线面特征约束的跨源点云配准方法

随着三维传感器和三维重建技术的发展,跨源点云的配准融合成为了一个研究热点。传统的配准方法使用单一特征作为配准基元,会存在空间几何约束弱的问题。为了高精度融合跨源点云数据,充分表达场景中的立面信息,本文提出一种基于线面特征约束的跨源点云配准方法。通过RANSAC算法提取跨源点云中的同名线、面特征;利用四元数法描述空间变换参数,将线特征作为配准的约束条件,构建空间变换目标函数,估算变换相关参数完成粗配准,解决尺度差异性;在粗配准的基础上将面特征作为约束条件,求解旋转矩阵和平移参数完成精配准。以面特征代替点特征作为配准基元能避免从海量的点云数据中选取公共点,减少由人为选择的偶然误差,避免了误差的积累,进一步提高配准精度。最终使用影像匹配点云与激光雷达点云数据进行实验,结果为：在小区域单建筑、多建筑和大区域建筑群中RMSE值分别为0.364 7、0.032 0和0.614 6,且同名面之间的夹角最大不超过1.5°,最小不到0.1°,夹角角度均值在1°范围内。结果表明本文方法对具有尺度差异的跨源点云具有较好的配准效果。     

Google Earth Engine支持下的江苏省夏收作物遥感提取

江苏省是农作物种植大省,国家统计局统计数据显示,江苏省近10年冬小麦、冬油菜的总播种面积分列全国第五、第七,快速准确地获取冬小麦和冬油菜的空间分布对于该省的农业发展具有重意义。基于单机的传统遥感分类能够准确获取农作物的空间分布信息,但是耗时较长。随着地理大数据与云平台、云计算的发展,Google Earth Engine（GEE）作为一个基于云平台的全球尺度地理空间分析平台,为快速遥感分类带来了新的机遇。本文基于GEE,使用Sentinel-2数据快速提取了江苏省2017年冬小麦与冬油菜的空间分布。首先,利用GEE获得覆盖江苏省119景无云质优的Sentinel-2影像;其次,在此基础上分别计算了遥感指数、纹理特征、地形特征,并完成原始特征的构建与优化;最后,分别试验了朴素贝叶斯、支持向量机、分类回归树和随机森林4种分类器,比较了各分类器的分类精度,并提取了冬小麦与冬油菜的空间分布信息。得出以下结论：①GEE能够快速完成覆盖江苏省影像数据的去云、镶嵌、裁剪及特征构建等预处理,较本地处理具有明显优势;②J-M距离值位于前两位且大于1将特征数量从28个压缩到11个,有效压缩了原始特征空间;③光谱+纹理+地形特征组合训练,朴素贝叶斯、支持向量机、分类回归树、随机森林的平均验证精度分别为61%、87%、89%、92%。     

基于球体几何关系的球标靶特征提取算法

利用“球面上任意3点确定的平面与球的相交曲线为圆,该截面圆心与球心的连线(球截面圆心法线)垂直于圆平面”的几何关系,提出一种基于球体几何关系的球标靶特征提取算法。通过对球标靶点云构建多组截面圆,对截面圆设定约束条件,构造球心到球截面圆心法线距离平方和的目标函数,以此目标函数最小为条件求解球标靶的球心坐标。通过实验比较本文方法、最小二乘方法、整体最小二乘方法、加权整体最小二乘方法和稳健加权整体最小二乘方法对球标靶的处理效果,结果表明本文方法具有较高的准确性和稳健性。     

基于多尺度最小二乘支持向量机优化的克里金插值方法

克里金插值方法根据待估位置点、已知样本数据点的位置关系和区域化变量的空间相关性,实现空间加权估计,满足估计的无偏性和最优性。传统方法理论模型形状固定且选择具有人为主观性,无法反映空间数据的变化趋势及其空间多尺度特征。本文为解决上述问题,提出了一种基于多尺度最小二乘支持向量机优化的克里金插值方法,此方法为拟合实验变异函数提供了一种新的思路。从实际样本数据的变化趋势出发,采用最小二乘支持向量机拟合实验变异函数,并利用不同尺度小波核反映不同尺度下的空间变化。最后,实验环节包括模拟和应用,模拟主要验证经多尺度最小二乘支持向量机优化后插值方法的科学有效性以及准确性,应用主要研究青岛市PM_2.5浓度时空分布特征,为城市生态科学防护及控制提供理论依据。结果表明,基于多尺度最小二乘支持向量机优化的克里金插值方法能够更好地刻画变异函数,反映不同尺度下的空间变化细节,从而在一定程度上提高插值的精度,是一种可选的克里金插值方法。     

基于GeoKSCloud的地震影响场分析云服务研究——以福建省为例

地震发生后处于不同地震烈度区域的地物受灾程度不同。快速准确地获取地震影响或波及范围内地震烈度空间分布,是震后应急救援的重要依据和主要参数。依托云计算技术,以云服务方式构建地震烈度速报系统,提供可扩展、可配置、开放透明的地震影响场分析应用服务,将是我国烈度速报系统研究开发与应用中的一项新技术和发展趋势。本文依托研究小组自主研发的地理知识云服务系统GeoKSCloud,以福建省为研究区域,在提出适用于福建省地震烈度衰减关系与地震动峰值加速度场地校正方法的基础上,开展了地震影响场分析云服务系统的设计与实现工作,分析了地震影响场分析云服务的运行机制和服务组合工作流;实现了地震烈度衰减关系计算方法、场地放大因子校正方法、网格点场地类别属性获取、网格点沿地震衰减长短轴方向的坐标变换等相关原子服务的云服务封装,以及支撑数据云存储、网络地理信息系统的云服务门户的开发与集成;最后,以1604年发生在泉州近海7.5级大地震为震例,在云服务门户进行了全省范围内所有等间距网格点地震峰值加速度(基岩PGA和地表PGA)的计算、插值,并进行计算结果与实际调查数据的对比分析。结果表明,因充分考虑了具体场地的放大效应,构建的地震影响场分析云服务,不仅较传统单凭地震烈度衰减关系确定地震动峰值加速度方法更加精细化,而且提供的服务与传统的网络服务相比具有可扩展、可配置、开放透明等明显优势,可为我国烈度速报系统研究与应用提供一个共性技术与支撑服务平台,创新地震烈度速报的运营模式。     

基于移动激光扫描点云特征图像和SVM的建筑物立面半自动提取方法

建筑物立面是城市地物的重要组成部分,而移动激光扫描是获取城市地物三维信息的重要手段之一。本文提出了一种基于移动激光扫描点云的建筑物立面半自动提取算法。该方法首先构建研究区水平网格;然后计算局部点云几何特征,并且将特征投影到水平网格生成点云特征图像;接着基于支持向量机（Support Vector Machine,SVM）对建筑物立面网格进行粗提取;最后使用网格属性（形状系数、网格面积、最大高程）对粗提取结果进行过滤,并将结果反投影到三维空间中得到精确的建筑物立面。以卡内基梅隆大学的移动激光扫描点云进行试验后表明,本算法能够较好地提取出建筑物立面,提取精度为84%,召回率为90%,数据修正后精度为88%,召回率为91%。通过与现有算法对比,本文提出的算法具有较高精度。     

全息地球数据立方体模型研究

进入地球大数据与地球人工智能时代，数字地球建模要求也从地表扩展到全域全时全息，而当前数字地球的数据模型还基本停留在瓦片或地球网格剖分数据模型阶段，严重制约了场景化、智能化数字地球应用。本文提出了全息地球概念以及相应的地球数据立方体组织模型，采用全球多级格网参考系统来描述和表达多尺度空间，用平面或立体格元来表达空间位置，将传统“经度、纬度、高程、时间”时空表达发展至“时间粒度、时间覆盖、网格位置、格网尺度”新时空表达体系，并设计了按照“时间—空间—尺度—属性”一致性描述的全息地球数据建模方案，将矢量、栅格、格网、时序阵列、三维模型等多模态数据归纳至一个统一模型中，使得任何引用特定地球数据立方体中的数据值在时间、空间、尺度都是对齐的，解决了全息地球跨专业、多维时空动态场景数据时空融合集成难题，并结合深时数字地球国际大科学计划全球数字化科研平台需求，开发了深时古地形时空动态可视化模拟系统，完成对模型的验证。     

基于GeoSOT网格的遥感影像云量信息精细描述模型

针对现有遥感影像缺乏精细化云量描述手段的问题,提出了一种基于GeoSOT网格的遥感影像云量信息精细描述模型。模型建立了遥感影像与GeoSOT网格空间上的映射关系,通过记录每个网格内的影像是否含云,在一定精度上描述云在空间上的分布情况和云量的大小。试验结果表明:该模型能够精细地描述遥感影像云量信息,可实现对影像区域的云量高效检索,提高有云影像使用的效率和影像的可用性。     

老挝北部Sentinel-2 A/B云覆盖适宜阈值界定及其影像获取概率时空差异

光学卫星影像云覆盖时空特征评估是衡量其作为重要遥感监测数据源的前提。Sentinel-2 A/B影像因其免费获取、多光谱（红边）、更高时空分辨率等优势,已在全球不同尺度陆面植被与生态监测中受到重视。相较于Landsat等同类影像产品,有关Sentinel-2 A/B的云覆盖分析还未见报道。本文利用2016—2018年老挝北部所有5288景Sentinel-2 A/B影像（Granule/Tile）的云覆盖元数据,基于不同云覆盖阈值（0~100%）水平下的影像获取概率差异确定了影像获取概率分析的云覆盖适宜阈值,并揭示了云量特征阈值水平下的影像获取概率时空差异。主要结论如下:① Sentinel-2 A/B影像获取概率分析云覆盖适宜特征阈值为20%（即云覆盖≤20%）,该阈值水平下老挝北部Sentinel-2 A/B影像的逐月累积平均获取概率最高（约27.41%）;② 在20%云覆盖阈值水平下,老挝北部Sentinel-2 A/B影像逐月累积平均获取概率差异在时间上与旱季（11月—次年4月）雨季（5月—10月）的时间分布较为吻合。旱季获取概率约为42.91%,3月概率（50.27%）最大,4月与2月次之,时间上与刀耕火种焚烧与橡胶林落叶特征吻合;雨季相应概率约为11.81%,6月最低（约1.26%）;③ 老挝北部Sentinel-2 A/B影像逐月累积平均获取概率在空间上存在东西差异,旱季西部省域单元（如琅南塔）影像获取概率远高于东部,雨季西部地区影像获取概率则略低于东部地区。本研究既可为后续开展大区及全球Sentinel-2 A/B影像云量分析提供借鉴,也对开展联合国减少森林砍伐和退化排放（UN-REDD）计划引发的土地利用变化如刀耕火种农业演变、橡胶林扩张等遥感监测有指导意义。     

雅鲁藏布江中游地区城乡居民点多尺度空间分异及自然因素影响分析

西藏高原土地面积广阔,但适宜人类居住的空间却高度集中于局部地区,其中雅鲁藏布江中游地区是西藏高原最重要的人口承载区。利用核密度、空间“热点”探测和地理探测器等方法,从“居民点斑块-样带-研究区全域”构成的点-线-面多尺度揭示了雅鲁藏布江中游地区城乡居民点的规模、形态和密度的空间分异特征,并分析了自然因素对城乡居民点空间分异的影响。结果表明：① 全域尺度上,雅鲁藏布江中游地区各乡镇居民点规模空间差异较大,基本形成以“彭措林乡-增期乡”为轴线的南北对称态势,居民点形态普遍规则,密度总体偏低;② 样带尺度上,仅有拉萨河样带的密度分布呈线性分布,雅鲁藏布江样带和湘曲-年楚河样带的规模、形态和密度以及拉萨河样带的形态和规模在各自方向上均呈现非线性分布,即居民点东西方向呈现分布规模和形态“两端大中间小”、分布密度“两端小中间大”的特征,而南北方向规模、形态和密度均呈现“南大北小”的特征;③ 斑块尺度上,居民点规模普遍较小,面积小于1000 m ²的数量高达19 099个,占比达到55.14%;斑块形态比较规则,形状为规则类型的数量有21 256个,占比为61.37%;分布密度整体偏低,全域仅为0.34个/km ²;④ 自然要素中,海拔对居民点规模和密度的影响最大,地势起伏度和河流邻近性对居民点形态影响显著,而降水量对居民点的规模、形态和密度影响均不显著。     

5、6月份西南低涡云系的云滴特征

本文根据飞机探测的云物理资料,分析西南低涡云系的云滴特征,并与切变云系的微结构特征作了对比分析。指出:西南涡云系和切变云系的平均谱都是单峰谱,两者的差异不大。两类系统自身的强、弱云系之间,在谱宽、平均滴直径、滴浓度及其分布等方面都存在明显的差别。     

西藏高原切变线云系中雨以上降水的卫星云图分析

本文利用1974～1980年7年6～9月份152次中雨以上降水的卫星云图资料,着重分析了91次西藏高原切变线云系中雨以上降水过程的卫星云图形态和造成中雨以上降水的高原南部和北部云系侵入高原的路径,从而觅求出造成西藏高原中雨以上降水的切变线云系的卫星云图,以便于高原天气分析和预报中使用。     

成都地区云天状况的气候分析

对１９９４年在成都举办“第２２届世界跳伞锦标赛”竞赛日期确定而做的“成都地区云天状况的气候分析”。根据竞赛日期的确定必须符合“在１０天赛程内至少有５天云高在２ｋｍ以上”的要求，选择以云为主（包括与云天有关的月平均降水量、降水日期、晴阴天日数，以及旬平均降水量、降水日数和日照时数、气温条件等气象因子），并以３０年（１９５１～１９８０年）的统计资料，通过多因子综合分析，提出了锦标赛安排在５月下旬到６月上旬为有的意见，经过承办单位和国际航空运动联合会的审查，批准了锦标赛在１９９４年５月２９日～６月７日举办的决定。     

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约束总体最小二乘在点云拼接中的应用

在两站点云拼接的大角度空间直角坐标转换问题中,由于拟合靶标球心坐标值在两套扫描测站坐标系下均存在误差,提出基于约束总体最小二乘的点云拼接方法,建立附有约束条件的变量中的误差模型,对观测向量和系数阵同时进行修改。经算例证明,与传统的约束最小二乘法相比,可得到更加合理的模型和更高精度的参数解     

用雷达回波资料识别雹云的最新进展

本文评述了当前国内外利用雷达回波资料识别雹云的现状,着重介绍了笔者近年来利用雷达回波资料建立雹云识别模式的研究工作,并展望了雹云识别的未来发展前景。     

地面三维激光扫描的点云配准误差研究

针对闭合条件下地面三维激光扫描点云配准产生的闭合差,基于测量平差理论,提出一种闭合差分配方法。首先通过间接平差理论求出各相邻测站间的坐标转换参数及其精度,再对闭合差按与方差成正比分配给各测站。通过多站点云配准实验,验证了该方法能在一定程度上提高点云配准的精度。     

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基于Fisher判别分析法的雹云识别模式及其效果检验

作者根据雹云等强对流天气的雷达回波参数的数量特征，应用Ｆｉｓｈｅｒ判别分析法，对待识别的强对流天气样本云作出雹云和雷雨云的定性分类判别。用该方法对成都市１９８２～１９９０年的１７３个雹云和雷雨云样本回波资料建模，并对１９９０年的１３个试报样本进行检验。其判别结果与主分量分析法判别结果比较表明该方法用于雹云识别是适合的。     

雷达数字化回波云图的轮廓打印

利用ＡＲ－３２４０打印机能够完成直接在雷达素描图上进行数字化回波云图边缘轮廓及强中心的打印，解决了在打印过程中涉及的云图数据格式、坐标变换、边缘提取等难题．还实现了ＡＲ－３２４０打印机的点图象打印模式。