 測(cè)繪論文 |
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| 測(cè)繪學(xué)科理論的新進(jìn)展 |
出處： 作者： 杭州繪天網(wǎng) 2006年06月22日
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空間定位、航空航天遙感、地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信等現(xiàn)代信息
技術(shù)的發(fā)展及其相互滲透和集成，使測(cè)繪學(xué)科從原來(lái)只能利用測(cè)量?jī)x
器在局部地區(qū)獲取觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)展為可利用各種星載、機(jī)載和艦載傳感
器實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)地球表面及其環(huán)境的幾何、物理等數(shù)據(jù)的采集，從單純
提供靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)展為可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)地提供隨時(shí)空變化的地球空
間信息。將空間數(shù)據(jù)與其它專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，使測(cè)繪學(xué)科從單
一學(xué)科走向多學(xué)科的交叉，其應(yīng)用已擴(kuò)展到與空間分布有關(guān)的諸多領(lǐng)
域。測(cè)繪學(xué)科理論和技術(shù)的新進(jìn)展，顯示出現(xiàn)代測(cè)繪學(xué)科正在向地球
空間信息科學(xué)（Geomatics）跨越和融合。
在大地基準(zhǔn)方面，近年來(lái)國(guó)外一些國(guó)家和地區(qū)都在研究和實(shí)施國(guó)
家和地區(qū)的大地基準(zhǔn)的更新和現(xiàn)代化工作，我國(guó)也在探討以空間地心
坐標(biāo)框架逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)大地測(cè)量坐標(biāo)框架問(wèn)題。我國(guó)正在對(duì)坐標(biāo)系的
定義、建立和維持等理論問(wèn)題和實(shí)踐問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，制定出新
一代地心坐標(biāo)系發(fā)展的目標(biāo)，即使我國(guó)地心坐標(biāo)系的定義應(yīng)與ITRS協(xié)
議一致，采用當(dāng)前國(guó)際上決定的零潮汐系統(tǒng)，大地測(cè)量基本參數(shù)仍宜
保持GRS80基本不變。我國(guó)地心坐標(biāo)框架的特點(diǎn)是高精度、動(dòng)態(tài)，涵
蓋全部陸海國(guó)土，以及足夠的框架點(diǎn)數(shù)量和實(shí)用的分布密度。與地心
坐標(biāo)系有關(guān)的另一個(gè)理論問(wèn)題是地心運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。我國(guó)分別采用重復(fù)GP
S和SLR觀(guān)測(cè)資料對(duì)地心運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列進(jìn)行抗差譜分析，解得地心年度
變化量約為20毫米的結(jié)果，可以說(shuō)明作為坐標(biāo)系原點(diǎn)的地心確實(shí)存在
較明顯的運(yùn)動(dòng)。
在衛(wèi)星定位方面，除了在GPS技術(shù)上有新的進(jìn)展外，在理論上主
要開(kāi)始對(duì)歐洲的自主、獨(dú)立民用的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GA
LILEO）進(jìn)行全面仿真分析和驗(yàn)證，并探討多種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（
多頻段載波相位數(shù)據(jù)）的應(yīng)用與快速整周模糊度定位模型、精度和可
靠性等。GALILEO系統(tǒng)建成后，能夠與新一代GPS系統(tǒng)相互兼容，共同
構(gòu)成未來(lái)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS），向全球各類(lèi)用戶(hù)提供高精度、
高可靠性的定位服務(wù)。
在地球重力場(chǎng)方面，主要表現(xiàn)在衛(wèi)星重力測(cè)量的研究已由初期對(duì)
地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差分析和恢復(fù)地球重力場(chǎng)能力的論證轉(zhuǎn)向建立更加切
合實(shí)際的數(shù)據(jù)處理模型和近于真實(shí)的模擬仿真研究。在其數(shù)據(jù)處理方
法上，提出了最小二乘復(fù)配置解、最小二乘矢量與張量配置解等。在
應(yīng)用衛(wèi)星重力觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)地球重力場(chǎng)方面，深入研究和提出了有關(guān)
不適定方程解算的正則化理論和方法，對(duì)已經(jīng)公布的CHAMP衛(wèi)星重力
數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并基于時(shí)域法、動(dòng)力法以及能量守恒法恢復(fù)了地球
重力場(chǎng)模型，其精度與國(guó)外的EIGEN1S、EIGEN2相當(dāng)。其次有關(guān)地球
重力場(chǎng)邊值問(wèn)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(cè)量的基本原理和方法入手，分析了GPS對(duì)傳統(tǒng)物理大地測(cè)量
理論及方法所產(chǎn)生的影響，重點(diǎn)研究了GPS邊值問(wèn)題。
在大地測(cè)量動(dòng)力學(xué)方面，側(cè)重于利用中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的GP
S數(shù)據(jù)，獲得中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，求出活動(dòng)塊體剛體運(yùn)動(dòng)歐拉
極和相鄰塊體間的相互運(yùn)動(dòng)速率，并且利用中國(guó)GPS矢量場(chǎng)和IERS公
布的全球矢量場(chǎng)，對(duì)中國(guó)及全球地殼水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了全球到局部
不同尺度構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的描述和理解，同時(shí)利用這些GPS觀(guān)測(cè)資料分析了
部分震例，探討了從GPS連續(xù)觀(guān)測(cè)序列提取地震前兆的方法。此外，
基于全球地球動(dòng)力學(xué)合作觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)20個(gè)臺(tái)站的28個(gè)系列的高精度、高
密度采樣的超導(dǎo)重力儀觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，精密測(cè)定了地球液核近周日共振參
數(shù)，用重力觀(guān)測(cè)手段證明了真實(shí)地球液核動(dòng)力學(xué)扁率比流體靜力平衡
假設(shè)下的動(dòng)力學(xué)扁率大約5％的重要結(jié)論。
在測(cè)量數(shù)據(jù)處理方面，隨著測(cè)量新技術(shù)的不斷發(fā)展和不斷深入，
其研究的重點(diǎn)也轉(zhuǎn)移到了動(dòng)態(tài)問(wèn)題的數(shù)據(jù)處理和各類(lèi)模型誤差的識(shí)別
與模型的精化�？柭鼮V波是目前解決動(dòng)態(tài)問(wèn)題的主要手段。近期對(duì)
傳統(tǒng)的卡爾曼濾波有了許多擴(kuò)展和改進(jìn)，比如在濾波過(guò)程中考慮其抗
差性能，以某種傳感器結(jié)果校準(zhǔn)另一種傳感器，融合多種傳感器觀(guān)測(cè)
數(shù)據(jù)的濾波等。由于觀(guān)測(cè)精度不斷提高，觀(guān)測(cè)環(huán)境愈來(lái)愈復(fù)雜，精確
的數(shù)學(xué)模型幾乎無(wú)法建立，因而對(duì)模型誤差的認(rèn)識(shí)也發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)
變，即不把模型誤差單純看成有害成分而簡(jiǎn)單剔除，而是把模型誤差
看作有用信息加以提取�，F(xiàn)在分析處理模型誤差（系統(tǒng)誤差）的理論
和方法主要是非參數(shù)估計(jì)和半?yún)?shù)估計(jì)。
在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方面，不僅將傳統(tǒng)攝影測(cè)量?jī)x器各種功能全部計(jì)
算機(jī)化，提高工效，減輕了作業(yè)人員的負(fù)擔(dān)，而且正在不斷擴(kuò)充其功
能。為此必須跳出傳統(tǒng)攝影測(cè)量的束縛，從計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)考慮數(shù)字?jǐn)z
影測(cè)量的理論發(fā)展。例如滅點(diǎn)理論，它在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、計(jì)算機(jī)圖形
學(xué)中，對(duì)空間平行線(xiàn)的自動(dòng)分類(lèi)、滅點(diǎn)的提取、應(yīng)用是一個(gè)重點(diǎn)研究
方向。它不僅是利用單張非量測(cè)相機(jī)所獲得的影像進(jìn)行建筑物三維重
建的基礎(chǔ)，而且也將成為利用城市大比例尺地形圖進(jìn)行空中三角測(cè)量
控制的信息，用于城市大比例尺地形圖的數(shù)據(jù)更新。再如廣義點(diǎn)理論，
它是在曲線(xiàn)（或直線(xiàn)）上任意一點(diǎn)都可以被用作“控制點(diǎn)”，而且可
以直接應(yīng)用“共線(xiàn)方程”，但只能在兩個(gè)（x，y）共線(xiàn)方程中選取其
一，因此很容易將點(diǎn)、直線(xiàn)、圓、圓弧、任意曲線(xiàn)歸納為一個(gè)數(shù)學(xué)模
型———共線(xiàn)方程，進(jìn)行統(tǒng)一平差。
在遙感圖像方面，高精度的定標(biāo)技術(shù)取得進(jìn)展。遙感圖像的數(shù)字
值是地面反射和大氣散射的輻亮度的一種表現(xiàn)。遙感高精度定標(biāo)技術(shù)
包括絕對(duì)定標(biāo)、相對(duì)定標(biāo)和交叉定標(biāo)三個(gè)方面。絕對(duì)定標(biāo)是研究把傳
感器輸出的數(shù)字值或遙感圖像高精度地轉(zhuǎn)換為物理量的技術(shù)。針對(duì)不
同性能的衛(wèi)星傳感器采用不同的技術(shù)流程進(jìn)行絕對(duì)定標(biāo)，它包括基于
遙感圖像特征的絕對(duì)定標(biāo)，基于衛(wèi)星傳感器系統(tǒng)參數(shù)的絕對(duì)定標(biāo)，基
于校正場(chǎng)的絕對(duì)定標(biāo)模塊。相對(duì)定標(biāo)包括對(duì)衛(wèi)星傳感器本身的定標(biāo)和
校正以及針對(duì)不同傳感器或不同時(shí)間的遙感圖像數(shù)據(jù)融合或鑲嵌時(shí)，
將不同圖像按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定標(biāo)和校正。交叉定標(biāo)則是以一個(gè)已知
定標(biāo)的衛(wèi)星傳感器作為參考，通過(guò)遙感圖像數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)
另一傳感器的絕對(duì)定標(biāo)。
在多源空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)方面，主要研究應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，從多源
對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)中，提取各種面向應(yīng)用目的的地學(xué)信息。其研究?jī)?nèi)容包
括從遙感圖像數(shù)據(jù)中挖掘GIS數(shù)據(jù)，基于紋理分析的分類(lèi)識(shí)別，遙感
圖像的解譯信息提取，面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)挖掘。
在成像雷達(dá)遙感信息共性處理技術(shù)方面，主要研究?jī)?nèi)容包括SAR
影像的輻射定標(biāo)，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(zhuān)題信息提取，SAR干涉測(cè)量處理及立體測(cè)
圖處理，SAR影像的模擬。
在空間數(shù)據(jù)的研究方面，主要在以下幾方面有新見(jiàn)解：空間數(shù)據(jù)
基本幾何要素的置信區(qū)域、空間數(shù)據(jù)面要素不確定性和GIS屬性數(shù)據(jù)
精度的缺陷率度量統(tǒng)計(jì)模型。目前在國(guó)外，重點(diǎn)研究確定性的度量標(biāo)
準(zhǔn)、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理模型、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查與控制等問(wèn)題，我國(guó)的研究則
側(cè)重于空間數(shù)據(jù)不確定性理論、空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制的科學(xué)
方法。
在圖形的空間關(guān)系研究方面，在以下兩個(gè)方面獲得新的進(jìn)展，即
空間方向關(guān)系的形式化描述和空間方向關(guān)系的粗集推理研究。
在自動(dòng)制圖綜合方面，主要理論研究成果有基于空間映射觀(guān)念的
地圖綜合概念模式，它主要針對(duì)地圖自動(dòng)綜合過(guò)程中空間關(guān)系的維護(hù)，
對(duì)保持自動(dòng)綜合中空間關(guān)系正確性具有理論意義。此外還有基于遺傳
算法的線(xiàn)要素自動(dòng)化簡(jiǎn)模型，它作為人工智能領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種求
解問(wèn)題的高效率并行全局搜索算法，用到線(xiàn)劃自動(dòng)化簡(jiǎn)，對(duì)于保持線(xiàn)
劃要素的全局特征有明顯的優(yōu)勢(shì)。
在時(shí)空數(shù)據(jù)模型方面，國(guó)外提出的基于圖論的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，對(duì)
研究其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)有效途徑，現(xiàn)在我國(guó)開(kāi)始對(duì)它進(jìn)行探討和發(fā)展。
目前的研究尚停留在一般理論框架上。
在城市景觀(guān)三維建模方面，首先要解決的是城市三維景觀(guān)的抽象
及形式化描述，我國(guó)研究了城市三維景觀(guān)的地理要素體系及三維空間
描述細(xì)度。其次，針對(duì)城市景觀(guān)的三維建模，研究了面向?qū)嶓w的三維
空間數(shù)據(jù)模型。第三，三維可視化是3DGIS的一項(xiàng)基本功，研究了基
于Java3D的城市景觀(guān)三維可視化技術(shù)，與所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模型相適應(yīng)。
�。ū疚倪x自《中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)學(xué)科發(fā)展藍(lán)皮書(shū)（2004年卷）》中的
《測(cè)繪學(xué)科理論和技術(shù)的新進(jìn)展》一文，是該文的第一部分，標(biāo)題為
編者所加。下期科技前沿專(zhuān)刊將選登該文的第二部分，以饗讀者。）
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