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基于深度学习的自监督单目动态场景深度估计综述

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遥感学报 2024年第9期28卷 2170-2186页

作者：程彬彬于英张磊王自全江志鹏信息工程大学地理空间信息学院郑州450001

现实世界中不存在完全静态的场景,动态场景下的单目深度估计方法是指从单幅影像中同时获取动态前景和静态背景的深度信息,与传统双目估计方法相比具有运用灵活、成本较低等优势,有着极强的研究意义和广阔的发展前景,在三维重建、自动驾... 详细信息

现实世界中不存在完全静态的场景,动态场景下的单目深度估计方法是指从单幅影像中同时获取动态前景和静态背景的深度信息,与传统双目估计方法相比具有运用灵活、成本较低等优势,有着极强的研究意义和广阔的发展前景,在三维重建、自动驾驶等下游任务中起着关键作用。深度学习技术迅速发展,自监督学习不使用真实数据标签,吸引众多学者的研究热情。国内外众多学者为了处理场景中的动态物体相继提出一系列自监督单目深度估计算法,为广大相关领域的研究者奠定了研究基础,但目前尚未有对上述方法进行综合分析的研究。针对这一问题,本文对基于深度学习的自监督单目动态场景深度估计技术进展情况进行了系统性梳理与总结,首先归纳了基于深度学习的自监督单目深度估计的基本模型,分析了动态物体是如何对场景深度估计产生的影响;其次,介绍了单目深度估计研究的常用数据集以及评价指标,对经典动态场景下单目深度估计模型进行了性能对比分析;然后,依据对动态物体的处理方式不同,分别从动态场景鲁棒深度估计和动态物体跟踪与深度估计两个研究方向,进行了总结与定量分析;最后对动态场景单目深度估计的未来发展方向进行了展望。

关键词：遥感动态场景单目深度估计自监督学习深度学习三维重建

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岸基BDS-R海面测高及其观测值加权方法

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 1015-1026页

作者：侯金华贺凯飞高凡储倜吴宇中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院青岛266580 山东大学空间科学研究院威海264209 山东大学空间科学与物理学院威海264209

随着北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的全球组网完成,其反射信号在全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)海面测高领域的应用也更加广泛。为研究BDS-3 B1C反射信号码延迟海面测高性能,以及多星测高数据组合方法,进行了基于B1C码信号的双天线岸... 详细信息

随着北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的全球组网完成,其反射信号在全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)海面测高领域的应用也更加广泛。为研究BDS-3 B1C反射信号码延迟海面测高性能,以及多星测高数据组合方法,进行了基于B1C码信号的双天线岸基北斗卫星导航系统反射测量(BDS-R)码延迟海面测高实验。利用自主研发的GNSS-R测高软件接收机对实验数据进行事后处理,将测高结果与岸基同步观测的雷达测高仪所测海面高度值进行对比分析,并基于反射信号信噪比(SNR)和卫星高度角加权的方法对多星测高观测值进行加权计算,评定BDS-R海面测高精度。结果表明:自主研发的GNSS-R测高软件接收机可用于海面测高,基于B1C码信号的BDS-R海面测高精度有达到分米级的可能性;根据10 s观测数据平滑可以得到,单颗卫星B1C码信号最优测高结果的均方根误差(RMSE)为0.634 m,平均绝对误差(MAE)为0.507 m,多星测高观测值加权组合最优结果的均方根误差为0.538 m,平均绝对误差为0.500 m,明显优于单星观测精度,最大可提升70%,最小可提升17%;针对同一信号多星GNSS-R测高数据加权方法,应用综合考虑卫星高度角和反射信号信噪比的加权模型优于其他加权模型,测高精度分别比信噪比分段模型、正弦函数模型、指数函数模型、等权模型提升9.4%、9.5%、20.5%、35.2%。

关键词： B1C 北斗卫星导航系统反射测量软件接收机海面测高加权模型

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全谱段多角度光学成像大气折光误差分析

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第7期49卷 1176-1189页

作者：王艳丽孙克显金淑英王密山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 齐鲁空天信息研究院山东济南250100 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

星载全谱段成像仪能够同时对可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外光谱范围内的多个谱段进行探测,在热污染排放检测、农作物长势分析等方面发挥重要作用。然而,当光线穿越大气层时,受大气折射的影响,不同谱段存在程度不一的偏... 详细信息

星载全谱段成像仪能够同时对可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外光谱范围内的多个谱段进行探测,在热污染排放检测、农作物长势分析等方面发挥重要作用。然而,当光线穿越大气层时,受大气折射的影响,不同谱段存在程度不一的偏折现象,降低了影像的几何定位精度、谱段间的配准精度,影响全谱段影像的应用效能与价值。针对全谱段多角度成像大气折光误差特性,采用高分五号全谱段光谱成像仪相机参数与大气参数,利用基于椭球分层的光学卫星大气折光改正模型,对全谱段多角度成像在不同区域、不同时间的大气折光误差差异进行了系统性的分析。实验结果表明,当侧摆角为45°时,大气折光引起的蓝波段的绝对几何定位误差约为6.491 m,相对几何定位误差可达2.698 m,对蓝波段与长波红外波段谱段间的配准精度的影响可达0.161 m。

关键词：全谱段成像仪多角度成像大气折光误差配准精度

卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第7期61卷 62-67页

作者：常呈武刘宏阳北京空间信息传输中心北京102300

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此... 详细信息

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。

关键词：卫星互联网低轨星座星间激光通信链路传输交换

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中继卫星空间静态波束的构建方法

中国空间科学技术 2024年第1期44卷 83-88页

作者：单长胜俞道滨齐斌北京空间信息传输中心北京102300

通过空间静态波束的广域覆盖,中继卫星测控服务的时效性及多目标能力将得到有效提升。对中继卫星空间静态波束的构建方法进行了研究,在数字波束形成原理基础上,基于中继卫星相控阵天线和多个地面返向波束计算单元,实现了空间静态波束形... 详细信息

通过空间静态波束的广域覆盖,中继卫星测控服务的时效性及多目标能力将得到有效提升。对中继卫星空间静态波束的构建方法进行了研究,在数字波束形成原理基础上,基于中继卫星相控阵天线和多个地面返向波束计算单元,实现了空间静态波束形成。最后对空间静态波束构型进行仿真分析,从不同波束交叠和不同空间高度2个角度分别开展。结果表明,在工程应用中须对卫星波束覆盖和地面返向波束计算单元数量进行折中考虑,最大化发挥中继卫星空间静态波束的性能优势。

关键词：中继卫星相控阵天线空间静态波束数字波束形成卫星波束构型波束交叠

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任务驱动视角下机器地图现状与发展

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第4期49卷 609-623页

作者：徐连瑞游雄信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

随着国家对机器人发展战略的不断推进,保障机器人认知和学习的机器地图近年来成为地图科学研究的新方向。针对目前机器地图理论研究相对匮乏的问题,基于测制用一体运行机制,阐述总结任务驱动下的机器地图关键技术和研究现状。数据获取... 详细信息

随着国家对机器人发展战略的不断推进,保障机器人认知和学习的机器地图近年来成为地图科学研究的新方向。针对目前机器地图理论研究相对匮乏的问题,基于测制用一体运行机制,阐述总结任务驱动下的机器地图关键技术和研究现状。数据获取与处理是地图模型构建和任务应用的基础支撑,围绕机器人平台、特征提取、语义分割、多传感器融合等技术现状进行归纳总结;地图模型构建承上启下,分析参考常用的地图模型架构及其特点,描述不同任务情境中如何搭建使用弹性、稳健、可靠的建图系统;任务应用是机器地图功能性的集中体现,介绍总结路径规划、目标检测、知识表达与推理等典型应用研究现状。论述展望了机器地图存在的问题及未来发展方向。

关键词：任务驱动机器地图测制用一体运行机制认知学习

地理空间数据等积全球格网多模式三维扩展方法

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测绘学报 2024年第1期53卷 173-188页

作者：周建彬丁俊杰贲进陈艺航梁启爽信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

全球离散格网系统是新型地理空间数据组织框架,等面积格网由于在采样和空间分析方面的独特优势而备受关注,但相关研究囿于地球表面,缺乏扩展至三维广域空间的一般方法。本文首先提出将等积球面格网系统扩展为球体格网系统的多种剖分模式... 详细信息

全球离散格网系统是新型地理空间数据组织框架,等面积格网由于在采样和空间分析方面的独特优势而备受关注,但相关研究囿于地球表面,缺乏扩展至三维广域空间的一般方法。本文首先提出将等积球面格网系统扩展为球体格网系统的多种剖分模式,并实现其统一数学描述和详细数学证明;然后引入体积和紧致度指标定量评价不同剖分模式的体元性质,并与球体退化八叉树格网(SDOG)、大圆弧八叉树格网(SGOG)作对比;最后初步探索了本文方法的应用案例,讨论了不同应用需求下选择剖分模式的原则。对比试验结果表明,退化剖分的体元各项指标均优于规则剖分,等体积和退化剖分的体积性质优于SDOG,紧致度性质优于SGOG。本文多剖分模式三维扩展方法不仅符合国际标准等体积的要求,而且兼顾常规剖分设计选项,为不同应用需求提供了参考依据。

关键词：等面积全球离散格网系统三维扩展剖分等体积紧致度

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机器地图信息加工模型

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第4期49卷 516-526,F0002页

作者：游雄李科田江鹏杨剑余岸竹贾奋励信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

无人平台对复杂环境的自主认知能力是制约其广泛应用的关键问题,已成为当前认知科学、人工智能、地图学等领域的研究热点。在机器地图的概念模型和认知特点的基础上,为进一步实现机器地图信息存储、处理、交互与学习的形式化表达,从人... 详细信息

无人平台对复杂环境的自主认知能力是制约其广泛应用的关键问题,已成为当前认知科学、人工智能、地图学等领域的研究热点。在机器地图的概念模型和认知特点的基础上,为进一步实现机器地图信息存储、处理、交互与学习的形式化表达,从人机优势融合的视角提出了机器地图信息加工模型;构建了包括感知地图、工作地图和长时地图的环境表达模型,从观测视角、参考系、信息抽象度、数据结构、描述精度和准确度等方面分析了表达模型结构;提出了测制用一体信息交互过程,分析了包括环境感知、制图、推理和决策为一体的持续迭代环境信息处理过程;建立了持续自主学习模型,分析了该模型在学习过程、学习内容和持续机制方面的特点。开展了两组实验,对信息加工模型的可行性进行了验证:一是通过模拟测制用一体交互过程,提高了基准模型的长距离自主导航能力;二是通过模拟任务驱动的工作地图建图过程,强化环境要素与任务的相关性,提高了任务决策的效率。信息加工模型的研究能够为机器地图技术体系和系统架构的确立提供理论依据,进而指导机器地图应用系统的开发。

关键词：信息加工模型机器地图测制用一体持续自主学习

卡尔曼滤波融合多源排放清单算法下的粤港澳大湾区FFCO_(2)排放时空演变格局研究

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地球信息科学学报 2024年第6期26卷 1439-1451页

作者：赵群群赵静张灵先王拓杨腾飞赵琛牟乃夏山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094 国家对地观测数据中心北京100094

在卫星碳观测用于区域减排存在技术壁垒的背景下,全球尺度的高分辨率化石燃料二氧化碳(FFCO_(2))排放清单成为区域FFCO_(2)排放研究的主要数据来源,但现有的全球尺度FFCO_(2)排放清单用于区域研究仍存在显著的不确定性。为此,本研究定... 详细信息

在卫星碳观测用于区域减排存在技术壁垒的背景下,全球尺度的高分辨率化石燃料二氧化碳(FFCO_(2))排放清单成为区域FFCO_(2)排放研究的主要数据来源,但现有的全球尺度FFCO_(2)排放清单用于区域研究仍存在显著的不确定性。为此,本研究定量分析3种全球尺度的高分辨率FFCO_(2)排放清单(ODIAC 2020b,EDGAR v6.0,PKU-CO_(2)-v2)用于区域尺度研究的差异性和变异性,然后基于卡尔曼滤波将3组数据进行特征融合,探讨了粤港澳大湾区FFCO_(2)排放的时空演变格局。结果表明:①当前FFCO_(2)排放清单数据间存在着显著的差异性和变异性特点,以大湾区为例,在最佳表征空间分辨率3 km×3 km下,区域内网格单元的平均差异性达到140%,变异系数达到16.3%,单一的全球尺度FFCO_(2)排放清单数据用于区域或城市的FFCO_(2)排放研究结果不准确;②经卡尔曼滤波融合重构的2000—2018年长时间序列的新数据显示:卡尔曼滤波融合结果的不确定性由±15%~20%减少至±10%;③2000—2018年,大湾区FFCO_(2)排放的总体布局是广深港澳中心高排放,向外围区域逐渐降低为低排放区,并形成深圳、香港→广州→佛山、东莞→中山的排放转移路径。本文提出的区域FFCO_(2)排放研究思路在大湾区进行了示范应用,同时可应用于其他区域和城市。本研究的结论将为大湾区能源、资源优化布局提供科学依据,对低碳转型及高质量发展和“美丽湾区”建设具有重要意义。

关键词：粤港澳大湾区区域FFCO_(2)排放时空特征 Kalman滤波融合差异性变异性排放清单不确定性