测绘通报

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1. 改进ICP算法的激光雷达点云配准

许哲, 董林啸, 吴家跃

测绘通报 2024, 0 (4): 1-5. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0401

摘要（375）

PDF（pc）（3266KB）（302）

针对传统ICP算法在激光雷达目标点云配准中存在匹配时间长,以及受初值影响导致该算法应用在无人车SLAM技术中容易存在定位精度不高和稳健性较差的问题,本文提出了一种结合KD-tree算法的NDT-ICP算法。首先,通过Voxel Grid滤波对激光雷达获取的点云数据进行预处理,利用平面拟合参数的方法去除地面点云;然后,利用NDT算法进行点云粗匹配,缩短目标点云与待匹配点云距离;最后,通过KD-tree邻近搜索法提高对应点查找速度,并通过优化收敛阈值,完成ICP算法的精匹配。试验结果表明,本文提出的改进算法相比于NDT算法和ICP算法,在点云配准速度和精度上有明显提高,且在地图构建上精度和稳健性更好。

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2. 基于NeRF的城市实景高精度三维建模技术

孙建华, 李巍, 袁伟哲, 王峰, 谷佳铭

测绘通报 2024, 0 (4): 129-134. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0422

摘要（288）

PDF（pc）（6094KB）（231）

为了更好地将NeRF高精度三维建模应用于城市实景三维数字化重建,本文基于NeRF技术将大型场景划分为子NeRF,通过在场景内构造多个正八面体初始化多边形网格,并在训练过程中不断优化多边形面的顶点。训练完成后,得到编码器-解码器网络的权重,通过顶点优化对每个独立块进行不同层次的多边形网格细化。从视图范围捕获城市概览的卫星级图像到显示建筑复杂细节的地面级图像变化,构建面向城市细节层级(level-of-detail)和空间覆盖范围的多尺度数据,通过渐进式学习(progressive learning)神经网络体素渲染模型,使用多层感知器(MLP)实现体积密度和颜色的参数化,采用分层抽样方法实现预定义视角近平面和远平面之间光线的排序距离向量,实现大规模场景的实时交互式渲染。然后将GIS与NeRF相融合,为多数据融合、查询、分析、测量、标注和共享等任务提供了全新的解决方案,实现即时、流畅地拖拽、缩放和360°无死角地浏览和观看场景,这种融合可以轻松地将各种数据源整合,应用于城市规划、土地管理和环境监测等三维场景中,以进行空间分析。

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3. 基于U-Net、U-Net++和Attention-U-Net网络的遥感影像水体提取

李振轩, 黄敏儿, 高飞, 陶庭叶, 吴兆福, 朱勇超

测绘通报 2024, 0 (8): 26-30. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0805

摘要（287）

PDF（pc）（1871KB）（272）

目前,深度学习在高分辨率遥感影像水体提取方面的应用已成为遥感领域的研究热点。其中基于U-Net网络的算法在水体提取中表现出较好的性能,但鲜有研究对不同U-Net网络算法在水体提取任务中的性能差异进行深入比较。因此,本文选择U-Net、U-Net++和Attention-U-Net 3种卷积神经网络,基于GID数据集,进行试验与定量分析。结果表明:U-Net++的训练精度最高,其次为U-Net、Attention-U-Net,三者分别为0.912、0.907、0.899;U-Net++的边缘提取能力优于其他两种网络;在分割不同类型水体和区分遥感影像中与水体区域相似的非水体区域上,U-Net++的提取效果显著,U-Net和Attention-U-Net易出现漏提现象,效果欠佳。

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4. 融合多源空间数据的复杂场景真三维模型构建方法

周保兴, 王兵, 张航钒, 马登月, 刘喜珠

测绘通报 2024, 0 (4): 13-17. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0403

摘要（252）

PDF（pc）（11003KB）（272）

城市三维模型已经在城市建设、社会服务等诸多领域得到广泛应用,为快速、精确地构建三维城市模型,满足城市精细规划和管理的需求,本文围绕快速、合理、准确地构建真三维模型这一主线,以城市地形和地物为研究对象,提出了由地形到地物、由概略到精细的城市三维模型快速构建方案,实现了城市基础地形、建筑物和其他三维场景的快速建模,并基于Skyline平台对提出的建模思路进行了具体的实现,形成了完整的操作流程。

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5. 基于GINav的GNSS RTK/INS组合桥梁变形监测软件设计与实现

马维豪, 戴吾蛟, 余文坤, 李鑫

测绘通报 2024, 0 (8): 1-7. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0801

摘要（234）

PDF（pc）（6633KB）（204）

大型桥梁监测中,受桥梁吊索、桥塔、围栏遮挡,以及过往车辆反射等环境因素的影响,GNSS定位精度和可靠性严重受限。惯性导航系统(INS)技术在初始对准后完全处于自主状态,可消除外界环境的影响。通过组合GNSS和INS技术,可有效提高GNSS的抗干扰能力和定位精度。为此,本文面向桥梁变形监测要求和应用特点,基于组合导航开源软件GINav,设计并实现了具有监测站点可视化、原始数据自动匹配、IMU降采样、GNSS RTK/INS组合解算、结果分析与评估等功能的GNSS RTK/INS的桥梁变形监测软件。振动台模拟桥梁振动试验结果表明,与GNSS RTK技术相比,GNSS RTK/INS组合精度有明显提升,中误差可达到变形监测允许变形值的1/20,可满足桥梁变形监测的精度要求。

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6. 一种基于深度学习与图像局部特征提取的边坡异常监测技术

林泊锟, 丁勇, 李登华

测绘通报 2024, 0 (4): 23-28. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0405

摘要（216）

PDF（pc）（5137KB）（205）

为提升边坡险情的监测能力,本文提出了一种基于深度学习与图像局部特征提取的边坡异常监测技术。该技术通过提取边坡自然特征物的二维坐标构成目标三角网络,以三角网络的变化区域圈定边坡险情范围,并提取变化范围内的同名特征点,以同名特征点的位移情况对边坡的变化进行描述。首先,拍摄边坡发生险情前后的图像,利用目标检测模型YOLOv5识别边坡自然特征物,利用语义分割模型DeepLabV3+对提取的自然特征物进行语义分割得到其二值化区域,提取区域中心得到二维坐标,以所有自然特征物的二维坐标点阵构建目标三角网络,并以三角网络变化圈定边坡的变化范围。然后,利用图像特征提取技术,提取变化范围之内的同名特征点,并统计其位移距离与方向,以此反馈边坡的变化情况。最后,设计了试验验证该方法的稳定性与可靠性,并在真实的边坡验证了方法的实用性。试验结果表明,该技术能够对边坡的变化进行有效监测,是边坡监测工程中的一种可行技术。

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7. 无人机载LiDAR点云密度对DEM精度的影响分析

肖杰

测绘通报 2024, 0 (4): 35-40. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0407

摘要（215）

PDF（pc）（5613KB）（199）

无人机载LiDAR点云数据是目前生产DEM的重要数据源。为进一步提升DEM构建效率,本文选取平地和山地两类地形作为试验区,利用基于不规则三角网的点云抽稀算法,对滤波处理后的地面点云数据分别按照80%、60%、40%等7种地面点保留率进行抽稀,并用平均误差(ME)、标准差(SD)、均方根误差(RMSE)3个指标,对不同抽稀比例下生产的DEM成果进行综合精度评定。结果表明:①平地地面点云密度达2点/m ²,山地地面点云密度达9点/m ²时,生产的0.5 m格网间距的DEM精度优于0.05 m;②随着地面点云密度的增加,DEM精度水平逐渐趋于稳定,当地面点云密度抽稀到1点/m ²时,DEM精度快速下降。针对无人机载LiDAR点云数据进行大范围工程化DEM生产任务,该研究结论对降低数据获取成本、提升DEM生产效率具有一定的指导和借鉴意义。

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8. 基于无人机高光谱的太浦河水质反演

梁文广, 吴勇锋, 石一凡, 王冬梅, 王轶虹

测绘通报 2024, 0 (4): 29-34. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0406

摘要（206）

PDF（pc）（6568KB）（153）

为了快速掌握太浦河水环境分布状况,本文以太浦河典型河段为试验区,基于无人机高光谱数据和实测水质数据构建悬浮物浓度、浊度、透明度等水质参数的数学统计模型,并进行精度评价,选取评价精度最高的模型对太浦河水质进行反演与分析。结果表明:①与悬浮物浓度、浊度和透明度相关性最高的高光谱波段为880～900 nm,悬浮物浓度和浊度与各高光谱波段反射率相关性变化趋势一致,透明度与各高光谱波段反射率相关性绝对值变化趋势与前两者保持一致。②悬浮物浓度反演模型中,比值指数模型效果最佳(试验集 R ²=0.91,验证集RMSE=27.04 mg/L,验证集MAPE=47.04%);浊度反演模型中,同样为比值指数模型效果较好(试验集 R ²=0.92,验证集RMSE=16.50 NTU,验证集MAPE=15.24%);透明度反演模型中,归一化指数模型反演效果最佳(试验集 R ²=0.85,验证集RMSE=2.43 cm,验证集MAPE=8.38%)。综合比较3种水质参数的反演效果可知,透明度反演效果最佳,浊度次之,最后为悬浮物浓度。③反演的太浦河悬浮物浓度呈现总体偏低、东部部分区域偏高的特点;浊度总体呈现东部较高、西部次之、中部最低的特点;透明度总体呈现西高东低的特点,西部和中部透明度较高,东部透明度显著降低。

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9. 实景三维场景下的地质灾害识别特征与潜力分析

王德富, 刘立, 李永鑫, 张志强, 罗超, 廖洋洋

测绘通报 2024, 0 (8): 20-25. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0804

摘要（201）

PDF（pc）（9379KB）（172）

地质灾害的准确识别与分析是防治预警前的关键环节,相比二维解译环境,实景三维因其立体化、真实化特点,突显出了更加有利的数据优势。本文以实景三维建设为契机,采用三维视觉分析方法,建立滑坡拉张裂缝、剪切裂缝、新鲜滑塌、滑坡壁、下挫台坎,崩塌危岩、坡脚堆积,泥石流物源区、流通区和堆积区共12种三维识别标志特征;采用三维WebGIS技术解析滑坡、崩塌立体特征,并从几何信息、影像特征、微地貌等方面,分析总结了实景三维应用潜力。结果表明,实景三维为地质灾害解译提供了新的纬度,增强了地质灾害识别能力,解译结果更符合实际,有助于提高解译精度。研究成果可为实景三维应用提供启示,为地质灾害隐患高质量识别研究提供借鉴价值。

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10. 基于深度学习的多尺度无人机遥感图像道路提取

张伟, 张朝龙, 王本林, 蔡安宁

测绘通报 2024, 0 (6): 77-81. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0614

摘要（198）

PDF（pc）（1821KB）（195）

针对高分辨率遥感影像和目标场景下道路影像数据集获取难度大、成本高等问题,本文探究网络模型在不同尺度下执行提取任务的最佳影像分辨率,并评价各模型在道路提取上的适用性及可靠性,为道路识别工程提供方法借鉴和案例参考。引入图像分割领域3个经典网络模型,使用公开数据集进行模型训练,以无人机航拍的安徽省滁州市影像为试验数据,进行不同尺度下的道路提取,找出各模型在新场景下的最佳分辨率和模型适用性,并进行可靠性评价。试验结果表明,D-LinkNet网络模型在不同尺度的道路提取任务中适用性较强;DeepLabV3+网络模型的可靠性较差;U-Net、D-LinkNet网络模型的道路提取输入影像最佳分辨率分别为1.0、0.5 m。

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11. 基于SBAS-InSAR与MA-PSO-BP的南京河西地区地表沉降监测及预测分析

毕凌宇, 孙承志, 乔申

测绘通报 2024, 0 (4): 48-53,82. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0409

摘要（196）

PDF（pc）（5184KB）（138）

针对南京河西地区城市化进展的不断加快及对该地区的沉降预测研究较少的问题,本文提出一种基于小基线集合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)与滑动平均-粒子群优化-反向传播神经网络算法(MA-PSO-BP)的城市地表形变监测及预测模型。利用2020年3月—2022年3月的22景Sentinel-1A升降轨数据对南京河西地区进行沉降监测,获取研究区升降轨形变量,分析河西地区的沉降趋势与成因,并对监测得到的沉降值进行滑动平均插值,将其作为PSO-BP网络模型的样本输入,构建网络预测模型。结果表明,SBAS-InSAR技术能够有效监测城市长时间的沉降,南京河西地区存在不同程度的沉降,沉降速率为-25.3～20.5 mm/a。对比历史沉降研究,沉降趋势由北部向南部扩张,结合SBAS-InSAR沉降监测数据,分别与BP神经网络和PSO-BP神经网络预测模型进行对比,样本数据经过插值后沉降预测模型的精度最高。

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12. 面向矿区地表全域沉降监测的多源数据融合方法及应用

杜玉柱, 梁涛

测绘通报 2024, 0 (11): 120-125. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.1121

摘要（191）

PDF（pc）（2039KB）（66）

随着无人机、传感器和数据处理技术的发展,轻小型低成本无人机可搭载多种传感器获得种类多样的高精度观测数据。针对矿区开采沉陷的特点,本文设计了融合航空摄影与LiDAR的轻小型无人机矿区地面监测方案,对多期多源数据配准、沉降监测点选取和地表岩移观测线构建等关键技术进行了研究,提出了有效的解决方案,并按照研究成果开展了应用试验。结果表明,采用融合点云和影像的轻小型无人机测量可获取全范围的矿区地面沉陷模型,沉降模型精度优于0.25 m。

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13. 三维激光扫描与BIM技术融合的城市轨道交通地下建筑物三维建模方法

杨其璇, 任瑞亮, 马全明, 孙学孔, 边春雷

测绘通报 2024, 0 (4): 119-123. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0420

摘要（190）

PDF（pc）（1739KB）（185）

本文将三维激光扫描技术与BIM技术相结合,实现了城市轨道交通地下车站、隧道及附属设施的三维建模。通过激光扫描仪获取点云数据,利用点云处理软件进行预处理,包括拼接、去噪和精简等操作;然后利用特征点云提取方法结合BIM建模软件和可视化编程技术,有效解决了传统测绘方法无法获取和处理复杂地下建筑物信息及BIM模型中信息孤岛问题。本文方法对未来城市轨道交通工程建设和运维管理的信息化和三维可视化具有重要意义。

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14. 基于PSO_GA-RBF神经网络模型的元谋干热河谷区土壤水分反演

杜金明, 罗明良, 白雷超, 吴秋声

测绘通报 2024, 0 (11): 1-6. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.1101

摘要（189）

PDF（pc）（2083KB）（131）

土壤水分对水文和气候过程有重要影响,充分、准确地掌握土壤水分状态对水文模拟、生态治理等具有十分重要的研究价值。本文针对元谋干热河谷区土壤水分反演问题,利用PSO_GA组合优化的RBF神经网络构建了一种新的土壤水分反演模型。试验利用Sentinel-1雷达数据和Sentinel-2光学数据,首先采取适用于研究区低矮植被覆盖类型的水云模型校正植被散射影响;然后将得到的VV和VH极化的土壤直接后向散射系数及交叉极化差代入构建的模型中,实现了对云南省元谋县干热河谷区土壤体积含水量的遥感反演;最后将反演结果与实测的土壤体积含水量数据进行对比验证。结果显示,两者的均方根误差为0.55% m ³/m ³,决定系数( R ²)为0.855,对比传统RBF神经网络模型,精度提升明显。将反演结果与NDVI值进行相关分析,结果显示两者的决定系数( R ²)为0.512 7。因此,基于Sentinel-1雷达影像数据,利用水云模型和PSO_GA组合优化的RBF神经网络反演的土壤体积含水量具有极高的精度,验证了在干热河谷区大范围土壤水分监测的可行性。

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15. 基于双目视觉和单线激光雷达的三维场景重建系统和算法

钟雷声, 夏辉, 陈佳林

测绘通报 2024, 0 (5): 48-52,59. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0509

摘要（188）

PDF（pc）（3581KB）（94）

双目视觉和激光雷达是实现三维场景重建的两种有效方法,但它们都具有自身的局限性。将视觉传感器和激光传感器的数据相融合,可克服其各自的缺陷,具有重要意义。本文针对单线旋转激光雷达设备的独特性,提出了一种基于双目图像和激光雷达数据的模块化双目视觉-激光雷达SLAM(Stereo-LiDAR SLAM)系统和算法。在该方法中,双目视觉信息被用于消除激光雷达点云的畸变,并支撑双目视觉定位(VO)模块,为整个系统提供初始的位姿估计。然后,独立于VO模块的激光雷达SLAM(L-SLAM)模块对位姿参数进行优化,从而得到高精度的三维场景重建结果。试验表明,本文设计的系统和算法可以有效提高大规模低成本三维场景重建的精度和环境适应能力。

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16. 改进的3D-BoNet算法应用于点云实例分割与三维重建

郭宝云, 姚玉凯, 李彩林, 王悦, 孙娜, 鲁一慧

测绘通报 2024, 0 (6): 30-35. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0606

摘要（182）

PDF（pc）（5942KB）（109）

为了更好地利用点云数据重建室内三维模型,本文提出了一种基于3D-BoNet-IAM算法的室内场景三维重建方法。该方法通过改进3D-BoNet算法提高点云数据的实例分割精度。针对点云数据缺失问题,提出了基于平面基元合并优化的拟合平面方法,利用拟合得到的新平面重建建筑表面模型。在S3DIS和ScanNet V2数据集上验证3D-BoNet算法的改进效果。试验结果表明,本文提出的3D-BoNet-IAM算法比原始算法分割精度提高了3.3%;对比本文建模效果与其他建模效果发现,本文方法的建模效果更准确。本文方法能够提高室内点云数据的实例分割精度,同时得到高质量的室内三维模型。

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17. 城市功能区识别研究进展与趋势

程朋根, 齐广玉, 钟燕飞

测绘通报 2024, 0 (5): 90-95. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0516

摘要（181）

PDF（pc）（2305KB）（137）

随着经济社会的快速发展,城市开发边界迅速由中心向外蔓延,识别城市功能区可为城市建设与规划提供参考依据,且对城市空间和资源合理配置利用具有重要意义。本文在梳理有关城市功能区划分与识别的国内外文献基础上,对城市功能区识别的研究现状进行综述。首先,介绍了用于城市功能区识别的多种数据源,并分析比较其优缺点;然后,总结了城市功能区识别的4类方法,重点分析了深度学习方法在城市功能区识别中的应用,并展开实例分析对比,说明不同数据源和方法对城市功能区识别的有效性;最后,指出了城市功能区划分识别研究领域存在的问题和研究趋势。

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18. 无人机倾斜摄影技术在高陡边坡危岩体识别及稳定性评价中的应用

陈富强

测绘通报 2024, 0 (10): 132-137. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.1022.

摘要（180）

PDF（pc）（11904KB）（122）

无人机倾斜摄影技术凭借高精度、多视角还原真实地貌的能力,已在地形地貌测绘、城市三维建模、工程勘察建设、土地利用规划等领域得到了广泛的应用。本文采用无人机倾斜摄影+遥感综合解译+落石轨迹模拟的综合研究评价方法,基于西藏某新建公路两侧高陡边坡实景三维倾斜模型,对该区域发育的危岩体开展了详细的解译分析,共识别危岩体67处,通过稳定性及其对下方公路威胁性分析,得出危岩体对该区域西侧中部、北侧坡面东部及南侧坡脚部分区域具有明显威胁性,易对公路来往行人及车辆造成危害。研究成果为现场危岩体清理、防护治理提供了重要的技术依据,有效弥补了现场人员无法到达、勘察作业困难的缺陷,具有重要的理论及实际意义。

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19. 时序InSAR技术在地铁沿线形变监测中的应用

高鹏, 耿长良, 李鹏, 熊琦智

测绘通报 2024, 0 (4): 112-118. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.0419

摘要（179）

PDF（pc）（2330KB）（172）

时序InSAR技术是监测地表形变的一种有效手段。本文基于179景Sentinel-1A影像数据,采用PS-InSAR技术对北京地铁6号线慈寿寺站—潞城站沿线范围进行地表形变监测,并对典型沉降区间进行具体分析;同时利用地面水准数据对监测结果进行对比分析和精度评定。结果表明,北京地铁6号线沿线表现出不同程度的沉降,年均沉降速率呈现自西向东的差异性,金台路站以西年均沉降速率较小,自金台路站向东年均沉降速率迅速增大,最大达-32 mm/a;金台路站以东倾斜值较大,倾斜值波动较为明显,存在不均匀沉降问题。水准测量结果与PS-InSAR监测成果具有较强的相关性,两者平均误差为3.5 mm,中误差为4.7 mm,说明PS-InSAR具有一定的可靠性与准确性。

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20. 基于陆探一号SAR卫星的地质灾害普查监测技术研究及应用

于忠海, 闫立波, 刘茜, 路广博, 刘睿

测绘通报 2024, 0 (11): 97-101,176. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2024.1117

摘要（179）

PDF（pc）（2931KB）（121）

为提升城市安全风险综合监测预警能力,进一步摸清城市安全风险的结构特点,济南市自2024年开始引入基于卫星的“天基”监测网络,将SAR卫星用于河堤、大坝、桥梁等重大基础设施、超高层建筑、矿山、地质灾害等的月度形变监测。本文利用LandSAR国产软件,基于陆地探测一号(LT-1)SAR数据对济南市南部地区2800 km ²范围区域开展了地表形变研究。研究结果表明,LT-1可有效用于地质灾害形变普查监测,济南市地质灾害隐患集中分布的南部地区地表较为稳定、无重大形变变化;同时,还监测到部分露天矿区存在明显沉降,也可为矿区安全生产等监管提供监测依据。

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