航空摄影DG法若干问题探讨和实践研究

POS辅助航空摄影直接地理定向法(direct georeferencing,DG)得到的外方位元素,可直接进行小比例尺成图,省去了地面实测环节,大大提高了工作效率。但DG法对地面基站、检校场要求较高,而在实际作业中会出现某些环节的数据缺失。针对这些情况进行实践研究,结果表明,可用精密单点定位技术(precise point positioning,PPP)代替地面基站,利用其他架次的检校场数据检校,检校场对同向飞行的航线检校精度更高。     

IMU/DGPS辅助航空摄影新技术的应用

 利用IMU/DGPS组合导航技术，可以在航空摄影的同时直接获取像片的外方位元素。试验表明，只要对IMU/DGPS与航摄仪的集成系统误差和漂移误差进行检校和改正，直接获取的像片外方位元素可以用于正射影像的制作和中小比例尺测图。本文首先讨论了IMU/DGPS组合导航技术和IMU/DGPS辅助航空摄影系统的工作原理； 然后，结合甘肃酒泉试验数据，重点分析讨论了IMU/DGPS和航摄仪集成系统的误差及其检校问题。     

无人机非量测相机检校方法研究

无人机搭载的非量测相机光学系统不稳定、畸变差大、内方位元素未知,难以满足大比例尺测图精度要求。本文通过建立高精度室内相机检校场,基于直接线性变换公式编写了非量测相机检校程序,根据解算得到的畸变参数对相机进行了改正,使之适用于大比例尺航空摄影测量成图,并通过实际项目验证了该方法的有效性。     

基于已知定向参数影像的光束法区域网平差

从自检校光束法区域网平差模型出发,建立了利用同一地区已知定向参数的影像解求新获取影像外方位元素并进行目标定位的数学模型。以此为基础,对来自某地区相隔两年的三期不同摄影比例尺航空影像两两组合地进行联合光束法区域网平差。结果表明,当两期影像比例尺相近时,所解求的新影像外方位元素和加密点坐标精度基本达到常规光束法区域网平差的精度;当两期影像比例尺不同时,利用已知定向参数的大比例尺影像解求出的小比例尺影像的外方位元素和加密点坐标可满足现行规范精度要求,利用已知定向参数的小比例尺影像去解求大比例尺影像的外方位元素和加密点坐标精度明显下降且不可用。本文的研究证实,就同一地区的多时相航摄影像而言,利用已知定向参数的影像进行新影像的定向方法是可行的。     

基于光束法平差的POS系统视准轴偏差检校

航空摄影测量的直接地理定位(direct georeferencing,DG)必须首先进行惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)和传感器间的视准轴偏差(boresight misalignment)检校。提出了一种简便的定位定向系统(position andorientation system,POS)辅助光束法平差检校模型,推导了其基础误差方程,并通过2个试验区验证该方法检校结果与商用软件CALQC的检校结果基本一致。通过直接地理定位互差和上下视差比较,证明用本文方法进行的视准轴偏差检校是正确有效的,检校后的外方位元素可直接用于1∶10 000比例尺的高山地区地形图测图。     

国产POS与国产相机集成检校精度分析

将国产POS与国产航空相机进行集成,针对集成系统的误差检校参数,对其有效性的判定方法进行理论分析和数据验证,证明国产POS与航空相机集成系统的系统误差参数精度是可靠的,并且也可以用POS系统得到的像片外方位元素结合直接定向方法进行1∶500的大比例尺成图.     

附加约束条件的光束法区域网平差在四拼数码航空相机平台检校中的应用

介绍了针对四拼数码航空相机的附加约束条件光束法区域网平差原理,包括计算四拼相机外方位元素,并同时计算四台子相机的相对位置关系,获取四拼相机平台检校参数。实验结果表明采用这种方法计算出来的平台检校参数精度高,生成的虚拟影像拼接效果好,测图精度满足大中比例尺地形图规范要求。     

地面几何标定的定向片自检校光束法区域网平差模型

针对航天线阵传感器,综合镜头光学畸变影响、像元尺寸与焦距的变化影响以及镜头的旋转作用,构建8标定参数的内方位自检校模型;利用定向片内插模型,描述影像的外方位元素变化;建立自检校光束法区域网平差模型,在对模型进行线性化的过程中,引入待标定的定向片外方位元素;利用SPOT5模拟数据对平差模型进行实验验证,结果表明,平差模型能够联合标定内方位自检校参数与外方位元素,标定结果准确。     

轻小型航空遥感系统集成检校试验与分析

本文对高精度轻小型航空遥感系统地对地检校场试验进行了分析,详细介绍集成系统检校原理,简要给出外业实验情况以及内业数据处理的过程,重点给出利用POS获取姿态转换得到的影像外方位元素即直接地理定位、单片后交方法获取外方位元素以及直接利用控制点绝对定向,均匀采集检校场外业检查点,进行精度验证的比较结果.最终实现塔吊模拟飞行条件下高精度的直接地理定位.     

轻小型航空遥感系统集成检校试验与分析

本文对高精度轻小型航空遥感系统地对地检校场试验进行了分析,详细介绍集成系统检校原理,简要给出外业实验情况以及内业数据处理的过程,重点给出利用POS获取姿态转换得到的影像外方位元素即直接地理定位、单片后交方法获取外方位元素以及直接利用控制点绝对定向,均匀采集检校场外业检查点,进行精度验证的比较结果。最终实现塔吊模拟飞行条件下高精度的直接地理定位。     

GNSS多尺度应变场估计及区域形变检测

利用GNSS数据,基于球面小波构建了GNSS多尺度应变场的估计模型,给出了球面小波位置和尺度的选取、模型正则化因子和参数的估计方法。为检验所构建模型的正确性,根据负位错理论正演了震间闭锁断层区域地表速度场作为模拟数据源,估计并分析了闭锁状态下走滑断层区域应变场分布特征,结果与实际吻合。模拟不同空间影响范围的闭锁逆冲断层形变,开展了多尺度应变场检测不同空间尺度形变信息的试验。结果表明,对于50km影响范围的小断层形变信号,在大尺度(第4—7尺度)应变场中并没有体现。而在小尺度(第8尺度)应变场中表现得非常明显。对于150km影响范围的大断层形变,在小尺度(第8尺度)应变场中仅出现了一小部分信息,而在大尺度(第4—7尺度)应变场中表现得更加完整和明显。由此得出,不同空间影响范围的地壳形变信息会在相应尺度的应变场中得以体现;小尺度应变场具有检测局部地壳形变信息的优势。     

利用卫星轨迹交叉点标定CHAMP卫星加速度计数据

基于能量守恒方程给出了利用卫星轨迹交叉点标定CHAMP卫星加速度数据的基本原理和方法 ,并给出了其严密的积分公式及其离散化形式。为了控制加速度数据的扰动异常 ,建议采用抗差估计求解参数值 ,并基于实测的CHAMP卫星加速度计数据进行了计算与比较 ,验证了该方法的有效性     

Calibration for CHAMP Accelerometer Data Based on Crossover Points of the Satellite

The German CHAlleging Minisatellite Payload （CHAMP） was launched in July 2000. It is the first satellite that provides us with position and accelerometer measurements, with which the gravity field model can be determined. One of the most popular methods for geopotential recovery using the position and accelerometer measurements of CHAMP is the energy conservation method, The main aim of this paper is to determine the scale and bias parameters of CHAMP accelerometer data using the energy conservation method. The basic principle and mathematical model using the crossover points of CHAMP orbit to calibrate the accelerometer data are given based on the energy balance method. The rigorous integral formula as well as its discrete form of the observational equation is presented, This method can be used to estimate only one of the scale and bias parameters or both of them. In order to control the influence of outliers, the robust estimator for the calibration parameters is given. The results of the numerical computations and comparisons using the CHAMP accelerometer data show the validity of the method.     

利用现有重力场模型求定CHAMP卫星加速度计修正参数

CHAMP卫星加速度计数据的标定是通过确定其尺度因子和偏差参数来完成的.本文基于能量守恒方程,给出利用现有重力场模型标定CHAMP卫星加速度数据的基本原理和数学模型;提出相邻历元间差分算法,大大简化了观测方程,同时避免积分常量的计算.该算法既能同时解算尺度因子和偏差参数,也可任意求解其中之一.基于实测的CHAMP卫星加速度数据,利用EGM96模型和最新公布的EIGEN-2模型进行计算与比较,验证该方法的有效性.     

经验模式分解的尺度阈值滤波在变形分析中的应用

本文将信号处理领域的经验模式分解算法应用于变形信息的提取中,通过引入阈值函数,建立了基于经验模式分解的尺度阈值滤波模型,采用优化模型确定了经验模式分解的次数。分别通过模拟试验和实测数据与小波阈值法和多项式拟合法进行了比对,分析表明:在低噪声情况下,三种方法都有一定的滤波效果;在高噪声情况下,经验模式分解的尺度阈值滤波法具有与小波阈值去噪法相等的精度,而且瞬时强噪声识别能力更好,优于多项式拟合法。     

Application and Accuracy of Two Fixed Base Camera Systems

This paper discusses the application of two fixed base non-metric camera systems. The first is a helicopter supported 5m boom carrying two 70 mm Hasselblad cameras, fired simultaneously. The 1;850 scale stereomodels, each covering about 40 ×45 m, were used to measure individual tree characteristics, such as crown closure and size. The second system is a portable camera platform designed for microtopography, which used sequential Minolta 35mm photography (1;80 scale) for generating DEMs and computing volume of soil erosion. In both cases, an analytical plotter was used to collect measurements without ground control. With the helicopter boom system, distances and heights were measured to within 5 per cent of true dimensions. With the portable platform system, volume estimates were within 1 per cent of field measurement values. Particular attention is given to the orientation and scaling of stereopairs. Because the air base is used to scale the model, errors in scale due to non-parallel lines of sight are avoided. Advantages and disadvantages of both systems are discussed.     

基于遥感的区域尺度森林地上生物量估算研究

森林是陆地生态系统最大的碳库,精确估算森林生物量是陆地碳循环研究的关键。首先从机载LiDAR数据中提取高度和密度统计量,采用逐步回归模型进行典型样区生物量估算;然后利用机载LiDAR数据估算的生物量作为样本数据,与多光谱遥感数据Landsat8 OLI的波段反射率及植被指数建立回归模型,实现区域尺度森林地上生物量估算。实验结果显示,机载LiDAR数据估算的鼎湖山样区生物量与地面实测生物量的相关性R2达0.81,生物量RMSE为40.85 t/ha,说明机载LiDAR点云数据的高度和密度统计量与生物量存在较高的相关性。以机载LiDAR数据估算的生物量为样本数据,结合多光谱遥感数据Landsat8 OLI估算粤西北地区的森林地上生物量,精度验证结果为:R2为0.58,RMSE为36.9 t/ha;针叶林、阔叶林和针阔叶混交林等3种不同森林类型生物量的估算结果为:R2分别为0.51(n=251)、0.58(n=235)和0.56(n=241),生物量RMSE分别为24.1 t/ha、31.3 t/ha和29.9 t/ha,估算精度相差不大。总体上看,利用遥感数据可以开展区域尺度的森林地上生物量估算,为森林固碳监测提供有力的参考数据。     

航空数字摄影测量对林分立木测高及精度分析

为了解决以往森林调查手段需要在野外工作,并且比较耗费人力、物力与时间的问题,本文提出用航空摄影立体像对数字摄影测量的方法来估测林分立木高度。本研究利用两张廊坊市自然公园拍摄比例尺为1∶2500的航空像对,构建数字立体模型,在此模型上测量50株样木的高度,并结合实地用全站仪实测得出的数据进行精度的分析评价。结果表明:利用航空立体像对数字摄影测量立木高度,与全站仪实测数据相比差异不显著,两组数据呈线性正相关关系,精度达到93.96%,与林业调查上95%的精度要求较为接近。     

Rice crop phenology mapping at high spatial and temporal resolution using downscaled MODIS time-series

Satellite data holds considerable potential as a source of information on rice crop growth which can be used to inform agronomy. However, given the typical field sizes in many rice-growing countries such as China, data from coarse spatial resolution satellite systems such as the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) are inadequate for resolving crop growth variability at the field scale. Nevertheless, systems such as MODIS do provide images with sufficient frequency to be able to capture the detail of rice crop growth trajectories throughout a growing season. In order to generate high spatial and temporal resolution data suitable for mapping rice crop phenology, this study fused MODIS data with lower frequency, higher spatial resolution Landsat data. An overall workflow was developed which began with image preprocessing, calculation of multi-temporal normalized difference vegetation index (NDVI) images, and spatiotemporal fusion of data from the two sensors. The Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model was used to effectively downscale the MODIS data to deliver a time-series of 30 m spatial resolution NDVI data at 8-day intervals throughout the rice-growing season. Zonal statistical analysis was used to extract NDVI time-series for individual fields and signal filtering was applied to the time-series to generate rice phenology curves. The downscaled MODIS NDVI products were able to characterize the development of paddy rice at fine spatial and temporal resolutions, across wide spatial extents over multiple growing seasons. These data permitted the extraction of key crop seasonality parameters that quantified inter-annual growth variability for a whole agricultural region and enabled mapping of the variability in crop performance between and within fields. Hence, this approach can provide rice crop growth data that is suitable for informing agronomic policy and practice across a wide range of scales.     

基于 VisIt与地球系统格网的并行可视化实验

利用集群架构和分布式并行可视化工具 VisIt,编写了自定义插件,实现了基于大规模地球系统格网组织下的全球科学数据并行可视化,并设计实验对其并行可视化性能进行了对比分析.实验发现: VisIt完成一次渲染的加速比及并行效率随着核数的增加逐渐降低;采用 GPU 渲染,可以很好地提高并行渲染的效率.但在核数和 GPU 个数同步增加的情况下,由于核间通信、 GPU 间通信以及核- GPU 间通信等,VisIt一次渲染的并行运行时间并无明显降低.随着数据量增加,VisIt对单位数据量的运行时间却逐渐减低.实验表明,VisIt可较高效地完成大数据量的并行渲染.该方法和结论可供地学领域大规模海量数据可视化研究参考.