变形分析中点云虚拟基准的确定方法

针对传统基于固定点的基准构建方法难以适用于点云整体基准探测的问题,本文提出了基于格网质心稳定性和分布相似性的点云虚拟基准确定方法。首先依据常规变形监测网中基准点的变化模式分析稳定区域和变形区域的点云分布特性,探讨点云虚拟基准的概念及探测原则;然后根据测距、测角和光斑面积引起的点位误差定权,以对应格网最小转动惯量对应轴线向量夹角为准则分析点云分布相似性,并利用平方型M_split相似变换检验对应格网质心的稳定性,从而确定多时相激光点云的参考基准;最后结合地面三维激光扫描技术获取的储罐、滑坡和规则几何体点云验证其可行性。结果表明,结合点云质心稳定性和转动惯量对应转轴向量的相似性可以探测不需要现场布设、更不需要定期维护的点云虚拟基准,为多时相点云坐标统一和变形分析等提供基础。     

结合RANSAC算法与传统相似变换模型的稳定性分析

将RANSAC算法与传统相似变换模型相结合,并验证其在隧道控制网中的稳定性.首先,求解变换参数时,利用RANSAC算法初步筛选相对稳定点;然后,再通过相似变换模型对稳定点进行计算,得到正确的变换参数和各网点位移;最后,通过T检验法对控制网进行稳定性分析.通过模拟试验和实例分析,与传统相似变换模型、迭代加权相似变换模型计算结果进行比较.结果表明,文中方法可以避免较大变形点对转换参数的影响,稳定点判别正确率最高,且此模型计算位移量更符合实际情况.     

坐标参数化的平面基准转换方法

工程测量中经常需要实现不同坐标系下成果的相互转换,而高精度的转换参数是完成这一工作的基础。获取基准转换参数的实质就是利用公共点在两套坐标系下的坐标,根据相似变换原理建立误差方程求解。传统的最小二乘(LS)相似变换法只考虑了公共点在一套坐标系下的误差,与实际情况不符。基于此,探讨了坐标参数化的平面基准转换方法,解决了考虑公共点在两套坐标系下坐标都含有误差时高斯-马尔科夫(Gauss-Markov,G-M)模型不成立的问题,以相似变换原理为基础,采取通用的最小二乘方法解算基准转换参数。     

基于任意带高斯投影建立轨道交通控制网的方法研究

建设城市轨道交通工程需要建立高精度平面控制网,在距离城市坐标系中央子午线较远的区域,会产生较大的高斯投影变形,导致平面控制网的理论边长与实测边长产生较大偏差。本文阐述了控制网边长变形的基本原理,并以上海郊区某轨道交通项目为例展开研究,确定了建立平面控制网的方法：首先,计算控制网原始坐标;然后,变换中央子午线计算控制网新坐标;最后,基于最小二乘准则通过平移、旋转三参数得到控制网最终坐标,通过数据演算对比,验证该方法有效,能够满足工程建设需求。     

直线特征约束下利用Plücker坐标描述的LiDAR点云无初值配准方法

经典的基于点状特征匹配的地面激光雷达（light detection and ranging,LiDAR）点云配准算法实现过程中,点状特征的提取精度对算法运行结果的影响通常较大;基于迭代运算的LiDAR点云配准算法计算量大,对未知参数的初值依赖程度较高,在求解大转角刚体变换参数时算法不稳定。对此,提出了一种线状特征约束下基于Plücker直线坐标描述的LiDAR点云配准算法。立足于经典的向量代数与对偶四元数的相关理论与方法,分析并确定了Plücker直线坐标与对偶四元数之间的相互转换关系以及模型描述方法;以LiDAR点云配准前后同名线状特征的Plücker直线坐标相等为约束条件,构建了线状特征约束下基于Plücker直线坐标描述的刚体变换模型;立足于最小二乘基本准则,通过目标函数的极值化分析实现了线状特征约束下地面LiDAR点云配准参数的直接求解。实验结果表明,所构建的基于Plücker直线坐标描述的地面LiDAR点云配准模型,无需事先确定变换参数的初值,避免了多元函数的线性化过程,解除了参数结果对于迭代初值的依赖,理论上克服了迭代法在求解大转角相似变换参数时的算法不稳定问题。此外,较之单纯基于点状特征匹配的LiDAR点云配准算法,该算法可以有效地增强LiDAR点云配准过程的约束,达到提高配准质量的目的。     

变形量对双差模糊度固定的影响分析

国内学者提出了无整周单历元算法和单历元似单差算法来进行小变形的变形监测,其关键在于利用基准点和变形点的首期观测坐标来固定双差模糊度,而变形量的大小将决定是否能准确固定双差模糊度。首先推导变形点变形量与双差观测方程之间的关系,确定出可以固定任意情形下双差模糊度的最大变形量,然后利用数值计算分析确定出不同的卫星双差条件下能固定双差模糊度的最大变形量。     

抵偿任意带高斯投影平面坐标系选择的研究

根据最小二乘法原理,在使长度综合变形Vs平方之和为最小的条件下直接求得长度变形抵偿值△S1′和相应的抵偿投影面高程Hm′,抵偿零点Y0以及用于测边控制网实量边直接进行抵偿投影改正Vs′的计算公式.另在每千米抵偿投影长度变形小于2.5 cm的条件下明确了抵偿任意带的分带宽度限值为110 km.     

坐标转换中的角度长度与面积变形定量分析

在实际测绘生产中,由坐标变换引起的不同程度的角度变形、长度变形和面积变形产生的影响不可忽略.本文通过公式推导在七参数变换中角度、长度和面积的变形及高斯投影后图斑椭球面积变形,并通过实验验证公式推导结果,得出在七参数变换中角度不发生变形,长度变形为m,面积变形为2 m,七参数变换中的变形与坐标和转换参数无关系,在高斯投影中,面积变形随着纬度和经差的增大而增大,纬度方向面积变形的变化率先增大后减小.     

三原则整体最小二乘用于平面自由网平差计算

文中在平面网平差中应用整体最小二乘理念.在最小二乘模型中,为了消除观测方程系数误差和未知参数系统误差,加入系数改正数和参数改正数,并提出三原则整体最小二乘模型.研究平差两大步骤,用最小二乘多次改用"参考点组"而选出w个稳定点;用最小二乘多次改用"近似坐标"而消除系数误差和参数系统误差.三原则整体最小二乘适用于平面自由网...     

变形监测网引入信号平差方法的研究

以往对变形监测网进行数据处理时，认为同期观测值为静态，采用经典平差方法求出各点的坐标或高程。但实际，在同期网观测过程中，各点也会发生有规律的变化，将这种规律称为信号。本文主要对信号参与变形监测网平差进行探讨。     

三维坐标转换公共点最优权值的单纯形搜索算法

为提高三维坐标转换参数的求解质量,本文基于最优化算法提出了一种稳健的公共点加权坐标转换方法。以坐标转换后公共点的点位残差加权平方和最小为目标函数,利用Nelder-Mead单纯形直接搜索算法,寻找公共点坐标分量在解算坐标转换参数时的最优权重组合。以粒子加速器磁铁的准直安装为应用场景,利用模拟数据和实测数据对本文方法进行验证。结果表明:本文方法能够有效降低粗差观测值及质量不佳观测值的权重。与最小二乘、抗差估计等方法相比,本文方法解算结果的点位残差加权平方和更小,坐标转换参数质量更优。本文方法能提高三维坐标转换参数的求解质量,尤其适用于验前精度未知、观测数据质量不佳的情况。     

Robust estimation of deformation from observation differences for free control networks

Deformation measurements have a repeatable nature. This means that deformation measurements are performed often with the same equipment, methods, geometric conditions and in a similar environment in epochs 1 and 2 (e.g., a fully automated, continuous control measurements). It is, therefore, reasonable to assume that the results of deformation measurements can be distorted by both random errors and by some non-random errors, which are constant in both epochs. In other words, there is a high probability that the difference in the accuracy and precision of measurement of the same geometric element of the network in both epochs has a constant value and sign. The constant errors are understood, but the manifestation of these errors is difficult to determine in practice. For free control networks (the group of potential reference points in absolute control networks or the group of potential stable points in relative networks), the results of deformation measurements are most often processed using robust methods. Classical robust methods do not completely eliminate the effect of constant errors. This paper proposes a new robust alternative method called REDOD. The performed tests showed that if the results of deformation measurements were additionally distorted by constant errors, the REDOD method completely eliminated their effect from deformation analysis results. If the results of deformation measurements are only distorted by random errors, the REDOD method yields very similar deformation analysis results as the classical IWST method. The numerical tests were preceded by a theoretical part. The theoretical part describes the algorithm of classical robust methods. Particular attention was paid to the IWST method. In relation to classical robust methods, the optimization problem of the new REDOD method was formulated and the algorithm for its solution was derived.     

非线性二维转换模型的稳健总体最小二乘算法

针对应用线性最小二乘估计准则求解非线性平面转换模型参数时,通过定义间接参数将模型线性化的方法不能直接求解转换模型参数的问题,该文在非线性平面转换模型的基础上,建立线性模型,实现平面坐标的转换。为解决控制点已知坐标与观测坐标中均含有误差对转换参数求解的影响,对应用稳健总体最小二乘求解线性模型参数的算法进行讨论。最后,通过算例比较稳健总体最小二乘算法与最小二乘算法在抗差性方面的优势。结果表明,稳健总体最小二乘算法更适用于应用线性模型求解未知控制点的转换坐标。     

应用Hessian-Affine的遥感图像配准实验

针对存在云雾遮挡、仿射变形的遥感影像,本文提出应用Hessian-Affine与最大信息熵,检测并筛选仿射不变特征,同时选刺同名点估计初始变换参数,对每一个待匹配点预测出一定圆域约束内的对应匹配点集,利用NCC相关系数迭代确定圆域内真同名点,得到初始匹配点集,然后利用均方根误差(RMSE)迭代剔除误匹配,直至完成最佳仿射变换参数估计。结果表明:该算法对发生仿射畸变、气候复杂区域的影像配准表现出较好稳健性和定位精度。     

一种基于直线特征的遥感影像和GIS数据自动整体配准方法

提出了一种基于直线特征的对尺度变化和旋转变化不敏感的遥感影像和GIS数据自动整体配准方法。该方法利用在变换模型转换后GIS数据中参考线段上的端点和影像上对应特征线段的距离为零建立相似性测度,以共线条件方程作为变换模型,通过改进的霍夫变换进行优化求解,同时得到变换模型参数即外方位元素和匹配结果,实现了遥感影像和GIS数据的自动配准及遥感影像的外部定向。实验结果表明,该方法具有较高的可靠性和配准精度。     

一种卫星钟差异常精确探测的两步法策略

针对卫星钟差数据中的粗差和钟跳两类异常进行精确探测，提出使用历元单差算法和拟准检定法相结合的两步法策略，第1步，依据钟跳和粗差在历元单差序列中不同表现特点，采用历元单差法探测疑似钟跳点并剔除部分粗差；第2步，对按疑似钟跳分段的数据使用拟准检定法精确探测粗差。通过模拟数据算例阐述钟差异常探测过程并进行性能分析，通过实测数据进行算法有效性验证，结果表明，仅使用历元单差法能有效探测疑似钟跳点和部分粗差，其探测的疑似钟跳点包含了真实钟跳；使用两步法既能有效规避钟跳影响，又能精确探测小粗差，探测能力接近底噪的2倍中误差。     

短基线集形变模型反演的正则化解算方法

针对短基线集形变模型反演中法方程系数矩阵呈病态的问题,提出一种正则化稳健解算方法。该方法基于Tikhonov正则化理论,将形变速率求解问题转化为极小化问题,根据L-曲线法选取正则化参数,考虑最小二乘残差各个分量间的关系选取正则化矩阵,实现短基线集形变模型反演的稳健解算。分别采用LS法、岭估计法和Tikhonov正则化法对覆盖北京地区的29景ENVISAT ASAR数据进行处理,反演出研究区沉降速率图。通过对代表不同沉降情况的21个点的均方误差值和时间相干值、整个研究区的均方误差图等的对比分析,表明本文提出的短基线集形变模型反演的正则化稳健解算方法可获取更可靠的形变监测结果。     

通过正则化实现整周模糊度快速搜索

在讨论迭代双乔里斯基整数变换降相关性LAMBDA方法的基础上，发现解算历元数较少时方差一协方差阵轻微病态，提出了在分解前对方差一协方差阵正则化的改进法，实例证明改进后的方法需要历元数减少，搜索效率和稳定性高。     

隧道变形监测基准点的稳定性分析

对隧道进行变形监测是保证其安全的重要内容,而要保证监测结果的可靠性,就要保证监测基准点的稳定性。本文则基于国内某隧道变形监测实例,结合平均间隙法与分块间隙法,通过多期基准点观测数据,提取其中不稳定点,结果表明,该方法能准确有效分析出不稳定的基准点,提高了工作效率,为今后的隧道变形监测工程实例提供一种可靠的基准点稳定分析方法。     

点云辅助GB-InSAR影像与地形数据应急变形监测方法

将采用地面三维激光扫描(terrestrial laser scanning, TLS)、地基合成孔径雷达干涉测量(ground-based interferometric synthetic aperture radar, GB-InSAR)和无人机航空摄影测量（unmanned aerial vehicle photography, UAV）的综合遥感方案应用于崩塌体应急监测。引入迭代最近点法（iterative closest point, ICP）,首先实现TLS点云和UAV影像离散点云配准;然后,利用几何映射方法实现GB-InSAR二维形变图与TLS点云三维匹配;针对崩塌体应急缺少人工目标辅助校正几何映射偏差的问题,综合目视解译以及峰值相关性分析提取各数据间的同名特征点,根据同名特征点计算空间坐标变换参数,建立变换方程来完成误匹配纠正。利用所提的匹配方法处理模拟数据及某滑坡崩塌残余体实际监测数据,结果表明实测匹配精度达像素级,满足应急监测需求。