本文内容来源于《测绘学报》2022年第2期（审图号GS（2022）540号）
频率域光谱的土壤铜铅浓度差异区分及反演研究
付萍杰
山东建筑大学测绘地理信息学院, 山东 济南 250101
基金项目：国家自然科学基金(41271436)
作者简介：付萍杰(1989—)，女，2019年6月毕业于中国矿业大学(北京)，获工学博士学位(指导教师：杨可明教授)，研究方向为高光谱遥感。E-mail: fpj890622@163.com
引文格式：付萍杰. 频率域光谱的土壤铜铅浓度差异区分及反演研究[J]. 测绘学报，2022，51(2)：312-312. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200417
FU Pingjie. Distinction and inversion of copper and lead concentration in soil in view of frequency domain spectroscopy[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(2): 312-312. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200417
阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-2-312.htm
土壤是人类生存环境的重要载体，土壤重金属污染问题一直备受关注。随着可见光-短波红外(VNIR-SWIR)高光谱和X-射线荧光(XRF)技术的发展，因其具有光谱信息量大、高效便利、可无损监测等的优势，在土壤重金属浓度监测中取得了越来越多的成果。总结其应用成果来看，只能借助光谱域变换反演土壤Cu、Pb浓度，鲜有对Cu、Pb污染土壤光谱从频率域角度进行局部细节信息的深入挖掘。
论文通过向土壤中添加不同量的胆矾CuSO4·H2O(硝酸铅Pb(NO3)2)设计了不同Cu、Pb浓度的土壤样品试验，并野外采集内蒙古自治区锡林浩特市锡林郭勒盟某煤矿区周边0~20 cm深度的地表土壤，分别利用SVC HR-1024I高性能地物光谱仪和Niton XL3t 950 PXRF采集土壤样品VNIR-SWIR光谱和XRF光谱。采用频率域方法探究土壤样品光谱间的微弱差异规律，并利用VNIR-SWIR光谱的频率域参数建立土壤Cu、Pb浓度反演模型。主要研究成果如下：
(1) 利用光谱的SPWVD，提出了一种光谱二阶差分Gabor展开法，将不同CuSO4·H2O及Pb(NO3)2添加量的实验室土壤样品的VNIR-SWIR光谱变换到频率域进行分析探究。结果表明，2100~2500 nm光谱范围内，土壤样品光谱的SPWVD表现出微弱的差异规律，根据光谱频率分布的不同，可推测土壤Cu浓度阈值在121~492.3μg·g-1之间，土壤Pb浓度阈值为568~747.33μg·g-1。在800~2500 nm光谱波段区间内，土壤样品光谱的二阶差分Gabor展开系数尺度及系数等高线分布表现出一定的差异规律，且该方法推测的土壤Cu浓度阈值为159~215μg·g-1，土壤Pb浓度阈值为568~747.33μg·g-1。两种方法相互验证了推测的土壤Cu、Pb浓度阈值的一致性。
(2) 以实验室研究方法得到的成果为支撑，对Cu、Pb浓度明显低于实验室设计样品的野外实地采样土壤进行研究。在800~2500 nm波段范围内，以频率域为基础的土壤光谱二阶差分Gabor展开法可识别75%的实地采样土壤样品的Pb浓度超标。谐波分解重构的方法可成功应用于土壤XRF光谱去噪，当谐波分解次数为400时土壤XRF光谱去噪效果最佳。土壤去噪XRF光谱的SPWVD可识别75%的Pb浓度超标样品及79.17%的Pb浓度不超标样品。推断该地区土壤Pb浓度超标的XRF光谱特征波段为6.42 KeV和9.42~10.92 KeV。
(3) 通过土壤样品VNIR-SWIR光谱的希尔伯特-黄变换分析(HHT)探究不同Cu、Pb浓度土壤光谱的特征波段，选择合适的HHT参数、土壤变换光谱、SOM浓度及土壤含水率作为参数，利用箱形图、聚类分析、偏最小二乘回归(PLSR)的数学统计分析方法建立土壤Cu、Pb浓度反演模型。结果表明：随着土壤中Cu、Pb浓度的变化，光谱Hilbert谱峰值(Ea)存在一定的变化规律，EMD能量熵(Em)可描述土壤样品光谱在频率域内的EMD能量分布的混乱程度，对Em、Ea、SOM浓度、土壤含水率及与Cu、Pb实测浓度相关性较高的波段处的变换光谱进行箱形图及系统聚类分析，构建土壤Cu、Pb浓度的BC-PLSR反演模型，Cu浓度最优反演模型预测值与实测值的R2分别为0.992 2、0.952 8和0.922 7，Pb浓度最优反演模型预测值与实测值的R2分别为0.857 8、0.698 0和0.870 2，反演精度得到明显提高，分别利用三种土壤变换光谱及常用的SOM浓度参数建立的PLSR模型验证了BC-PLSR模型在常规参数中的优越性和普适性，同时，也验证了土壤光谱的HHT分析参数的相对有效性。
被动微波遥感雪深反演混合像元问题研究
刘晓敬1,2
1. 四川农业大学, 四川 成都 611130;
2. 北京师范大学, 北京 100875
基金项目：国家科技基础资源调查专项(2017FY100502); 国家重大科学研究计划项目(2015CB953701); 中国科学院战略性先导科技专项(XDA04061200); 国家自然科学基金(41671334)
作者简介：刘晓敬(1990—)，女，2019年6月毕业于北京师范大学，获理学博士学位(指导教师：蒋玲梅副教授)，研究方向为微波遥感。E-mail:xiaojingliu@sicau.edu.cn
引文格式：刘晓敬. 被动微波遥感雪深反演混合像元问题研究[J]. 测绘学报，2022，51(2)：313-313. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200430
LIU Xiaojing. Study on the mixed pixel effect on passive microwave snow depth retrieval[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(2): 313-313. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200430
阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-2-313.htm
积雪深度是反映地表积雪量变化的重要因子，是水文模型和气候模式中的重要参数之一。被动微波遥感以其穿云透雾、对雪层信息敏感等特点，被广泛应用于雪深的反演研究中。被动微波传感器的低空间分辨率(数千米至数十千米)及地表覆盖的复杂性，使星载被动微波遥感影像中的混合像元现象十分突出，严重制约了被动微波雪深遥感监测的应用和发展。目前，被动微波遥感雪深反演中的混合像元问题研究仍存在着诸多挑战：①理论支撑不足，对被动微波混合像元亮温响应特征及影响机制的研究尚不充分；②针对混合像元问题所发展的被动微波雪深反演算法，对地表异质性特征考虑不足。论文围绕上述问题开展研究工作，主要研究内容和结果如下：
(1) 基于复杂地表微波辐射模型的积雪混合像元亮温敏感性分析。在现有复杂地表微波辐射模型的基础上，使用bicontinuous-VRT模型优化积雪模块，利用优化后的复杂地表微波辐射模型，分别模拟积雪、土壤、植被以及由三者组成的混合像元的微波亮温，采用标准秩回归分析法，对影响积雪覆盖像元亮温的地表参数展开敏感性分析研究。分析结果表明：对于由积雪、土壤、植被三类地物构成的混合像元，积雪覆盖度对混合像元亮温及亮温差的影响突出，超过了雪粒径、雪深等积雪参数对亮温的影响；模拟使用的低阶模型低估了植被效应，因此植被覆盖度对混合像元亮温的影响并不明显。
(2) 发展了考虑地表温度空间异质性的混合像元亮温分解方法。通过混合像元分解方法获取混合像元组分亮温来进行雪深反演，是改善被动微波混合像元雪深反演精度的一种有效方法。已有研究中对地表水平空间异质性考虑不足，忽略了地表温度空间异质性对解混过程的影响，针对该问题发展了一种考虑地表温度空间分布特征的被动微波亮温解混算法，利用可控的仿真模拟试验和FY-3B/MWRI卫星亮温观测对算法进行评估，评价结果显示，该算法有效地提高了亮温解混精度，由解混亮温得到的雪深反演精度也得到了提高。
(3) 发展了考虑积雪水平空间异质性的被动微波雪深反演算法。利用具有较高空间分辨率、空间连续的SNODAS积雪数据集获取微波亚像元雪深空间分布，采用逐像元稳健逐步回归方法构建被动微波像元尺度雪深反演算法。对算法的评估结果显示该重建算法与雪深验证数据间具有很好的一致性，反演精度显著优于现有Chang算法和Kelly算法。
高速铁路轨道控制网测量数据质量控制研究
闫广峰
内江师范学院地理与资源科学学院, 四川 内江 641100
作者简介：闫广峰(1989—)，男，2020年7月毕业于西南交通大学，获工学博士学位(指导教师：岑敏仪教授)，研究方向为现代测量数据处理及应用。E-mail:gf_y1989@163.com
引文格式：闫广峰. 高速铁路轨道控制网测量数据质量控制研究[J]. 测绘学报，2022，51(2)：314-314. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200441
YAN Guangfeng. Research on the surveying data quality control of high-speed railway track control network[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(2): 314-314. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200441
阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-2-314.htm
高速列车要实现安全平稳地高速行驶，轨道必须具有高平顺性，作为铁路轨道铺设和运营维护的测量基准——轨道控制网(CPⅢ)必须精确可靠。CPⅢ网跨度大、网形结构复杂，其观测数据误差、平差基准的原始数据误差和分段衔接误差等因素会影响控制点的精度和可靠性，最终会影响到轨道的高平顺性建设和评判。在现有的技术规范基础上，以轨道平顺性控制为目标，进一步提高轨道控制网测量数据精度和可靠性，完善高速铁路测量数据质量过程控制的理论和技术体系，确保高速铁路高标准建设和列车高速、平稳、安全运行，是高速铁路测量理论领域值得探索研究的课题。论文借鉴大系统控制理论和多元质量控制与诊断理论的思想，构建起轨道控制网全局式数据质量控制体系(global data quality control system of CPⅢ, GDQCS-CPⅢ)，主要成果如下。
(1) 提出轨道控制网全局式数据质量控制体系，从理论上阐明了以子系统的质量控制和子系统间协调控制为两个主体层面的全局数据质量控制体系架构，通过观测数据质量控制与诊断、基准数据质量控制与诊断以及分段测量控制网平顺衔接等控制环节，实现高速铁路轨道控制网测量数据质量的有效控制。优化了CPⅢ网测量数据质量控制工艺过程，提供了较为系统的理论依据和方法。
(2) 针对轨道控制网狭长、复杂的网形结构特点，依据在LS平差前探测粗差的指导思想，研究了基于L1范数估计的观测数据可靠性诊断技术。提出观测值影响系数(influence coefficient, IC)和最小影响系数(least influence coefficient, LIC)，并以LIC来定量描述观测值粗差对L1范数估计目标函数的影响程度。导出了观测值影响系数计算式，推导得到观测值为L1抗差性失效点(robustness failpoint inL1-norm estimation, RFP-L1)时LIC的数值特点，根据设计矩阵归纳出判断测量系统是否会存在RFP-L1观测值的一般性规律。提出局部分析识别法(local analysis identification method, LAIM)，能够求得各观测值的最小影响系数，从而准确判别观测值中是否存在RFP-L1以及哪些是RFP-L1；提出附有调节因子的L1范数估计方法(L1-norm estimation with regulatory factors, RF-L1)，通过引入调节因子，增强了RFP-L1观测值粗差对L1范数估计目标函数影响的显著性，从而能够使其转化为非RFP-L1观测值，改进了L1范数估计抵抗RFP-L1粗差的能力；设计基于RF-L1的多维粗差探测算法(multiple gross errors detection algorithm based on RF-L1, MGED-RF-L1)，兼顾RF-L1算法抗RFP-L1粗差以及GEJE算法顾及观测值间粗差定位相关性的双重优势，能够确保粗差定位结果的可靠性。为CPⅢ网观测数据的粗差探测分析，提供了重要的理论依据和方法。
(3) 在回顾相关系数法、GEJE法诊断两个观测值间粗差可区分能力的等价关系基础上，进一步理论推演了两种方法诊断单个观测值粗差定位能力的等价性，并证实了对具有大量观测值的边角后方交会CPⅢ平面测量网的粗差可区分性分析问题，GEJE法较相关系数法更具应用可能性。运用GEJE方法，根据CPⅢ平面网结构特点，分析粗差判断方程的函数模型特点，使用矩阵初等变换挖掘观测值间数据结构特征及可靠性，第1次得到了CPⅢ观测值粗差发现与定位能力的规律。采用蒙特卡罗模拟法，验证CPⅢ平面网的粗差发现与定位能力，证实了GEJE法挖掘分析得到的观测值粗差可发现与可定位规律的正确性。
(4) 提出利用观测网形的基准数据质量控制与诊断方法(datum data quality control and diagnostic method based on geometry of control network, DQCD-BG)，它包含基准点稳定性分析、最佳函数模型构建和系统误差判别与控制等3个关键环节，有效解决了基准设计不合理情形下出现的基准点不稳定、基准数据含系统误差，以及由于基准点精度低而导致约束平差后控制网发生扭曲或畸变等问题，较传统方法的结果更可靠。
(5) 结合高速铁路施工建设特点，提出分段测量和平差时，控制网相邻区段搭接应遵循的原则，设计了顾及轨道平顺性的测量控制网区段搭接算法(surveying control network lapping algorithm considering the track ride comfort, CTRC-LP)，可以有效避免采用重叠区不稳定同名控制点信息，并逐步消除控制网间的衔接偏差，确保相邻区段CPⅢ网搭接的可靠性和平顺性。
基于精密单点定位的GNSS时间同步方法研究
吕大千1,2
1. 国防科技大学电子对抗学院, 安徽 合肥 230037;2. 通信信息控制和安全技术重点实验室, 浙江 嘉兴 314033
作者简介：吕大千(1990—)，男，2020年6月毕业于国防科技大学，获工学博士学位(指导教师：曾芳玲教授)，研究方向为精密单点定位技术及其在时间同步中的应用。E-mail: dq_lyu@hotmail.com
引文格式：吕大千. 基于精密单点定位的GNSS时间同步方法研究[J]. 测绘学报，2022，51(2)：315-315. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200458
LÜ Daqian. Research on GNSS time synchronization method based on precise point positioning[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(2): 315-315. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200458
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高精度时间服务是国家综合PNT(positioning，navigation，timing)体系的重要组成部分，在国防军事、移动通信、天文观测等领域中发挥着重要作用。论文采用全球导航卫星系统GNSS授时的方式，提出了一种基于精密单点定位(PPP)技术的时间同步方法。该方法根据PPP时间传递结果驾驭本地时钟，使本地时钟所表示的本地时间与基准时间同步，可以达到亚纳秒级的时间同步精度，并且具备全天候、全覆盖、高精度、低成本等优点。论文围绕PPP时间同步这一核心问题，按照从事后模式到实时模式、从理论研究到工程实现的研究主线，主要内容如下：
(1) PPP参数估计方法改进与误差补偿问题。研究了基于先验坐标约束的扩展Kalman滤波方法来提升PPP时间传递性能；研究了基于整数相位钟法的模糊度固定方法，提出了适用于定时计算的模糊度固定与质量控制策略，采用假设检验、统计决策、残差检验等多种方法对模糊度固定各个阶段进行质量控制；研究了针对GLONASS伪距频间偏差和BDS星端多径误差的补偿方法。试验结果表明，上述参数估计改进与补偿方法均能够有效提升PPP时间传递性能。
(2) 事后条件下的PPP时间传递问题。研究了多系统观测数据融合处理中的误差改正问题，提出一种基于GPS/GLONASS/BDS/Galileo的多模GNSS PPP时间传递算法；针对PPP时间传递中的日界问题，提出基于钟差重收敛(clock instantaneous reinitialization)的多模GNSS PPP和整数相位钟时间传递算法。主要研究结论为：①基于多模GNSS PPP和整数相位钟法的时间传递均存在不同程度的日界问题；②钟差重收敛算法不仅能够解决时间传递的日界问题，而且可以削弱PPP参数估计过程中的未建模噪声误差，进一步提升基于多模GNSS和整数相位钟法的PPP时间传递性能。
(3) 实时条件下的PPP时间传递与监测问题。首先介绍了时间监测的具体含义；然后以CLK93实时星历产品为例，比较分析了GPS、GLONASS、BDS和Galileo的产品质量；在现有GPS PPP时间传递与监测方法基础上，提出了基于GPS/GLONASS/BDS/Galileo的多模GNSS PPP时间传递与监测算法、多模GNSS混合相位钟法的时间传递与监测算法，研究了多模GNSS混合相位钟法的相位偏差和伪距偏差改正问题；最后综合比较上述多种时间传递与监测算法性能。主要研究结论为：①现阶段，模糊度固定解技术对时间传递与监测的性能提升要优于多模GNSS观测值；②多模GNSS观测值的加入可以增强PPP时间传递的可靠性，同时运用多模GNSS观测值和模糊度固定解技术进行时间传递与监测的性能最优。
(4) 基于PPP技术的时间同步问题。针对分布式系统时间同步对高精度和灵活性的双重需求，提出了一种PPP时间同步方法。分析了PPP时间同步特点和场景要求；解决了分布式高精度时间同步的时间基准选择问题；设计了PPP时间同步测试系统的软件和硬件实现。最后通过硬件系统实验测试了GPS PPP和多模GNSS PPP时间同步性能。主要研究结论为：①PPP时间同步方法适用于解决广域空间内稀疏分布式系统的时间同步问题；②在现有众多实时精密星历产品中，CLK53和CLK80的产品质量和时间基准稳定度较好，可以为PPP时间同步提供时间基准支持；③GPS PPP时间同步均方根误差约为0.41 ns，多模GNSS PPP时间同步性能约为0.33 ns。
基于最小生成树的高分辨率遥感影像层次化分割方法研究
林文杰1,2
1. 广东工业大学信息工程学院, 广东 广州 510006;2. 鹏城实验室, 广东 深圳 518000
基金项目：广东省省级科技计划项目(2018B030338001; 2018B010107003); 国家自然科学基金(41301479; 41271435)
作者简介：林文杰(1989—)，男，2020年6月毕业于辽宁工程技术大学，获工学博士学位(指导教师：李玉教授)，研究方向为遥感影像信息识别与提取。
引文格式：林文杰. 基于最小生成树的高分辨率遥感影像层次化分割方法研究[J]. 测绘学报，2022，51(2)：316-316. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200439
LIN Wenjie. Research on hierarchical segmentation method of high-resolution remote sensing image based on minimum spanning tree model[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(2): 316-316. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200439
阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-2-316.htm
在更精细的空间尺度下，高分遥感影像呈现更丰富的地物细节信息，信息内容的复杂性、空间性和海量性等特征，给传统遥感影像分割方法带来挑战。针对这些挑战，寻求一种更有效的分割模型和并行化的处理方法是有效提高大尺度高分遥感影像分割精度和处理效率的关键。为此，论文提出基于最小生成树的高分遥感影像层次化分割方法及其并行化重构。前者利用层次化最小生成树模型实现影像复杂场景信息的有效刻画，在此基础上利用区域化模糊聚类模型构建层次化分割模型。后者基于子块切分的并行划分和并行模糊聚类分割方法，实现大尺度高分遥感影像的快速、有效分割。论文的主要工作如下。
(1) 从局部、区域和全局尺度，分别利用影像最小生成树域模型、最小异质性区域准则以及区域标号场模型刻画影像的场景信息。其中，影像最小生成树域是一种同时考虑像素空间和光谱信息的影像表达模型，其表现出的空间集聚性能自适应地刻画地物边界；同质子区域划分由最小异质性区域划分方法实现，该方法以区域的光谱信息和形状信息为合并准则，对抑制影像中的几何噪声有较好效果；同质子区域间的空间关联由区域最小生成树模型描述，降低了传统用区域邻接关系描述区域间空间关联性时造成的冗余，从而提升了区域分割算法的计算效率。
(2) 在影像的层次化最小生成树基础上，结合区域化隐马尔可夫随机场-模糊聚类(regional hidden markov random field-fuzzy c-means, RHMRF-FCM)方法构建影像的层次化模糊聚类分割模型，并由偏微分方法进行求解。为验证提出方法的有效性和可行性，以WorldView-3高分遥感影像为试验数据，重点探讨了最小异质区域划分算法中各参数对分割结果的影响，对比分析了论文方法和eCognition中多分辨率分割方法和分水岭算法，定性、定量分析结果表明了提出方法不仅能有效克服高分遥感影像复杂场景中的几何噪声影响，且分割精度优于对比算法。
(3) 在串行算法分析基础上，以子块切分为子任务划分准则，提出一种并行最小异质区域划分-子块缝合方法。同时，为了进一步提高RHMRF-FCM算法的分割速度，从降低并行计算过程中的数据通信量角度，设计一种低数据通信量的并行RHMRF-FCM算法。为验证提出的并行分割方法的有效性和可行性，从并行分割代价和并行性能分析两个方面进行试验验证。试验结果表明，提出的并行方法与串行方法不仅分割精度上较为接近，而且计算时间、加速比和并行效率上均表现卓越，对于6.7千万像素的高分遥感影像的最优分割时间仅为1小时，总体最高加速比达2075，并行效率曲线趋势表明提出方法在并行调度的均衡负载方面表现突出，且具有良好的可扩展性能。
初审：张艳玲
复审：宋启凡
终审：金 君
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