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測繪學科理論的新進展
出處: 作者: 杭州繪天網 2006年06月22日

空間定位、航空航天遙感、地理信息系統和數據通信等現代信息
技術的發展及其相互滲透和集成,使測繪學科從原來只能利用測量儀
器在局部地區獲取觀測數據發展為可利用各種星載、機載和艦載傳感
器實現對整個地球表面及其環境的幾何、物理等數據的采集,從單純
提供靜態測量數據發展為可實時、準實時地提供隨時空變化的地球空
間信息。將空間數據與其它專業數據進行綜合分析,使測繪學科從單
一學科走向多學科的交叉,其應用已擴展到與空間分布有關的諸多領
域。測繪學科理論和技術的新進展,顯示出現代測繪學科正在向地球
空間信息科學(Geomatics)跨越和融合。
  在大地基準方面,近年來國外一些國家和地區都在研究和實施國
家和地區的大地基準的更新和現代化工作,我國也在探討以空間地心
坐標框架逐漸代替傳統大地測量坐標框架問題。我國正在對坐標系的
定義、建立和維持等理論問題和實踐問題進行深入的研究,制定出新
一代地心坐標系發展的目標,即使我國地心坐標系的定義應與ITRS協
議一致,采用當前國際上決定的零潮汐系統,大地測量基本參數仍宜
保持GRS80基本不變。我國地心坐標框架的特點是高精度、動態,涵
蓋全部陸海國土,以及足夠的框架點數量和實用的分布密度。與地心
坐標系有關的另一個理論問題是地心運動問題。我國分別采用重復GP
S和SLR觀測資料對地心運動時間序列進行抗差譜分析,解得地心年度
變化量約為20毫米的結果,可以說明作為坐標系原點的地心確實存在
較明顯的運動。
  在衛星定位方面,除了在GPS技術上有新的進展外,在理論上主
要開始對歐洲的自主、獨立民用的全球多模式衛星定位導航系統(GA
LILEO)進行全面仿真分析和驗證,并探討多種衛星導航定位系統(
多頻段載波相位數據)的應用與快速整周模糊度定位模型、精度和可
靠性等。GALILEO系統建成后,能夠與新一代GPS系統相互兼容,共同
構成未來的全球導航衛星系統(GNSS),向全球各類用戶提供高精度、
高可靠性的定位服務。
  在地球重力場方面,主要表現在衛星重力測量的研究已由初期對
地觀測數據的誤差分析和恢復地球重力場能力的論證轉向建立更加切
合實際的數據處理模型和近于真實的模擬仿真研究。在其數據處理方
法上,提出了最小二乘復配置解、最小二乘矢量與張量配置解等。在
應用衛星重力觀測數據恢復地球重力場方面,深入研究和提出了有關
不適定方程解算的正則化理論和方法,對已經公布的CHAMP衛星重力
數據進行預處理,并基于時域法、動力法以及能量守恒法恢復了地球
重力場模型,其精度與國外的EIGEN1S、EIGEN2相當。其次有關地球
重力場邊值問題,建立了以橢球面為邊界面的新求解框架,并且從物
理大地測量的基本原理和方法入手,分析了GPS對傳統物理大地測量
理論及方法所產生的影響,重點研究了GPS邊值問題。
  在大地測量動力學方面,側重于利用中國地殼運動觀測網絡的GP
S數據,獲得中國大陸地殼運動速度場,求出活動塊體剛體運動歐拉
極和相鄰塊體間的相互運動速率,并且利用中國GPS矢量場和IERS公
布的全球矢量場,對中國及全球地殼水平運動狀態進行了全球到局部
不同尺度構造運動的描述和理解,同時利用這些GPS觀測資料分析了
部分震例,探討了從GPS連續觀測序列提取地震前兆的方法。此外,
基于全球地球動力學合作觀測網絡20個臺站的28個系列的高精度、高
密度采樣的超導重力儀觀測數據,精密測定了地球液核近周日共振參
數,用重力觀測手段證明了真實地球液核動力學扁率比流體靜力平衡
假設下的動力學扁率大約5%的重要結論。
  在測量數據處理方面,隨著測量新技術的不斷發展和不斷深入,
其研究的重點也轉移到了動態問題的數據處理和各類模型誤差的識別
與模型的精化??ǘ瞬ㄊ悄殼敖餼齠侍獾鬧饕侄?。近期對
傳統的卡爾曼濾波有了許多擴展和改進,比如在濾波過程中考慮其抗
差性能,以某種傳感器結果校準另一種傳感器,融合多種傳感器觀測
數據的濾波等。由于觀測精度不斷提高,觀測環境愈來愈復雜,精確
的數學模型幾乎無法建立,因而對模型誤差的認識也發生了根本的轉
變,即不把模型誤差單純看成有害成分而簡單剔除,而是把模型誤差
看作有用信息加以提取。現在分析處理模型誤差(系統誤差)的理論
和方法主要是非參數估計和半參數估計。
  在數字攝影測量方面,不僅將傳統攝影測量儀器各種功能全部計
算機化,提高工效,減輕了作業人員的負擔,而且正在不斷擴充其功
能。為此必須跳出傳統攝影測量的束縛,從計算機的特點考慮數字攝
影測量的理論發展。例如滅點理論,它在數字攝影測量、計算機圖形
學中,對空間平行線的自動分類、滅點的提取、應用是一個重點研究
方向。它不僅是利用單張非量測相機所獲得的影像進行建筑物三維重
建的基礎,而且也將成為利用城市大比例尺地形圖進行空中三角測量
控制的信息,用于城市大比例尺地形圖的數據更新。再如廣義點理論,
它是在曲線(或直線)上任意一點都可以被用作“控制點”,而且可
以直接應用“共線方程”,但只能在兩個(x,y)共線方程中選取其
一,因此很容易將點、直線、圓、圓弧、任意曲線歸納為一個數學模
型———共線方程,進行統一平差。
  在遙感圖像方面,高精度的定標技術取得進展。遙感圖像的數字
值是地面反射和大氣散射的輻亮度的一種表現。遙感高精度定標技術
包括絕對定標、相對定標和交叉定標三個方面。絕對定標是研究把傳
感器輸出的數字值或遙感圖像高精度地轉換為物理量的技術。針對不
同性能的衛星傳感器采用不同的技術流程進行絕對定標,它包括基于
遙感圖像特征的絕對定標,基于衛星傳感器系統參數的絕對定標,基
于校正場的絕對定標???。相對定標包括對衛星傳感器本身的定標和
校正以及針對不同傳感器或不同時間的遙感圖像數據融合或鑲嵌時,
將不同圖像按照一定標準進行定標和校正。交叉定標則是以一個已知
定標的衛星傳感器作為參考,通過遙感圖像數據的對應處理,實現對
另一傳感器的絕對定標。
  在多源空間數據挖掘技術方面,主要研究應用數學方法,從多源
對地觀測數據中,提取各種面向應用目的的地學信息。其研究內容包
括從遙感圖像數據中挖掘GIS數據,基于紋理分析的分類識別,遙感
圖像的解譯信息提取,面向應用的數據挖掘。
  在成像雷達遙感信息共性處理技術方面,主要研究內容包括SAR
影像的輻射定標,SAR影像相干噪聲去除方法,SAR影像的幾何校正處
理,SAR影像的紋理分析及專題信息提取,SAR干涉測量處理及立體測
圖處理,SAR影像的模擬。
  在空間數據的研究方面,主要在以下幾方面有新見解:空間數據
基本幾何要素的置信區域、空間數據面要素不確定性和GIS屬性數據
精度的缺陷率度量統計模型。目前在國外,重點研究確定性的度量標
準、數據質量管理模型、數據質量檢查與控制等問題,我國的研究則
側重于空間數據不確定性理論、空間數據生產過程的質量控制的科學
方法。
  在圖形的空間關系研究方面,在以下兩個方面獲得新的進展,即
空間方向關系的形式化描述和空間方向關系的粗集推理研究。
    在自動制圖綜合方面,主要理論研究成果有基于空間映射觀念的
地圖綜合概念模式,它主要針對地圖自動綜合過程中空間關系的維護,
對保持自動綜合中空間關系正確性具有理論意義。此外還有基于遺傳
算法的線要素自動化簡模型,它作為人工智能領域廣泛應用的一種求
解問題的高效率并行全局搜索算法,用到線劃自動化簡,對于保持線
劃要素的全局特征有明顯的優勢。
  在時空數據模型方面,國外提出的基于圖論的時空數據模型,對
研究其數據結構是一個有效途徑,現在我國開始對它進行探討和發展。
目前的研究尚停留在一般理論框架上。
  在城市景觀三維建模方面,首先要解決的是城市三維景觀的抽象
及形式化描述,我國研究了城市三維景觀的地理要素體系及三維空間
描述細度。其次,針對城市景觀的三維建模,研究了面向實體的三維
空間數據模型。第三,三維可視化是3DGIS的一項基本功,研究了基
于Java3D的城市景觀三維可視化技術,與所設計的數據模型相適應。
 ?。ū疚難∽浴噸泄饣嫜Щ嵫Э品⒄估鍍な椋?004年卷)》中的
《測繪學科理論和技術的新進展》一文,是該文的第一部分,標題為
編者所加。下期科技前沿專刊將選登該文的第二部分,以饗讀者。)
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