针对复杂道路网络的车辆轨迹地图匹配算法

针对高度城市化地区存在的复杂道路网络环境下,如何高效地进行车辆轨迹数据的地图匹配问题,该文提出了一种针对复杂道路网络的车辆轨迹数据地图匹配算法。该算法以车辆轨迹序列为匹配对象,通过环形轨迹的识别把车辆轨迹序列划分为无环路轨迹段,并用道路拓扑关系来计算轨迹序列的最优匹配路线,实现在复杂道路网络中的车辆轨迹数据地图匹配。为了验证本算法的性能,以上海市道路网络为实验区,以约1.3万辆出租车在2015年4月的轨迹数据为数据源,进行实证研究。实验结果显示,该文提出的地图匹配算法在复杂的道路网络中有较高的匹配成功率和匹配效率。     

适应不同轨迹数据场景的道路线形组合优化提取方法

车辆轨迹数据是当前城市导航路网地图动态更新的一种重要数据源,从杂乱无序的轨迹点或轨迹线中提取并拟合道路几何形态,进而生成结构化的道路矢量地图是基于轨迹数据进行道路网地图构建与更新的关键步骤。现有的道路中心线提取方法主要采用单一的线形拟合算法进行轨迹数据拟合,然而真实道路的几何形态复杂多样和车辆轨迹数据质量参差不齐,导致单一的道路线形拟合算法只能在某些特定的数据场景下适用,无法针对不同的数据场景自适应的拟合出理想的道路中心线。此外,相比于专业测量方式采集的高频轨迹数据,出租车等采集的低频轨迹数据存在轨迹点稀疏、噪声多、定位误差大等问题,这使得从低频轨迹数据中提取理想的道路中心线仍具有挑战,尤其是针对复杂的交叉口区域。为此,本文基于分治策略的思想,提出了一种适应不同轨迹数据场景的道路线形组合优化提取方法。该方法在轨迹数据预处理的基础上,根据轨迹数据的分布特点对数据进行场景分类;进而,针对不同的数据场景匹配最优的线形拟合算法,通过组合优化策略生成理想的道路中心线。本文方法融合不同拟合算法的互补优势,可以有效解决数据分布稀疏、道路结构复杂(如自相交立交桥)等不同数据场景下的道路线形拟合问题。采...     

基于扩展场强模型的稀疏AQI空间插值新算法

针对空气质量指数（AQI）监测点分布稀疏,现有空间插值算法精度不高问题,提出了新的扩展场强模型与算法。扩展场强单参数模型引入参数c控制场强衰减程度,通过c与误差关系图并借助二分查找法计算最优c值。扩展场强双参数模型加入参数k调整场强影响范围,通过c、k与误差关系图并借助迭代双线性插值法求解最优c、k组合。以北京、天津、武汉、郑州四个城市2014-08~2015-04的50组AQI监测值为实验数据,采用交叉验证法并以RMSE、AME、PAEE为评价指标,实现了单参与双参模型及参数选取,然后与克里金法及类似的反距离加权法进行对比。实验证明,扩展场强模型能够得到针对稀疏AQI的更高插值精度,且双参数模型精度高于单参数模型。本文算法适用于采样点数目与位置均固定的稀疏数据插值,并可推广至其他类型与维度的空间数据。     

北京出租车GPS轨迹数据地图匹配算法研究

由于车辆位置数据匹配到电子地图时,会出现车辆轨迹偏离实际道路的情况,为了提高出租车GPS轨迹数据匹配到地图的准确率,提出一种出租车地图匹配算法:基于GPS定位精度的距离范围和车辆行驶方向与道路方向的夹角区间确定候选路段,依据车辆的速度确定方向权重,计算距离和方向的综合权重值进行轨迹点匹配,通过最短路径算法进行行驶轨迹的选择,并采用北京市西二环周围100辆出租车24860条GPS数据进行实验验证。实验表明该匹配算法的匹配正确率可达到96.72%。其具有地图匹配的准确性。     

一种基于激光测距仪的扫描匹配方法

扫描匹配是移动机器人定位和环境构图的关键问题之一,通过计算使相邻扫描重叠度最大的最优变换,从而估算相邻时刻的运动量。ICP算法是目前应用最广泛的扫描匹配算法,针对其对离群扫描点和稀疏扫描点敏感的问题,文中提出一种基于连通格序列的方法对扫描数据进行预处理,从而为扫描匹配提供较为理想的输入条件。此外,针对对应关系中一对多和对应距离极端大的问题,文中通过建立唯一对应,并基于四分位数法计算对应距离的上截断点进行剔除,从而避免建立一对多对应,并减少距离极端大的对应。实验结果表明,文中方法能够剔除扫描中的离群点与稀疏点,并改善ICP算法在实际应用中的扫描匹配表现。     

平行轮廓线自适应插值的三维表面重构算法

针对稀疏点轮廓线在三维表面重构中存在的不够光滑、匹配易出错和难以交互等问题,提出了基于轮廓线插值的三维表面重构方法,并通过实验进行验证。文章分析了三维表面重构的形式化表达方法和准则,提出了基于虚跨距解决稀疏点轮廓线三维重构的基本思想;基于同步前进算法和虚跨距,设计了自适应等比例插值的同步前进三角面镶嵌算法;针对轮廓线插值违背三角表面重构拓扑准则的规律进行了分析,提出了相应的修正算法,保证了三角网的拓扑一致性。试验结果表明:本算法所构建的三角网表面更为光滑,各个三角面的大小更为均匀,具有更好的鲁棒性和交互性,对稀疏和稠密坐标点的轮廓线均能构建出更为理想的三维表面模型。     

基于双目深度筛选的ORB-SLAM3算法

针对ORB-SLAM3算法中特征点存在易丢失、精度低,进而导致双目在复杂场景下运动轨迹误差大的问题,本文设计了一种改进的ORB-SLAM3算法。首先,在ORB特征匹配算法中引入自适应角点检测技术,增加特征点的采集数量,并采用光流法跟踪图像特征,提高关键帧的创建成功率;其次,以特征点为中心,作区域搜索,提高实时性;然后,采用双向左右一致性检验筛选最优视差,应用Prosac算法去除误匹配点对;最后,结合深度信息对关键帧进行筛选,提高关键帧的质量,优化相机位姿。采用KITTI和EuRoc数据集进行了试验,验证了改进算法在绝对轨迹误差上具有良好的优化效果。     

群组相似轨迹的特征点映射数据压缩方法

针对车载定位设备的普及产生大量车辆轨迹数据的管理问题,该文提出了一种群组相似轨迹的数据压缩算法。该算法提取每条轨迹的特征点,再将这些特征点进行融合以形成初始参考轨迹。通过定义和求解最优压缩比目标函数,初始参考轨迹被进一步过滤为优化参考轨迹。获得待压缩轨迹的关键特征点与优化参考轨迹的公共特征点之间的映射关系,利用特征点映射关系对每个轨迹进行压缩,将所提出的群组相似轨迹压缩算法与两种代表性算法进行了比较。实验结果证明,本文算法在压缩比方面优于这两种代表性算法,并且在压缩时间上也具有竞争性。该算法的特点在于利用特征点之间的相互映射关系,能够实现对群相似轨迹数据进行统一压缩。     

一种采用图像特征匹配技术的RGB-D SLAM算法

针对复杂环境下运动机器人自主运行的任务要求,提出了一种采用图像特征匹配技术的视觉SlAM算法。相比于传统滤波器方法在机器人长时间运动过程中产生的误差积累,采用了基于图优化的SlAM方法,本文算法分为两个部分：前端和后端。前端负责处理图像数据提取机器人位姿几何关系,首先提取彩色RGB图像的特征点,创建特征点的高维特征描述子,建立特征点的位置对应关系;后端负责表达各时刻机器人的位姿并最大化地消除轨迹漂移问题,根据前端处理所产生的信息,构建一个代表机器人几何位置关系及其不确定性的关系图,通过对图的优化将测量轨迹最大化地逼近真实轨迹,最后生成稀疏点云地图和高精度的机器人运行轨迹。试验表明本文所提出的方法实用性强,具有较高的鲁棒性。     

顾及轨迹压缩的车辆路径查询算法

基于位置服务技术的迅猛发展,产生了巨量车辆轨迹数据。为了有效压缩并查询大规模车辆轨迹数据,本文提出一种面向压缩车辆轨迹的路径空间查询算法。本文算法基于Stroke道路层次结构压缩轨迹空间数据,提取关键变速点压缩轨迹时间数据,并构建了一种用于建立轨迹空间和时间数据之间联系的哈希编码,从而实现车辆轨迹的时空数据集成压缩。利用后缀数组对车辆轨迹的基于Stroke路段的压缩编码构建空间索引结构,再以此为基础,设计了车辆轨迹所对应路径的点信息查询算法、相同子路径查询算法和相似路径查询算法。试验结果表明,针对原始轨迹点空间数据,本文的压缩编码方法压缩比可以达到97∶1,与常规的基于路段编码方式相比,本文压缩编码在车辆轨迹的点信息路径查询方面,查询效率可以提升约2倍;在车辆轨迹的相同子路径查询方面,查询效率可以提升约8倍;在车辆轨迹的相似路径查询方面,查询耗时增长率减少了50%。本文算法对于大规模车辆轨迹的数据管理具有十分重要的基础性作用。     

空间尺度上推转换对影像信息的影响分析

针对尺度上推转换在不同空间分辨率遥感影像的应用结果中所产生的光谱扭曲和失真现象未受到普遍重视这一现象。以福建省河田盆地马尾松林样区为研究对象,采用同时相的1～16m卫星多尺度观测影像,基于最邻近法、双线性内插法、三次卷积内插法以及像元聚合法4种方法,将原始影像转换生成一系列低分辨率影像,并分别与同尺度真实卫星影像的光谱反射率、植被指数、光谱空间结构和影像产品数值进行对比分析,以定量评估升尺度转换对影像光谱信息的影响。结果表明:伴随升尺度倍数的增加,升尺度转换影像的光谱均值、NDVI以及变化趋势与真实观测尺度影像相比呈显著差异;经不同倍数尺度上推后的影像空间信息量和清晰度逐渐下降,其幅度明显低于真实影像的变化结果。建议通过构建经验统计方程对不同传感器数据进行光谱转换,以充分利用多尺度遥感观测优势并保证结果的准确性。     

复杂地理背景下耕地分布监测与形成机理研究

针对复杂地理条件下,遥感影像中地物纹理复杂、光谱多样,耕地难以提取的问题,该文提出了一种基于动态时间弯曲算法的耕地提取方法。采取动态时间弯曲法计算NDVI时间序列的相似性,将耕地与林地、草地等其他有相似物候特征的地物区分开来,并解决不同作物的时间序列曲线的弯曲和平移问题。实验表明,此方法提高了耕地提取的精度,长株潭城市群2013年耕地信息提取的正确率达82.08%,完整率达81.63%。使用景观格局指数定量计算耕地空间分异信息,以经济社会数据作为潜在驱动因子,使用冗余分析方法对驱动因子进行约束性排序分析,结果表明人口因素、经济因素、农业因素是影响长株潭地区耕地分布的主要驱动因素。     

陕甘宁蒙粮食生产与耕地资源安全分析

针对粮食生产与耕地资源的变化规律对区域粮食安全等问题,该文采用变异系数法、修正后的耕地压力指数及GM(1,1)模型,对陕甘宁蒙能源富集区粮食生产与耕地资源的变化情况进行分析与预测。研究结果表明,陕甘宁蒙粮食产量不断提高,耕地压力呈现减小趋势,区域粮食安全问题得到一定缓解,并可通过提高粮食单产、控制人口增长、提高农作物复种指数及粮食播种面积占总播种面积的比重进一步保障区域粮食安全。     

基于多层次特征的江苏省陆路交通地理国情监测

江苏省陆路交通发达但地区差异明显。本文围绕江苏省陆路交通地理国情监测实践,通过分析陆路交通的空间特征、功能特征、社会经济影响效应等特征,构建了基于多层次特征的江苏省陆路交通全景式监测指标体系。依托多源时空信息和互联网大数据,研究了支撑陆路交通各特征指标监测的系列关键技术,形成了江苏省陆路交通地理国情监测技术路线。     

区域资源环境承载力评价信息平台设计与实现

结合资源环境承载力综合评价技术与方法,设计开发了资源环境承载力评价信息平台。本平台主要实现了资源环境承载力基础数据管理、导入和导出、资源环境承载力评价8大类指标的计算及等级评价、评价结果展示等功能,最终实现资源与环境的科学管理和合理应用,为我国区域协调、生态安全、资源保证能力、重大设施建设、国土开发利用、国土资源规划提供信息服务。同时,也为资源环境承载力综合评价的研究工作提供技术支撑。     

一种城市通行空间内混合路径分析模型研究

提出一种基于WebGIS的城市通行空间内混合路径分析服务的模型,集成矢量数据、栅格数据和位置兴趣点等不同类型数据,结合网络路径分析和栅格路径计算,能够面向用户提供城市通行空间下完整路径服务。应用JavaScriptWeb技术和百度地图开放平台,在Web环境下实现混合路径分析与服务功能,验证模型的可行性。结果表明,相比于电子地图应用,混合路径分析能完整覆盖城市空间下通行过程,为提升城市路径分析服务质量提供有效地解决方案。     

基于长时间序列Landsat影像的嘎龙错冰湖变化特征分析及溃决风险评估

冰湖溃决灾害是我国青藏高原地区最严重的自然灾害之一。作为聂拉木县最大的冰川终碛湖,嘎龙错冰湖溃决风险直接威胁着下游居民的生产生活。利用1991—2011年Landsat-5/TM、2012年Landsat-7/ETM+、2013—2017年Landsat-8/OLI近27年的遥感影像、降水量和气温资料对嘎龙错冰湖变化特征进行了研究,对其溃决风险作出评估。结果表明:嘎龙错冰湖明显扩张,面积呈现显著增长趋势,由1991年的2.209 4 km^2增长到2017年的5.465 7 km^2,增幅为147.38%;同时,发现聂拉木气象站年平均气温和年降水量在波动中上升,其中气温上升较为显著,气温和降水量的增加对冰湖扩张有重要影响,特别是气温上升导致的冰川融水增多是造成冰湖面积增加的重要原因。嘎龙错冰湖在遇到冰崩或者冰湖面积持续扩张情况下,湖水会瞬间大规模外泄,形成山洪、泥石流灾害,给下游造成严重的人员伤亡和财产损失。     

基于地理国情的重点开发区监测评价研究

为开展常态化主体功能区监测,动态地掌握主体功能区的运行态势,优化国土空间开发格局,本研究依托地理国情普查数据和社会经济统计数据,结合江苏省情,针对江苏省重点开发区的功能定位,构建了包括4个指标组和14个指标项的监测评价体系框架,并以这套评价体系为基础获取了重点开发区2015年的本底数据,为监测主体功能区规划落实前后的差异提供了数据支撑。     

圆形建(构)筑物圆心坐标解算平差模型分析

在利用圆形建(构)筑物圆周点位坐标解算圆心坐标的过程中,需建立平差模型以消除观测误差对解算结果的影响。首先根据三点法直接计算圆心点位坐标,随后利用特殊参数法和极坐标法建立间接平差模型以消除观测误差影响。为确定模型的可靠性,采用模拟实验验证三种算法的精度,结果表明:特殊参数法解算精度最高,且受参数初始值影响较小,体现出良好的鲁棒性,最后将特殊参数法应用于实际工程测量中,以验证算法实用性。     

顾及系统间偏差的BDS/GPS单钟差定位法

在多系统定位中,因接收机硬件延迟难以与钟差分离,导致传统方法需要对每个系统考虑一个接收机钟差项,使得在遮挡环境下存在因卫星少参数多,导致定位结果不可靠的问题。针对这一不足,研究一种顾及系统间偏差的BDS/GPS双系统单钟差定位算法。在卫星数足够时利用传统方法估计系统间偏差参数,当卫星数过少时,将已获得的参数作为已知量,从而只估计一个钟差参数。采用Trimble NetR9与UBLOX M8T两种接收机数据对算法进行验证,以提高截止高度角的方式模拟遮挡环境。实验结果表明,相较于传统方法,当卫星数过少时,Trimble NetR9平面和高程分别提高118.8%(1.374 m)与41.3%(1.434 m),UBLOX M8T平面和高程分别提高9.5%(0.654 m)与242.9%(10.165 m),可更好地应用于导航领域。