海洋空间信息基准技术进展与发展方向

简要分析了海洋空间信息基准的基本发展历程和当前的技术状态,梳理和评述了近年来关于验潮站垂直基准确定方法的改进与完善、验潮站控制下的垂直基准的实现形式、长期验潮站在维持垂直基准方面的作用、海洋潮汐模型构建、特征潮面模型构建与转换等有关海洋垂直基准及与其相关的海洋潮汐研究的主要进展,预测了海洋空间信息基准在海上高精度位置服务、垂直基准面及转换模型精化、空间基准应用等重点发展方向。

不动产测绘关键技术研发与应用

针对当前不动产登记对不动产测绘的需求,在国内率先对不动产测绘技术进行深入而系统的专项研究,对土地、房屋、草原、林地、海域等不动产测绘现状与需求进行了深入的研究;编制了涵盖基本术语、要素分类代码、基本技术要求、成果整合处理、质量检验、底图编绘、数据库等多个方面的标准,构建了不动产测绘标准体系;进行了空间基准、数据整合处理、成果质量检验、成果集成管理、成果展示等方面的支撑技术研究与产品研发,构建了不动产测绘技术体系和软件产品体系;进行了集成示范和大范围的应用推广。

道路/轨道动态精密测量进展

传统精密工程测量采用人工静态离散观测和几何模型解算方法,无法满足道路/轨道等大型基础设施建设及其复杂运营维护管理所要求的大范围、连续、动态、高精度与精细测量。以多传感器集成技术为核心的动态观测和多源时空数据的协同解算是精密工程测量重要发展方向,并取得了重要的进展。本文首先介绍了道路/轨道动态精密测量所涉及的高精度时空基准统一与转换、多传感器同步控制、多源观测数据的融合配准、测量数据的质量增强以及基于精细三维模型的目标特征提取与识别等技术,然后阐述了动态精密测量技术在道路与轨道运营检测与测量领域的应用进展。

土壤养分数据几种特异值处理方法的比较

利用贵州省平坝县马场镇栗木村的13项土壤养分测试数据,对比分析了3σ准则、估计邻域法、影响系数法、邻近点数据比较法4种识别与处理特异值方法的优劣。结果表明:将3σ准则与邻近点数据比较法相结合,对土壤养分测试数据进行特异值处理获得了较好的效果,对提高地质统计学研究结果的精度有积极的作用。

地理空间数据模型的对比研究

空间数据模型是空间数据建模的基础,是地理信息系统研究的重要内容之一。目前,各平台间数据模型的多样性使得不同软件平台的分析与处理功能强弱不一,不同的空间数据模型间存在差异是现阶段空间数据共享困难的主要原因。本文主要从地理空间数据模型的几何图元表达、几何图元的组合方式、空间算子集合的定义和空间基准的定义4个方面出发,研究OGC标准、ISO 19107规范、ArcGIS、AutoCAD、MapGIS、SuperMap以及MapGuide 7种数据模型,对各个数据模型间的差异进行对比分析。

GRACE/GOCE扩展重力场模型确定我国1985高程基准重力位的精度分析

高精度高程基准重力位的确定往往依赖于高精度全球重力场模型,其对全球和区域高程基准的高精度统一非常关键,GRACE、GOCE卫星重力计划极大地提高了全球重力场模型中长波的精度.本文首先对GRACE/GOCE卫星重力场模型的内符合和外符合精度进行讨论分析,结果说明卫星重力模型的截断误差影响可达到分米级水平,在确定高程基准重力位时该影响不可忽略.利用EGM2008模型扩展GRACE/GOCE卫星重力场模型至2190阶,可有效减弱卫星重力模型的截断误差影响,但不同模型扩展时的最优拼接阶次不同,其中DIR-1、DIR-5模型对应的最优拼接阶次分别为180阶和220阶,以GPS水准数据检验,扩展模型在中国区域的精度均优于18cm.最后,基于最优拼接阶次获得的扩展重力场模型对我国1985高程基准重力位进行了估计,DIR-5和TIM-5模型对应数值分别为62636853.47m^2·s^-2和62636853.49m^2·s^-2,精度均为1.51m^2·s^-2;发现在中国区域模型大地水准面与GPS/水准数据的差值存在微弱的系统性倾斜,东西向倾斜约为9cm,南北向倾斜约为1.4cm,考虑倾斜改正后基于DIR-5和TIM-5模型估计我国1985高程基准重力位的精度提高了0.16m^2·s^-2.

基于几何元素的具有影像纹理的三维空间数据模型

基于对城市三维地理信息系统中复杂对象进行描述 ,以及三维空间查询和影像纹理真实化表达的需要 ,将空间现象抽象为点对象、线对象、面对象、体对象、数字地面模型和栅格影像 6类。基于点、直线段和面片 3类几何元素 ,建立了具有真实影像纹理的三维地理信息系统的空间数据模型 ,并给出了其数据存储结构。理论分析表明 ,该模型不仅可以表达规则对象 ,也可以表达非规则对象 ,同时还可以依据模型中隐含定义的几何元素之间的拓扑关系 ,方便地推求空间对象之间的空间关系。相对于矢量栅格集成的数据模型而言 ,该模型把三维几何建模矢量数据和影像纹理栅格数据分开存储 ,可以方便地在关系数据库中予以实现 ,同时 ,采用基于面片几何元素的形式很容易实现空间面对象或体对象的不同侧面的影像纹理贴加。

轴类工件的校直参数在线检测方法的研究

研究大批量生产轴类工件进行自动校直工艺的校直参数的在线检测方法,给出检测原理模型和检测装置结构,提出两种基准轴线的确定方法及其修正参数的数学模型,并成功地运用在我们研制的YH40-25型250kN精密校直液压机上。

多轨PSInSAR监测华北平原地表垂直形变场

针对PSInSAR技术监测大空间尺度地表垂直形变场的不足,提出通过基准转换与数据拼接、融合不同轨道多个独立片区(Frame)获取大空间尺度地表垂直形变场方法.由于不同轨道主影像选取的参考基准不一致、不同轨道垂直基线不同、不同片区相位解缠的参考PS不同等因素影响,使得PSInSAR获得的不同轨道地表垂直形变场的空间基准存在差异,提取的地表形变信息不具有可比性.利用两个相邻片区重叠区域的PS点集,根据迭代最近点算法提取两片区公共区域内同名点,并兼顾同名点距离的权,精确计算两片区的配准参数,实现两片区的"无缝"连接,最后使各独立片区拼接成一个连续的大空间尺度地表垂直形变场.本文推导了多轨PSInSAR技术获得的不同片区形变场基准转换与数据拼接的数学模型,并以华北平原(115.32°E—118.79°E,36.81°N—40.58°N)为实验区,解析了3个不同轨道共12个片区PS目标,获取了研究区2006—2010年地表垂直形变速度场.分析表明:(1)研究区大范围处于下沉状态,形成以北京、廊坊、天津、沧州、泊头—德州等城市为中心向外扩展的地表沉降发展态势,几个沉降中心的平均沉降速率分别达到-34.7mm/a、-26.3mm/a、-64.2mm/a、-34.6mm/a和-37.7mm/a;(2)地表沉降的空间分布特征表明,城市工业生产和生活抽取地下水是地表沉降的主要诱因,农业灌溉和油气开采是导致华北平原大范围地表沉降的另一个重要因素;(3)研究区最大沉降带沿北北东向展布,与区内断裂分布一致,表明沉降的空间分布受到断裂带控制;(4)利用地表同期一等水准测量成果检验了本研究结果,精度达到4.72mm,表明本文提出的数据处理策略能够满足大时空尺度地表形变监测的需求.

GIS中的空间基准问题

GIS建设中空间基准的统一是GIS数据质量、数据共享、数据使用的基础。在我国GIS建设中普遍存在着空间基准不一致的问题。该文分析了我国GIS建设中空间基准存在的主要问题 ,并在此基础上给出了GIS建设中统一空间基准的方案。

水位改正中的基准面空间内插及其误差约束

分析了水位改正中隐含的基准面空间内插形式,理论推导了基准面空间内插的数学描述,表明水位改正中隐含的基准面空间内插方式与潮汐比较参数的内插方式相一致,基准面空间内插误差为基准面相对平均海面的垂直差距的空间内插误差。仿真实验对此进行了验证。现阶段减弱与控制该误差的最可行手段是,由L值模型仿真不同验潮站空间配置下基准面空间内插误差的空间分布,为验潮站布设设计提供先验信息。而未来建立以平均海面为基本海洋垂直基准的综合海洋垂直基准框架是最有效手段。海洋测量水深数据的处理和计算机存储都应保留以平均海面为基准面的成果,通过垂直基准转换方式可满足多用途需求。

对地理国情监测若干问题的认识

就地理国情监测的概念、监测类型、监测对象的选择、监测的内容、任务和过程,与主要学科的关系、监测的基准、监测数据的选择,以及时空表达、尺度和采样等若干问题表达了自己的认识。

稀疏观测数据的空间内插方法的分析与比较

依靠稀疏样本数据描述空间指标在地理空间上的连续分布是实践中常常遇到的问题，内插是解决问题的基本方法。以云南省为实验区，15年来6～8月的均温为空间描述指标，在90m×90m的分辨率水平上，分别应用不同方法进行内插处理，对内插结果进行了分析和比较。结果表明关联函数法内插效果最好，较好地体现了云南北低南高、西高东低的总体气温变化规律，同时又体现了河谷地带的干热特点。如果无法建立关系函数，则使用克里金插值效果较好，反距离内插法次之，趋势面分析和泰森多边形内插法效果最差。趋势面分析中的高阶多项式内插不优于低阶多项式。

城区空间数据索引系统的设计与实现——以北京市为例

针对目前很多GIS系统存在空间数据不能很好的与其他行业的各种属性数据挂接的瓶颈,提出了建立空间数据索引系统的全套方案,通过匹配标准地址将空间数据与大量其他行业的属性数据连接起来,并且实现图形与属性的连接,从而解决了GIS系统属性数据匮乏的问题,并且减少了建立不同GIS应用系统的很多重复工作,使索引系统能够很好的为城市规划、城市建设以及应急指挥提供决策分析依据.

基于CA非均质性邻接关系的城市扩张模拟

针对传统元胞自动机(CA)均质性邻接关系的假设条件,提出非均质性CA模型(HA-CA),通过引入基准地价等要素将邻域元胞的空间异质性融入模型.研究采用Python脚本语言分别构建了传统CA与HA-CA模拟算法,实例研究显示:基准地价的引入使得模拟精度等到提升,且HA-CA模拟的城市用地扩张更趋近于中心城区周边分布,布局更加符合城市的发展方向,而仅考虑数量而不考虑城镇建设用地质量差异的传统CA模型,在面临多等级城市扩张模拟时会面临"失效"的可能.此外,不同建设用地类型转换机制上的差异是CA模拟结果与实际情形存在出入的重要原因,基于基准地价的HA-CA更适用于模拟住宅和商业用地扩张.

喀斯特地貌地表空间结构分类及特征─——以贵州普定县后寨地区为例

以贵州普定后寨地下河流域为样区，选取１２种反映形态特征和水文特征的空间要素，以最小地貌单元为基准，用模糊聚类法进行分类，再据地貌类型的各类要素划分数量界限进行类型判定。并就各类中要素间进行线性和非线性回归分析。结果标明样区内的地貌空间结构可划分为８种类型。同时还表现出从峰林漏斗向峰林盆地演化的过程，目前因受基面的控制局部地区处于复活幼年——青年期。

城市商业用地地价分布的时空特征——以呼和浩特市为例

呼和浩特市商业用地基准地价由市中心商务区向城市外围逐渐递减,即地价呈明显的圈层结构,但级别边界受到城市道路、铁路及过境公路的直接影响;2000-2006年,地价增长呈现阶段性特征,并非匀速提升;地价增长呈现"火山口"式,在城市边缘区速度最高,城市中心区域和近郊区增速稍慢;城市扩展,特别是呼和浩特市政府与内蒙古自治区政府的搬迁,对于城市边缘区及相邻区域的商业用地价格增长影响较大。

数字地球与数字河南建设

根据当前数字地球理论和实践的发展趋势 ,讨论了数字地球的概念和作用 ,分析了“数字河南”建设的必要性和可行性 ,提出了“数字河南”建设的战略方针和近期及远期目标。

基于一阶逆可靠度方法的空间变异土坡坡角设计

边坡稳定性分析及设计是岩土工程中的经典问题,目前常用的确定性分析(单一安全系数)方法没有量化边坡工程中各种不确定性的影响,概率分析方法则需要进行多次可靠度试算,计算量较大。为此,提出了适合任意坡角的空间变异土坡模型重构方法,基于一阶逆可靠度方法对少量实际试验数据条件下空间变异土坡坡角进行可靠度设计。并以一个代表性的砂土边坡为例对坡角进行可靠度设计,验证了提出方法的有效性。结果表明:提出的方法可以在少量试验数据条件下获得切合工程实际的边坡设计方案,为土坡坡角可靠度设计提供了一条有效途径。对于文中砂土边坡,提出方法仅需进行4,5次迭代计算,便可获得满足目标失效概率的土坡最优坡角。相比之下,确定性分析方法因不能定量地解释边坡工程多种不确定性因素的影响,获得的设计方案与边坡工程实际相差较大。就文中算例而言,对于目标失效概率1×10-4,采用提出方法设计的砂土边坡坡角应小于14.13°;相比之下,采用确定性分析方法设计的边坡坡角与之相差较大。

联合少量地面控制源的空间信息网轨道确定与时间同步

全球低轨卫星通信星座的发展以及全球导航卫星系统卫星轨道和钟差确定技术的进步,为地基连续运行参考系统(CORS)向近地空间转移提供了必要的基础。空间信息网中低轨卫星节点的使用有助于突破地面参考站布设范围的限制,联合少量境内地面控制源可实现全球高精度空间基准服务。针对空间信息网具有的高动态、网络重构性和伸缩性强的特点,如何利用境内少量地面控制源准确确定空间信息网中低轨卫星轨道和时间基准,是实现天基CORS网全球服务的关键。本文研究了基于骨干网和接入网策略进行空间基准和时间基准统一的方法。试验表明,仅利用5个中国境内测站和2个南北极测站,结合12个低轨卫星节点,即可实现约7 cm精度的骨干网中导航卫星和低轨卫星精密轨道确定。在精确确定骨干网节点轨道的条件下,其他节点的实时定轨精度可达10 cm左右。在空间信息网的时间同步体系方面,提出了网络分层自治策略和新型星间链路用于星间和星地高精度时间比对的方法。结果表明基于通信信号体制可实现10 ns精度量级的时间同步性能。