大地测量学与导航

  • 约束条件下低成本惯导辅助的GNSS信号重锁方法

    沈聪;高铭;陈夏兰;刘玥;

    在城市遮挡环境下,针对GNSS/INS深组合导航系统中低成本INS无法提供精准的辅助信息,导致环路在信号恢复后难以重新锁定信号问题,提出一种基于车辆运动信息约束的INS辅助GNSS快速重锁方法,利用运动信息约束将INS速度误差约束到前向方向,在接收机正常跟踪上某颗卫星通道的条件下,通过该通道的多普勒误差可对车辆前向速度误差进行精准估计,进而获得其他被遮挡卫星的多普勒误差补偿信息,实现对信号的快速重锁。采用该方法,有效提升了城市遮挡环境下的信号重锁能力。最后开展了基于半实物平台的仿真实验,结果表明,信号中断102 s的情况下,多数跟踪通道的恢复时间不超过500 ms。

    2025年03期 v.50;No.321 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 3020K]
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  • 参数优化VMD与小波算法结合的GNSS坐标时序降噪方法

    王翔;侯争;张子豪;胡晓方;高旭;

    针对GNSS坐标时间序列中噪声无法有效剔除的问题,构建一种使用正余弦北方苍鹰优化(SCNGO)算法优化变分模态分解(VMD)参数,并联合改进小波分解(IWD)阈值的降噪方法(SCNGO-VMD-IWD)。SCNGO算法以包络熵作为适应度函数,实现了VMD参数组合的自动获取;之后,利用多尺度排列熵确定VMD分解的有效模态分量,重构信号,通过IWD进行二次降噪,以便提取高频噪声中混杂的低频信号,进而实现准确降噪的目的。利用实测数据和仿真实验对比分析了小波分解(WD)、经验模态分解(EMD)、IWD、SCNGO算法优化VMD(SCNGO-VMD)和SCNGO-VMD-IWD等5种方法。结果表明,SCNGO-VMD-IWD的降噪效果显著,降噪后,在E、N、U方向上,测站的速度不确定度的平均改进率为79.6%、82.5%和81.7%。

    2025年03期 v.50;No.321 9-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1843K]
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  • 一种长基线实时共视时间比对算法

    吴星罡;马宗方;谷卓;宋琳;

    针对长基线的实时共视时间比对精度不高的问题,提出一种长基线实时共视时间比对算法。通过分析影响时间比对的主要误差因素,本文采用PPP-B2b、HAS实时星基改正数(包括轨道改正数、钟差改正数、DCB校正等)、改进的对流层延时模型、加权平均计算等方法有效减少了共视时间比对中的主要误差,实现了长基线下的实时高精度时间比对。试验结果表明:本文算法以事后PPP法解算的结果为参考值,相比传统共视法在西安-西安(20 km)、西安-北京(1 000 km)、西安-盘锦(1 700 km)3条基线下的时间比对结果精度分别提高了29%、26%、25%,与PPP事后法解算的时间比对结果相符,钟差差值的标准差均小于1.5 ns。实验证明本文提出的算法不仅相比传统共视法精度有所提高,而且扩大了共视时间比对的作用距离。

    2025年03期 v.50;No.321 18-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1570K]
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  • 大地线反解的直接算法

    刘士威;金立新;刘孟函;李登辉;

    针对椭球面投影经差与贝塞尔球面归化经度之间存在经度缩量这一难题,分析了既有大地主题反解的迭代解法和直接解法,提出了新的思路,即利用复数高斯投影理论过渡方法来求取贝塞尔球面归化经度,实现消除经度缩量的目的。对大地线贝塞尔弧长微分方程进行了改造,推导了以类归化纬度为参数的大地线弧长微分和弧长公式,与子午线弧长公式具有相同的形式结构;利用大地线线素和等量坐标理论,导出了椭球面投影经差与贝塞尔球面投影经差的微分关系式,可以求得贝塞尔球面投影经差之差等于贝塞尔球面归化经度之差;利用两个点的归化纬度和投影经差,求解大地线常数,进而计算大地方位角和大地线弧长。利用复数高斯投影理论过渡方法克服了传统大地线贝塞尔微分方程的不方便,为大地主题反解的非迭代解即直接解法提供了一个新方法,可以实现高精度、结构化、计算稳定的结果,也为斜轴高斯投影提供了新途径。

    2025年03期 v.50;No.321 27-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 953K]
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摄影测量学与遥感

  • 融合多重注意力生成对抗网络的遥感图像去云算法

    成曦;陈蜜;钟若飞;葛鹏飞;王楚;范凯伦;王双;傅星媛;

    针对光学传感器在获取地物信息时会存在云层遮挡问题,提出了一种特征注意力模块和空间注意力模块生成对抗网络(FA-SpAGAN)算法,将特征注意力模块与空间注意力模块结合,增强了模型提取云层特征信息的能力,同时引入多尺度结构相似性损失函数(MS-SSIM),有效保留图像的边缘与细节信息,从而生成更高质量的去云图像。实验结果表明,该算法与其他算法相比,在RICE-Ⅰ数据集上的PSNR和SSIM指标分别为35.23 dB和0.966,在RICE-Ⅱ数据集上的PSNR和SSIM指标分别为35.13 dB和0.851,去云图像在主观视觉上取得了较好表现。在RICE-Ⅱ数据集上进行消融实验,加入特征注意模块后的PSNR与SSIM分别提高了4.04%与1.32%;引入多尺度结构相似性损失函数(MS-SSIM),PSNR提升了1.12 dB,SSIM达到了0.851。

    2025年03期 v.50;No.321 33-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1259K]
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  • LuTan-1与Sentinel-1 SAR影像协同探测青藏高原西南部滑坡

    章志杰;赵超英;严明;刘晓杰;杨成生;彭鹏;魏玉明;

    针对国产LuTan-1 SAR影像在高海拔地区复杂地形环境下进行地表形变监测的挑战,联合LuTan-1与Sentinel-1 SAR影像,采用MT-InSAR技术有效降低轨道和大气延迟相位误差,成功实现了对青藏高原西南部覆盖3 600 km~2区域的潜在滑坡早期识别。综合LuTan-1和Sentinel-1的形变结果,共识别出354处潜在滑坡,二者的滑坡识别率分别为98.03%和73.52%,且一致性达到71.55%,所有识别滑坡均采用高分辨率多时相光学遥感影像和地形数据验证了其可靠性。滑坡主要分布于海拔4 800~5 600 m、坡度15°~40°的区域,分布坡向以北向和东北向为主。错热滑坡时序形变分析表明,LuTan-1与Sentinel-1形变监测精度较为一致,且局部降雨对滑坡形变有显著影响。证实了联合LuTan-1与Sentinel-1SAR影像及MT-InSAR技术能够有效识别潜在滑坡,为类似应用提供了技术支持和实践参考。

    2025年03期 v.50;No.321 42-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 5319K]
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  • 基于时序InSAR技术的杭州市地面沉降监测研究

    王昊;白林;宋莎;

    针对近年杭州市地面沉降灾害频发的问题,利用时序InSAR技术,基于2020—2024覆盖杭州市城区的119景升轨Sentinel-1雷达影像,获取了杭州市地面沉降时空分布特征及形变速率结果,并结合地质、水文及实地踏勘资料对杭州市地面沉降驱动因素及变形机制进行分析。结果表明:杭州市地面沉降主要分布于西湖区、滨江区和萧山区,与软土层分布密切相关,最大沉降速率达116 mm/a。地面沉降的主要原因为工程建设施工、土体自重固结以及地面载荷增加,同时地下水水位会对地表形变产生周期性影响,而钱塘江也通过地下水间接影响钱塘江两岸地表形变。研究成果可为杭州市地面沉降防治及城市规划提供基础资料与数据支撑。

    2025年03期 v.50;No.321 55-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2236K]
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  • 基于时序InSAR的青藏廊道冻土时空变形分析

    李丹;朱武;何倩;刘晓宇;

    针对仅利用单轨道SAR卫星只能获取地表沿着雷达视线向(LOS)的变形,而无法准确描述多年冻土垂直向的季节性冻胀和融沉的问题,本文利用短基线干涉测量(SBAS-InSAR)技术,并联合地表二维形变解算模型和时间序列分解模型,获得了青藏廊道唐古拉山至楚玛尔河路段2020年6月—2023年6月的垂向形变时间序列及其季节性形变幅度,分析季节性形变时空分布特征及其对气候变化的响应。研究结果表明,研究区的垂向形变速率为-41~32 mm/a,东西向形变速率为-33~34 mm/a,季节性形变幅度为0~41 mm;垂向形变较大的路段集中在五道梁、北麓河、风火山、乌丽、沱沱河及通天河等地,主要以沉降为主,形变速率超过了-15 mm/a,相应地,这些区域的季节性形变也较大,形变幅度超过15 mm;不同地表覆盖类型季节性形变差异明显,高寒草甸区季节性形变幅度高于高寒荒漠与河漫滩区;地表温度和降水是影响冻土区季节性形变的主要外部因素,其造成的季节性形变时滞2~3个月。

    2025年03期 v.50;No.321 63-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 2838K]
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  • 全局和局部特征融合的室内场景点云补全网络

    黄明;李昊辰;

    针对室内扫描中因遮挡导致的点云数据缺失问题,提出了基于全局和局部特征融合的室内场景点云补全网络。该网络以不完整的点云数据作为编码器的输入,通过两个分支分别提取全局和局部特征,并将这两种特征融合,形成点云的整体特征。在解码器中通过两次折叠操作,生成初步点云模型。然后,将此初步模型与原始输入点云进行融合,并通过最远点采样技术,得到完整的点云数据。实验结果显示,该网络在室内场景中能有效补全缺失的结构形状,实现室内场景缺失点云的补全。与现有网络相比,在点云修复误差、点云分布均匀性方面表现更优,其平均倒角距离降低了6.19%~47.04%,平均地面移动距离降低了12.72%~40.18%,平均F1分数(F1-Score)提升了1.38%~22.45%,且对不同程度的数据缺失具有较好的鲁棒性。

    2025年03期 v.50;No.321 75-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 3006K]
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  • 顾及相邻测线信息的浅剖声纳图像缺失区重建

    刘蕾;李厚朴;边少锋;祝俊慧;翟国君;

    针对海水中的气泡会导致浅地层剖面仪(简称浅剖)图像的信息丢失,造成数据解译困难、数据浪费问题,提出了一种顾及相邻测线信息的浅剖图像缺失区域重建方法。在确定出缺失区域后,基于海底浅剖采样点灰度突变特征提取海底线,并顾及海底线连续性,通过中值、均值滤波对错提取的海底点进行滤除;基于海底线一致性对相邻测线的浅剖图像进行对齐;借助相邻对应位置区域的浅剖图像进行加权平均,以对缺失区域的图像进行直接补充,从而实现缺失区域浅剖数据的重建。该方法结合了相邻测线的信息,克服了单一测线观测信息少的缺点,仿真实验和实际实验验证了方法的有效性,表明相邻测线信息在浅剖缺失区域重建中具有重要价值。

    2025年03期 v.50;No.321 85-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1345K]
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  • 建筑物单体点云提取方法研究

    朱旺煌;王增优;曾圣;刘荣;符娇;

    针对建筑物单体提取中过绿指数法处理植被点,再提取建筑物单体,存在大量建筑物点被错分为植被点问题。通过布料模拟滤波分离场景点云地面点,提出结合密度特征和颜色特征处理植被点方法:利用密度差异分离点云中的非立面点,接着采用过绿指数筛选出非立面点中的疑似植被点,通过空间密度检测提取疑似植被点中的非植被点,并采用欧式聚类分割建筑物单体点云。采用两组点云数据进行实验,将改进算法与过绿指数法进行对比分析,改进算法分离的植被点中建筑物点明显减少。研究结果表明,改进方法处理植被后提取的建筑物单体正确性最大差距仅1.68%,而完整性和质量最大提升分别达到27.54%和27.46%。

    2025年03期 v.50;No.321 91-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 3374K]
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  • 复杂场景下城市立杆的提取分类方法

    王劲翔;戴激光;张子恩;吴玉洁;王妍雯;

    为了准确识别各类城市立杆,构建了一个城市立杆分类体系。针对立杆语义分割结果中存在分割不足、误提取和不连续的问题,提出了一个面向城市立杆提取分类模型UPCNet,通过多尺度特征提取器,捕捉不同编码阶段的多尺度信息,解决立杆尺度变化大引起的分割不足的问题。由拓扑重建模块,一方面能够对立杆类别进行准确的划分;另一方面利用立杆的空间上下文信息,对遮挡部位进行推理,增强模型拓扑连接的能力。通过在自制的城市街景数据上实验,结果表明本文方法UPCNet的提取分类精度更高,可以有效区分城市场景中的各类立杆。

    2025年03期 v.50;No.321 102-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1735K]
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  • 综合LandTrendr算法与随机森林的闽江流域森林扰动监测

    王钰岢;陈芸芝;江洪;

    针对各类森林扰动响应阈值差异大导致单一特征检测效果不佳的问题,选取2000—2023年闽江流域Landsat时序数据,采用LandTrendr算法提取多个波段/光谱指数的扰动时间、扰动持续时间、扰动幅度、扰动发生光谱值、扰动发生光谱变化率和扰动信噪比6个时间序列扰动参数,并辅以地形变量构建最优特征集,结合随机森林模型监测森林扰动。结果表明,通过GFC数据和谷歌地球高分辨率影像标定的验证样本集验证,LandTrendr+RF模型的总体精度为96.91%,Kappa系数为0.938,监测效果优于单一指数的LandTrendr算法。2000—2023年,闽江流域森林扰动总面积为2 989.065 km~2。扰动主要集中在流域北部、中部、东南部地区,且易发生于坡度25°以下和海拔600 m以下的区域。该研究可为闽江流域森林资源保护及管理政策制定提供依据。

    2025年03期 v.50;No.321 112-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1868K]
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  • 利用Marching Cubes算法的塔身垂直度激光雷达检验方法

    周命端;覃钰涵;孟庆龙;徐翔;刘明华;宋峤;王俊杰;

    鉴于移动立方体算法在医学成像、计算机图形学、工程建模等领域被广泛应用,顾及激光雷达检验法具有诸多优点,提出了一种新的利用Marching Cubes算法的塔身垂直度激光雷达检验方法。实验选取施工现场某型号塔式起重机塔身进行测试,采用激光雷达扫描采集塔身标准节原始点云数据,经预处理后获取塔身标准节有效高精度点云数据;给出塔身标准节横向切段立方体点云分割策略,利用Marching Cubes算法提取塔身标准节横向切段立方体点云轮廓线,并求解其体中心点坐标;运用最小二乘法拟合体中心点所在空间直线,计算其方向向量,并在站心空间坐标系下分别与x轴和z轴进行向量运算,获得塔身轴心线倾斜方位角、倾斜角和塔身垂直度。结果表明:采用本文方法设计5种策略方案获得的塔身垂直度中数值为1.80‰,与传统的经纬仪检验法结果为3.02‰基本吻合。本文为塔身垂直度无损检验提供一种高精度激光雷达算法。

    2025年03期 v.50;No.321 123-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1678K]
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  • 语义场景描述与闭环检测算法研究

    朱尚峻;孙康平;王勇;柯福阳;

    闭环检测是消除视觉同步定位与建图算法在长距离运行累积误差的有效手段,针对环境剧烈变化或大视角差情况下闭环检测模块失效的问题,提出一种基于三维目标空间相似关系的场景描述与闭环检测算法SSR-LCD。算法结合场景中语义信息以及三维物体空间关系构建多层次场景描述图,能充分利用场景空间语义信息,并且在图匹配方法中融合空间相似关系计算,提高系统在大视角场景中的检测能力。通过KITTI公开数据集和真实场景对算法进行测试,在公开数据集多个序列的实验中,所提算法SSR-LCD对比基准框架ORB-SLAM2闭环检测准确率平均提升37.6%,绝对轨迹误差平均减小40.7%。在真实场景实验中,SSR-LCD对比传统视觉闭环检测算法在大视角差下的场景匹配成功率提升了62.1%,展现了在剧烈视角变化情况下鲁棒的定位与地图构建能力。

    2025年03期 v.50;No.321 132-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 1558K]
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地图学与地理信息

  • 基于改进遗传算法的移动应急基站选址方法

    韩泽亚;张旭;赵岱虹;甄杰;徐胜华;

    针对传统基站选址在解决部署移动基站时未考虑地形因素对信号传播的影响,且求解时采用遗传算法易陷入局部最优解、收敛速度慢的问题,提出一种基于改进遗传算法的移动应急基站选址方法:(1)基于等高线提取山顶点,利用提取到的山顶点约束种群初始化,提高了算法初始种群的质量;(2)基于射线法对可视域进行分析,利用可视域设计适应度函数,有效减少了因地形遮挡造成的影响;(3)设计了引入多样性保持策略的选择算子、自适应动态变化的交叉算子和变异算子,提高了算法的收敛速度和选址结果的质量。实验结果表明,基于改进遗传算法的移动应急基站选址方法的选址效率和寻优能力都有显著提高。

    2025年03期 v.50;No.321 142-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 1356K]
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  • 顾及空间特征的含水层富水性评价

    焦力;赵占杰;王继周;李政霖;

    针对现有含水层富水性评价方法未过多考虑空间特征因素对预测结果带来的影响,提出顾及空间特征的优化含水层富水性评价模型,从空间特征角度出发对评价指标进行选取及现有模型进行优化,与GIS空间分析相结合,综合考虑了钻孔点位之间的相互影响,并对研究区目标含水层进行富水性评价及验证。研究结果表明:含水层整体呈现中弱富水性,富水性相对较强区域主要分布于研究区的西北部与中南部。结合矿井抽水试验进行验证,富水性预测结果与实际情况相符,与GIS空间分析思想相结合所建立的优化富水性评价模型是可行的,为富水性评价提供新思路。

    2025年03期 v.50;No.321 149-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 1416K]
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  • 城市内涝监测点积水深度LSTM预测模型

    薛丰昌;杨猛;陈剑飞;吕鑫;杨鋆霞;

    针对如何利用积涝监测站观测的时序积涝监测数据和降雨数据,准确预测积涝点积水发展趋势的问题,以河南开封市城区为研究对象,收集了2020—2021年间12个积水监测站的小时积水深度数据和6个气象站的小时降水数据。通过对原始数据进行清洗和归一化处理,将气象站的小时降水数据与对应时间的积水深度数据作为样本,构建了基于双向长短期记忆网络(LSTM)的积水深度预测模型,该模型实现利用6 h和3 h的降水及积水监测数据,预测未来1 h的积水深度。将2021年7月20—21日48 h数据作为测试集,验证模型在极端强降雨条件下的预测能力,模型的均方根误差(RMSE)分别为2.10 cm和3.94 cm。研究结果表明,所建立的LSTM模型能够克服传统时序预测模型在处理非线性关系时的局限性,在积水深度预测方面具有较高的准确性和可靠性。

    2025年03期 v.50;No.321 159-167页 [查看摘要][在线阅读][下载 1651K]
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  • 规划传导下南京江北新区国土空间格局多情景模拟

    朱梦瑶;史晓云;汤为勇;朱杰;郑加柱;

    当面向具有层次传导特性的国土空间规划体系时,单层次矢量元胞自动机模型在土地利用模拟中难以有效解决跨层次传递的问题,以规划层次单元体系为基础,通过分层次用地管控参数的作用实现顶层强制性约束到底层地块的弹性传递,进一步利用多层次矢量元胞自动机模型完成南京江北新区2030年用地变化的多情景模拟。结果表明:(1)多层次矢量元胞自动机模拟结果的精度较单层次模拟精度高,其FoM值达到了22.1%;(2)相较于2020年,自然发展情景下的城市建设用地主要集中在江北新主城、高新副中心和六合副城,与新区“一轴三心”的总体发展格局一致;耕地保护情景下,建设用地总体分布破碎化,农田分布更加集中,契合“一核三片”的农业布局;生态保护情景下,林地面积的退化显著减缓,八卦洲大厂和灵岩生态绿楔建设用地扩张规模减缓,各生态保护区都得到了较好的保护。

    2025年03期 v.50;No.321 168-179页 [查看摘要][在线阅读][下载 2753K]
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  • 大语言模型驱动的地理信息智能交互系统

    庄晓东;赵永峰;胡振彪;郭杰;宗恒康;

    针对传统的GIS系统通常需要通过复杂的图形界面和固定的任务流程来响应用户的操作的问题,对大语言模型驱动的地理信息智能交互系统进行了研究,即充分利用大语言模型的能力,使得GIS系统能够真正“理解”人类的意图,并自主规划完成任务。基于Agent技术实现GIS智能交互,利用JSON Schema规范实现了模糊自然语言到GIS专业工具的映射,基于ReAct模式实现了GIS工具多轮迭代组合调用,采用名称坐标分离策略实现了空间信息感知,使用RAG技术实现了本地知识库查询与互联网信息检索。本文打造出一款可应用于实际场景中的青岛市智能出行小助手,并进行实验和大语言模型对比评估。

    2025年03期 v.50;No.321 180-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 1536K]
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