网格低潮面模型构建及精度分析

文章基于网格潮汐模型构建了网格低潮面(深度基准面)模型,分析了网格低潮面模型的精度影响因子,验证了网格低潮面模型的可行性和有效性.试验表明,网格低潮面模型精度优于20cm,在离岸较远的海区精度更高;基于网格低潮面模型的低潮面确定方法可以避免基准面确定需要设立验潮站获取(同步)潮位观测数据、沿岸低潮面(深度基准面)定义和算法存在差异以及基准面传递技术存在局限性的问题,尤其适合不易设立验潮站的海区的低潮面确定.     

利用曲面求交提取低潮线的方法

针对当前常用的低潮线提取方法不能适应较大区域范围的现状,提出一种基于曲面求交的低潮线提取方法。首先,在顾及潮滩带状分布特点的基础上,采用单向分区策略构建潮滩数字高程模型;然后,综合利用验潮站和网格潮汐模型计算的低潮面值,采用TCARI (the tidal constituent and residual interpolation)方法,构建曲面形态（连续无缝）的沿岸低潮面模型;最后,对所构的两个模型进行曲面求交,提取沿岸低潮线。试验结果表明,当提取低潮线的区域较大时,所提方法能明显提高低潮线的提取精度。     

一种改进的潮滩数字高程模型构建方法

提出一种基于趋势面优化与克里金插值组合的IZDEM建模方法。通过最优等价权控制不同源数据精度差异对建模质量的影响,优化拟合潮滩地形的趋势面;利用克里金插值方法,顾及潮滩地形变化的各向异性构建残差面,最后利用优化的趋势面和残差面组合构建IZDEM。实验表明,在利用多源潮滩数据构建IZDEM时,本方法可以提高IZDEM的整体建模质量。     

多面函数法在建立区域潮汐模型中的应用

基于卫星测高数据的特点,提出利用多面函数建立区域潮汐场模型的方法。详细论述了多面函数模型的基本原理及方程,并与Kriging法、距离加权法拟合结果进行了比较。结果表明,多面函数模型拟合精度较高,可以用于测高潮汐数据拟合,并成功应用于南中国海域主潮波模型的建立。在大量数据试验基础上,解决了应用多面函数进行潮汐参数拟合计算中核函数的合理选取及平滑因子的匹配等问题。     

顾及多源LOD的室内外三维模型组织和调度方法

针对倾斜摄影、建筑信息模型(BIM)、三维城市模型等室内外三维模型的多源数据融合问题,该文研究了三维地理空间数据的生产、建库、组织和调度情况,分析了海量的多源细节层次(LOD)室内外三维模型的特点,提出了室内外三维模型编码结构,结合顾及模型大小及模型面数聚类的改进四叉树索引,实现了室内外三维模型组织和调度。实验结果表明:该方法支持多源数据的统一组织和调度,顾及了多源数据间的差异,渲染效率高,具有有效性和可行性,能够满足规划、建设和运维等不同阶段的三维数据组织和管理需求。     

顾及残差约束的多面函数法融合卫星测高和船载重力

融合多源重力数据是精化局部区域重力场的必要手段。本文通过引入残差约束因子,改进了基于多面函数的多源海洋重力数据解析融合方法。以日本群岛附近海域为例,使用卫星测高反演重力场模型和船载重力数据,分析了分块大小、融合船载重力数据量及其分布对该方法的影响,并与改进前多面函数法及最小二乘配置法的结果进行比较,验证了改进方法的可靠性和有效性。与验证船载重力数据相比,顾及残差约束的多面函数法精度最好,极值和标准差均显著下降。与多面函数法相比,不仅较好地改善了控制船载测点附近的不符值,而且将其较好地推估至整个区域的船载观测数据之间,残差分布合理,且无明显测线状误差。     

利用经优化的边界条件开展黄海海州湾潮汐场模拟

受海底地形、开边界驱动水位及底摩擦系数等边界条件的共同影响,当前中国沿岸和近海潮汐场模拟的精度仍显不足。利用精度和分辨率较海图高一级别的水深数据、包含长周期天文气象分潮Sa的由12个主分潮组成的开边界驱动水位及顾及水深空间变化的底摩擦系数等经优化的边界条件,运行二维潮汐数值模式2D-MIKE21,开展黄海海州湾潮汐场模拟。结果表明,天文潮模拟值与海州湾周边6个验潮站1年潮汐表相比,12个主分潮综合预报误差为5.52 cm;与中国海域现有潮汐模型CST1中24个随机点位相比,12个主分潮综合预报误差为7.10 cm。天文潮模拟值和CST1预报值二者与海州湾周边2个验潮站近1个月实测值相比,前者中误差要小于后者。这为在沿岸及近海开展面向海洋测绘应用的潮汐场模拟提供了新思路,同时也表明通过数值模拟的方式构建天文气象分潮Sa是可行的。     

临时验潮站深度基准面传递模型及其适用性研究

长江口区域瞬时潮汐面受潮汐、径流、风暴潮的耦合作用,具有一定的区域特性。在阐述临时验潮站各种传递模型的基础上,考虑径流季节特性与潮汐特性,利用长期验潮站传递不同时间序列下深度基准面,探讨了各种传递模型在季节特性与潮汐特征组合条件下传递精度及其适用性,提出了长江口区域海图测绘深度基准面传递的优选方案,具有较强的实用性与可操作性。     

利用全球海潮模型确定海图深度基准面

比较并分析了FES99潮汐模型和NAO.99Jb潮汐模型在浙江近海的精度;利用调和分析法计算了浙江近海的8个主要分潮和3个浅水分潮的调和常数;研究了浙江近海海图深度基准面的计算方法;利用长期验潮站资料验证了本文方法的可靠性与准确性;利用径向基函数方法格网化了经验潮站海图深度基准值加密后的数据,最终得到了浙江近海分辨率为2.5'×2.5'的海图深度基准面模型.     

基于方差分量估计的自适应融合导航

多源传感器观测信息的精度一般不一致,利用方差分量估计理论可以合理地顾及各传感器观测信息在融合导航解中的权比.首先给出基于多源观测信息的融合导航解算模式,进而基于方差分量估计讨论了各传感器观测信息在融合导航解中的合理平衡问题,然后应用自适应因子顾及动力学模型预报信息的贡献,给出了计算过程,并利用模拟数据进行了试算与比较.     

基于短时间序列重力观测数据的潮汐改正方法

对于没有长期连续潮汐观测站和无精密潮汐模型的地区,研究高精度潮汐改正方法具有重要意义。给出了基于短时间序列重力观测数据的高精度潮汐改正方法,并利用全球动力学计划中TIGOConcepcion、Kamio-ka和Hsinchu三个台站的超导重力观测数据对该方法进行了试验分析。研究结果表明,利用一天或数天重力观测数据可建立高精度潮汐模型,其振幅因子和相位延迟解算精度分别优于0.01和0.5°,潮汐改正精度可以达到μGal量级,验证了该方法的正确性和有效性。本文方法为无精密潮汐模型区域的潮汐改正提供了新的途径。     

基于规则库的三维地质自动建模技术研究

利用规则统一三维实体间的语义形式化表达,为建模提供统一的方法。利用三维矢量数据模型的框架,对直钻孔、斜孔、剖面、等值线、断层、褶皱等数据源,分别按规则制定一种数据格式,对多源地质数据进行标准化和信息融合,经过地质面和地质体的快速构建,提出了建立基于规则库的三维矢量数据模型。同时研究了适合各类地质特点的三维模型自动构建方法,包含多源数据耦合层状地质体自动建模技术、基于剖面单元格划分的分区—拼接自动建模技术、多约束下复杂地质结构快速建模技术、空间约束条件下三维地质属性建模技术等。在确保模型精度的前提下,尽量减少人工交互建模的工作量,提高了建模效率。     

顾及潮汐影响的中国红树林高分二号遥感制图

遥感技术由于具有实时、准确、多尺度、可重复等优点广泛应用在红树林遥感制图研究中。目前，中国红树林遥感制图数据集中空间分辨率最高的产品是基于Sentinel 10 m数据生产的，此外，大多中国红树林遥感制图中忽略了潮汐的影响，导致红树林遥感制图结果不精准。本文利用国产高分二号数据源，顾及潮汐淹没的影响实现空间分辨率1 m的2020年中国红树林遥感制图。选取覆盖中国海岸线具有红树林分布的高分二号影像312景(24景高分一号影像补充缺失区域)，对影像进行面向对象多尺度分割，采用红树林淹没指数作为顾及潮汐影响的表征参数，结合随机森林分类方法完成中国红树林高分遥感制图。研究结果表明：2020年中国红树林面积为29576.48 ha,95%的红树林主要分布在广西壮族自治区、广东省、海南省，其总体分类精度为92%,Kappa系数为0.89，尚未顾及潮汐影响的结果比顾及潮汐影响的结果少2531.24 ha。本文生产的红树林高分数据集可为中国红树林生态系统的监测、管理及评估提供高精度的数据支持，具有重要的实际应用价值。     

顾及气候差异的区域加权平均温度模型——以中国陕西为例

加权平均温度Tm是全球导航卫星系统(GNSS)反演可降水量的关键参数.本文以中国陕西为例,结合欧洲天气预报中心(ECMWF)的再分析数据与3个探空站数据,基于最小二乘原理建立了一种顾及周期性的Tm区域化回归模型.利用陕西省内3个探空站数据进行验证.结果表明,本文所建立的顾及周期的Tm区域模型比传统Bevis模型精度平均提升率为16.1％.另外,针对不同气候类型地区的差异问题,建立了随纬度变化分段线性形式的顾及气候差异的Tm模型,解决了回归模型在不同气候区的适应性问题.与探空数据比较,顾及气候差异的Tm模型其外符合精度(RMS)范围在1.47～2.06 K之间,与Bevis模型比较,精度平均提高率为44.9％,提升效果显著;利用ECMWF数据选取19个格网点对模型进行精度评估.结果表明:平均RMS为3.26 K,最大RMS为3.67 K;平均STD为2.69 K,最大STD为3.19 K.     

点面特征约束下利用对偶四元素描述的点云配准模型求解方法

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模型求解方法。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由初始值的不恰当性,或由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,所提方法能有效实现点云配准。因此,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。     

ICESat-2与多源光学影像的潮滩地形反演方法

针对潮滩地形监测存在的操作难度大、价格高、精度低等问题,本文基于ICESat-2卫星激光点云剖面数据,提出了结合多源光学影像的潮滩地形反演方法。以中国黄海辐射沙脊群的两大沙洲系统——条子泥与高泥为研究对象,利用低通滤波降噪技术提取地形高度值,并与潮汐水位数据相结合赋值,实现了从二维到三维的转换,提高了目前主流的水边线潮位赋值法的反演精度。该模型展现了更多滩面地形起伏变化的细节,高度差异明显,可以观测到清晰的潮沟地形。对比实测数据,相关系数为0.89,均方根误差为0.34 m。研究结果验证了ICESat-2数据对于潮滩地形反演的重要作用,为构建人类活动影响下的潮滩演化理论奠定了数据基础。     

一种利用点云邻域信息的建筑物屋顶面高精度自动提取方法

从LiDAR数据中高精度地提取建筑物屋顶面是构建屋顶面拓扑关系、实现建筑物三维模型重建的关键。本文针对现有算法提取复杂建筑物屋顶面适应性较差、精度较低等问题,提出了一种利用点云邻域信息的建筑物屋顶面高精度自动提取方法。通过主成分分析计算点云特征,构建特征直方图,选取可靠种子点;利用提出的局部点云法向量分布密度聚类算法聚类种子点,快速准确地提取初始屋顶面片;构建基于邻域信息的投票模型,有效地解决屋顶面竞争现象。试验结果表明,本文方法可自动、高精度地提取屋顶面,对不同复杂程度的建筑物具有较好的适应性,能为建筑物三维模型重建提供可靠的屋顶面信息。     

基于聚类分析的多面函数拟合高程异常方法

利用多面函数拟合高程异常时,多面函数中心点个数及中心点的选择对拟合精度有很大的影响.利用聚类分析方法对多面函数的中心点个数及中心点进行有效选择,提高多面函数的拟合精度.通过与实测高程异常数据进行比较,基于聚类分析的多面函数拟合方法优于多项式拟合法、移动二次曲面拟合法和多面函数拟合法.     

海域重力异常模型的多尺度分析

不同于传统的重力异常模型精度分析方法,本文以马里亚纳海沟区域(140°E—150°E,10°N—20°N)为例,利用DOG球面小波提取了DTU10、DTU17和SIO V32.1模型在不同波段内的重力异常信号,对模型间的差异进行了深入分析,并对基于径向基函数的不同深度、不同分辨率的多尺度分析进行了尝试。利用DOG球面小波对各模型多尺度分析的结果表明,随着尺度变小,模型间的差异在变大;DTU10、DTU17模型间的差异主要集中在10.9～43.6 km的波段内,分布在海岸、海沟、海底山附近,体现了Cryosat-2、Jason-1/GM观测数据和FES2014海潮模型的贡献;受模型构建方法不同、观测数据增多和波形重跟踪的影响,DTU17、SIO V32.1模型的差异大于DTU10、DTU17之间的差异。对传统径向基函数进行了改进,实现了多深度、多空间分辨率情况下径向基函数多尺度分析,结果略优于单一深度、单一空间分辨率径向基函数构建结果,有望应用于多源数据的重力场模型构建。     

全球地表覆盖数据辅助多源影像融合提取城市不透水面

本文提出了一种利用GlobeLand30数据辅助多源数据融合进行城市不透水面自动提取的方法。首先基于波段映射和小波变换的影像融合方法,融合哨兵二号和高分二号影像,获得同时具有较高空间分辨率和光谱分辨率的融合影像,其具有丰富的光谱特征和空间特征,有利于提升复杂城市区域的不透水面和非不透水面区分能力。然后利用GlobeLand30数据的类别信息自动获取初始分类样本,基于融合影像的丰富光谱信息构建多种植被指数、水体指数和建成区指数,对初始分类样本进行优化。最后利用优化后的训练样本,使用光谱、地物指数等特征训练分类器,实现城市不透水面的自动准确提取。本文以济南市2019年的高分二号和哨兵二号影像为试验数据,在时相、分辨率与影像均不同的GlobeLand30全球地表覆盖数据辅助下获得了总体精度优于92%的不透水面提取结果,验证了本文方法的有效性。