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[硕士论文] 王之栋
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:星载分布式合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry,SAR,InSAR)技术是近年来兴起的一种新型对地观测技术。它通过在编队飞行的卫星上搭载合成孔径雷达,利用脉冲压缩技术、合成孔径技术,构建SAR图像的几何构像模型,将两副SAR天线获取得到的两景具有相干性的单视复数影像进行干涉处理,从而反演出地表高程信息并建立相应地区的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)模型。合成孔径雷达干涉测量技术因其微波成像的本质,具有测量精度高,全天候全天时成像的优点,可以高效地构建大区域范围的无缝DEM。本文首先研究了星载分布式InSAR系统的测高原理,对InSAR地形测绘中的误差进行了详细剖解,建立了其误差模型,并对各项误差进行了论证和分析。然后,研究了InSAR地形测绘中相位误差的来源,并针对相位解缠误差和相位梯度之间的关系进行了建模分析。最后对InSAR时空基线对测高精度的影响进行了实验论证。各章节的具体内容安排如下:
  第一章阐述了星载InSAR系统的分类和发展现状,指出单天线双航过InSAR测高系统存在重访周期长,时间失相干严重的缺点,因而获取DEM的精度和效率不高,而双天线单航过系统空间基线可以精确测量,几乎不存在时间去相干。然后,对星载分布式InSAR测高系统的分类和发展现状进行研究,对以TanDEM-X为代表的一发多收星群体制的应用现状进行了阐述。最后,对星载分布式InSAR测高系统存在的误差进行了概述。
  第二章研究了InSAR地形测绘中的误差类别,通过严格的数学推导建立了各项误差对测高精度的误差影响模型,并分析了各项误差的特性。首先,本文将地形测绘中的误差分为绝对误差和相对误差,绝对误差主要包括卫星定轨误差,卫星速度误差,斜距测量误差,基线测量误差和相位偏置,相对误差主要包括各类去相干源:热噪声去相干,基线去相干,量化去相干,模糊去相干,体散射去相干,时间去相干。然后,对InSAR地形测绘中的各个误差的量级和传播特性进行了研究。最后,本文结合InSAR测高原理,推导出各主要观测量误差对星载分布式InSAR系统测高精度的影响模型,通过模型可定量计算各项误差对测高精度的影响。
  第三章研究了干涉相位误差的来源和特性,对相位解缠方法进行概述,并使用仿真实验的方法研究了相位解缠精度和相位梯度之间的关系。首先,本文将干涉相位误差分为硬件系统误差,模型误差和干涉处理误差。接着,简述了相位解缠方法的种类,通过实验分析选用合适的解缠方法帮助进行相位梯度和相位解缠精度之间关系的建模研究。最后,通过仿真实验,建立相位解缠精度和相位解缠梯度之间关系的数学模型。
  第四章在理论分析的基础上,通过具体的实验分析,研究了时空基线对星载分布式InSAR系统测高精度的影响。本文分别研究了时间基线和空间基线对相干性和测高精度的影响,并选用40景TanDEM-X影像,通过数据处理和统计,分析了时空基线对相干性和测高精度的影响规律。
[硕士论文] 马廷超
测绘工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)技术作为一种新兴的测量工具,具有效率高、分辨率高、成本低、风险程度低、可以重复使用等优势,已经在灾害监测、矿产资源调查、大地测量、应急灾害处理等多个领域有了广泛的应用。随着国产无人机整体水平的提升和数码相机领域的快速发展,使得无人机航测作为生产大比例尺地形图的手段有了可能。与传统地形图测量方法、航空遥感和卫星遥感相比,无人机摄影测量系统在突发灾难应急系统和一定范围内快速获取高分辨率影像有着其得天独厚的优势,大大提高了制作数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、数字线化图(Digital Line Graphic,DLG)、数字正射影像(Digital Ortho Map,DOM)等数字产品的工作效率,是获取地理空间信息的重要手段。
  本文以无人机摄影测量系统为研究对象,具体介绍无人机摄影测量系统的组成、工作原理、工作流程和裸眼3D测图的精度分析等方面。结合工程实例,详细阐述利用“天行”八旋翼无人机的航摄影像结合清华山维EPS裸眼3D测图软件制作1∶500大比例尺地形图的工作流程。然后以广东省韶关市樟市镇西约村和成都华阳街办九里埂路两个测区得到的航测数据为例,具体研究并分析了无人机航测数字线划图能达到的精度,并对影响无人机高程精度的主要要素进行分析并提出改进意见,为无人机裸眼3D测图系统在大比例尺测图实践中提供了有价值的参考。
[博士论文] 马宁
计算机科学与技术 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:小基高比立体视觉可以解决传统立体视觉在城市地区高程测量的遮挡和几何畸变问题,但是视差的计算必须达到亚像素级才可以弥补因基高比减小带来的高程精度损失,因此高精度亚像素级的立体匹配技术是小基高比立体视觉的关键。本文针对小基高比立体匹配问题展开研究,在深入分析小基高比立体视觉模型的基础上,提出一种基于图像分割的快速小基高比立体匹配方法。该方法分为整像素级匹配,视差图优化,亚像素级匹配三个基本步骤。三个步骤之间逐级递进,由粗到精的实现了小基高比立体匹配。为了提高匹配的准确率与精度,本文采用了基于图像分割的立体匹配框架。在整像素级匹配步骤,利用分割信息增强相同区域内像素点之间的相互支撑;在视差图优化步骤,利用分割信息为弱纹理区域拟合视差平面模型;在亚像素级匹配步骤,利用分割信息自适应调节相位相关窗口。本论文的主要工作及创新点归纳如下:
  (1)针对小基高比立体像对的整像素级匹配问题,提出一种基于分割交叉树与模糊逻辑的多尺度立体匹配方法。首先通过下采样方式构建立体像对的多尺度图像金字塔,然后将原始的立体像对由RGB色彩模式转换为HSL色彩模式,在顶层尺度空间中利用HSL色彩模式下的基于模糊逻辑的匹配代价函数计算初始匹配代价,并利用分割交叉树方式聚合匹配代价,接下来根据WTA策略计算当前尺度空间的视差图,最后在上层尺度空间的视差指导下由粗到精的求解最终整像素级视差图。该方法具有较高的匹配效率及准确率,且对光照变化具有鲁棒性,可以为高精度亚像素级的小基高比立体匹配提供准确的初始整像素级视差。
  (2)针对初始整像素级视差图中弱纹理区域的误匹配问题,提出一种基于多级图像分割的视差优化方法。首先利用多级图像分割技术将立体像对中的弱纹理区域分割为一系列互不重叠的图像区域,然后为每个分割区域计算初始视差,再以初始视差为基础计算每个分割区域的视差平面模型,最后将相似度较高的相邻视差平面合并。该方法可以判断视差图中的弱纹理区域,并且针对该区域利用视差平面模型对其进行拟合,改善弱纹理区域视差图的质量。
  (3)针对小基高比立体像对的高精度亚像素级匹配问题,提出一种基于图像分割与相位相关的亚像素级立体匹配方法。首先以整像素级视差为基础建立同名像素点之间的对应关系,然后分别以左右同名像素点为中心,利用像素点所在分割区域作为约束条件,自适应的选取同名像素点的相位相关窗口,再利用相位相关方法计算左右窗口的平移量,最后将初始的整像素级视差与平移量相加获得最终的亚像素级视差结果。该方法可以自适应的调节相位相关窗口的尺寸,避免相位相关峰值受到局部弱纹理特征的影响,具有较高的匹配精度和效率。
  本文提出基于图像分割的快速小基高比立体匹配方法,通过整像素级匹配,视差图优化,亚像素级精确匹配三个步骤对立体像对进行匹配,具有较高的视差精度和执行效率,是一种快速准确的小基高比立体匹配方案。
[硕士论文] 郑洁
地图学与地理信息系统 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式的对地观测系统,具备全天候、全天时、高分辨率、多波段、多极化、可变侧视角等特性,被大量应用于农业生产、军事侦察、科研和航空测量等领域。特别是随着星载、机载和无人机等运载平台技术越来越成熟,SAR数据产品已经广泛应用到各个领域,比如山区农林业的资源调查、军事方面、地质灾害、海洋和水文等。然而,在崎岖的山区,由于地形的变化造成对应的SAR成像时每一像元所接收的地面的回波有很大差别,其几何特征和辐射特征均会受到影响,从而阻碍了SAR影像的特征信息提取和其它方面信息的综合应用。因此,SAR影像地形辐射校正的研究不仅是微波遥感领域中的热点问题,而且在信息提取、解译、定量分析和参数反演等方面都有极为重要的意义。为了使SAR影像在各个领域得到更加充分的利用,发挥其自身应用价值,本文深入研究了基于距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)定位模型,在轨道卫星参数优化技术的基础上,利用优化后的成像参数,研究分析了SAR影像正射校正和地形辐射校正的技术和方法。
  本文分析了SAR成像原理和SAR影像的几何特征与辐射特征,在此原理基础上,从元数据中提取出R-D模型解算的参数,并采取了多项式轨道描述法和四参数法轨道根数描述法来对卫星轨道进行拟合,同时对两种方法的实用性和精度进行对比评价。在卫星轨道描述的基础上,对R-D定位模型进行构建,并基于优化后轨道参数详细探讨了利用间接定位法的解算和直接定位法的解算。然后通过建立SAR定位模型,结合DEM影像坐标位置,求解计算函数,确定模拟影像灰度值从而生成SAR模拟影像。将模拟SAR影像与原始SAR影像自动匹配进行正射校正,并对校正结果的有效性和定位精度进行分析评价。结果表明经过正射校正的SAR影像定位精度与野外的实测数据对比,其定位精度明显提高。
  由于正射校正并未消除地形对SAR影像的影响,因此本文在正射校正的基础上,基于局部入射角计算方法和投影角计算方法分别对SAR影像进行了地形辐射校正,并通过定量和定性指标对校正结果进行了精度评价和实验分析。校正结果表明经过地形辐射校正的SAR影像,其地形效应得到有效的消除,且影像质量等也有明显改善。
[硕士论文] 杨安秀
测绘工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:机载LiDAR(Light Detection And Ranging)能够快速获取高精度、高密度的地形信息,是一种高效的地形探测技术。为了在符合精度的条件下提高数据处理效率,减少后期数据处理难度,对机载LiDAR点云数据进行抽稀是非常有必要的。
  本文提出一种基于多元地形特征的机载LiDAR点云抽稀算法。该算法是针对地面点云,所以在点云抽稀前,应先进行点云滤波。然后,提取地面点的多元地形特征信息,利用主成分分析法构建多元地形特征复杂度模型,以此作为点云取舍的判定指标,实现点云的高精度抽稀。主要研究工作如下:
  1.研究了刚度参数优化的布料模拟点云滤波。在现有的布料模拟点云滤波算法的基础上,针对调整布料柔软度的刚度参数进行精细化设置。在分区划块的基础上,按照地形类型,选择相匹配的IMRI(Improved Rigidness)值,使模拟的布料与地形特征更加吻合,提高了点云滤波精度。
  2.实现了机载LiDAR多元地形特征快速提取方法。通过局部地形的二次曲面拟合,建立实测LiDAR地形数据与拟合曲面的几何规则;采用LM(Levenberg-Marquardt)算法迭代参数寻优,获得最优化结果下的地形拟合参数;并以地形拟合模型为基础,实现了六类地形特征信息(局部点密度、高程标准差、坡度、高斯曲率、平均曲率、粗糙度)的快速提取。
  3.提出了基于多元地形特征的点云抽稀算法。选取高程标准差σH、坡度φ、高斯曲率CG和粗糙度Kr四类地形特征参数作为变量因子,基于主成分分析和多因子理论,构建了多元地形特征复杂度模型T(σH,φ,CG,Kr),并以获得的T值作为点云抽稀判定指标,实现了点云的高精度抽稀。将本算法抽稀结果与基于坡度的点云抽稀和TerraScan软件中的抽稀结果进行了对比分析,实验结果表明本文算法具有更高的抽稀精度和更强的鲁棒性。
[博士论文] 张世华
机械工程 浙江理工大学 2018(学位年度)
摘要:激光干涉测距技术作为高精度长度测量手段,已经被广泛应用于超精密加工、高端装备装配和国防工程等领域中。增量式激光干涉仪需要目标连续移动,但在测量现场无法铺设平直导轨的场合难以应用,因此无导轨的绝对距离测量技术应运而生。高端装备制造业的发展对测量范围和精度提出了更高的要求,急需满足大范围和高精度同时兼顾的绝对距离测量技术。为此,本文提出了基于飞秒光频梳的正弦相位调制干涉绝对距离测量方法,将频率扫描干涉法和多波长干涉法相结合,进行大范围、高精度的绝对距离测量,并将距离测量直接溯源至原子钟基准。论文的主要工作和创新点总结如下:
  1.详细分析了飞行时间法和激光干涉法的绝对距离测量技术国内外研究现状,归纳总结了每种测量方法的优缺点及其在绝对距离测量应用中的局限性。为了兼顾测量范围和测量精度,针对频率扫描干涉法和多波长干涉法相结合的绝对距离测量,提出了该技术目前亟待解决的问题。
  2.针对频率扫描干涉法和多波长干涉法相结合的绝对距离测量中目标漂移的监测补偿问题,提出了带监测干涉仪的正弦相位调制干涉绝对距离测量方法,设计了相应的光路结构,其中测量干涉仪以780nm波段的ECDL为光源,监测干涉仪以He-Ne激光器为光源,两干涉仪的干涉信号按照光谱波段通过二向色镜分离探测。对基于光频梳的频率扫描干涉法绝对距离粗测和多波长干涉法绝对距离精测原理分别进行了理论分析,通过数值仿真验证了测量理论的正确性。
  3.为了提高绝对距离测量中的干涉信号相位解调精度,提出了一种载波相位延迟实时补偿算法,通过寻找正交信号的最大值求取相位延迟,将其补偿至载波信号中使得载波信号与干涉信号的载波项同相位,解决了反正切法相位生成载波(PGC-Arctan)解调中由光路传播、光电探测和电路传输等引起的载波相位延迟问题;提出了基于正交信号实时归一化的非线性误差修正方法和基于固定相位差法的非线性误差实时评估方法,解决了PGC-Arctan解调中非线性误差的修正和评估问题;仿真实验验证了所提出载波相位延迟补偿算法以及非线性误差修正和评估方法的有效性。
  4.设计了基于光频梳的正弦相位调制干涉绝对距离测量系统,包括干涉测量模块、光源模块、信号采集和处理模块以及空气折射率测量和补偿模块,对各个模块的结构和功能进行介绍,并通过测试实验验证了各个模块的性能。干涉测量模块中,结合PGC-Arctan解调中非线性误差的实时修正方法,提出了基于EOM的正弦相位调制差动干涉仪,改进了绝对距离干涉测量光路结构;光源模块中,设计了慢反馈模块实现了ECDL至飞秒光频梳的长期锁定,100分钟的长期锁定实验,ECDL的频率稳定度可达5.4×10-12;信号采集和处理模块中,设计了基于LabVIEW的信号采集与处理系统;空气折射率测量和补偿模块中,根据Ciddor经验公式和各环境参数传感器的测量精度,空气折射率测量不确定度为2.04×10-8。结合各模块的结构和功能,对绝对距离测量系统进行了总体设计,实现了各个模块之间的互联,并设计了相应的软件系统。
  5.实验验证了PGC-Arctan解调中载波相位延迟的实时补偿算法和非线性误差的实时修正和评估方法的有效性,实验结果显示所设计的相位延迟补偿器的补偿精度优于0.1°,补偿后非线性误差最大值为0.25°。
  6.搭建了基于飞秒光频梳的正弦相位调制干涉绝对距离测量系统实验装置,并与增量式激光干涉仪实验比对,分别在测量稳定性、线性位移测量能力、微米级步进测量和大行程内的距离测量等几个方面对绝对距离测量系统的性能进行验证。实验结果显示:4.5m处绝对距离测量的相对稳定性可达6.4×10-8;近端(1m处)和远端(8m处)进行300mm线性位移测量,拟合直线的线性度分别为0.999987和0.999999;近远端3μm步进测量实验证明了测量系统具有微米级的测量分辨率;在8m内以0.5m步进进行绝对距离测量实验,与增量式激光干涉仪比对的残差标准差为0.42μm,验证了绝对距离测量系统在8m以内可达到亚微米级的测量不确定度。最后,对绝对距离测量系统进行了测量不确定度分析,分析结果与实验结果具有良好的一致性。
[硕士论文] 邹敏
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,三维激光扫描技术以其测速快、精度高、无接触测量等优势,被越来越广泛地应用于各行各业,而多视点云配准是三维激光扫描点云数据处理技术中的一项核心技术。随着社会的发展与现代测绘技术的进步,各行各业多视点云数据配准的精度要求也在不断的提高。而配准的精度实际上就在于两两测站间坐标转换参数的求解。本文通过对几种主要的多视点云配准算法进行研究,提出一种多视点云配准的新算法,并详细推导其解算方法与过程,通过MATLAB语言加以算法实现,进行精度的评定与比较,主要研究内容如下:
  通过对迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法进行研究,推导了基于奇异值分解法的经典ICP算法解算过程,并基于二维Delaunay三角剖分法,详细阐述了三维Delaunay点集搜索法的基本原理与方法,推导了快速搜索配对最邻近点集的Delaunay-ICP算法,实现了ICP算法时间效率上的优化。实验结果表明:Delaunay-ICP算法与经典ICP算法参数解算结果相同、精度相同,但计算效率优于传统的ICP算法,Delaunay-ICP算法较传统ICP算法提高了约27.94%。同时,验证了ICP算法不适用于大旋转角度间的测站间配准的缺陷,针对一些旋转角度较小的测站间配准,ICP算法具有较好的效果,但面对旋转角度较大的情况,ICP算法则无法找到其正确的对应点,导致解算结果完全错误。
  分别基于经典最小二乘(Least Squares,LS)和非线性最小二乘,推导了多视点云配准的线性模型和非线性模型的基本解法,并通过不同案例进行了验证,结果表明:当旋转角度较小时,线性模型与非线性模型具有同样高的精度与较好的配准效果;但当旋转角度较大时,线性模型的解算结果则会严重失真,只能通过非线性模型进行参数求解。
  采用变量误差(Error-in-variables,EIV)模型及其对应的整体最小二乘(TotalLeast Squares,TLS)估值方法,构建多视点云配准的Gauss-Helmert模型,并基于高斯-牛顿迭代的非线性拉格朗日法,详细推导了其解算过程。通过三维激光扫描的实测数据加以验证,结果表明:该算法适用于任意旋转角的多视点云配准,且相较于ICP算法与非线性LS算法,具有更高的配准精度,相较于现有的TLS方法精度一致,但待估参数的数目大大减少,计算效率显著提高。
  基于三维Delaunay点集搜索策略,针对海量点云数据的配准问题,提出一种基于TLS的多视点云配准的Delaunay-TLS新算法。该算法通过Delaunay点集搜索法快速定位对应点集,并通过在进行大面积点云数据精配准前先进行一次粗配准的方式,克服了Delaunay点集搜索法不适用于大旋转角的缺陷。同时,新算法充分利用了海量点云数据进行的精确配准,较传统的TLS算法具有更高的配准精度。实验结果表明:新算法适用于任意旋转角度的多视点云配准,且相较于通过少量特征点拼接的TLS算法,具有更高的配准精度,尤其是对于特征点不宜提取的扫描对象。
[硕士论文] 张鹏业
测绘工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:在现今的高程体系中,海洋中存在着自己的高程基准面,陆地也存在着自己的高程基准面,两者不相同。在工程应用中,经常会发生海洋中的地物与陆地的地物在一张图上显示的过程,此时,我们面临应该选择哪种基准面,或者将不同的基准面归化到一个统一基准面上。而海洋地物的高程基准面由于地球曲率以及密度的不同,在不同的地域以及不同的时间段也是动态变化的。电子海图在我们的海洋开发与利用中已经占据了牢牢的位置,其中电子海图中包括陆地地物,也含有海洋地物,尤其是在海岸带附近,如果两者的高程基准不一样,我们是不能直接计算两者的相对高程的。
  本文首先从测绘学角度探讨了各种高程基准面,比较了海洋基准面与陆地基准面的不同。然后又对比了国内外对潮汐理论的研究,最后选用了全球海潮模型 NAO模型作为我们深度基准面的模型。潮汐模型都是基于现有资料,因此资料的不完整都直接影响潮汐模型的确定精度和可靠性。而深度基准面的模型是需要一个平均海面作为过渡的,我们基于TOPEX/POSEIDON和15年的水文数据以及4.5年的Grace数据将数据和资料转化到大地水准面基础上,建立了一个深度基准面正高模型。
  因为山东附近的海域潮汐特征比较明显,我们选择了具有鲜明特色的山东区域海图作为样本,将海图中陆地与海洋地物统一到一个深度基准面上,然后在GIS基础上按照S-52规范显示和标注。我们将海图转化到地理数据库,也就是说将海图中各种要素转换为矢量要素层,此时对海图的各种操作就转换到在 GIS平台上为对水深点图层的操作,添加水深字段以及经纬度字段,并且在模型范围内根据深度基准面正高进行修改,统一到一个基准面上,在 GIS平台上进行动态交互,其中我们的底图也包含有陆地上有鲜明特色的地物坐标,这几个地物的基准面是1985国家高程面,我们的海域上的基准面是正高。两者的差距是黄海平均海平面与大地水准面的差距,但是这个差距非常小,在合理范围内甚至可以忽略不计。因此,我们可以认为这两者是在一个基准面下即大地水准面上,我们将海陆地物展现在一个平台下展示。
[硕士论文] 田华
测绘工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:现代装备技术的快速发展,使得一些大型设备的尺寸变大、外形结构变复杂,对安装及检测的精度要求越来越高,还要保证相应空间坐标的测量精度。大尺寸坐标测量面临测量范围大、测量物体构件复杂,同时还要保障测量精度等问题,导致常规测量方法或单一测量方法可能无法满足大尺寸测量的需要。从工程应用出发,有必要探究适应室内大尺寸坐标测量的方法。室内大尺寸空间坐标测量的组合测量由不同类型仪器构成,在测量网形设计及测站安置,空间坐标测量误差分布、误差传递、测量数据融合及精度评定等方面具有一定的复杂性。
  以经纬仪、全站仪测量系统和数字摄影测量系统为技术手段,采用理论仿真加实验分析的方法,从误差分布、数据融合、精度分析等方面进行分析,完成并设计相关模拟实验和工程应用工作。主要工作如下:
  (1)根据经纬仪、全站仪测量系统原理,仿真分析空间点位误差的分布情况,对大尺寸空间最佳交会构形进行探讨,通过实验分析数字摄影测量系统的系统测量精度。
  (2)根据经纬仪双搬站和单搬站的基本原理和全局控制加终端测量的组合式测量理论,分析基于公共点的坐标转换和基于重心坐标转换方法。设计了一种多用型觇标,进行实验判断多用型觇标是否能够满足坐标测量的要求。
  (3)开展经纬仪测量系统的多测站模拟实验和全站仪全局控制下的组合式测量模拟实验,分析了组合式测量的坐标测量精度情况,并将组合式测量技术应用于煤矿绞车房及钢丝绳检测和加油站罩棚变形监测的工程中,验证组合式测量应用于大尺寸坐标测量的可行性。
[硕士论文] 贺凯盈
大地测量学与测量工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着国民经济的飞速发展,各类关乎国计民生的地下工程越来越多,如高铁地铁隧道、输水隧洞、矿山巷道等。这些隧洞的长度越来越长,贯通精度要求也越来越高。陀螺全站仪由于具有全天时、全天候自主寻北定向能力,使得其具有独特优势应用于诸多大型工程中。GAT磁悬浮陀螺全站仪作为众多陀螺定向测量仪器的一种,因其独特的磁悬浮支承体系、力矩反馈闭环测量技术构架及寻北过程数据实时下载与事后滤波处理功能,使得该系统优势彰显并脱颖而出。本文主要针对GAT磁悬浮陀螺全站仪定向测量所采集到的转子、定子电流数据优化处理作一系列研究工作,在充分分析定转子电流数据基本特征基础之上,采用粒子滤波及其改进算法对定转子电流数据进行滤波处理研究。
  本研究主要内容包括:⑴讨论分析粒子滤波原理、算法及优劣。粒子滤波算法是一种基于动态系统的空间模型对非线性系统有着较好滤波效果的算法,但其在具有优越性的同时也存在着自身样本粒子退化和样本粒子多样性匮乏的问题,为了规避其劣势之处,针对转子电流数据的相关性提出了基于观测路径相似性的粒子滤波算法。⑵在分析研究陀螺数据误差源基础之上,明确了定转子电流的数据误差主要来自于仪器系统误差和数据采集过程中周围环境对其影响的偶然误差,并针对影响过程提出了一系列措施以降低各种误差混入采集的数据中,从而保证数据的质量。⑶通过对定转子电流数据的特征、粗差探测和工程实例分析研究,提出了采用基于外部方位先验信息对陀螺数据进行预处理方法,研究结果表明:此方法能有效提高数据的稳定性和最终计算成果的可靠度。⑷通过比对标准粒子滤波算法、自适应卡尔曼滤波算法和基于转子电流相关性的特征提出的基于观测路径相似性粒子滤波改进算法,通过在转子电流数据中滤波应用,表明该改进算法可更好的改善优化数据质量。
[硕士论文] 何珊
地图学与地理信息系统 西北大学 2017(学位年度)
摘要:坡度是很多地表过程的重要影响因子,也是水文学、土壤学、遥感图像处理等学科中重要的地表形态指标之一。以往对于坡度分布的研究主要侧重于坡度的统计分布与地形类型间的关系。然而,基于DEM数据的坡度理论模型研究中,DEM分辨率对坡度理论分布的影响至关重要。本文选取五个典型样区,试图探讨在不同地形类型区,坡度理论分布与分辨率的关系,并深入探讨分辨率的两个组分——地形平滑和采样间距对高程梯度(p、q)、高程梯度联合方差(σg)、坡度相关统计特征和坡度理论分布的影响。本文所得主要结论如下:
  (1)基于信息含量法和采样定理法对选取的五个典型样区DEM适宜分辨率进行了确定,结果为:拜泉样区适宜栅格尺寸为20m,延安、绥德和横断山样区适宜栅格尺寸为10m,遂宁样区适宜栅格尺寸为5m。
  (2)随着分辨率的降低,高程梯度p、g的图像表面逐渐变得平缓和光滑,图像表面信息含量逐渐减少;p、g值域和标准差、高程梯度联合方差以及坡度统计特征值(平均值和标准差)随分辨率的降低均逐渐减小。分辨率的两个组分(平滑程度和采样间距)对以上结果均有影响,但地形平滑作用都是主要影响因素,且在地形较为复杂的地区,地形平滑的作用更加明显。
  (3)坡度频率和累积频率与分辨率的关系相似:随分辨率的降低,频率和累积频率曲线逐渐向低坡度段移动,坡度值域逐渐减小,频率峰值区也逐渐变窄。根据直方图相似度指数(HS)的结果显示,五个样区的HS值均大于0.8,黄土丘陵区(延安和绥德)的HS最高,说明坡度理论分布模型在对坡度分布的模拟效果整体很好,黄土丘陵区效果更佳。相比之下,极陡山地模拟效果稍欠佳。
[硕士论文] 张英杰
大地测量学与测量工程 辽宁工程技术大学 2017(学位年度)
摘要:高程基准统一对建设现代测绘基准体系、服务工程建设、国防以及全球变化监测等领域具有重要意义。随着全球卫星导航系统、卫星测高等空间大地测量技术的发展以及GRACE、GOCE卫星重力测量任务的成功,建立全球统一的高程基准已经成为可能。因此,研究我国及周边国家高程基准统一的方法具有理论和现实意义。
  高程基准统一通过确定局部高程基准与全球高程基准的重力位差或者垂直偏差实现。针对亚太区域不同国家和地区高程基准之间存在垂直偏差的问题,通过对不同高程基准统一方法以及不同地球重力场模型的分析,结合收集到的数据,基于GOCE重力场模型,采用GPS/水准数据结合重力场模型方法以及海洋水准方法计算亚太区域高程基准与全球高程基准之间的偏差。主要工作包括:介绍高程基准的有关概念以及利用验潮站和卫星测高监测平均海平面变化的方法;讨论水准测量结合重力测量方法、大地测量边值问题方法、GPS/水准结合重力场模型方法、海洋水准方法4种高程基准统一方法的优势和劣势;采用欧洲的GPS/水准数据对不同重力场模型在统一高程基准中的结果进行分析;介绍亚太区域国家高程基准的定义及其起算面重力位的确定方法;采用GPS/水准数据结合EGM2008、EIGEN-6C4、GECO等地球重力场模型以及DTU10平均动态海面地形模型计算了中国、日本、韩国、澳大利亚等亚太区域国家高程基准以及沿海验潮站处平均海平面与全球统一高程基准之间的垂直偏差。
[硕士论文] 关小荣
地理学;地图学与地理信息系统 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:DEM作为地学分析的输入数据,其精度制约了分析结果的精度,影响着决策的可靠性,因此,DEM的精度评价是地学分析的重要研究内容之一。SRTM DEM和ASTER GDEM具有高精度、高分辨率和开放访问的特点,是目前应用最广泛的DEM数据。诸多学者对其精度进行评价,但多集中在中小区域、典型地形区,尚未对我国区域的SRTM DEM和ASTER GDEM精度评价和误差空间分布展开研究。
  本文以GLA14高程为假定真值,统计分析SRTM DEM和ASTER GDEM误差在地形因子(坡度、坡向)、地表特征(土地覆盖类型、最大植被覆盖率)、特征地形要素(山脊线、山谷线)影响下的分布规律,运用等经纬度法,研究SRTM DEM和ASTER GDEM误差在我国陆地区域的空间分布特征,运用等面积法和半方差分析法,研究SRTM DEM和ASTER GDEM误差的空间变化情况。主要研究内容和成果如下:
  1)SRTM DEM和ASTER GDEM误差在我国陆地区域的空间分布特征。SRTM DEM误差在地势平坦区呈菱形分布,在地势复杂区与地形有较强的相关性。ASTER GDEM误差呈条带状分布,条带方向为东北-西南向,与地形相关性较弱。
  2)地表特征对SRTM DEM和ASTER GDEM误差分布的影响。本文选取土地覆盖类型和最大植被覆盖率等地表特征数据,研究其对DEM误差分布的影响。结果表明,SRTM DEM和ASTER GDEM误差在不同土地覆盖类型的分布有较大差异,与最大植被覆盖率有一定的相关性。
  3)地形结构对SRTM DEM和ASTER GDEM误差分布的影响。从坡度、坡向、山脊线、山谷线等地形信息,讨论其对DEM误差分布的影响。结果表明:SRTM DEM和ASTER GDM误差分布与坡度、坡向、距离谷脊线的距离有较强的相关性。SRTM DEM和ASTER GDEM误差随着坡度的增大逐渐增大,二者在坡向、距离谷脊线的距离的分布规律相反。
  4)SRTM DEM和ASTER GDEM误差的空间变异规律。研究轨道运行方向、陆地生态类型和植被覆盖程度对SRTM DEM和ASTER GDEM误差空间变化的影响。结果表明:SRTM DEM和ASTER GDEM误差的半变异值均随着距离的增大而增大。依据稳定时的半变异值将陆地生态类型划分为高、中、低三类,每类的陆地生态类型相同。同一陆地生态类型低植被覆盖的SRTM DEM和ASTER GDEM误差空间变化程度大于高植被覆盖。
  5)对比分析SRTM DEM和ASTER GDEM误差的空间分布特征。从误差分布规律、误差空间分布、误差空间变异规律三个方面对比分析二者的误差空间分布特征。虽然SRTM DEM和ASTER GDEM误差空间分布特征有差异,但SRTM DEM和ASTER GDEM误差分布规律和空间变异情况相似。同等条件下,SRTM DEM误差比ASTER GDEM小,空间变化程度也较小。
[硕士论文] 杨雨蒙
地图学与地理信息系统 华中师范大学 2017(学位年度)
摘要:地形地貌的塑造与河流水系的作用息息相关,也是地理学科领域研究各因素相互作用关系的重要课题之一。深入研究水文过程与地貌过程的成因关系,建立两者的定量关系,达到由地形地貌参数推求水文过程的特征,是地理学家们一直努力的方向。而诞生于地貌学的分形理论为解释地形地貌与水文水系的自相关性提供了定量科学的研究新思路。中国地貌类型复杂多样,广大中东部地区的河网密布,湖泊众多,而江汉平原是一个地貌过程与流水作用互相交织、深刻影响的典型区域。深入研究江汉平原地形地貌与水文水系关系的耦合联系,不仅对于减少对水文资料的依赖,更有助于为今后科学定量分析带来价值。
  本文以江汉平原作为研究区,在GIS环境下综合选取5种地形因子(海拔高程、坡度、坡向、地势起伏度以及地表粗糙度)为主要代表指标,利用分形理论,通过空间分析提取河网划分河道等级,对比分析不同等级河道的分形维数并且推测水系分维数对地貌特征的影响。
  本研究的主要成果有:(1)江汉平原各级水系分维数在0.85-1.20区间,总体处于河流幼年期,且随着水系等级的升高,各级水系分维数值呈现下降趋势,其中一级水系(最低等级)分维数为1.20,四级水系(最高等级)分维数为0.89。利用盒维数法计算栅格数据的水系分形维数切实可行,符合实际情况。受江汉平原整体低矮地形地势的影响,河流发育以下蚀、侧蚀作用为主;(2)江汉平原水系分维度表征各地形因子的耦合关联度较好,存在明显的自相关性。第一等级水系的分维度与海拔高程、地势起伏度进行耦合分析,其双对数坐标趋势线的斜率与水系分维数值十分接近。在理想化的结果下,确定了海拔、地势起伏度的双对数趋势斜率为1.2077,第一等级河道分维数为1.2081,可以判定两者之间的确定性关系十分显著。
[硕士论文] 刘美萍
材料工程 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济社会的不断发展,我国在隧道、桥梁、水利工程和地下开采等领域的工程建设量飞速增长。在工程建设中有多种类型的钻孔施工与测试,在钻孔施工与测试过程中对其方位角和倾斜角等参数进行实时监控和修正,可以提高钻孔施工与测试工作的效率与质量。目前使用的方位角测量方法主要包括GPS、罗盘、陀螺寻北仪等,但是这些技术存在着仪器仪表智能化程度低、体积大、不便于携带、驱动系统不完善等问题。本课题研制了一套基于 LabVIEW和开源电子平台(Arduino)对三维电子罗盘控制和方位角实时测量的系统。主要研究内容和结果如下:
  (1)开发了两种读取电子罗盘方位角的程序,针对目前仪器仪表智能化程度程度低的问题,选择具有高效测控功能的图形化编程语言 LabVIEW编写控制系统。研究了影响测控系统性能的其他因素,并提出相关的解决方案;在分析了整个测控系统的性能需求后,利用 LabVIEW设计出方位角测控系统的表盘,选用 Arduino读取工控计算机发出的信号,从而控制步进电机驱动系统与三维电子罗盘系统,并将读取方位角数据结果显示在LabVIEW前面板。
  (2)对测控系统的硬件装置进行了集成,其中硬件系统包括 Arduino控制板、步进电机驱动系统、DCM250B型三维电子罗盘、异步传输标准接口RS232等。将三维电子罗盘搭载于步进电机上,利用 LabVIEW与Arduino控制板对步进电机系统进行驱动,实现智能化控制三维电子罗盘转动和显示功能,完成方位角测控系统的整体设计与集成。
  (3)实现了方位角测控系统的应用,将方位角测控系统搭载在声波测井仪上实现实时测控功能。实验结果表明智能化测控系统能够高效地控制驱动三维电子罗盘,实时接收井下检测仪器采集的数据并显示,且运行稳定可靠。最后对自动声波测井系统采集的数据误差及补偿方法进行了研究,选用校准法进行补偿,补偿效果良好且简单易行。
  智能化方位角测控系统结合声波测井仪应用实例研究,使得自动声波测井系统具有完整的自动化驱动和实时检测声波数据及姿态信息能力,并智能化控制井下检测仪器转动,具有较大的实用意义和广阔的应用前景。
[硕士论文] 杨力龙
地质工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着时代的不断发展,技术的不断进步和创新,我们工作生活的各个方面都有了飞跃式提高,人性化、智能化、数字化的不断完善,一些传统手段无法解决、比较困难的问题得以解决,复杂问题得以简化。高陡边坡稳定性评价一直是岩石力学,工程地质学和地质灾害等领域内的重要课题之一。准确、可靠、完整、详细的高陡边坡几何信息的获取在评估其稳定性方面起着至关重要的作用。然而,在科技日新月异的今天,地质勘察的主要手段还以罗盘、皮尺等方式现场采集数据,这些方法工作量大、效率低,有时还要面临极大的危险。一些场地坡高边陡,调查人员无法直接到达不得不放弃调查,或者根据经验进行估计,如此得到的数据准确性得不到保证。山高坡陡的地质勘察工作艰苦并且危险,大多数时候,由于施工期紧张,开挖,支护,运输等工作经常同时进行,很难为调查人员提供充足的时间和足够的安全空间进行详细准确及时的现场调查。另外,近年来我国大部分工程是在山区进行的,高陡边坡的调查处治大多数时候成为该项目的首要任务。综上及时准确的获取高陡边坡几何信息显得至关重要。面对以上问题无疑是给地质岩土勘查工作者习以为常的传统勘察手段提出了挑战与新的要求。最近几年也有学者提出了不同的与时俱进的方法和思路,如数字近景摄影测量,三维激光扫描仪等,尝试来取代传统的测量方法,这些方法也存在一定得不便性。
  本文以万元以下消费级小型无人机倾斜航拍获取高陡边坡影像为出发点,通过PIX4D航拍影像解译软件对图像进行解译,再对获取的三维坐标数据进行精度评定,进而进行不同坐标系下的数据转换以及岩体结构面产状,岩体几何尺寸等几何信息的计算,最后结合工程实例对危岩体勘察评价。本方法有效降低了地质勘察的经济成本、人力成本、提高了勘察精度,为地质工作者提供了便利。
[硕士论文] 李飞达
测绘科学与技术 桂林理工大学 2017(学位年度)
摘要:目前,无人机航空摄影测量技术凭借其工作效率高、各领域信息更新周期短、获取空间信息快速等诸多优势,已普遍用于大比例尺地形图测制、环境监控、抢险救灾和军事活动等诸多方面。与大比例尺数字化测图相比,无人机航摄系统受硬件设备、气象环境和地形条件等不同因素的影响,其成图的平面精度偏低,高程精度还难以满足大比例尺测图的精度要求。本文围绕无人机航摄系统的组成和其航摄影像质量的影响因素以及成图关键技术等方面加以阐述,并以实验测区为例,探究了无人机航摄系统的成图精度以及提高数字产品高程精度的方法。主要工作内容如下:
  1、系统论述了无人机航摄系统成图的整个过程。包含无人机航摄系统的构成、其使用的坐标参考系统、影响无人机航拍影像质量的因素以及相应的应对措施;探讨了无人机航摄系统成图的关键技术,包括像控点的外业控制测量、航带线路的规划设计、航拍影像的预处理以及空中三角测量等方面。
  2、通过对测区进行试验研究,从影像重叠度、影像倾角和旋角、航线弯曲度及航高保持等方面检验了航拍影像的质量,并对影像内业处理中的空三加密点的精度进行了分析,探讨了生成正射影像的精度水平,从多方面检验了无人机航摄系统成图的精度。
  3、针对无人机航摄系统成图高程精度低的问题,提出一种基于平面拟合、二次曲面拟合和GA-BP神经网络三种模型的最优非负变权组合模型。该模型使用高程检查点实际测量值和立体模型中量测值的差值,拟合出检查点处最接近实际差值的改正值,从而提高影像的高程精度。实验表明,最优非负变权组合模型拟合效果优于各单一模型和经典权组合模型,其对高程改正拟合的残差最大值、最小值和中误差均为最小,拟合残差处于很小的区间范围,拟合结果最为稳定。经最优非负变权组合模型改正后的影像高程精度提高了0.913倍,说明了该模型对影像高程精度的提高是可行有效的。
[硕士论文] 时慧
测绘工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着“智慧城市”的推进和地理信息行业的发展,地图三维化,数字化,智能化的趋势也在日益增强。目前我国很多地方和单位,如高校校园,工业园区等都在进行区域三维数字地图的建设工作。三维数字导览地图是运用3S技术(全球卫星导航系统GPS,遥感RS,地理信息系统GIS)对某个特定区域进行数字化地图信息采集,并结合虚拟现实技术、BIM建模技术(Building Information Modeling)等对区域内所有建筑、道路、环境进行数字化,三维化,再运用GIS平台建立各个地物信息的属性数据库,可以实现属性信息查询、路径导航分析等功能的智能化新型地图。
  以目前高校校园的地图为例,很多高校建立的三维地图是以固定45°倾角基于浏览器展示的2.5维地图,严格意义上说这种地图并非真正的三维地图。重新开发可查询、定位、自由漫游的三维地图系统平台又将耗费巨大的人力物力,对于建设小范围的数字化三维地图来说可谓是过于铺装浪费。因此在一个成熟的三维GIS平台基础上开发一套独立的系统是一个折中的选择。
  本论文主要内容可分为两部分,其一是对三维建模技术进行分析对比研究,结合利用3S技术现场实测的区域数字地形图,选用目前较为热门的几种三维建模软件进行区域DEM的建立及区域三维模型的建立。
  其二是选用Google Earth作为三维GIS平台,利用MFC技术调用Google EarthCOM API接口,将建立好的三维模型与GIS平台相融合,并结合制作相关KML文件进行总体封装,从而完成一个可移植的独立的区域三维地图导览系统。
  通过建立区域三维地图导览系统,该区域地图可实现数字化和真三维化,并可在Google Earth三维GIS平台上实现360°自由漫游、路径规划、区域定位、属性查询、GIS分析等一系列功能。
[硕士论文] 王翊人
地图学与地理信息系统 西北大学 2017(学位年度)
摘要:黄土高原地区因其严重的土壤侵蚀成为研究热点。土壤侵蚀受多种因素影响,其中地形因子是影响土壤侵蚀的重要因素,包括坡度、坡长等,通常基于DEM来提取,但目前构建的DEM大多局限于反映连续光滑的自然坡面,无法表现出梯田等人工地形的信息。在黄土高原地区,为遏制水土流失以及改善人民的生产条件,修筑了大面积梯田,极大地改变了地表微形态,影响了坡度、坡长等地形因子,进而影响土壤侵蚀过程,因此提出顾及梯田信息的DEM的构建方法是十分必要的,同时,DEM精度一直是学者广泛研究的关键和焦点问题。本研究从高程、坡度、坡长、坡度坡长因子以及地形描述误差等方面入手,对梯田DEM的不同构建方法进行地形特征分析与精度评估,为相关研究中梯田DEM构建方法的应用提供支持,同时对于完善梯田DEM构建方法具有重要的实际意义。
  以黄土高原燕沟流域中槐树窝子的完整流域为实验样区,利用5m分辨率的DEM、0.3m分辨率的WorldView影像和三维激光扫描得到的高精度点云数据,对不同方法构建的不同类型梯田DEM提取高程、坡度、坡长与坡度坡长因子进行地形特征对比分析,并在此基础上,从地形因子和地形捕述误差角度对不同构建方法进行精度评价。结果表明:
  (1)实际梯田类型不同于各种构建方法中提出的理论模型,在研究中应避免构建绝对水平的梯田DEM,需要根据真实情况或经验确定梯田参数,从而得到满足实际的梯田DEM。
  (2)大而积区域梯田DEM的构建应考虑快速构建方法简易省时的特点,在区域面积一定时,若对单个地形因子进行研究,基于真实田坎构建方法对高程、坡度以及坡度坡长因子的表达更具优势,而快速构建方法对坡长的描述更符合真实地形情况;若为综合性研究,基于真实田坎构建方法对区域整体地形特征的表现更加全面。
  (3)基于真实田坎构建方法建立的坡式梯田DEM计算的地形描述精度与真实情况较吻合,但与其他因子不同,该方法建立的水平梯田DEM地形描述精度最低,而快速构建方法建立的水平与坡式梯田DEM地形描述精度相当。
[硕士论文] 覃泽颖
测绘工程 桂林理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着无人机技术、数码相机技术等的发展,以无人机为搭载平台、普通的非量测数码相机为传感器的无人机航测技术迅速发展,成为传统航空摄影测量和遥感技术的有力补充。特别是在大比例尺地形图数据的更新方面带来了技术层面的革新并取得了较大的发展,也逐渐受到测绘领域工作者的认同和接受。
  但是,无人机航测系统也有其缺陷和不足,如后期影像数据处理时需要采集一定数量的野外控制点(像控点)坐标,特别是地形起伏较大的地区,像控点的数量与质量直接影响着内业成图精度及成图效率。那么,如何在保证影像成图精度与成图效率的前提下,减少测区像控点布设的数量甚至不布像控点,减少野外工作难度及工作量。围绕着这一技术难题,各国的技术工作者进行了大量的研究和实验,最终将GPS PPK技术应用到无人机航测系统中并取得了一定成效。
  本文就以PPK无人机航测系统在大比例尺地形图测绘中的应用展开了研究,介绍了无人机航测系统的应用现状、GPS PPK技术在航测中的应用、无人机航测系统组成、数据获取及其质量检查等基础理论知识。在理论研究的基础上对MapMatrix数字摄影测量系统的无人机航测数据处理流程进行了简单介绍。
  探讨了PPK无人机航测系统特点、天宝UX5 HP无人机航测系统以及其在大比例尺地形图测绘中的应用。结合航天远景科技有限公司生产的MapMatrix数字摄影测量系统,从无人机航测、影像质量控制、航片预处理、空三处理与连接点提取、DEM和DOM制作、大比例尺地形图制作等方面对PPK无人机航测系统在大比例尺地形图测绘中的应用进行了全面分析。
  最后,结合具体的工程实例对PPK无人机航测系统在大比例尺地形图测绘中的成图精度进行分析,验证了其作业的可行性和优越性,为大比例尺地形图的测绘和更新提供了新的思路和参考。
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