3D Zernike矩在三维地形匹配中应用

本文介绍了三维地形匹配工作原理,提出3DZernike矩在三维地形匹配中应用算法。该方法利用三维地形曲面与其3DZernike矩具有一一对应关系,计算实时恢复得到的三维地形与基准图中参考三维地形的3DZernike矩,比较这两个3DZernike矩之间欧式距离,并以欧式距离最小为最佳匹配原则实现三维地形的精确匹配。该方法充分利用3DZernike矩的性质,将三维地形匹配转换成3DZernike矩匹配。该算法对匹配地形无特殊要求,抗噪声能力强,能实现三维地形的精确匹配。     

潜航器高度和载体姿态测量误差对地形匹配定位的影响研究

围绕潜航器距海底高度及其姿态测量误差对地形匹配定位的影响展开研究。首先,利用改进的步长迭代法和双三次内插法,实现水下声线的定位仿真;随后采用蒙特·卡洛模拟方法定量分析高度、姿态角测量误差对地形匹配定位精度的影响,进而构建数学函数模型用于描述姿态角、高度与匹配定位精度的关系。最后通过实验,验证该方法的有效性。结果表明,文中建立的模型预测地形匹配误差,可靠性为81.33%,并且其模型计算的定位误差限差的适用性为98%。     

基于极大似然估计采样一致性准则的遥感影像配准参数解算方法研究

本文提出运用最大似然采样一致性准则解算遥感影像配准系数的方法。该方法基于极大似然估计理论,首先对初始匹配点的坐标残差进行概率建模,计算概率模型成立时的似然函数值并选择似然函数值最大时的参数为正确结果,最终剔除错误点保留正确匹配点。该方法较之传统的最小二乘方法更为准确地计算配准系数,并可以解决随机采样一致性准则解算配准参数时,对阈值的依赖问题。试验证明,该方法可提高配准参数解算的稳健性和精度。     

考虑自然邻点影响域的多波束测深数据趋势面滤波改进算法

针对传统趋势面滤波法在多波束测深数据粗差探测方面存在曲面拟合函数不确定、滤波不彻底以及部分水深点被不合理剔除的问题,通过引入散乱水深点局部最小范围——自然邻点影响域的概念,提出一种基于自然邻点影响域的多波束测深数据趋势面滤波改进算法。首先,通过对自然邻点影响域内的局部曲面进行分析,构造了影响域内特定局部坐标系下的统一曲面拟合函数;然后,利用该统一曲面拟合函数按照所提传递式迭代趋势面滤波法进行顺次迭代,逐步滤除影响正常水深点判定的粗差数据;最后,根据突变地形边界点在其相邻邻域地形内连续性不一致的特性,建立了面向突变地形边界点的判断准则。试验结果表明：该改进算法可适应不同复杂程度的海底地形,有效剔除多波束水深数据中的粗差点,同时对实际海底地形中的正常水深点和各种特殊水深点进行保留,显著提高了海底地形表达的精度。     

一种基于M估计的水下地形抗差匹配算法

目的 为削弱观测数据和背景地形模型中粗差对水下地形匹配导航精度和可靠性的影响,提出了一种基于M估计的水下地形抗差匹配算法,显著提高了水下地形匹配算法对粗差(异常值)的抵御能力,确保了稳健匹配导航解的获取。实验验证了该算法的有效性。     

GIS叠置图层方差分量的极大似然估计

针对GIS叠置中的同名点,以维希特分布密度为似然函数,提出了各图层方差分量的极大似然估计方法。该方法不依赖残差,不需要迭代就能估计未知参数和方差分量。     

基于模糊最大似然估计算法的遥感影像分割

针对模糊K-均值算法依赖于群集原型的初始估计和对于数据中所存在的子群数目做出假设的缺点,结合最大似然估计,提出了不依赖先验假设的模糊聚类法——基于模糊最大似然估计的遥感影像分割算法。该算法在模糊最大似然估计算法中用模糊协方差来计算后验概率,用后验概率矩阵代替隶属度矩阵来进行划分。先用模糊K-均值进行图像预处理,然后用模糊最大似然估计算法进行分割。此外,本文用性能指标参数——超体积指标FHV来评价最优的类别数目。本文通过对模拟影像和真实影像的实验,验证了该算法的有效性和准确性。     

最大似然估计的改进多基线InSAR解缠算法

多基线InSAR相位解缠算法能够突破相位欠采样及相位连续性假设的问题,可获得比单基线更为精确的解缠结果,但现有的多基线相位解缠算法存在噪声鲁棒性差或运行时间长的缺点。为提升精度减少运行时间,该文提出了结合最大似然估计算法与扩展卡尔曼滤波算法的多基线相位解缠算法。该算法首先对基于最大似然估计算法重建的预估地形高程进行误差点判断,之后利用扩展卡尔曼滤波的方法对误差点高程进行重建,获得最终估计的地形高程。为验证算法的适用性,采用模拟数据和实测数据进行实验处理,以归一化均方根误差和算法运行时间作为评价指标,将此算法与最长单基线最小费用流解缠算法、最大似然估计多基线解缠算法和最大后验估计多基线解缠算法进行比较,实验结果表明该方法精度较高、运行时间较短。     

一元非对称P范分布的极大似然平差

从测量误差的实际情况出发,提出一元非对称P范分布极大似然平差方法,建立该方法的数学模型,得到一元非对称P范分布的密度函数,利用极大似然估计方法推导参数估计值的基础方程.研究表明,结合实际测量数据,通过选择合适的参数估计值,可以增加误差分布模型选取的灵活性,便于P范分布理论在测绘数据处理中的推广应用.     

基于消声水池的多波束测深不确定度检测方法

目前国内多波束测深系统质量检验不够成熟,仪器质量和测量数据的可靠性和准确性都无法得到保证,为此,提出一种基于消声水池的多波束测深不确定度检测方法。通过建立基于消声水池的测深声呐检测硬件、软件平台,削弱了由于实验环境带来的各种误差及不确定度因素的影响,提高了检测的精度与可信度。对R2 Sonic2024型多波束测深仪进行几何指标检定实验和精度评定分析,精度较高的中央波束水深值总误差服从正态分布,计算其置信区间及落入置信区间的概率,剔除不符值,使其满足置信度为95%,并计算比对差均值。实验结果表明,该多波束测深不确定度检测方法切实可行,能比较客观地用于多波束测深不确定度检测。     

GPS高程拟合在既有轨道高程勘测中的应用研究

实时动态（RTK）技术的应用对于提高既有轨道勘测效率具有重要意义. 目前,针对传统水准测量效率低且由于高程误差,GPS-RTK尚不能替代传统水准测量手段的问题,提出了一种自动化二次曲面拟合模型,研究不同间隔控制点条件下的高程拟合精度. 为此,在试验现场分别获取同点位系列的内外轨RTK及水准测量高程数据,分析了基于RTK的轨面GPS高程测量数据应用可行性及处理方法. 结果表明,在引入一定控制点条件下,在500 m间隔内采用自动化二次曲面模型拟合后得到的GPS高程数据可较好地满足既有线勘测要求.      

一种基于CGCS2000框架的单椭球七参数转换法

针对RTK三维水深测量技术中GPS大地高需拟合成正(常)高的问题,该文在常规七参数转换法的基础上提出一种基于CGCS2000框架的单椭球七参数转换方法,有效弥补了二次曲面法在外推拟合GPS高程时精度衰减的不足。该文重点阐述了单椭球七参数转换法的构造原理、流程及其特点,最后通过椒江出海口水下地形测量项目实例证明:该文算法在拟合精度的内插方面不低于经典的二次曲面法;外推方面,在椒江口向东海外推超过20km时,仍能保证厘米级的拟合精度,且相比二次曲面法精度高出一个数量级。     

嫦娥三号导航相机测图能力分析及地形重建

基于立体相机成像模型并结合相机参数对嫦娥三号导航相机3维测图能力进行分析,利用摄影测量原理和误差传播定律对巡视器30 m范围内的DEM精度进行了理论分析,推导出导航相机立体影像获得的采样点精度公式,并绘制了DEM的平面精度图和高程精度图;同时使用多线程技术开发了基于导航相机立体影像的地形快速重建算法,利用多线程技术完成影像的特征匹配和密集匹配,并通过分块内插生成DEM。该技术应用于嫦娥三号任务中,有力地支持了嫦娥三号遥操作路径规划相关任务。     

GPS高程拟合方法的研究

本文在76个拥有GPS大地高和正常高的已知的公共点作为原始数据的基础上,采用二次曲面拟合法、二次曲面加权法、二次曲面多面函数法、二次曲面最小二乘法来建立研究区的似大地水准面,通过实例发现,二次曲面加权法、二次曲面多面函数法、二次曲面最小二乘配置法与二次曲面拟合法进行比较,外检验点中误差的精度得到提高,并且二次曲面拟合所得到的残差值比较大的点精度有明显的提高,同时改善了模型,证明这种组合方法在GPS水准拟合方面有效、可行。     

组合模型的GPS高程转换及精度分析

针对二次曲面模型在地形起伏较大区域用于GPS高程转换中存在较大的模型误差的问题,该文构建了二次曲面-RBF神经网络组合的GPS高程转换模型,组合模型中用二次曲面拟合高程异常中的中长波项,用RBF神经网络来泛化高程异常去除中长波后的残余项,并进行了二次曲面模型、RBF神经网络模型及二次曲面-RBF组合模型的实测数据GPS高程转换、比较分析与精度评定。实例结果表明:该组合模型比二次曲面模型的转换精度提高了22%,比RBF神经网络模型的转换精度提高了40%,该组合模型的转换方法可行、精度优于单一模型。     

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。     

Error assessment of grid‐based terrain shading algorithms for solar radiation modeling over complex terrain

In mountainous regions, solar radiation exhibits a strong spatial heterogeneity due to terrain shading effects. Terrain shading algorithms based on digital elevation models can be categorized into two types: area‐based and point‐specific. In this article, we evaluated two shading algorithms using designed mathematic surfaces. Theoretical shading effects over four Gauss synthetic surfaces were calculated and used to evaluate the terrain shading algorithms. We evaluated the area‐based terrain shading algorithm, Hillshade tool of ArcGIS, and the point‐specific shading algorithm from Solar Analyst (SA) in ArcGIS. Both algorithms showed shading overestimation, and Hillshade showed more accuracy with a mean absolute error (MAE) of 1.20%, as compared to the MAE of 1.66% of SA. The MAE of Hillshade increases exponentially as the spatial extent of the study area increases because the solar position for all locations on the surface is the same in Hillshade. Consequently, we suggest that the surface should be divided into more tiles in Hillshade when the discrepancy in the latitude of the whole surface is greater than 4°. Skyshed, which represents the horizon angle distribution in SA, is error‐prone over more complex terrain because horizon angle interpolation is problematic for such areas. We also propose a new terrain shading algorithm, with solar positions calculated using local latitude for each cell and the horizon angle calculated for every specific time interval, but without projections. The new model performs better than Hillshade and SA with an MAE of 0.55%.     

无/缺水下地形数据的高原堰塞湖水量遥感估算

水量遥感动态监测对于高原堰塞湖风险评估、预报预警和处置决策等具有重要意义。针对高原无资料或缺资料区,充分利用空天遥感技术,文章提出了一种无/缺水下地形数据的高原堰塞湖水量遥感定量估算方法。该方法首先通过遥感水域面积提取,获取堰塞湖淹没空间范围;进而采用不规则复杂多边形中线定位算法,确定堰塞湖中心线位置;然后基于河道中心特定点高程信息,结合局部河道比降估算,生成堰塞湖水下地形河道中线约束因子;再根据河道边坡高程信息和水下地形约束因子自适应拟合出局部堰塞河道的水下未知地形;最后通过三维曲面离散积分实现堰塞湖水量遥感动态定量估算。实验以东帕米尔高原的萨雷兹堰塞湖为研究区,展开遥感水量调查与局部验证研究,结果表明:萨雷兹堰塞湖当前水域面积约为89.09 km²,水量约为162.49亿m³;这一结果与专家预估的水资源量155—165亿m³基本吻合。经局部模拟实验精度对比验证,模拟结果与实际数据动态误差总体控制在10%以内,相关系数达到0.95(P<0.01,双尾),进一步证明了算法的鲁棒性和估算结果的可信度。为无/缺水下地形数据的高原堰塞湖水量遥感估算提供了一种有效的方法,实现了水下地形未知的高原堰塞湖水量遥感快速反演与定量测算。     

On the topographic bias in geoid determination by the external gravity field

The topographic bias is defined as the error/bias committed by continuing the external gravity field inside the topographic masses by a harmonic function. We study the topographic bias given by a digital terrain model defined by a spherical template, and we show that the topographic bias is given only by the potential of an inner-zone cap, and it equals the bias of the Bouguer shell, independent of the size of the cap. Then we study the effect on the real Earth by decomposing its topography into a template, and we show also in this case that the topographic bias is that of the Bouguer shell, independent of the shape of the terrain. Finally, we show that the topographic potential of the terrain at the geoid can be determined to any precision by a Taylor expansion outside the Earth’s surface. The last statement is demonstrated by a Taylor expansion to fourth order.     

基于卫星遥感影像的1∶5000地形图修测探讨

地形图体现测量时的地形地貌,随着城市建设和自然风蚀的影响,其逐渐与实地现状不一致,故实施地形图修测很有必要。本文基于卫星遥感影像的地形图修测方法进行了具体试验,提出了具体思路和作业流程,对地形图快速修测方法进行了有益探索。