车载激光扫描系统的三维数据获取及应用

通过对南水北调移民新村进行移动平推式扫描,将导航POS获取的系统位置和姿态信息与360°激光扫描仪获取的扫描距离和角度信息进行时间匹配,解算得到大地坐标下的三维激光点云坐标,然后与线阵CCD相机获取的图像信息进行彩色融合,最终得到移民新村的彩色点云数据,实现了实时、主动、完整地获取和处理南水北调移民新村的三维空间数据信息,取得了一定的效果。     

利用卫星重力梯度数据确定地球重力场的单层位模型

本文提出了处理卫星重力梯度数据以确定高分辩力重力场模型的单层位法并对其中的独立估计法进行了误差分析，数字结果显示：当卫星高度为200km，卫星数据网格宽度为15′，卫星重力梯度数据的精度为2×10~(-3)E时，利用独立估计法可得到分辩力为1°×1°（100km）的全球重力场模型，其重力异常精度小于1（mgal）；若卫星高度降至160km，卫星重力梯度数据的精度达到3×10~(-4)E，则获得的重力场模型的分辩力可提高到0.5°×0.5°（50km），其重力异常精度仍小于1（mgal）。     

基于LiDAR的农田地形环境三维重建方法

为克服传统农田土地平整测量方法耗时费力的特点，提出采用LiDAR技术对农田地形进行重建的探索性研究。通过HDL-32E型激光雷达等搭建了系统的硬件平台，应用C++语言编写了系统数据的采集程序；在此基础上对激光雷达所采集数据进行了标定，研究了农田地形重建系统中不同坐标系的转换方法；同时基于最小值去噪法设计了更适用于农田地形点云去噪的均值限差去噪法。通过对比在农田起伏较大区域不同坡度范围内RTK与激光雷达所测单元个数，对系统精度进行了评价；最后实现了车载农田地形重建系统的界面显示、应用与精度评估。结果表明，在10°~15°、25°~30°大坡度范围内激光雷达所获农田地形更为丰富，精度更高。该方法重建的农田地形模型点云数据和原始农田地形点云数据投影面积逼近度可达93%，验证了本文研究方法应用于农田地形环境重建的可行性，同时为今后的土地精细平整工作提供了理论参考与依据。     

基于站间单差相位绕转数据估计测站天线旋转速率的方法研究

相位绕转在GNSS定位中是一种误差源,但包含接收机天线旋转的有用信息。提出了一种基于站间单差相位绕转观测数据估计测站天线旋转速率的方法。首先由无几何距离观测值的变化判断天线旋转的开始与结束时间,然后利用单颗卫星站间差分的无几何距离观测值求出测站的天线旋转角度,以及单颗卫星的测站天线旋转速率,最后将所有卫星计算的测站天线旋转速率按照高度角加权平均得到最终的天线旋转速率。通过精心设计实验方案,经实测数据验证,该方法可以精确地估计测站天线的旋转速率,在本实验中,天线旋转平均速率估计精度约为0.5°/s。     

基于GPS和北斗信噪比观测值的雪深反演及其误差分析

利用GNSS反射信号反演雪深具有全天时、全天候、数据量大、成本低等突出优点。本文围绕基于信噪比观测值的雪深反演方法,利用参加中国北极科学考察的机会在黄河站设计了GNSS-R试验,采集了GPS和北斗的双频信噪比观测数据,详细讨论了高度角范围、弧段长度、卫星数量、方位角、时间尺度、星座结构、信号频率、信噪比强度等多种因素对雪深反演结果的影响。通过大样本、质量控制、误差分析等手段,雪深反演精度和可靠性得到有效提高。根据误差分析的结果,本文推荐的反演策略如下：选择高度角范围为5°~25°、信噪比强度较高的L1和B1I观测值,充分利用多颗卫星和4个方位角的大量观测数据,在一天的时间尺度上,可以实现5 cm的反演精度。另外,弧段长度、星座结构、信号频率等对反演结果的精度影响较小。     

噪声协方差自适应控制下的双天线GNSS/INS初始对准方法

为降低系统模型误差及观测模型误差的影响,结合噪声协方差自适应控制机制,对双天线GNSS/INS初始对准方法进行改进。利用噪声协方差自适应控制下的扩展卡尔曼滤波进行数据处理,包括系统噪声协方差控制及观测噪声协方差控制。试验结果表明,系统噪声协方差自适应控制机制可提高系统稳定性,降低滤波稳态值;观测噪声协方差自适应控制机制可降低观测噪声的影响,提高对准绝对精度。采用后处理的方式,利用基线长度偏差最小的基线结果辅助姿态解算,绝对精度进一步提高,对准绝对精度主要受观测值影响。利用本文方法,横滚角、俯仰角对准绝对精度可达0.02°,航向角对准绝对精度可达0.04°。     

一种视觉引导经纬仪自动测量方法

文中将TM5100A经纬仪加载高精度摄像头构造视觉引导测量设备,标定十字丝中心点在像平面坐标系下的坐标,对经纬仪旋转水平角和垂直角与目标图像中心像素坐标之间的关系进行标定;摄像头采集目标图像并处理获取目标中心像素坐标,根据像素坐标与经纬仪旋转角关系计算经纬仪旋转角度,进而实现视觉引导经纬仪自动测量;对加载摄像头的经纬仪驱动误差进行测试,驱动误差允许的情况下测试并分析了视觉引导装置的点位测量精度、角度测量精度以及视觉引导准直测量精度,比人工测量精度高,符合工业测量的需求。     

秒级五角棱镜加工中的几个问题

一、入射光线与出射光线的夹角要求秒级五角棱镜是一种高精度的光学元件,对90°和45°及入射光线和出射光线之夹角(称为使用角)的精度要求均为秒级。但对90°和45°的秒级要求,并非十分严格,只要两角的误差能满足一定的关系,其入射光线和出射光线之夹角要求是能够保证的。如果设45°角之误差为△45°,90°角之     

基于手机传感器和互补滤波的行人航向解算

目前行人航迹推算逐渐成为室内定位研究与应用的热点。针对利用陀螺仪推算行人航向时存在较大累积误差的问题，本文提出了一种基于智能手机传感器的行人航向解算算法。该算法根据陀螺仪输出的角速度数据与手机传感器参数计算合适的阈值，实时调节PI调节器的误差补偿系数，对预处理后加速度计和磁力计数据解算的航向角进行补偿，并与陀螺仪数据互补滤波融合，得到融合后的航向角。试验基于低成本智能手机，分别在磁场强弱环境下采集手机传感器数据，对比分析本文算法与传统互补滤波算法及九轴数据融合算法在推算行人航向时的精度。试验结果表明，在室内磁干扰较强的环境下，本文算法与传统互补滤波算法、九轴数据融合算法相比定位精度分别提升了68.4%和65.9%，平均航向误差分别减小了3.4°和1.8°，验证了本文算法有较好的抗磁干扰性能，提高了行人航向角解算的可靠性。     

结合投影变换和相位相关的海冰运动监测

为提高对渤海海冰旋转和平移运动的监测精度,提出一种基于投影变换的相位相关跟踪方法。选取连续8景静止水色成像仪(GOCI)图像序列,根据特征图像窗口的投影变换构造辅助函数,通过寻求函数最优解得到旋转角度集合,选择修正相关系数确定最佳旋转角度,同时根据相位信息实现海冰样本间亚像素级别的平移跟踪,消除传统相位相关法中因忽略图像相频特性所造成的匹配误差。实验结果表明,以手动测量的旋转角度为基准,该方法和传统相位相关法的旋转监测均方根误差的最大值/平均值分别为0.59/0.50与1.41/0.94,跟踪速度提高了50.6%;海冰平移运动的速度矢量与辽东湾的现场实测数据及历史资料记录数据基本一致。该方法对渤海海冰旋转和平移运动具有较好的跟踪效果。     

低空遥感小型三轴陀螺稳定平台的设计与实现

按照测绘领域专用、性价匹配的思想,设计并实现了一套低成本的低空遥感小型三轴陀螺稳定平台。该系统以自主设计的三轴铝制云台为平台,以微电子机械三轴角速率陀螺、线加速度计和磁阻传感器为基础,配置ARM CortexTM-M3 32位核心微处理器,以数字钛合金舵机为驱动输出,具有体积小、精度高、成本低、自主稳定与罗差自检校等特点。实验表明,稳定平台的航向角测量精度可达1°,俯仰角和横滚角可达0.1°,机械控制精度优于0.1°,驱动响应时间小于20ms,可以满足小区域大比例尺地形图立体测绘对稳定平台的要求。     

三维激光扫描仪平缓地形分区扫描方法研究

三维激光扫描仪对平缓地形扫描作业时,存在点密度不均匀、冗余数据多、有效扫描半径小等限制。为减少上述限制,提高作业效率,在深入分析三维激光扫描仪工作原理的基础上,提出分区扫描方法:根据到扫描仪中心距离的不同,将扫描范围分为若干环状区域,每个环状区域分别对应不同的竖直扫描夹角,各区域基于扫描点密度均衡的原则,设置不同的扫描参数。试验结果表明:竖直扫描角度分别为88°~89°、85°~88°、70°~85°、45°~70°的分区扫描方法为较理想的方法,与整体扫描方式相比,前者在作业效率、有效扫描半径等方面均有明显优势,数据点密度分布得到很大改善,利用效率明显提高。     

单窗算法和单通道算法对参数估计误差的敏感性分析

单窗算法和单通道算法的提出为应用LandsatTM热波段反演地表温度开辟了新途径。由于进行地面像元尺度同步温度测量难度较大,目前尚无法对这两种算法进行直接评判。通过对算法所需参数分别取一定变动区间并进行渐变取值测算,分析了算法对其参数估计误差的敏感性,以此作为对这两种算法适用性的一个间接评判依据。     

高精度GNSS服务中对流层映射函数的影响性分析

针对GNSS服务中如何获取高精度的大地高以及GNSS气象中对流层湿延迟项,文中采用3种试验方案,利用对流层变化复杂的香港区域CORS,分析不同映射函数存不同高度角时对精密服务的影响。结果表明：存高度角为15°时VMFl、GMF、NMF映射函数获取基线重复性相当,天顶延迟变化规律一致;在低高度角为10°时,基于VMFl映射函数的基线重复率更好,对大气变化的敏感性更强,GMF映射函数获取的天顶延迟精度较好,NMF映射函数获取的精度较弱。     

柱面全景图像拼接方法的仿真分析

随着虚拟现实(VR)技术的兴起,全景图像得到了更为广泛的应用,目前多通过求解单应矩阵对图像进行变换,由多相机拼接获取全景图像,但该方法会破坏成像中的共线条件,使拼接后的全景图像难以精确进行摄影测量中的三维重建等工作。本文提出了一种柱面全景图像拼接方法并对其进行仿真分析,该方法基于摄影测量共线方程,设定拼接相机的数目、成像焦距、成像位置和成像姿态,模拟多拼相机的成图过程,构建从三维点云到二维图像的柱面成像方程,通过成像方程不仅可以实现各图像的全景拼接,而且可对影响全景图像拼接精度的各参数进行定量分析,试验结果表明:1本文提出的柱面成像方程和全景拼接方法可用于不同数目相机及倾斜成像下的全景拼接;2利用成像方程推导的误差方程可知,全景图像拼接的精度受焦距误差、中心误差和旋角误差的影响,其中,焦距误差可通过图像重采样的方法校正,中心误差与摄影物距密切相关,而旋角误差主要受拼接相机数目的影响。     

超大视场太阳敏感器图像质心提取算法

太阳图像质心提取是利用太阳敏感器进行天文导航的关键技术之一,直接决定了太阳敏感器的观测精度。针对超大视场太阳敏感器非圆形太阳图像质心提取问题,首先提出像面椭圆拟合算法,较好地解决了椭圆及近似椭圆形太阳图像的质心提取问题,然后进一步提出了球面圆拟合算法。该算法根据相机的投影和畸变模型,将太阳图像的边缘点映射到物方空间,对物方空间的边缘点进行球面圆拟合,从而确定太阳质心位置。在估计球面圆拟合算法的精度时,需要将太阳质心位置映射回像面。理论上,球面圆拟合算法不再需要顾及太阳图像的形状,算法更为严谨。将椭圆拟合算法和球面圆拟合算法应用到实测的太阳图像质心提取中。结果表明,椭圆拟合算法更适合处理半视场角70°~80.3°的太阳图像,平均精度约为0.075pixels;球面圆拟合算法更适合处理半视场角大于80.3°的太阳图像,平均精度约为0.082pixels。     

Stereo-Photogrammetric Mapping of Tooth Replicas Incorporating Texture

Commercial digital photogrammetric software has been applied to convergent stereoscopic photography of human tooth replicas prepared to exhibit optical texture resulting in successful generation of 3D coordinate data. Tooth replicas were imaged using a semi-metric 35 mm camera and f = 100 mm macro lens on extension bellows. Model precision was within acceptable limits of 12  μ m or better for manual target matching and 21  μ m or better for automatic image matching. Further improvement in optical texture is required to achieve automatic image matching precision comparable to that of manual target matching. Small errors in interior orientation parameters attributed to instability in the bellows as well as small errors in the relative orientation resulted in some systematic errors. The use of a fixed camera lens system is expected to reduce these errors. When combined with commercially available, moderately priced, digital SLR cameras this brings 3D model generation closer to everyday clinical dental practice.     

GPS反演大气综合水汽含量的影响因素分析

目前地基GPS遥感大气综合水汽含量的可行性已经被众多实验所验证,为进一步改善地基GPS遥感大气综合水汽含量的精度,本文对2004年6月哈尔滨GPS跟踪站的观测数据进行了解算,并结合探空资料计算的水汽结果对各项误差进行了分析。结果表明:广播星历不能用于高精度GPS水汽遥感;5cm的测站坐标误差将引起3mm的水汽误差,截止高度角的不同以及通用模型均会对水汽结果造成不同程度的影响。     

利用卫星星座对GNSS-R海洋遥感时空特性进行研究

利用仿真方法研究了GNSS-R接收天线俯仰角、卫星轨道长半轴和轨道倾角对镜像反射点数量的影响,对4颗和6颗卫星组成的星座时空分辨率进行了仿真计算,分别获取了星座的时间分辨率。认为由6颗卫星组成的星座,8 h可完成全球5°×5°海洋格点的探测任务。