点云直方图在多波束条带自动匹配中的应用

多波束测深是一种广泛使用的水下地形探测方式。当前多波束数据处理技术日臻完善,但是多波束条带间自动匹配仍存在较多问题。针对水下复杂环境、多波束自动匹配效果不佳的问题,采用点云直方图 (point feature histograms,PFH)自动匹配算法,对条带点云进行自动匹配。因直方图所在的高维超空间为特征描述提供一类量化信息,对点云对应曲面的多维姿态具有鲁棒性和适用性。因此,在多波束自动匹配算法中采用PFH算法。实验数据由6205侧扫多波束测深系统获取,并对实验数据采用随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC)进行定性定量分析,验证本文算法的优势,并分析相关不足。     

结合多波束点云强度和高程信息滤波算法研究

针对含有鱼群或水草等生物水域精确地形获取困难,存在大量贴近地表的噪声点且难以滤除等问题,提出一种结合多波束点云数据强度和高程信息的滤波算法。首先根据多波束原始点云数据的强度信息对数据进行初步分类,然后利用高程四分法选取地形种子点,最后根据种子点与周围点云数据的强度和高程信息,实现数据的准确分类,达到滤波效果。试验结果与形态学滤波算法、自适应坡度滤波算法对比分析,结果表明所提算法在含有植被和鱼群等生物水域滤波效果明显,Ⅰ类、Ⅱ类误差降低了6%和10%左右,总误差降低了7%左右,验证了所提算法的有效性和可行性。     

基于LiDAR回波强度数据的潮间带植被滤波方法

地面三维激光扫描技术以其高精度、高密度等优点,在潮间带地形测量中得到了非常广泛的应用。为了对潮间带地形地貌进行精确反演,必须对点云数据中的非地面点(主要是植被点)予以滤波。对地面三维激光扫描回波强度数据的距离效应进行改正,利用改正后强度数据实现了一种快速精确的植被滤波方法。实验结果表明:与商业软件利用点云几何信息进行植被滤波相比,根据回波强度数据进行植被滤波的精度约为75%,且大大减少了计算量,对潮间带高精度三维地形重构有重要研究意义和应用价值。     

HHO-LSSVM算法在匹配地面点云孔洞修补中的应用研究

针对无人机匹配点云经地面点滤波后会存在较多孔洞的问题,提出利用哈里斯鹰算法(harris hawks optimization, HHO)优化最小二乘支持向量机(least squares support vector machine, LSSVM)来进行地面点云孔洞修补。首先利用八叉树结构法对滤波后点云数据进行地面特征点提取,其次采用哈里斯鹰算法对最小二乘支持向量机中的核参数和正则化参数进行优化,并利用组合算法构建匹配地面点云孔洞修补模型。实验结果表明,与单一最小二乘支持向量机相比,组合模型的孔洞修补精度提高了22.3%,其稳定性也得到增强,具备一定的时效性及现实性。     

基于中值滤波加权修正的多波束声呐测深数据趋势面滤波方法

针对传统趋势面滤波方法中多项式拟合曲面系数向量的求取和作为阈值的均方根误差的求取都受到异常数据的影响,使该方法在异常测深数据较多的情况下滤波效果不佳的问题,提出了一种中值滤波加权修正的改进方法。在构造趋势面之前,对水深数据进行加权修正,以前后两次修正后数据的拟合优度的变化量作为是否进行下一步水深修正的依据,利用最终修正后的水深数据求取多项式拟合曲面系数向量和均方根误差,大幅降低了异常数据的影响,具有很强的抗差性。经仿真模拟数据和多波束实测数据滤波试验,该方法在异常数据较多的情况下依然良好,能够保持良好的滤波效果,明显优于传统趋势面滤波;同时,该方法能够保持较高的运算效率,适用于海量多波束测深数据的自动滤波。     

基于数字视差模型的立体影像最小二乘密集匹配

提出一种基于数字视差模型的立体影像最小二乘密集匹配方法。在高精度初始匹配点的基础上构建数字视差模型,利用多项式内插的方法预测出加密点的初始同名点位置,以结构相似性指数作为相似性测度进行加密点的粗匹配,然后利用最小二乘匹配算法将匹配精度提高至子像素级,最后由随机抽样一致性方法剔除误匹配点。实验结果表明,该方法能较为迅速地预测出加密点的同名点初始位置,且具有较高的匹配正确率,能得到十分密集的匹配点集,可以高效地应用于立体影像的密集匹配任务中。     

基于加速鲁棒特征图像匹配的云导风计算方法

利用云导风技术结合高分辨率气象卫星遥感数据获取风矢量,在监测台风等极端气象灾害方面具有重要应用。本文提出了一种基于加速鲁棒特征(speeded up robust features,SURF)图像匹配的云导风计算方法,利用SURF算法结合随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC),提取并匹配两景连续时序云图的特征点,计算风矢量,并结合当地大气温度廓线指定云高,经质量控制得到云导风矢量。运用该方法模拟了2018年台风“山竹”的云导风矢量,以美国威斯康星大学气象卫星研究合作所(CIMSS)的大气运动矢量资料进行验证,结果表明:(1)风速和风向的相关系数分别为0.78和0.79,均方根误差分别为4.75 m·s^–1和37.64°,平均绝对百分比误差分别为33.49%和22.55%,整体具有良好的模拟精度;(2)与CIMSS资料相比,基于特征点匹配的SURF云导风计算方法在反演密集云区的风矢量有明显优势,可有效提高云区内风矢量的数量,扩大风矢量的空间覆盖范围;(3)图像对比度增强处理对特征点的提取和风矢量的空间分布有重要影响,伽马变换因子γ=5时,能较好地平衡台风外围螺旋云带和中心附近云区的风矢量数量,反映台风风场的整体特征。该方法作为基于尺度不变特征变换的云导风计算方法的改进,可为利用卫星遥感影像数据进行云导风计算提供新的思路。     

基于SIFT+FSC算法的遥感图像自动匹配

为提高遥感影像间自动匹配的精度,采用SIFT(scale invariant feature)算法进行特征提取以及初匹配,并利用RANSAC(random sample consensus)和FSC(fast sample consensus)算法进行局外点剔除,分析剩余点的数量和分布情况.经过实验对比,基于SIFT+...     

一种基于偏度平衡的LiDAR点云滤波方法

在地形起伏区域,针对免阈值的偏度平衡滤波方法存在利用高程难以满足算法假设条件、利用强度信息面临异物同强度等问题,提出基于高差的偏度平衡方法。该方法是在点云与初始地面TIN间高差计算的基础上,采用偏度平衡方法进行LiDAR点云滤波。利用ISPRS提供的测试数据对该方法进行实验,结果表明:在地形起伏区域,点云高差能够满足偏度平衡方法的假设条件,并且基于高差的偏度平衡方法滤波有效。     

PIV亚像素匹配精度及粒子大小和浓度的影响

利用计算机仿真粒子图像精确控制仿真粒子亚像素位移,讨论不同窗口下二次多项式曲面拟合法与基于梯度亚像素位移算法的匹配精度.针对粒子均匀移动的理想情况,发现二次多项式曲面拟合法的匹配精度随匹配窗口的增大而提高,而基于梯度亚像素位移算法的匹配精度几乎不随匹配窗口的增大而改变,两种算法匹配精度均在0.1个像素内.分析存在理想涡...     

分段多项式拟合在动三轴试验数据处理中的应用

动三轴采集的试验数据点(剪应变与动剪模量和阻尼比之间)具有离散性和有限性,为方便应用需要对数据点进行拟合,但现有经验公式不一定很好吻合试验数据。为得到不同剪应变与对应的动剪模量和阻尼比之间的关系,本文利用最小二乘原理,对渤海某海洋平台地基土进行动三轴试验获得的动剪模量、阻尼比与剪切应变的数据进行了分段多项式的拟合。数据处理过程是先对剪应变值进行了压缩处理,然后再分段低次多项式拟合,得到多项式拟合参数。通过此项改进解决了正规方程解中的病态问题,且拟合效果良好。     

多波束声呐图像条带中央和边缘残差处理方法

多波束声呐图像是进行海底底质分类的主要数据源之一,由于受海洋噪声、声波散射和混响、仪器设备等因素影响,其经各项常规改正后仍存在明显残差,突出表现在中央波束区和条带重叠区,难以形成高质量的声呐图像。文中分析了多波束声呐图像残差的成因及影响,提出了一种基于多条带最小二乘拟合的多波束声呐图像残差处理方法。首先,得到相邻声脉冲(ping)信号中央区域、重叠区域以及整体趋势的拟合函数;然后,通过拟合函数计算得到中央和重叠区域的残差改正系数;最后,通过改正系数进行残差改正。实验分析表明,该方法在保留原始细节的基础上,有效削弱了残差对声呐图像的影响,对多波束声呐图像处理具有参考和应用价值。     

一种区域似大地水准面模型拟合方法分析

GPS技术结合(似)大地水准面模型,可快速高精度的获取测点正常高,因此精化区域(似)大地水准面成为各国家和地区建立现代高程基准的重要任务。利用GPS水准进行区域似大地水准面拟合,通过实验比较分析了二次多项式、三次多项式、多面函数、移动曲面模型,论证了各自模型的特点,实验结果表明:对于地势较平坦的实验区,以上几种方法拟合的区域似大地水准面精度都在4cm以内,都能满足一般工程应用的精度要求,其中移动曲面模型拟合的实验区似大地水准面最佳。     

西太平洋赤道海域秋季混合浪特征及其谱拟合

根据西太平洋赤道海域秋季实测海浪资料,分析了该海域的混合浪特征,拟合出混合浪的波高、周期分布函数及波高-周期联合分布函数。应用文圣常等提出的深水风浪谱公式,对其稍作改变后拟合涌浪谱;应用他们的改进理论风浪谱公式拟合风浪谱,两分谱公式叠加为混合海浪谱公式。对混合海浪谱的拟合表明,拟合效果良好。     

大洋调查中海山地磁测量的静日变化校正方法

针对大洋调查中海山地磁测量时难以设立静日变化观测站的问题,提出了一种基于多项式拟合最小二乘算法的日变校正方法,即假设静日变化磁场可以用一个关于时间的高阶多项式来拟合,利用主测线和联络测线交点误差的最小二乘估计求得多项式的系数,从而得到静日变化曲线。从调查测得的磁场中减掉静日变化磁场即可得消除静日变化影响后的海山地磁异常。理论模型和实际资料处理都表明,这种方法不仅可以较好地消除静日变化的影响,而且用计算机实现也简单。为了提高静日变化校正结果,讨论了为提高静日变化校正效果,在大洋调查中测量海山地磁时应注意的几个问题。     

基于GPS的飞机航迹预测方法研究

简要介绍了GPS动态测量系统的组成及存在的缺陷。提出了采用滑窗多项式拟合方法进行航迹推算的数学模型,通过改变系统信息流向、重新组织下发数据报文结构等一系列技术措施来提高航路数据的拟合精度。仿真结果说明,该方法计算量小、速度快、精度高,利于飞机航迹的实时预测。     

射频干扰校正对星载微波资料反演降水的影响

针对全球降水测量（Global Precipitation Measurement,GPM）卫星上搭载的微波成像仪（GPM Microwave Imager,GMI）,建立了陆面亮温数据的射频干扰（radio frequency interference,RFI）校正算法,同时提出了适用于GMI的综合指数雨强反演算法,即极化订正温度及散射指数（polarization corrected temperature-scattering index,PCT-SI）综合指数法,估算了2021年第6号强台风“烟花”登陆后,江苏及周边地区的雨强,与同时期双频降水测量雷达（Dual-frequency Precipitation Radar,DPR）的近地面雨强产品进行对比分析,并比较了RFI校正前、后的近地面雨强反演精度。进而用强台风“梅花”和一次江淮气旋检验了该雨强反演算法的精度以及RFI校正算法对提高反演精度的有效性。结果表明,GMI的高频观测与降水强度大小密切相关,利用低频组合拟合89.00 GHz通道亮温获得大气散射指数,散射指数越大,雨强越大;RFI信号对微波资料反演近地面雨强的影响显著,所提出的校正方法可以有效地校正陆面上受RFI污染的GMI观测数据。研究结果有助于揭示微波传感器多通道亮温资料和降水强度之间的相关性,提高微波反演陆面降水的精度,并为陆面降水反演和预报提供参考。     

基于大气参数拟合的GF-1多光谱影像大气校正

针对大气校正常使用的基于查找表的方法建表速度缓慢、查找精度低等问题,提出在6S大气校正模型的基础上,以气溶胶厚度为自变量对大气参数进行拟合的算法,使用该算法对GF-1多光谱影像进行大气校正研究。对半球反射率、路径辐射项等效反射率、大气透过率3个大气参数使用三次多项式进行拟合,拟合后的决定系数都达到了0. 999 8;根据拟合结果使用MODIS气溶胶产品作为输入,逐像元计算大气参数,并对影像进行大气校正,将校正结果与FLAASH模型校正结果进行对比。结果表明,该算法能有效校正大气对GF-1多光谱影像的影响,并与FLAASH校正结果具有很好的一致性。