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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),向全球各類用戶提供高精度、 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觀測(cè)資料分析了 部分震例,探討了從GPS連續(xù)觀測(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)處理和各類模型誤差的識(shí)別 與模型的精化。卡爾曼濾波是目前解決動(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,融合多種傳感器觀測(cè) 數(shù)據(jù)的濾波等。由于觀測(cè)精度不斷提高,觀測(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。現(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)空間平行線的自動(dòng)分類、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(或直線)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“共線方程”,但只能在兩個(gè)(x,y)共線方程中選取其 一,因此很容易將點(diǎn)、直線、圓、圓弧、任意曲線歸納為一個(gè)數(shù)學(xué)模 型———共線方程,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,用到線劃自動(dòng)化簡(jiǎn),對(duì)于保持線 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(guó)研究了城市三維景觀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)。 (本文選自《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。下期科技前沿專刊將選登該文的第二部分,以饗讀者。) (本文已被瀏覽 6661 次) |
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