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测绘学科理论的新进展

出处：作者：杭州绘天网 2006年06月22日

空间定位、航空航天遥感、地理信息系统和数据通信等现代信息
技术的发展及其相互渗透和集成，使测绘学科从原来只能利用测量仪
器在局部地区获取观测数据发展为可利用各种星载、机载和舰载传感
器实现对整个地球表面及其环境的几何、物理等数据的采集，从单纯
提供静态测量数据发展为可实时、准实时地提供随时空变化的地球空
间信息。将空间数据与其它专业数据进行综合分析，使测绘学科从单
一学科走向多学科的交叉，其应用已扩展到与空间分布有关的诸多领
域。测绘学科理论和技术的新进展，显示出现代测绘学科正在向地球
空间信息科学（Geomatics）跨越和融合。
　　在大地基准方面，近年来国外一些国家和地区都在研究和实施国
家和地区的大地基准的更新和现代化工作，我国也在探讨以空间地心
坐标框架逐渐代替传统大地测量坐标框架问题。我国正在对坐标系的
定义、建立和维持等理论问题和实践问题进行深入的研究，制定出新
一代地心坐标系发展的目标，即使我国地心坐标系的定义应与ITRS协
议一致，采用当前国际上决定的零潮汐系统，大地测量基本参数仍宜
保持GRS80基本不变。我国地心坐标框架的特点是高精度、动态，涵
盖全部陆海国土，以及足够的框架点数量和实用的分布密度。与地心
坐标系有关的另一个理论问题是地心运动问题。我国分别采用重复GP
S和SLR观测资料对地心运动时间序列进行抗差谱分析，解得地心年度
变化量约为20毫米的结果，可以说明作为坐标系原点的地心确实存在
较明显的运动。
　　在卫星定位方面，除了在GPS技术上有新的进展外，在理论上主
要开始对欧洲的自主、独立民用的全球多模式卫星定位导航系统（GA
LILEO）进行全面仿真分析和验证，并探讨多种卫星导航定位系统（
多频段载波相位数据）的应用与快速整周模糊度定位模型、精度和可
靠性等。GALILEO系统建成后，能够与新一代GPS系统相互兼容，共同
构成未来的全球导航卫星系统（GNSS），向全球各类用户提供高精度、
高可靠性的定位服务。
　　在地球重力场方面，主要表现在卫星重力测量的研究已由初期对
地观测数据的误差分析和恢复地球重力场能力的论证转向建立更加切
合实际的数据处理模型和近于真实的模拟仿真研究。在其数据处理方
法上，提出了最小二乘复配置解、最小二乘矢量与张量配置解等。在
应用卫星重力观测数据恢复地球重力场方面，深入研究和提出了有关
不适定方程解算的正则化理论和方法，对已经公布的CHAMP卫星重力
数据进行预处理，并基于时域法、动力法以及能量守恒法恢复了地球
重力场模型，其精度与国外的EIGEN1S、EIGEN2相当。其次有关地球
重力场边值问题，建立了以椭球面为边界面的新求解框架，并且从物
理大地测量的基本原理和方法入手，分析了GPS对传统物理大地测量
理论及方法所产生的影响，重点研究了GPS边值问题。
　　在大地测量动力学方面，侧重于利用中国地壳运动观测网络的GP
S数据，获得中国大陆地壳运动速度场，求出活动块体刚体运动欧拉
极和相邻块体间的相互运动速率，并且利用中国GPS矢量场和IERS公
布的全球矢量场，对中国及全球地壳水平运动状态进行了全球到局部
不同尺度构造运动的描述和理解，同时利用这些GPS观测资料分析了
部分震例，探讨了从GPS连续观测序列提取地震前兆的方法。此外，
基于全球地球动力学合作观测网络20个台站的28个系列的高精度、高
密度采样的超导重力仪观测数据，精密测定了地球液核近周日共振参
数，用重力观测手段证明了真实地球液核动力学扁率比流体静力平衡
假设下的动力学扁率大约5％的重要结论。
　　在测量数据处理方面，随着测量新技术的不断发展和不断深入，
其研究的重点也转移到了动态问题的数据处理和各类模型误差的识别
与模型的精化。卡尔曼滤波是目前解决动态问题的主要手段。近期对
传统的卡尔曼滤波有了许多扩展和改进，比如在滤波过程中考虑其抗
差性能，以某种传感器结果校准另一种传感器，融合多种传感器观测
数据的滤波等。由于观测精度不断提高，观测环境愈来愈复杂，精确
的数学模型几乎无法建立，因而对模型误差的认识也发生了根本的转
变，即不把模型误差单纯看成有害成分而简单剔除，而是把模型误差
看作有用信息加以提取。现在分析处理模型误差（系统误差）的理论
和方法主要是非参数估计和半参数估计。
　　在数字摄影测量方面，不仅将传统摄影测量仪器各种功能全部计
算机化，提高工效，减轻了作业人员的负担，而且正在不断扩充其功
能。为此必须跳出传统摄影测量的束缚，从计算机的特点考虑数字摄
影测量的理论发展。例如灭点理论，它在数字摄影测量、计算机图形
学中，对空间平行线的自动分类、灭点的提取、应用是一个重点研究
方向。它不仅是利用单张非量测相机所获得的影像进行建筑物三维重
建的基础，而且也将成为利用城市大比例尺地形图进行空中三角测量
控制的信息，用于城市大比例尺地形图的数据更新。再如广义点理论，
它是在曲线（或直线）上任意一点都可以被用作“控制点”，而且可
以直接应用“共线方程”，但只能在两个（x，y）共线方程中选取其
一，因此很容易将点、直线、圆、圆弧、任意曲线归纳为一个数学模
型———共线方程，进行统一平差。
　　在遥感图像方面，高精度的定标技术取得进展。遥感图像的数字
值是地面反射和大气散射的辐亮度的一种表现。遥感高精度定标技术
包括绝对定标、相对定标和交叉定标三个方面。绝对定标是研究把传
感器输出的数字值或遥感图像高精度地转换为物理量的技术。针对不
同性能的卫星传感器采用不同的技术流程进行绝对定标，它包括基于
遥感图像特征的绝对定标，基于卫星传感器系统参数的绝对定标，基
于校正场的绝对定标模块。相对定标包括对卫星传感器本身的定标和
校正以及针对不同传感器或不同时间的遥感图像数据融合或镶嵌时，
将不同图像按照一定标准进行定标和校正。交叉定标则是以一个已知
定标的卫星传感器作为参考，通过遥感图像数据的对应处理，实现对
另一传感器的绝对定标。
　　在多源空间数据挖掘技术方面，主要研究应用数学方法，从多源
对地观测数据中，提取各种面向应用目的的地学信息。其研究内容包
括从遥感图像数据中挖掘GIS数据，基于纹理分析的分类识别，遥感
图像的解译信息提取，面向应用的数据挖掘。
　　在成像雷达遥感信息共性处理技术方面，主要研究内容包括SAR
影像的辐射定标，SAR影像相干噪声去除方法，SAR影像的几何校正处
理，SAR影像的纹理分析及专题信息提取，SAR干涉测量处理及立体测
图处理，SAR影像的模拟。
　　在空间数据的研究方面，主要在以下几方面有新见解：空间数据
基本几何要素的置信区域、空间数据面要素不确定性和GIS属性数据
精度的缺陷率度量统计模型。目前在国外，重点研究确定性的度量标
准、数据质量管理模型、数据质量检查与控制等问题，我国的研究则
侧重于空间数据不确定性理论、空间数据生产过程的质量控制的科学
方法。
　　在图形的空间关系研究方面，在以下两个方面获得新的进展，即
空间方向关系的形式化描述和空间方向关系的粗集推理研究。
在自动制图综合方面，主要理论研究成果有基于空间映射观念的
地图综合概念模式，它主要针对地图自动综合过程中空间关系的维护，
对保持自动综合中空间关系正确性具有理论意义。此外还有基于遗传
算法的线要素自动化简模型，它作为人工智能领域广泛应用的一种求
解问题的高效率并行全局搜索算法，用到线划自动化简，对于保持线
划要素的全局特征有明显的优势。
　　在时空数据模型方面，国外提出的基于图论的时空数据模型，对
研究其数据结构是一个有效途径，现在我国开始对它进行探讨和发展。
目前的研究尚停留在一般理论框架上。
　　在城市景观三维建模方面，首先要解决的是城市三维景观的抽象
及形式化描述，我国研究了城市三维景观的地理要素体系及三维空间
描述细度。其次，针对城市景观的三维建模，研究了面向实体的三维
空间数据模型。第三，三维可视化是3DGIS的一项基本功，研究了基
于Java3D的城市景观三维可视化技术，与所设计的数据模型相适应。
　　（本文选自《中国测绘学会学科发展蓝皮书（2004年卷）》中的
《测绘学科理论和技术的新进展》一文，是该文的第一部分，标题为
编者所加。下期科技前沿专刊将选登该文的第二部分，以飨读者。）
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