摘要：随着资源枯竭、国家去产能政策实施，大量矿井关闭或面临关闭。矿井关闭后，地下水位上升，诱发采动破裂岩体、覆岩结构、煤柱、巷道变形或失稳与回弹等，由此导致覆岩及地表沉降或上升，威胁地面建构筑物及生态环境安全。现有开采沉陷理论对此研究不足，深入研究关闭矿井沉降/上升

本文内容来源于《测绘学报》2024年第10期

基于InSAR的关闭矿井地表沉陷机理、规律及预测模型研究

郑美楠,

安徽理工大学空间信息与测绘工程学院，安徽 淮南 232001

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郑美楠.

ZHENG Meinan.

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随着资源枯竭、国家去产能政策实施，大量矿井关闭或面临关闭。矿井关闭后，地下水位上升，诱发采动破裂岩体、覆岩结构、煤柱、巷道变形或失稳与回弹等，由此导致覆岩及地表沉降或上升，威胁地面建构筑物及生态环境安全。现有开采沉陷理论对此研究不足，深入研究关闭矿井沉降/上升机理、规律、预测方法对关闭矿井地质灾害防控具有重要的理论和实用价值。

论文基于InSAR技术获取了关闭矿井地面时空沉降/上升数据，深入研究了关闭矿井地表沉降/上升的时空变化规律、分析了关闭矿井覆岩及地表沉降/上升机理，构建了关闭矿井地表沉降/上升预测模型，为关闭矿井上方建设场地稳定性评价提供了科学依据。主要工作及成果如下。

（1）针对关闭矿井地表沉陷监测时，长时间序列InSAR技术受噪声影响大，所选高相干点数量少、形变信息获取不完整等缺陷，结合同质像元识别、相位优化算法和StaMPS技术提出了一种StaMDS技术。同时基于10景Envisat、88景Sentinel-1A数据，利用PSInSAR、SBAS和StaMDS技术分别获取了徐州东、西部矿区关闭矿井地表沉降/上升数据。与PSInSAR、SBAS技术监测结果对比表明，StaMDS技术在保证监测结果可靠性的同时，提高了其完整性。3种技术监测结果与地表水准数据对比表明：StaMDS技术监测精度优于其他两种方法，可达到亚厘米级，满足关闭矿井地表沉陷监测要求。

（2）以夹河矿、张小楼矿、韩桥矿、旗山矿和权台矿为研究区域，从时间和空间维度，分析研究了各矿井关闭后地表沉降/上升的时空演化规律。结果表明，在时间上，地表移动变形为“

”形，分为初始期、下沉期、相对稳定期、上升期、稳定期5个阶段；在空间上，地表沉陷沿采空区的空间分布由深部区域向浅部区域发展。同时，研究了采深、采厚、开采方法、多煤层开采及地下水位等对关闭矿井地表沉陷的影响。研究区结果表明：地下水位每回升1 m，地表上升0.15 mm(相关系数为0.96)；条带开采与长壁垮落法开采下沉规律存在差异，上升规律差异较小；当存在多煤层开采时，由于下煤层采动破裂岩体在地下水作用下回弹上升和上煤层采动破裂岩体受地下水影响压实下沉存在叠加作用，易导致地表上升出现“衰减”现象。

（3）明确了关闭矿井地表沉陷机理。以长壁垮落法为例，概括总结了矿井关闭后采动覆岩结构，详细阐述了4种采动覆岩结构潜在的变形源，明确了地下水对采动破裂岩体、覆岩结构、采空区残留空洞及煤柱的影响，分析了覆岩及地表下沉和上升机理及各变形源对地表沉陷影响的主次关系。结果表明：覆岩及地表下沉的诱因主要为采动破裂岩体、覆岩结构及煤柱在地下水作用下的变形或失稳；地表上升的诱因主要为采动破裂岩体、第四系松散层在地下水作用下弹性变形恢复，膨胀岩体遇水膨胀也可能导致覆岩及地表上升。

（4）构建了关闭矿井地表沉降/上升预测模型。基于关闭矿井地表沉陷规律和机理研究结果，依据采动破裂岩体和煤岩体的应力应变关系，分别构建了关闭矿井长壁垮落法开采、房柱/条带开采、充填开采地表下沉与上升预测模型，给出了参数选取方法，提出了多煤层开采地表沉陷预测方法，分析了不同岩性条件下，地表沉陷与采深、采厚及地下水位之间关系。以夹河矿、张小楼矿、旗山矿和韩桥矿为研究区域，通过InSAR监测结果与模型预测结果对比分析，验证了所提出的关闭矿井沉降/上升预测模型的可靠性和适用性，为关闭矿井地表沉降/上升预测及场地风险评价奠定了技术基础，丰富了开采沉陷理论。

（5）基于关闭矿井地表沉陷预测模型和概率积分法，以夹河矿为研究区域，预测分析了夹河矿关闭后地表移动变形。根据地表移动变形预测结果和建筑物损坏评定标准，分析了夹河矿关闭后地表建设场地的稳定性，结果表明，在夹河矿采深较浅区域，地表移动变形可能导致建筑物Ⅲ级损坏。同时将夹河矿地表分为了稳定区、相对稳定区和非稳定区。

滇中城市群新型城镇化与生态环境耦合协调的时空演变及驱动机制研究

黄丹,

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黄丹.

HUANG Dan.

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滇中城市群是我国衔接长江经济带与中国-中南半岛经济走廊的核心城市群，是全国“两横三纵”城镇化战略格局的重要组成部分，是国家“十三五”期间推动建设的19个城市群之一，是面向南亚东南亚辐射中心的核心区，在国家开发开放格局中具有重要的战略地位。然而，从历史经验看，经济的发展和城市的扩张总是对生态环境造成胁迫和压力，如何有效协调城市发展和生态环境保护的矛盾，实现生态宜居、城乡统筹、协调高质量发展是当前亟待解决的问题。

论文基于人地关系和城市生态系统耦合理论，以滇中城市群市域级和县域级2005—2019年新型城镇化和生态环境指标数据为研究对象，利用遥感、GIS等空间信息技术，信息熵、均方差、耦合系数模型等计量统计理论和方法，空间自相关(Global Moran's I)-全局莫兰指数、标准差椭圆法(SDE)、热点分析法(Getis Ord Gi*)、空间马尔可夫链(Markov chain)、地理探测器(GeoDetector)等空间统计分析模型，遵循时间演变序列-空间演变序列-探测驱动因素的研究模式，采用“先分后合”(首先分别研究新型城镇化和生态环境的时空演变，最后再研究二者耦合协调的时空演变)的研究思路，系统探讨了新型城镇化、生态环境、新型城镇化与生态环境协调发展在“共时状态”下的空间分布，以及在“历时状态”下的演进规律。其次，运用地理探测器，揭示了对滇中城市群新型城镇化与生态环境耦合协调空间分异的驱动要素及其相互关系的影响。最后，从坚持走可持续发展道路、培育壮大区域增长极、优化升级区域产业结构等方面提出了相应的对策建议。论文的主要结论如下。

（1）滇中城市群15年间新型城镇化、生态环境、新型城镇化与生态环境耦合协调的时序演变特征显著。新型城镇化水平高的地区，生态环境水平较低。滇中城市群新型城镇化和生态环境耦合协调度类型是属于稳定性的演进。新型城镇化与生态环境耦合协调状态呈现出小幅波动中不断变好的趋势，正由长期的中级协调转变为近年的高度协调状态，耦合协调状态遵循初级-中级-高级的逐级演变，发展阶段具有连续性，不存在跳跃式发展。截至2019年，滇中城市群高水平协调的区县只有6个，不足以辐射和带动周围更多区域向高级协调状态发展。

（2）从空间格局演变上看，新型城镇化、生态环境、新型城镇化与生态环境耦合协调都具有明显的空间分异特征。新型城镇化高聚集核心区域主要分布在滇中城市群昆明市的几个区县及周围的富民、安宁、晋宁、澄江，总体呈西北偏西-东南偏东的空间格局，空间上主要为先离散后集聚的态势；生态环境较好的区域在滇西，呈南北向带状分布，生态环境空间格局总体呈西北偏北-东南偏南的空间格局，空间上主要为离散态势；滇中城市群东北方向区县耦合协调度要高于西南方向区县的耦合协调度。

（3）空间背景格局对新型城镇化和生态环境耦合协调度的动态演进有重要作用。当邻域空间滞后类型为高级协调时，濒临失调类型的稳定概率从27.8%下降到0，当邻域背景为高级协调或中级协调区域时，处于中级协调类型的区域向下发生转移的概率为0，表明耦合协调度较高的区县会对耦合协调度较低的区县产生正向的“溢出效应”，在耦合协调度较高区县的正向“溢出效应”下，耦合协调度较低的区县通过自身的努力，可突破自身发展瓶颈，向较高耦合协调水平发展。耦合度较高的区县对周围的区县具有正向溢出效应，而耦合度较低的区县对周围的区县具有负向溢出效应，最终在空间格局上形成“俱乐部收敛”的特征。

（4）初步探索出经济、生态、产业结构等要素对滇中城市群新型城镇化与生态环境耦合协调的驱动机制。经济要素和产业结构是影响新型城镇化水平空间分异最主要的动力，自然要素是生态环境水平空间分异的主控要素，自然要素对新型城镇化与生态环境耦合协调空间分异起主导作用。影响新型城镇化、生态环境、耦合协调水平空间分异的要素具有明显交互作用。主导新型城镇化水平发展的是人口要素和产业结构的协同作用、主导生态环境水平发展的是人口要素和自然要素协同作用、主导新型城镇化与生态环境耦合协调的是自然要素和产业结构的协同作用，且任何两种变量对空间分异的交互作用都要大于一种变量的独自作用。

（5）新型城镇化和生态环境耦合协调发展在不同时期的驱动要素都不同，同时面临的问题和挑战各异。生态环境和新型城镇化发展的不充分、不平衡问题突出，滇中城市群生态环境发展水平对新型城镇化的发展有交互胁迫作用。在坚持可持续发展的原则下，找准问题、立足优势、形成智能高效、绿色低碳、高质量发展的新型城镇化与生态环境协调发展路径，将会对滇中城市群区域经济协调、可持续发展实现保驾护航。

三维建筑模型墙面语义参数化表达与重建方法研究

王月峰,

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王月峰.

WANG Yuefeng.

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作为建筑物的重要构件，墙面的语义化重建至关重要。语义墙面模型不仅可以表示每个墙面元素的几何和语义信息，还能够描述墙面元素之间的几何和拓扑关系。目前，自动重建语义墙面模型存在两方面的困难。一方面，由于拍摄环境的限制，墙面数据的质量不均匀(如遭受遮挡、局部信息缺失等)，从而导致数据驱动的语义实体提取方法实用性不强。另一方面，建筑物墙面结构具有复杂性和多样性，因而难以使用一种通用的模式描述。为了克服上述困难，论文首先深度探索了墙面结构特性，提出了复合图为框架的层次图模型，称之为墙面布局图。通过描述墙面元素间几何和拓扑关系，增强了机器可读性，为语义墙面重建提供了理论支持。其次，通过参数化墙面布局图模型，将重建语义墙面模型的过程转换为对墙面布局图模型参数的最优化求解，以贝叶斯框架为工具实现了渐进逼近的自动化重建。通过最后的试验分析，验证了论文方法在精度、效率、存储空间等方面的可靠性和高效性。论文取得的主要研究成果如下。

（1）以复合图模型为框架，以建筑形式美法则为根本，以格式塔理论为依据，论文提出了一种墙面结构描述模型。该模型考虑了墙面结构的层次特性，将楼层布局作为顶层布局图，将墙面元素作为底层布局图，构建了一个层次性的复合图模型。为了确保图模型与墙面结构之间的唯一映射关系，论文分别为墙面布局图模型中的节点和边赋予了独特属性。

（2）研究了语义墙面模型的参数化方法。通过分析墙面轮廓参数和墙面布局图的结构描述参数，论文对每个语义墙面模型使用参数集表示。在分析模型的参数时，通过研究墙面元素之间的拓扑关联，构建参数之间的全局约束。通过分析有关采光、节能等法律法规，制定参数的几何约束。以这些约束为参考，论文能够将每个参数的取值范围限制在合理的区间，保证了墙面模型生成的有效性。

（3）根据墙面布局图模型的参数化设计，论文还提出了多细节层次语义墙面模型重建标准，其分别是F0级、F1级和F2级。F0级模型是对语义墙面模型的粗略记录，在该层次模型中，墙面上的元素只具有一种尺寸和形状，墙面元素在每个楼层也只具有一种布局方式。F1和F2级模型详细记录了语义墙面模型中的各种属性信息，并考虑了楼层之间不对齐、楼层之间元素分布不一致以及墙面上同种类型的元素具有不同形状等布局特征，其中F2级模型还记录了墙面元素的立体信息。

（4）以墙面布局图的参数化模型为基础，论文基于贝叶斯框架设计了语义墙面模型的最优化自动重建方法。该方针对墙面图像数据和激光点云数据分别设计了两种优化函数。对于墙面图像数据，首先采用实例分割提取墙面元素的几何和语义属性，然后利用EM算法实现墙面的最优化重建。对于激光点云数据，由于目前还没有一种可靠的针对点云数据的实例分割算法，因此，论文首先通过精炼墙面结构来提取墙面上的边缘等几何信息，然后通过随机策略实现最优墙面的重建。试验结果表明，论文方法在精度、效率、存储空间等方面都要优于传统方法，并且保持了墙面结构描述在形式上的直观性。

时空视图学习支持的城市交通数据缺失补全与短期预测

王培晓,1,2

1.

2.

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王培晓.

WANG Peixiao.

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随着智能交通系统的快速发展，准确的交通流预测技术已经成为缓解城市交通拥堵的重要手段，也是城市交通科学合理运行管理的必要条件。近年来，随着物联网的快速发展，许多固定位置的传感器已被安装在物理世界中，以持续协作地监控城市路网的交通状态，为交通流预测相关的研究提供了重要的数据源。然而，在现实世界中，由于采集技术和隐私等问题的存在，传感器采集的交通时序数据存在普遍的缺失现象，并极大地限制了交通时序数据的建模能力，制约了交通流预测模型的性能。因此，论文围绕“缺失交通数据补全”“顾及缺失值的交通数据预测”，基于时空视图学习方法，主要完成了以下4个研究内容。

（1）在交通时序数据获取过程中，提出了一种基于大规模轨迹估计城市路网交通速度的方法，并评估了提取的交通速度的数据质量。首先，顾及信号灯对城市交通速度的影响，基于信号交叉口和距离分割了城市信控路网。然后，基于出租车轨迹数据和分割后的路网，提取了城市信控路网下的交通速度数据。最后，采用多源数据(即高德拥堵指数数据)评估了获得的交通速度数据。结果表明获得的交通速度数据具有令人满意的数据质量。提取的交通速度数据为后续章节提供了数据支撑。

（2）针对交通流的多模式特征(时空邻近、时空日周期)，提出了一种多视图矩阵分解模型用于补全交通流中的缺失数据。首先，提出了一种时间序列分析方法用于挖掘交通数据时空周期视图下的周期性模式；然后，提出了一种双向自回归矩阵分解方法刻画交通流数据时空邻近视图下的趋势性信息；最后，基于树突神经网络将缺失数据的周期性和趋势性特征融合获得最终的数据补全结果。采用两个真实的交通数据集评估了提出的模型。试验结果表明，提出的模型在多种场景下优于现有的8个基线方法。

（3）针对交通流的多模式和动态特征，提出了一种多视图双向时空图网络用于补全交通流中的缺失数据。首先，构建了3个时空图序列(时空邻近、时空日周期、时空周周期)，从不同的时空视图中描述路网的交通状况。然后，使用双向时空图网络模型学习特定时空视图下的交通流模式。最后，设计了一种考虑多视图之间交互关系的损失函数去优化模型的参数。采用两个真实的交通数据集评估了提出的模型。试验结果表明，提出的模型在多种场景下优于10种存在的基准方法。

（4）针对交通流的缺失属性和动态特征，提出了一种抗缺失值的动态时间图网络用于包含缺失值的交通流预测。首先，提出一种自监督学习方法被提出去学习交通路网中的动态空间关系。然后，采用一种抗缺失值的时间图网络挖掘缺失场景下的交通流模式(时空邻近视图)。最后，设计了一种顾及缺失性问题及预测问题的损失函数去优化提出的模型。利用真实的交通数据集评估了提出的模型。试验结果表明，提出的模型在缺失场景下具有较好的预测性能并优于现有的10种基准方法。

基于高频GNSS与合成地震的强震破裂及预警研究

高志钰,1,2

1.

2.

基金项目

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高志钰.

GAO Zhiyu.

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在强震发生时测震手段容易受仪器振幅饱和的限制，造成震级被低估的现象。强震造成的断层破裂尺寸能够达到几十千米甚至上百千米，快速准确估算强震震级、断层滑动分布，对于灾害评估、应急救灾具有重要意义。论文构建了一套基于高频GNSS的强震震源参数快速获取算法，并以实测强震震例数据与数值模拟方法合成强震事件理论波形对所构建的算法进行了测试与检验。在开展数值模拟的同时，探索了观测资料有限的一次历史强震事件的破裂模式及滑动特征。论文研究内容与研究成果如下。

（1）从高频GNSS数据处理、强震震级估计、滑动分布反演出发，构建了一套基于高频GNSS的强震震源参数快速获取算法。解算得到的GNSS水平向速度精度可达到mm/s级，水平位移精度能够达到毫米级、垂向位移精度优于2 cm。基于解算得到的GNSS速度、位移波形，构建了地面峰值位移PGD和地面峰值速度PGV震级估计算法。采用GNSS位移波形数据，在给定地震事件触发形变量级的阈值时，能够对断层面同震滑动的时空过程进行反演。

（2）利用2021年玛多Mw 7.3地震实测高频GNSS数据，回溯性测试了所构建的基于高频GNSS的强震震源参数快速获取算法。结合位移、速度波形估算出的此次地震的PGD、PGV震级与地震学方法报告的震级基本一致。快速反演得到的滑动分布结果与事后反演结果在断层破裂尺寸、滑动量级大小等方面具有较高的一致性。结合地震破裂过程结果，正向模拟得到强地面运动参数并转换得到的震烈度结果，与实地调查烈度在极震区的展布上具有一阶相似性。表明高频GNSS数据能够用于快速反演同震震源参数，可为震后快速救援部署、震后灾害调查等提供参考依据。

（3）针对中国大陆强震震例有限、高频GNSS测站相对稀疏的现状，以断裂震间闭锁模型为先验约束，基于同震破裂数值模拟方法在川滇块体东边界合成任意强震事件并正演得到了GNSS测站理论位移波形，测试了所构建的基于高频GNSS的强震震源参数快速获取算法。安宁河断裂周边GNSS连续测站能够在地震事件之后8 s左右确定初始反演震级，并能够快速反演得到断层的滑动分布结果。即将加密建设的GNSS测站，将会对震级估计、断层滑动分布甚至破裂的优势方向予以更加有效地刻画。这也将指示着高频GNSS在该区域强震震级估计与滑动分布反演方面具有较大的优势。

（4）针对1850年西昌M7.5地震可能的破裂模式，将断裂现今形变、数值模拟、地貌位错与调查烈度相结合，探索了该地震的同震滑动特征。此次地震仅造成了则木河断裂北段发生破裂，主要的滑动位于15 km深度以上。没有造成安宁河断裂发生破裂，位于两断裂之间的西昌过渡带可能阻碍了这次地震向安宁河断裂的破裂传播。单段破裂与多段破裂模式在地表造成的强地面运动存在显著差异，指示着不同破裂模式在强震危险性评估中的重要性。结果为探讨青藏高原地区其他历史地震滑动特征提供了新思路，也为更好地认识大陆型地震的地震周期提供了新见解。

基于GPS资料研究汶川与芦山地震变形过程

赵静,

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赵静.

ZHAO Jing.

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青藏高原东南缘龙门山断裂带上相继发生的2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级大震，使人们迫切追问这两次地震前后，龙门山断裂带各断层段构造形变特征、断层闭锁程度与滑动亏损速率经历了怎样的时空演变过程，这一科学问题的定量解答，对人们更加深刻地认识和理解青藏高原东南缘的区域构造应变环境的大震影响，龙门山断裂带的震后愈合过程、应变积累恢复、未来地震危险性，以及大陆逆冲型强震的孕震机制、地震触发、地震周期等具有至关重要的意义。论文以高精度、高密度GPS地壳形变资料为约束，并辅以跨断层短水准观测资料，围绕上述科学问题开展了多种方法的深入研究和定量分析，主要研究内容如下。

（1）汶川地震前龙门山断层滑动亏损速率快速增加。利用1999—2001年、2001—2004年和2004—2007年的3期GPS速度场资料的反演结果表明：汶川地震前，龙门山断层处于强闭锁状态，但其断层滑动亏损速率在2004—2007年发生了快速增加，即断层深部滑动速率可能出现了加速。这一发现或为大震的年尺度预测探索提供一种重要线索。

（2）芦山地震并未明显减弱龙门山断层西南段的大震危险性。汶川地震促使龙门山断裂带西南段应力应变积累速率加快、断层闭锁程度增强；芦山地震并未使断裂带西南段的主干断裂发生破裂，主干断裂上的应变能未被显著释放。目前汶川和芦山地震之间的地震空段、芦山地震西南方向的地震空段仍处于强闭锁状态，并在持续积累应变能。因此，两处地震空段未来的大震危险性仍需特别关注。

（3）汶川地震后龙门山破裂断层愈合过程在不同段呈现显著差异。利用汶川震后多期GPS速度场资料的反演结果表明：龙门山断层中段在汶川地震后处于蠕滑状态，而在芦山地震后，汶川震中西南方向断层的闭锁程度快速增强，表明其正在快速愈合，并且愈合区域快速向汶川震中方向扩展；而中段位于震中北东方向的大部分破裂断层迄今尚未愈合，仍处于蠕滑状态，估计演化到愈合还需要至少10 a以上的时间；龙门山断层北东段经历了汶川震后的短期蠕滑后，快速恢复了闭锁状态，表明断层面已经愈合。

（4）芦山地震前后龙门山断层中南段闭锁演化过程。利用GPS连续站时间序列资料的反演结果表明：汶川地震后震中西南方向破裂区域的闭锁程度快速增强，由2010年基本处于蠕滑状态，至2013年处于较强闭锁状态，闭锁范围也快速增大，由汶川震中西南方向逐渐趋近震中位置；芦山地震后，汶川震中附近的闭锁程度和范围进一步增大，表明该部分断层正在快速愈合。汶川震中北东方向的大部分破裂区域依然处于蠕滑状态，表明该部分断层还未开始愈合。

（5）龙门山构造带周边地表三维变形演化特征。GPS应变率场和速度剖面结果表明：汶川地震后龙门山断层中段在断层两侧存在明显的逆冲和走滑阶跃，且逆冲分量大于走滑分量，巴颜喀拉块体内部由震前挤压变形转变为震后拉张变形；目前中段蠕滑速率有所减小，巴颜喀拉块体内部的震后拉张变形也逐渐减弱。汶川地震后龙门山断层西南段仍表现为大范围的连续变形，且东西向挤压变形在芦山地震后有所增强；目前断层的水平缩短速率和走滑速率逐渐减小，但水平缩短速率依然明显高于汶川震前。跨断层短水准结果显示：虽然汶川同震造成断层附近的七盘沟、灌县及双河场地的垂直高差明显增大，但从2010年开始，这些场地的垂直运动速率已经很小并维持稳定，表明汶川地震对断裂带附近垂直变形的震后影响微弱。

激光点云语义与结构参数提取方法及三维建模应用研究

赵不钒,

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赵不钒.

ZHAO Bufan.

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三维激光点云扫描系统是一种快速、准确地获取场景三维地理分布的技术，为连接虚拟世界与物理世界提供了精确、高分辨率的三维点云数据，是数字孪生城市与实景三维构建的重要数据源。点云参数化是实现点云智能处理的关键技术。点云参数化是指从高精度的三维测量值中生成一个高层次的三维对象表示，将基础的三维数据转化为表示对象的参数，为点云产品加工提供可靠的素材。针对点云参数化课题，主要研究了激光点云数据的参数化方法及其应用。根据应用与需求，将点云参数归纳为几何参数、语义参数、结构参数3类参数，并针对参数化方法及其在三维建模中的应用开展研究，主要研究内容及结论包括以下内容。

（1）为了识别交叉点云目标，提高语义参数识别精度，研究了一种基于逆节点图分割的点云语义分割方法，用于识别场景点云的语义参数。该方法首先提出一种逆节点图结构将点云分割为点云结构段，通过判断节点之间的连接状态来划分节点，而不需要预先定义图中节点的类别配置。利用图割算法达到全局能量最小分割，在获得尽可能完整的点云结构段的同时，也能保留物体的边界特征。然后采用随机森林分类器进行监督分类，针对散乱片段的错误分类问题，提出顾及小类标签聚类的高阶CRF优化算法，重点关注散乱基元的局部最优，对分类结果进行深度优化。在移动激光扫描与地面激光扫描点云数据上进行了语义分割试验，试验表明，该方法在总体精度和单类识别精度都取得了理想的结果，能较为完整地保留物体的边界，验证了该方法在识别交互物体中的优势，证明了该方法的可行性。

（2）在深度学习分类方法研究中，深度学习网络的解译工作是理解卷积神经网络的重要组成部分。为了加强对语义参数提取方法的理解，研究了三维点云深度学习可解释性方法，针对卷积神经网络中点云卷积函数的分类性能进行评价。提出了一个具有分支结构的可解释性网络，分别从内部特征一致性和外部输出一致性综合地评价三维点云卷积函数；引入信息熵对卷积层的内部生成特征进行诊断，用于评价点云卷积函数的内部特征一致性；将二维类激活映射方法扩展到三维点云卷积中，建立样本每个点云与类别之间的映射，计算逐点分类精度量测点云卷积函数的外部输出一致性。利用可解释性网络在ModelNet40数据集上对4种典型的卷积函数进行了测试，试验结果表明所提出的评价方法是可靠的，通过可视化评价方法和可量测指标对卷积函数的特征变换能力和特征识别能力进行了综合评价。

（3）基于激光点云的建筑物结构参数提取对于点云场景结构化重建具有重要意义，然而，现有的结构分割方法主要集中在大尺度的平面结构上，忽略了其他形态的结构和细节，这会导致场景重建精度下降。针对这一问题，提出了一种基于迭代高斯映射的结构点云分割方法。将三维空间坐标映射到法向量空间中，根据几何元素的方向规律性，在高斯球面空间中对具有相同分布的结构点云进行聚类，将建筑物场景分解为可检测点云簇，实现对建筑物点云的粗分割；再通过附加法向量约束的模型拟合算法精确提取结构点云的几何模型参数，实现结构参数的精提取。迭代“粗分割-精提取”步骤，逐层分解建筑物场景，以此探测出场景中更多的细节结构，实现对垂直和非垂直平面与柱面结构点云的精细化提取。试验结果表明，与现有方法相比，本文方法对建筑物永久性结构点云的分割更加完整，且不受曼哈顿世界建筑条件的约束，能够检测出更多的场景结构细节，准确地恢复复杂建筑物的结构分布，为建筑物三维模型重建提供了精细化的结构参数。

（4）点云数据的完整性直接影响点云结构参数的提取与模型重建精度。在城市场景点云数据采集过程中，由于传感器扫描的局限性，点云数据往往存在着缺失。针对建筑物点云的缺失问题，提出一种施加结构约束的建筑物点云修补方法。该方法采用布料模拟思想，利用结构面的平面性与对称性对布料点云施加结构约束，结合建筑物的刚性特性，制定了符合建筑物结构分布的布料点云受力规则，模拟布料节点的下沉与反弹阶段，恢复待修复区域点云。通过姿态调整实现对各个方向缺失面的点云修补，并针对多层次结构面的修补问题给出了解决方案。通过实测数据验证了本文点云修补方法的可行性与精度，并设计了一种基于射线法的点云覆盖率作为建筑物点云完整性的通用评价指标，试验证明了本文方法能够大幅度提高建筑物点云的完整性，取得较好的建筑物点云修补结果。

（5）目标结构化三维重建是点云智能场景构建的关键要素，也是点云参数化的重要应用。针对建筑物的结构化三维重建工作，研究了改进的空间切割建模方法。在此基础上，为了解决曲面结构的建模问题，用连续平面逼近曲面结构，通过超体素方法分解曲面结构点云，实现对多形态建筑物结构的三维重建；为了提高点云建模效率，综合现有方法的优势，通过结构约束固定完整结构面片，限制完整结构在空间切割过程中与其他结构的相交判定，减少待选基元的生成，加快空间切割过程，提高三维模型重建效率。通过量化与可视化分析验证了曲面结构重建效果与超体素分辨率之间的关系；采用方法对比说明了改进的参数化建模方法在保证模型精度的同时，提高模型构建效率，并且能够增强三维模型的细节表现能力。

南极和格陵兰地区GNSS时间序列分析与应用

李文浩,

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李文浩.

LI Wenhao.

高精度GNSS时间序列是研究地壳运动的主要方法之一，能够为冰后回弹(glacial isostatic adjustment，GIA)建模提供外部检核和新的约束，进而对板块运动、地壳垂向运动、海平面变化等提供重要改正。南极和格陵兰GNSS时间序列包含长期项趋势和年际变化，长期项趋势主要包含千年尺度的GIA和现今冰雪质量变化导致的弹性形变，年际变化如果是由于地表质量荷载导致，则为纯弹性信号且与地表质量变化完全一致，主要包括冰川质量荷载及大气负荷，水文负荷，非潮汐负荷等非构造形变导致的周期性运动。非构造形变的周期性特征会导致参考框架产生周期性变化且无法通过统计分析的方法从GNSS时间序列中直接分离出来。与此同时，GNSS时间序列中还包含着短期不规律信号，通常代表着某一特定的物理信号，提取某一特定的异常信号一直是地学领域的热点和难点之一。

在南极地区，采用因子分析法对79个GNSS站2010—2017坐标时间序列的适用性进行了检测，然后利用独立成分分析法(independent component analysis，ICA)移除了GNSS网残差序列的CME，并对比分析了主成分分析法(principal component analysis，PCA)滤波结果。利用AIC准则探究了滤波前后5种噪声模型的最优组合，最后利用得到的高精度GNSS速度场对南极地区7个GIA模型进行了检核。在格陵兰地区，笔者对44个GNSS测站的时间序列进行了大气压负荷(ATM)，非潮汐负荷(ECCO2)，水文负荷(GLDAS)，冰雪表面质量平衡负荷改正(SMB)，冰川运动负荷改正(D)以及热膨胀效应改正(TEM)，从全格陵兰和局部尺度定量分析了各项改正对GNSS时间序列的影响量级，并联合GRACE数据使用M-SSA方法对GNSS中出现的异常信号进行了探测和分析，主要结论如下。

（1）经PCA提取的CME空间响应在各站差异较大，而ICA提取的CME更具有明显的区域分布特征，说明ICA提取的CME更符合南极地区实际情况。南极GNSS站的噪声模型存在多样性，且各分量具有不同的噪声特性，主要表现为WN+FN、WN+PN，绝大部分PN噪声的谱指数均接近FN。

（2）IJ05-R2模型预测比GNSS结果系统性地偏小；其余6个GIA模型预测比GNSS结果系统性偏大；7个模型在阿蒙森海域有均系统性的低估；南极半岛北部地区的上地幔黏度要低于南极半岛南部地区，导致南极半岛北部地区的GNSS垂向速度普遍大于南极半岛南部；龙尼冰架附近区域的GNSS速度与大多数GIA模型预测值整体吻合较好；东南极沿海区域GNSS站结果量级较小，受GIA和现今冰雪质量变化的影响比较小。

（3）从格陵兰整体来看，上述改正中SMB影响最大，格陵兰南部的空间响应整体大于北部地区，ATM次之。格陵兰GNSS站对ATM的空间响应整体一致，各区域的空间响应差异较小；ECCO2、GLDAS和TEM影响较小。从格陵兰局部视角来看，冰川区域附近相近GNSS站点之间的差异主要是由于SMB导致，其次是ATM，其余荷载和TEM效应的影响基本相同。当移除SMB后，有些测站的GNSS时间序列的周年振幅变大，表明在测站中应该存在其他因素对地表垂向季节性变化有重要的贡献。

（4）格陵兰地区的GNSS时间序列在2012—2015年整体受到SMB异常的影响，最大影可达20.54 mm平均影响为5.97 mm，影响最大的区域为格陵兰西南部。同时发现SMB异常主要是由于径流导致，大多数测站在2009—2011年的突然下降是由于SMB和冰流量的共同影响导致。

来源：测绘学报