第十三届测绘论文大赛获奖名单（测绘学报博士论文成果展示）

本文内容来源于《测绘学报》2022年第3期（审图号GS（2022）1460号）

多维不动产拓扑数据模型与建模方法研究

丁远

河海大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 211100

基金项目：江苏省基础研究计划(自然科学基金)(BK20190495)；中央高校基本科研业务费(B200202017)

作者简介：丁远(1987—)，男，2018年6月毕业于南京师范大学，获理学博士学位(指导教师：江南教授)，研究方向为三维不动产管理与多维GIS建模。E-mail:dingyuanhhu@hhu.edu.cn

引文格式：丁远. 多维不动产拓扑数据模型与建模方法研究[J]. 测绘学报，2022，51(3)：468-468. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200473

DING Yuan. Research on the multi-dimensional immovable property topological data model and modeling method[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(3): 468-468. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200473

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-3-468.hTm

不动产数据模型是不动产数据管理的基础。不动产数据模型需要考虑显式存储不动产对象的拓扑关系，实质上是拓扑数据模型。不同维度不动产空间数据与不动产时态数据的共存使得不动产数据呈现多维度特征，给不动产拓扑数据管理带来了困难。现有的GIS拓扑数据模型大多仅局限于对特定维度对象拓扑关系的表达，难以满足二三维空间与时间数据共存的多维不动产数据管理的需求。论文借鉴代数拓扑相关理论，设计了一种不依赖于维度对象的不动产拓扑数据模型，以适应多维不动产数据拓扑关系的表达。利用广义映射(generalized map, G-map)数据结构维度独立的特性，统一组织各维度不动产对象的拓扑关系，并基于G-map基本操作实现多维不动产对象维度独立的拓扑建模和操作。研究内容如下：

(1) 分析和讨论了多维GIS数据模型理论，总结了目前多维GIS数据模型存在的问题。在界定不动产基本单元的基础上，将不动产空间对象和时间维度结合并归纳出多维不动产对象的类型。从拓扑关系组织的角度出发，分析了多维不动产对象之间的邻接和关联关系。针对现有拓扑关系组织方法存在的缺陷，突破现有多维不动产数据模型的局限，提出维度独立的多维不动产拓扑数据模型设计思路，并以基本元素为核心设计了概念模型。

(2) 比较了3个基于代数拓扑理论的多维对象拓扑数据模型在代数性质、易操作性和维度扩展方面的优劣，选择有序拓扑模型作为多维不动产对象拓扑数据模型的基础。对比有序拓扑模型的两种实现结构在不动产对象表达与操作方面的适用性，选择G-map数据结构来组织多维不动产拓扑数据。为实现多维不动产数据存储，基于胞腔元组概念提出了G-map的对象元组表达，该方法能够支持带有孔洞结构的不动产对象，通过数据库操作案例证明了该方法的可行性和有效性。

(3) 分析了传统的挤压式建模方法在构建不动产对象几何模型方面存在缺陷，对其改进并提出了基于无重叠基面的挤压法用于构建不动产对象的几何模型。该方法通过移除基面之间的重叠部分以及传播挤压区间来构建几何模型，从而避免歧义产生。为了避免几何对象中存在的冗余，提出了3条判断冗余对象准则，保证该方法构建不动产对象几何模型的正确性。通过试验案例验证了该方法的可行性。

(4) 基于G-map数据结构和基本操作，定义了不动产对象数据结构，提出基于G-map和无重叠基面挤压法的多维不动产拓扑建模方法，设计了不动产对象合并和分割操作方法。该建模和操作方法不依赖于特定维度对象，具有较强的维度通用性。

(5) 设计并实现了多维不动产建库和管理系统的原型系统。选取不同规模、不同维度的不动产数据测试多维不动产拓扑建模方法，试验证明了多维不动产拓扑建模方法的可行性，且该建模方法的时间和空间复杂度与数据规模和维度呈现线性关系。选取试验数据验证了多维不动产对象操作方法、时空关系查询和时态对象查询的可行性。

低纬GNSS电离层闪烁监测及应用研究

罗小敏

中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院, 湖北 武汉 430074

基金项目：国家自然科学基金(42104029)；中国博士后科学基金(2021M692975)

作者简介：罗小敏(1988—)，男，2020年6月毕业于武汉大学，获工学博士学位(指导教师：楼益栋教授、辜声峰副教授)，研究方向为GNSS空间环境学。E-mail: xmluo@whu.edu.cn

引文格式：罗小敏. 低纬GNSS电离层闪烁监测及应用研究[J]. 测绘学报，2022，51(3)：469-469. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200465

LUO Xiaomin. Research on GNSS ionospheric scintillation monitoring and application at low latitudes[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(3): 469-469. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200465

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-3-469.htm

电离层中小尺度不规则体会引起全球导航卫星系统(GNSS)信号发生衍射及散射效应，导致地面GNSS接收机跟踪的无线电信号的振幅和相位产生不同程度的衰减与畸变，即GNSS电离层闪烁。GNSS电离层闪烁难以利用常规的电离层延迟误差处理方法予以削弱，其对GNSS服务的完好性、连续性和可用性产生严重威胁。论文针对低纬电离层闪烁对GNSS观测与定位的不利影响，从电离层闪烁及电离层不规则体形成的物理机制出发，开展了包括电离层闪烁指数的构建、闪烁指数在低纬电离层不规则体特性分析中的应用、削弱低纬电离层闪烁对GNSS精密单点定位(PPP)影响的处理方法、GNSS电离层闪烁监测应用等多方面的研究。主要内容如下：

(1) 详述了电离层对GNSS信号的影响可以分为电离层延迟与电离层闪烁，并从无线电波穿过电离层介质时所产生的折射与衍射的物理效应出发，指出了GNSS电离层闪烁发生的物理原因，从而阐明了电离层闪烁与电离层延迟的本质区别。系统总结了低纬电离层不规则体的形成机制及影响不规则体生长与发展的因素，阐述了电离层闪烁基础理论。

(2) 总结了常用GNSS电离层闪烁指数S₄与相位闪烁指数σ_φ的计算方法。在此基础上，发展了一种利用普通型GNSS接收机1 Hz的载噪比数据构建的电离层闪烁指数S4c。结果表明：S4c指数与专用型电离层闪烁监测接收机输出的闪烁指数S₄的相关系数达0.9。构建的S4c指数可为全球普通型GNSS接收机观测网实现大范围低成本电离层闪烁监测提供技术支撑。

(3) 提出了基于北斗地球静止轨道(BDS GEO)卫星观测数据分析电离层不规则体特性的方法。该方法以地基GNSS测站上空的GEO卫星作为参考，对比分析磁静日不同轨位的GEO卫星(参考GEO卫星、西边及东边的GEO卫星)首次观测到的不规则体时间，分析确定不规则体产生的特点。基于该方法发现了东亚地区104.98°E与112.34°E经度带上空的本地电离层不规则体产生率存在明显差异，并指出了这种差异与活跃的大气热带辐合带所激发的重力波存在密切联系。

(4) 深入分析了低纬电离层闪烁环境下BDS PPP的定位结果，提出了顾及电离层闪烁指数的BDS GEO、IGSO、MEO卫星TurboEdit周跳阈值建模方法。通过统计大量的BDS卫星TurboEdit周跳探测观测值与电离层闪烁指数的分布关系，初步建立了不同类型BDS卫星的TurboEdit周跳阈值模型。大量的算例表明，相比于基于经验周跳阈值的BDS PPP方案，采用周跳阈值模型的BDS PPP可以非常有效地削弱电离层闪烁对定位结果的影响，在E、N、U三个方向的定位精度分别改善了24.1%、38.2%、47.9%。

(5) 基于FUSING软件平台，实现了多GNSS电离层闪烁实时监测模块，构建了基于ROTI、S4c指数的全球及中国区域电离层闪烁实时监测格网图。利用电离层闪烁监测格网图分析了中等磁暴、强磁暴与特大磁暴期间电离层不规则体的全球分布特点，指出了ROTI与S4c格网图在反映电离层不规则体时存在差异。此外，以ROTI指数及ROTI格网图为基础，联合利用地基电离层测高仪、星基Swarm Ne数据对热带气旋期间的电离层不规则体及电离层扰动特点进行了详细分析，发现了ROTI格网图对低纬电离层不规则体与电离层行进式扰动同样敏感，并建议利用测高仪、闪烁监测接收机、甚高频相干散射雷达等多源数据对低纬电离层不规则体进行交叉验证。

地基GNSS反演水汽空间分布关键技术研究

杨飞

中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院, 北京 100083

基金项目：武汉大学地球空间环境与大地测量教育部重点实验室开放基金(19-02-08)

作者简介：杨飞(1991—)，男，2020年6月毕业于武汉大学，获工学博士学位(指导教师：郭际明教授，孟晓林教授)，研究方向为GNSS气象学。E-mail: yangfei@cumtb.edu.cn

引文格式：杨飞. 地基GNSS反演水汽空间分布关键技术研究[J]. 测绘学报，2022，51(3)：470-470. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200524

YANG Fei. Research on the key technologies in water vapor retrieval using ground-based GNSS[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(3): 470-470. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200524

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-3-470.htm

地基GNSS反演水汽空间分布技术是一种利用GNSS卫星信号在大气中的传播延迟来反演大气水汽信息的技术，相较于传统水汽观测手段，它具有连续运行、低成本、全天候、时间分辨率和精度高等优点。利用地基GNSS不仅可以反演得到大气可降水量的二维信息，也可以通过水汽层析技术重构大气水汽密度的三维信息。论文详细阐述了地基GNSS反演大气可降水含量和三维水汽层析获取水汽密度的原理和方法；探讨了不同建模因子对气温气压模型精度的影响，分析了基于气温气压模型的ZHD精度；提出了可以提高GNSS水汽反演精度的加权平均温度Tm模型和改善GNSS-PWV内插效果的方法；建立了基于遗传算法的三维水汽层析方法，开展了城市区域水汽层析试验。论文主要研究成果如下：

(1) 利用不同的模型表达式、不同时间分辨率和不同空间分辨率的建模数据，研究给出了不同建模因子对经验气温气压模型精度的影响特点，构建了基于分段时间思想的气温气压模型，并在全球范围内评价了不同ZHD模型在无实测气象参数时计算ZHD估值的精度。

(2) 在全球范围内获取和分析了不同高度区间的加权平均温度递减率，并确定利用从地表高度到高于地表 2 km范围的Tm递减率进行时间序列分析，得到了全球范围1°×1°格网点上的Tm递减率的平均值、年振幅和半年振幅，建立了GPT2wh模型。试验结果表明所提出模型有效改善了已有模型估计Tm时缺乏高程改正的缺陷，提高了高差较大待求测站的Tm估计精度。

(3) 在全球范围内的格网点上分析了地表气温和加权平均温度的线性关系，建立了全球格网GGTm-Ts模型，提供全球格网点高精度Tm-Ts关系，结合全球气温气压模型，以两种模式为全球GNSS测站提供高精度Tm估值，分别服务于有实测地表气温和没有实测地表气温的GNSS测站。

(4) 讨论了Bevis公式、GPT2w模型、GPT2wh模型和GGTm-Ts模型估计的Tm用于GNSS-PWV转换的影响。IGS测站数据表明：在地表气温可以实时获取的情况下，GGTm-Ts模型是用于PWV转换的首选；而在无实测气温数据的情况下，GPT2wh和GGTm-Ts模型的模式2的转换精度相当，由于GPT2wh模型包含更多气象参数估值，它可以被更广泛地使用；考虑到GGTm-Ts模型和GPT2wh模型的格网分辨率分别为2.5°×2°和1°×1°，GGTm-Ts模型有更大的扩展空间。

(5) 提出了一种基于移去-内插-恢复思想的GNSS-PWV空间内插方法，利用本文建立的GPT2wh模型计算PWV估值，再用已有内插算法插值PWV残差项，最后恢复待求测站PWV信息。该方法不需要待求测站的地表实测气象数据，也无需对观测数据进行回归分析。香港卫星定位参考站网进行的站交叉检验和格网点检验表明，基于移去-内插-恢复思想的GNSS-PWV空间内插方法有效提高了PWV的空间分辨率和内插精度，实现了无GNSS接收机的位置获取精确PWV信息的可能。

(6) 提出了采用灰度图的方式研究层析观测方程的矩阵病态性问题，并设定阈值来确定层析网格是否被充足卫星信号射线穿过。将层析观测方程构建为适应度函数，把矩阵求逆问题转换为函数最优化问题，进而提出一种基于遗传算法的水汽层析新方法，该方法不再过多依赖约束条件、先验信息和外部气象数据。香港卫星定位参考站网的水汽层析试验表明，基于遗传算法的水汽层析结果与无线电探空剖面、ECMWF三维水汽分布和传统最小二乘层析结果相比都有很好的一致性，可以提供可靠、精确的层析大气水汽密度结果。

基于InSAR技术的地震构造和火山形变获取及模型解译研究

牛玉芬

河北工程大学, 河北 邯郸 056038

基金项目：国家自然科学基金(41901286;41772365; 41674001)

作者简介：牛玉芬(1987—)，女，2020年7月毕业于长安大学，获工学博士学位(指导教师：路中教授、赵超英教授)，研究方向为InSAR地质灾害监测及解译。E-mail: niuyufenpippa@163.com

引文格式：牛玉芬. .基于InSAR技术的地震构造和火山形变获取及模型解译研究[J]. 测绘学报，2022，51(3)：471-471. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200528

NIU Yufen. Applications of SAR interferometry for co-seismic, interseismic and volcano deformation monitoring, modeling and interpretation[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(3): 471-471. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200528

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-3-471.htm

地壳深部构造动力学过程会引起山脉隆升、盆地断陷等一系列复杂的地质构造现象，在此过程中往往伴随着地震、火山等地质灾害的发生，这些频发的地质灾害严重危害着人类的生存环境。作为遥感对地观测的全新技术，合成孔径雷达干涉技术(InSAR)克服了传统形变监测手段的不足，可为高精度监测地震、火山等地质灾害形变及构建灾害机理模型提供必需的基础信息，特别是随着星载SAR传感器对地观测技术的不断发展，SAR影像时空分辨率大大提高，SAR卫星的种类和成像模式日趋丰富，这为InSAR技术持续有效开展灾害形变监测提供了广阔的应用前景。基于此，论文以地壳深部动力学过程引起的典型同震、震间、火山类型灾害为主要研究对象，并针对当前InSAR技术在数据匮乏、自然环境恶劣、地质构造错综复杂、先验约束信息不足等极端条件下地震同震形变获取、断陷盆地震间形变监测、泥火山活动形变周期以及这些灾害机理解译方面存在的局限性，在分析不同断层活动特性、不同火山岩浆侵入模型对应不同InSAR形变场特性基础上，具体以共轭断层破裂2014年鲁甸地震、断层纵横交错的渭河盆地及复合源体的美国阿拉斯加Shrub泥火山为实例，系统开展了基于InSAR灾害形变场的精确获取及灾害机理模型的合理构建、灾害机理综合解译的研究。具体内容如下：

(1) 分析了InSAR技术在获取地震、震间、火山地表形变时面临的主要误差，结合本文具体研究对象，提出了合适的解决方法，并针对数据处理中面临的多源DEM配准融合问题，提出基于SAR成像几何的DEM配准方法。

(2) 开展了不同地壳活动类型的InSAR形变场正演模拟与形变场特性分析，主要包括：同震形变位错模型，震间形变模型，火山点源Mogi模型、近垂直的矩形Dyke模型、近水平矩形及水平圆形Penny-crack Sill模型、Yang长椭球立体模型。

(3) 针对2014年鲁甸M_s6.5级共轭断层破裂地震事件中当前缺乏地震近场研究问题，首先采用精细D-InSAR技术获取了鲁甸地震同震近场地表变形，并以GPS远场同震形变为补充，结合余震分布确定了共轭断层几何结构，反演了鲁甸地震同震精细滑动分布，进一步根据同震库伦应力作用，发现了鲁甸地震表现出复杂的变形模式：主震与余震滑动深度在空间上互补，鲁甸地震主震及其余震可能已经完全释放了0~20 km深处的累积弹性应变，余震可能是动态触发的结果；小河断裂及龙树断裂则有较强的应变累积，推断2020年5月18号发生的巧家地震可能与鲁甸地震有关。

(4) 针对渭河盆地内部错综复杂多条断层活动性事件中当前研究多仅关注盆地局部形变的GPS和水准测量为基础的问题，首先，根据升轨Sentinel-1数据及降轨ALOS-2 ScanSAR数据精确获取大范围盆地垂向形变速率；其次，根据垂向速率场，分析了渭河盆地整个地表活动及主要断层活动性质，修正和识别了渭河盆地主要活动断层位置，并支持了争议断层——高家村-高店断裂的存在观点；最后，针对渭河盆地中西部构造活动强烈地区，构建多断层模型进行多断层震间滑动分布反演，进一步分析了对应断层闭锁程度及其与历史地震之间的关系，证实了断层的蠕滑特性。

(5) 针对阿拉斯加复合源体Shurb泥火山活动性事件中对于该火山缺乏地面监测系统和历史信息的问题，结合InSAR技术深入开展对Shrub泥火山从地表形变高精度监测到复合源体模型合理构建及综合解译的系统研究，并据此提出了针对Shrub泥火山“主源体-多Sill”的长期活动概念模型。

环礁典型地貌单元形态重构与分类方法研究

王琦

山东建筑大学测绘与地理信息学院, 山东 济南 250101

基金项目：中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA13010400)；中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDY-SSW-DQC019)

作者简介：王琦(1989—)，男，2019年6月毕业于中国科学院地理科学与资源研究所，获得理学博士学位(指导教师: 苏奋振研究员)，研究方向为珊瑚礁遥感与地貌形态建模。E-mail: wangqi19@sdjzu.edu.cn

引文格式：王琦. 环礁典型地貌单元形态重构与分类方法研究[J]. 测绘学报，2022，51(3)：472-472. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200531

WANG Qi. Research on methods for morphological reconstruction and classification of atoll typical geomorphological units[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(3): 472-472. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200531

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-3-472.htm

全球环境变化和人类活动的强烈扰动使珊瑚礁生态系统正面临着可持续发展的巨大压力。目前，利用以光学遥感为主的被动遥感技术对远海珊瑚礁地貌进行监测是研究珊瑚礁生态系统变化的主要技术手段。由于大气和海水对辐射信息的衰减作用，被动遥感技术还不足以记录水下复杂的珊瑚礁地貌信息。机载激光雷达、船载声学遥感等主动遥感技术的发展则为水下珊瑚礁大范围高精度地貌信息的获取提供了重要支持。基于珊瑚礁主动遥感地貌监测数据来获取复杂的珊瑚礁地貌特征参数，可以更为全面、准确地揭示珊瑚礁生态系统状态的变化。但目前关于珊瑚礁地貌主动遥感的研究还比较薄弱，尤其是在珊瑚礁地貌形态模拟与分类方法研究方面还比较少，还不足以为具有多尺度、多层级关系和强空间变异性等复杂特性的珊瑚礁地貌特征参数提取提供方法支持。

论文针对珊瑚礁的复杂特性，聚焦于南海主要珊瑚礁类型-环礁，以环礁典型地貌单元礁坪、泻湖为研究对象，基于主动遥感技术获取的研究区地貌监测数据，开展了环礁典型地貌单元形态重构与分类方法的研究。主要内容如下：

(1) 高密度的环礁地貌主动遥感监测数据对于连续地貌形态表面建模造成不便，提出了一种顾及局部形态单元三维刻画完整性的地貌监测数据简化方法。通过建立环礁局部地貌形态复杂度模型量化数据点的重要性实现数据简化。在同等精度控制条件下该方法对地貌主动遥感监测数据的简化程度高于已有方法，并且在地貌形态特征信息保留方面优于已有方法，有利于降低地貌形态重构的精度损失。

(2) 环礁地貌具有“宏观环状分带，微观异质破碎”的尺度分异特征，对常用表面建模方法在环礁地貌形态重构中的适应性进行了分析。分别从数值精度和属性精度的角度建立了形态精度评价指标体系。评价结果表明：在环礁地貌形态重构中普通克里金插值和径向基函数插值优于反距离加权插值和局部多项式插值；普通克里金插值更适应于环礁地貌形态表面重构，但对复杂的环礁地貌形态表面的空间变异估计还存在不足。

(3) 针对普通克里金插值在环礁地貌形态重构中空间变异估计不足的问题，提出了一种修正普通克里金插值方法。通过转换全局分布参数来提高全局变异程度，同时通过局部残差修正来降低局部精度损失。试验结果表明：与已有修正方法相比，该方法能够更好地反映区域变量的空间结构特征，并且局部精度更高；该方法所重构环礁地貌形态精度优于普通克里金插值，可以作为一种更为可靠的建模方法用于珊瑚礁复杂地貌形态重构。

(4) 针对具有多层级关系特征的珊瑚礁复合地貌形态类型划分的问题，提出了一种基于空间组成结构的地貌形态边界位置推断与分类方法。利用环礁各地貌形态类型之间的空间组成结构信息差异和空间拓扑关系，实现地貌形态类型的划分。试验结果显示：试验区地貌形态类型分类总体精度为94%，Kappa系数为0.91，可以获得较为理想的环礁地貌单元形态分类分布。

机载LiDAR测深数据处理关键技术研究

宿殿鹏

山东科技大学测绘与空间信息学院, 山东 青岛 266590

基金项目：国家自然科学基金(52001189；41930535)；高端外国专家引进计划(G2021025006L)；国家重点研发计划(2018YFF0212203)；山东科技大学科研创新团队支持计划(2019TDJH103)

作者简介：宿殿鹏(1988—)，男，2018年12月毕业于山东科技大学，获工学博士学位(指导教师：阳凡林教授)，研究方向为海洋测绘。E-mail: sudianpeng@126.com

引文格式：宿殿鹏. 机载LiDAR测深数据处理关键技术研究[J]. 测绘学报，2022，51(3)：473-473. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200542

SU Dianpeng. Key technologies for processing airborne LiDAR bathymetry[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(3): 473-473. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200542

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-3-473.htm

机载LiDAR测深(airborne LiDAR bathymetry，ALB)技术已在海岸带、海岛礁等浅水海域展现出非常大的潜力，但在误差理论建模和数据处理方法等方面还存在不足，制约着ALB技术的进一步发展。为此，论文针对ALB的技术发展和应用需求，分别从ALB回波信号处理和提取方法，ALB系统中器件、环境和目标因素对测量误差的理论分析模型，海气界面折射改正、航带拼接方法，以及珊瑚礁信息提取的数据应用5个方面进行了详细研究。主要工作如下：

(1) 针对ALB浅水回波信号易混淆、难以识别进行水深提取问题，提出一种基于分层异构模型的波形拟合算法。根据波形不同组成部分的相应特性，采用分层异构函数(水面—高斯函数、水体—指数函数及水底—B-样条函数)进行全局收敛LM(Levenberg-Marquardt)拟合，优化求解相应的分解参数，从而使各部分回波信号的拟合效果达到最优。利用南海ALB试验数据进行验证，相比于双高斯拟合，其平均均方根误差RMSE、平均决定系数R²、平均相关系数CORR和相关系数标准差STD分别提高65.11%、2.83%、1.01%和86.61%，拟合精度更高、适应性更强。

(2) 分别从器件(激光指向角偏转)、环境(大气限制、水面折射、水体折射、水体散射)、目标(不规则水底地形起伏)3方面对ALB测深误差进行分析评估，建立了ALB误差模型，为测前方案设计和测后误差处理提供理论依据。针对各种干扰因素造成的6类随机误差，定量分析了不同误差源对ALB测深的影响：对于10 m水深，6类模型的测距误差分别为：激光指向角度误差(30 cm)、大气限制误差(< 1 cm)、水面折射误差(14 cm)、水体折射误差(5 cm)、水体散射误差(6 cm)、不规则水底地形起伏误差(2 cm)。系统的ALB测深误差分析，既能为ALB数据采集提供参考，也能为ALB数据后处理提供有效的误差改正方案。

(3) 针对瞬时海面倾斜造成的折射光线路径偏移问题，提出了基于瞬时海面模型和光线追踪的ALB折射改正方法。基于最小二乘和波浪谱理论，利用波长532 nm蓝绿激光获取的海面激光点云数据构建瞬时三维海面模型，以此作为光线追踪平台。在计算海面斜率的基础上，通过追踪穿过大气-水界面的每束激光，激光点的位置偏差得到相应改正。对于10 m水深海域，测深数据改善9.2 cm，为ALB海气界面折射影响提供高精度解决方案。

(4) 针对经过系统检校和前面误差处理后的残差，提出了一种基于非线性最小二乘平差的蒙特卡罗匹配(Monte Carlo matching，MCM)算法，增强了航带拼接的稳健性。通过航带重叠区域“水深相对漂移”进行滤波；然后将蒙特卡罗模型与非线性最小二乘参数平差模型相结合，利用多波束数据对初始基准航带进行纠正，再以初始基准航带为参考依次进行航带拼接；最终解算得到航带拼接转换七参数。对于重叠区域同名点平均距离大于1 m的原始航带，拼接后同名点平均距离在7 cm以内，实现了ALB高精度、强稳健性航带拼接。

(5) 基于ALB数据处理获得的高精度波形和地形数据，提出了ALB波形和地形特征组合的珊瑚礁信息提取方法。通过挖掘海底波形特征参数(振幅、波宽、面积、偏态、峰度、反向散射截面系数)和地形特征参数(水深标准差、坡度、测深位置指标、高斯曲率、平均曲率、粗糙度)，构建波形和地形组合的特征向量模型，采用支持向量机分类器将海底底质分为珊瑚礁和其他底质两种类别，总体精度与Kappa系数分别达到93.57%、0.87。较现有方法，其总体精度和Kappa系数分别提高2.65%、0.06，不仅克服了浅水海域数据采集的困难，而且实现了珊瑚礁信息的高精度提取。

基于射频音频信号的智能手机多源混合定位方法

研究

郭光毅

武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079

基金项目：国家重点研发计划(2016YFB0502200; 41074006);国家自然基金(91638203)

作者简介：郭光毅(1989—)，男，2020年6月毕业于武汉大学，获工学博士学位(指导教师：陈锐志教授)，研究方向为室内射频、音频定位、多源融合等。E-mail: guangyi.guo@whu.edu.cn

引文格式：郭光毅. 基于射频音频信号的智能手机多源混合定位方法研究[J]. 测绘学报，2022，51(3)：474-474. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200552

GUO Guangyi. Research on multi-source hybrid indoor positioning method based on RF and acoustic signal for smartphone[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(3): 474-474. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200552

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2022/1001-1595/2022-3-474.htm

随着无线通讯网络技术、传感器技术的飞速发展，智能手机作为一种高度普及的移动计算平台为人们提供了无可替代的便捷。高精度高可用的室内定位技术作为室内位置服务的基石，是打通室内外无缝位置服务的关键技术。论文在不改变、不增加智能手机硬件的前提下，围绕对音频定位、射频定位(Wi-Fi、BLE)、PDR定位算法的优化展开，提高单一的定位技术的精度和稳定性；搭建一个可接入多源异构量测的自适应的紧组合多源信号融合平台，主要研究内容如下：

(1) 提出了一种基于多传感器的智能手机握持姿势识别方法，基于101位测试人员的样本数据，提取多源传感器数据中隐含的运动模式以及环境信息特征，结合模式识别算法显著提高了识别精度。此基础上，提出了一种顾及握持姿势的自适应脚步检测算法，优化了PDR算法中脚步检测的适应性，在不同握持姿势下平均精度可达到99.68%。在步速估计方面，提出了一种顾及实时握持姿势的行人速度估计算法，在不同握持姿势的平均绝对速度误差为0.061 m/s，改善了行人速度检测的精度及普适性。

(2) 提出了一种基于Wi-Fi RTT-RSS混合的距离估计算法，基于时钟模型给出了RTT时间测量误差分布，提出了由网卡硬件和固件造成MAC处理延迟的校准方案，提高了基于RTT距离估计的精度。提出的混合距离估计的策略，提升了FTM协议响应处理并发请求的能力，优化了距离估计的稳健性和可用性。

(3) 提出了一种基于射频信号虚拟观测的建筑物朝向约束定位方法，充分利用走廊朝向和无线射频信标设备布设位置的先验知识构建虚拟基站，将走廊双向通行且两侧不可达这一非线性特征转化到虚拟基站观测，在观测量层面对定位结果进行了约束，强化了走廊定位时的方向信息；同时也弥补了走廊环境线性布设的缺点，优化了走廊环境观测量的几何分布。有效地提高了走廊环境下定位精度，减少了“穿墙”的现象，提升了定位体验。

(4) 提出了一种基于时频分析和优化互相关方法的实时到达时间检测算法，将时频分析技术用于音频信号到达时间检测，有效地提高了室内复杂环境下TOA估计算法的稳健性；利用PDR和音频信号的互补性，实现了音频信号与PDR的紧组合定位方案；给出了基于预测状态的多普勒补偿改正和异步到达时间补偿的方法。改正了TOA估计中，由行人动态移动引入的多普勒时间偏差，补偿了TDOA解算中，由TDMA音频播发架构及行人动态移动引入的位置误差。进一步提升了系统的定位精度及稳定性。

(5) 在不改变、增加智能手机硬件的前提下，利用智能手机搭载的声、电、运动传感器，搭建了一个可接入多源异构量测的自适应的紧组合多源信号融合架构，实现了音频信号、Wi-Fi、BLE、PDR的多源组合定位算法。其基本思想是：分别对接入的相对、绝对定位源进行了针对性的优化，提高单一的技术的精度和稳定性，合理利用相互独立观测之间的冗余度，充分发挥各种定位源的互补性；基于室内定位源的先验信息，实时评估当前观测的质量，以此来构建抗差自适应滤波算法，从观测层面和整体系统层面提高定位精度和抗差能力。在粗差攻击测试和终端性能差异测试中，本方法表现保持了良好的精度、可用度和抗差能力。

初审：张艳玲

复审：宋启凡

终审：金 君

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