤其是在建筑边缘区域,这会导致三维模型在建筑边缘处发生扭曲,缺乏应有的平直锐利性。针对这一问题,该文提出一种三维网格模型优化方法:首先,从多视影像中提取二维线特征,定位建筑模型边缘区域,并构造多视线特征约束;然后,以网格顶点的影像灰度一致性约束和多视线特征约束作为数据项,以顶点自身曲率作为平滑项,构造能量函数;最后通过梯度下降法求解,逐步调整网格顶点位置。实验结果表明,该文所提算法在标准数据集上有效提高了网格模型的精确度和完整度,同时也恢复了模型边缘处平直锐利的特性,说明该文所提算法能有效地优化城市场景网格模型顶点位置,提高模型质量。

    2022年02期 v.47;No.284 102-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1383K]
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  • 多源遥感数据的城市边界提取及动态变化研究

    袁于评;花益平;薛星宇;王珂;

    针对城市用地无序扩张,城镇结构不合理等问题,在生态文明建设背景下,国家和地方政府提出划定城市边界管控城市扩张。该文综合白天光学遥感和夜光数据各自的优势,提出一种快速、精确的城市边界提取方法。一方面解决白天光学遥感数据提取城市边界的不连续问题,另一方面提高了基于夜光数据提取城市边界的精度。通过构建VANUI夜光指数,建立同心圈模型搜索方式,结合图像的空间差异确定粗略的城市范围,进而建立缓冲区,最后利用改进的边缘检测算法得到城市边界。研究表明,该文提出的方法获得了较好的精度。基于上述提取方法,以杭州为例,通过扩展强度指数、等扇分区法分析城市边界的时空动态变化。结果表明,研究期内杭州城市区域面积快速增长,其中2000—2012年城市区域面积年均增长率超过2012—2018的年均增长率。整个研究期间杭州主要扩张方向为正东、东北和正北方向。

    2022年02期 v.47;No.284 110-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1399K]
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  • 利用ZY-3立体像对的桉树林分平均高估测

    张廷琛;林辉;刘兆华;龙江平;

    针对如何快速准确地估测桉树林分平均高以进一步评价桉树生长过程和质量的问题,该文研究利用ZY-3号立体像对数据,提取了研究区冠层高度模型(NF_CHM、NB_CHM和3S_CHM)。在此基础上,利用冠层高度模型(CHM)、ZY-3号多光谱数据提取的遥感因子,结合多种线性和非线性模型协同反演了桉树的林分平均高。研究结果表明,使用该方法估测精度(RMSE=2.15 m, RRMSE=14.5%,RE=0.11),优于单独使用冠层高度模型(CHM)估测桉树林分平均高的精度。研究结果为进一步利用ZY-3立体像对数据对桉树林分平均高估测提供了新的思路。

    2022年02期 v.47;No.284 117-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1670K]
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  • 数据融合及图卷积下的深度学习点云分类研究

    徐田野;丁海勇;

    针对机载LiDAR扫描点云因存在噪声、遮挡、高冗余、密度差异大等缺陷,导致深度学习方法难以充分识别局部结构的问题,本研究以三维点云深度学习算法PointNet为基础,结合图卷积模型顾及点云中的局部特征,通过引入空间金字塔池化捕获点云的局部细粒度特征,提出一种适用于机载LiDAR点云分类的深度学习算法。为提高分类精度,融合机载LiDAR点云和多光谱航空影像进行点云信息扩充,同时在点云格网化处理时应用不同尺度进行数据扩增。实验采用国际摄影测量与遥感协会(ISPRS)提供的机载LiDAR点云和多光谱航空影像,融合数据实验结果取得了83.9%的精度,比未融合光谱信息的点云提高了12.1%,同时设计对比实验验证了改进算法的有效性,为城市场景下的点云分类提供了一种思路。

    2022年02期 v.47;No.284 126-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1738K]
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  • 深度学习算法YOLOv4支持下的脐橙树株数识别

    陈优良;张向君;陈勋俊;

    针对传统果树单株提取方法流程繁琐、人力成本较高、耗时长等问题,该文提出在复杂自然背景下使用深度学习算法YOLOv4实现脐橙树无人机影像端到端的识别方法,利用网络改进、多尺度融合以及损失函数改进等方法提高复杂背景下小目标的识别率。以赣南某地脐橙果树无人机影像作为数据源,应用YOLOv4深度神经网络分别训练基于不同数据集的模型,通过调整模型阈值参数得到最佳模型,并在强背景、弱背景、稀疏和稠密植株测试集上进行测试。结果表明,基于data748数据集训练且模型阈值为0.6时的YOLO-748模型精确率达91.55%,召回率为98.55%,mAP值为93.38%,F1值达0.985,该模型在复杂自然背景下鲁棒性较好。该方法能为现代农业果园管理提供新的可行方案。

    2022年02期 v.47;No.284 135-144+191页 [查看摘要][在线阅读][下载 1958K]
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  • GB-SAR影像坐标三维变换水平转角计算方法

    王鹏;李伟城;邢诚;

    针对地基合成孔径雷达(GB-SAR)影像坐标三维变换中公共点法在计算轴系水平转角时存在的点位识别困难、计算精度低等问题,该文提出一种基于GB-SAR影像特征线的水平转角计算方法,将影像坐标的三维变换转化为平面点集的配准问题,并详细设计了特征线法的实现步骤。计算结果表明,该方法能够快速识别GB-SAR特征线像元坐标序列,保证较高的水平转角计算精度。可为后续GB-SAR监测成果同其他监测技术成果开展融合处理和比较分析提供保障。

    2022年02期 v.47;No.284 145-150+183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1273K]
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  • 定量结构模型的地面激光雷达单木分割应用

    李萍;冯仲科;苏珏颖;

    针对传统每木检尺的小班调查因子测量方法耗时长、效率低、人为操作误差大等问题,该文研究了一种定量结构模型(QSM)实现单木的三维重建,并基于地面激光雷达(TLS)所获取的点云数据提取研究区单木的胸径、树高参数。该算法重构了单木的三维模型,且TLS数据所求得的胸径、树高与实测数据具有较好的一致性,提取结果精度较高。本研究采用的方法在提取林分特征因子方面具有有效性和可行性,可为未来森林资源动态监测方法提供参考。

    2022年02期 v.47;No.284 151-156+199页 [查看摘要][在线阅读][下载 1256K]
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地图学与地理信息

  • 区域植被净生产力模型的生态红线实施评估

    王淼;刘珮玥;刘博文;亢孟军;

    为了有效评估生态保护红线的实施情况,该文提出以植被净初级生产力作为指标动态监测生态保护红线区域内外生态植被情况的方法,并基于Mann-Kendall检验方法分析其变化趋势,较好地反映了房山区生态保护红线划定实施的成效。研究结果表明:房山区植被净初级生产力呈现西北部山地区域高、东南部平原地区低的特征,并在2014—2019年6年间呈缓慢波动上升趋势,在2019年生态保护红线内植被NPP均值达到最大,房山区生态整体呈改善的趋势。该文提出的生态保护红线监测方法,实现了对生态保护红线区域整体及内外的快速精确评估。

    2022年02期 v.47;No.284 157-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 1732K]
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  • 三维管网泄漏物流向的有向图分析

    金恒旭;罗安;李晓燕;徐胜华;

    针对城市应急安全管理中面临的水、燃气泄漏问题,为对泄漏管线进行直观精准监控,该文提出了一种利用有向图进行三维管网流向分析的算法。采用正向的广度优先遍历算法构建基于有向图的管网拓扑几何模型后,对管网流向正确性进行核查,并在步进搜索中采用嵌套循环的递归方式对管网数据遍历访问,再利用二维网络模型映射三维管网,最后将三维箭头适量间断性标记在三维管网中,实现在步进搜索过程中自动获取泄漏物所流经的三维管线。实验分析表明,该文算法与SQL数据库查询、传统网络模型分析方法相比,在海量数据下获取管网泄漏物流径的效率显著提高。

    2022年02期 v.47;No.284 166-172+206页 [查看摘要][在线阅读][下载 1470K]
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  • 融合LJ1-01夜间灯光和微信定位数据的人口空间化——以北京市为例

    王熙;宁晓刚;张翰超;王浩;郝铭辉;

    针对现有单独的夜间灯光数据在街道尺度的人口空间化存在精度有限的问题,该文选用微信定位数据基于不同带宽的核密度估计,结合珞珈一号夜间灯光数据(LJ1-01),经几何平均融合,再采用顾及空间自相关性和空间异质性的地理加权回归模型,最终形成北京中心城区人口空间化数据。实验结果表明:通过宏观遥感数据和微观定位数据的融合,与统计人口的相关系数由融合前的0.565(仅采用LJ1-01夜间灯光数据)和0.795(仅采用微信定位数据)大幅提升至融合后的0.839,平均相对误差(MRE)由35.86%、23.18%下降至19.14%(在城市核心区为13.1%),实践表明融合LJ1-01夜间灯光数据和微信定位数据的方法在城市核心区的人口空间化具有良好潜力。

    2022年02期 v.47;No.284 173-183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1856K]
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  • 顾及结构特征的建筑物图形迭代凸分解方法

    魏智威;童莹;丁愫;乔海浪;

    针对建筑物图形,该文提出了一种结合其形态表达特点的迭代凸分解方法。该方法利用Delaunay三角网提取建筑物图形凹部层次化结构和骨架线定义图形节点凹度,并依据建筑物图形直角化和简洁表达的特点选取分割线迭代消除当前图形中凹度最大节点实现图形凸分解。实验结果表明,该文方法能有效实现带洞(或岛)建筑物图形的凸分解,结果符合视觉认知。同时,基于图形分解结果讨论了字母型和直线型建筑物群模式的识别,证明了结合图形分解能更有效挖掘建筑物群空间分布特征。

    2022年02期 v.47;No.284 184-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 1470K]
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  • 城市地址要素组合模式分析——以深圳市为例

    叶鹏;张雪英;王铁;

    为了深入探测城市地址数据对于地理位置表达的描述特点,该文提出一种城市地址要素组合模式的分析方法。在构建城市地址要素多级分类体系的基础上,通过标注地址语料归纳规则模型进行地址要素解析,进一步分析城市地址中各类要素的组合模式。以深圳市1 700多万条地址数据为例,分析出使用频率最高的17种地址要素组合模式。期望研究结果在我国城市地址资源的标准制定、规范化建设和智能服务等方面得以应用。

    2022年02期 v.47;No.284 192-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 1106K]
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  • 技术监理的国家重大测绘工程应用研究

    田宗彪;章磊;杨绪峰;刘焕玲;

    针对国家重大测绘地理信息工程监理需求,本文结合测绘监理的需求、特点和发展现状,分析了传统测绘监理在国家级重大测绘地理信息工程中应用的局限性,首次提出了测绘技术监理的概念,研究得出了技术监理的内容和应用特点。通过技术监理在实际工程中的应用及成效分析,验证了技术监理的优势和可行性,可有效克服传统测绘监理的局限性。本文研究内容可指导相应质量控制工作的开展,为国家重大测绘地理信息工程质量控制提供参考。

    2022年02期 v.47;No.284 200-206页 [查看摘要][在线阅读][下载 1020K]
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