线状特征约束下基于四元数描述的LiDAR点云配准方法

针对经典的基于同名点状特征匹配的LiDAR点云配准算法存在计算量大,点状特征提取精度低,以及基于七参数转换模型的LiDAR点云配准算法中方程线性化过程对配准精度影响较大的特点,提出了以线状特征作为LiDAR点云配准的基元,利用四元数法来表达旋转矩阵,进而形成线状特征约束下基于四元数描述的LiDAR点云配准方法,给出了线状特征约束下三维相似变换的相似性测度表达方法,推导并论证了以线状特征作为配准基元时同名线状特征需要满足的条件。根据四元数与旋转变换矩阵之间的对应关系,求解了基于四元数法的旋转矩阵,并根据旋转矩阵求解了平移及缩放系数。     

四维整体大地测量的有限单元法

本文以有限单元法为基础，将四维整体大地测量模型与固体力学方程求解构造应力场结合起来，在四维整体大地测量方程中加入了由地壳构造运动产生的地面点重力变化的观测方程，其中包含测点的位移参数，边界结点上待求以数利用有限单元法在四维整体大地测量平差过程中推估，采用统一的插值函数。     

矢量GIS平面线状实体误差模型概率特征

从概率论的角度看,矢量GIS平面线状实体落入其相应误差模型内的概率值是决定线状实体误差模型规模的依据。根据等概率密度误差模型建模机理、概率论与数理统计以及数值分析,文献[1]、[3]、[4]研究了矢量GIS平面线状实体落入其相应等概率密度误差模型内的概率算法,在此基础上,文中对概率特征进行了总结和分析,得出了"线状实体落入其相应等概率密度误差模型内的概率不仅与线状实体上点位精度最低的特征点"标准误差椭圆缩放系数"有关,而且还随特征点精度的变化而变化"的结论。实例计算与分析验证了该结论的正确性。     

基于QTM的线状图形自动化简算法探讨

全球网格是由形成地球表面剖分的一系列区域所组成,八面体四分三角网(QTM)是其中一种具有层次性的网格。本文依据数据点在规则网格中的分布规律,提出了一种在QTM数据结构支持下的线状图形化简算法。该算法以经过每级QTM网格的数据点的平均值为标准,能自动地对比较平缓的线段进行较粗选点,而对相对复杂的线段进行较密选点。本文以及Dutton算法都能克服DouglasPeucker算法中难以客观和合理确定阈值的困难,但是本算法比Dutton算法简单,且具有更高的化简率,能更好地保留了线状图形的弯曲特征。     

一种线状要素三维建模的点符号化方法

本文通过对现有的点、线要素三维建模机制进行分析,提出了线状要素三维建模的点符号化方法:首先对线要素离散化,将线要素组成单元的三维模型用作点符号对离散点进行符号化处理,通过调整每个点符号的大小及旋转角度,实现所有模型的拼接。实验证明,该方法能在一定程度上实现线状要素的精细三维建模,为三维GIS中线要素的快速低成本精细三维建模提供了一种可行的途径。     

三维后方交会

后方交会一般都是二维的，即根据三个已知点的坐标，观测两个水平角，求算第四点坐标，或根据两个已知点的坐标，在待定点上观测一水平角和一方位角的方法求算其坐标。本文描述了仅观测一水平角和待定点到丙已知点垂直角求算待定点三维价值的几何图形和计算方法，提出了迭代和直接两种解法。     

直线特征约束下利用Plücker坐标描述的LiDAR点云无初值配准方法

经典的基于点状特征匹配的地面激光雷达（light detection and ranging,LiDAR）点云配准算法实现过程中,点状特征的提取精度对算法运行结果的影响通常较大;基于迭代运算的LiDAR点云配准算法计算量大,对未知参数的初值依赖程度较高,在求解大转角刚体变换参数时算法不稳定。对此,提出了一种线状特征约束下基于Plücker直线坐标描述的LiDAR点云配准算法。立足于经典的向量代数与对偶四元数的相关理论与方法,分析并确定了Plücker直线坐标与对偶四元数之间的相互转换关系以及模型描述方法;以LiDAR点云配准前后同名线状特征的Plücker直线坐标相等为约束条件,构建了线状特征约束下基于Plücker直线坐标描述的刚体变换模型;立足于最小二乘基本准则,通过目标函数的极值化分析实现了线状特征约束下地面LiDAR点云配准参数的直接求解。实验结果表明,所构建的基于Plücker直线坐标描述的地面LiDAR点云配准模型,无需事先确定变换参数的初值,避免了多元函数的线性化过程,解除了参数结果对于迭代初值的依赖,理论上克服了迭代法在求解大转角相似变换参数时的算法不稳定问题。此外,较之单纯基于点状特征匹配的LiDAR点云配准算法,该算法可以有效地增强LiDAR点云配准过程的约束,达到提高配准质量的目的。     

利用孪生多层感知机进行线状要素几何相似性判别

针对传统的几何相似性判别方法依赖于人工特征的定义和选取,且难以确定合适阈值的问题,提出一种基于孪生多层感知机的线状要素几何相似性判别方法。该方法将线状要素的几何数据转换为二值图像,利用孪生网络和多层感知机提取线状要素的低维模糊性特征;并通过距离函数计算特征差异,判别线状要素的几何相似性。实验表明,该方法在线状要素几何相似性判别中具有良好的效果,同时具有快速迁移学习的能力;并随样本库的扩充和神经网络模型的优化还有进一步改进的空间。     

四维整体大地测量模型中的重力向量观测方程

本文论述了四维整体大地测量的基本概念。根据Hein和Grafarend等人的基本思想,推导了四维整体大地测量模型中的重力向量观测方程。其中顾及了地球固体潮和地壳形变所引起的观测量的时间相依变量。     

一种利用模拟退火思想的线状要素Morphing方法

提出一种基于模拟退火思想的线状要素Morphing方法,针对同名线状要素在大小比例尺下的两种表达,首先利用约束Delaunay三角网提取小比例尺地图上线状要素的弯曲特征点,然后采用模拟退火技术在特征点与大比例尺线状数据顶点之间建立全局最优匹配,匹配结果将两线状要素分割成多对对应线段,最后针对每一对对应线段采用常规线性插值方法进行Morphing插值。模拟算例和实际数据实验证明,该方法较好地顾及了线状要素尺度变换过程中的弯曲化简、删除、夸大、典型化等综合操作,变换结果能有效地保持原线状要素的结构特征,提高了Morphing变换的精度。     

基于神经网络坐标差学习的GPS坐标转换

提出基于神经网络坐标差学习的GPS坐标转换新方法,基于该方法利用某区域的GPS控制网观测数据将GPS点的WGS-84坐标转换为1980西安坐标,利用二维约束平差得到的GPS网点1980西安坐标系坐标作为比较数据,与传统的七参数模型和四参数模型方法的转换坐标和二维约束平差坐标进行比较。结果表明,利用神经网络方法进行坐标转换完全可行,传统方法和神经网络方法转换的坐标精度基本相当,神经网络方法略优且精度较均匀。神经网络方法可以得到统计精度优于±0.025 m的平面控制结果,能满足工程应用的需要。     

线状地质对象分数维计算与特征分析——以"西安典型地裂缝"、"渭河西安段"及"长安-临潼断裂西安段"为例

本文应用分数维实用计算模型,通过线状地质对象"西安典型地裂缝"、"渭河西安段"及"长安—临潼断裂西安段"分数维计算及其特征分析,得出上述三类线状地质对象分数维一般特征及规律,既为其空间分布几何特征描述提供量化参考指标,也为地裂缝成因机理深入探索提供空间线索。     

ICESat-2机载试验点云滤波及植被高度反演

新一代星载激光雷达卫星ICESat-2将采用多波束微脉冲光子计数技术,并进行高程剖面式的对地观测。由于该点云数据具有背景噪声大、密度低并呈线状分布等特点,传统的点云滤波算法并不适用,研究新的点云滤波算法十分必要。本文以ICESat-2的机载模拟器MABEL数据为例,首先介绍了微脉冲光子计数激光雷达的基本原理和数据特点,并针对高程剖面点云提出基于局部距离统计和最小二乘局部曲线拟合的点云滤波算法;然后,对美国加利福尼亚州Sierras-Forest地区MABEL试验中532 nm通道的光子点云进行滤波处理,并利用识别的地面点插值得到3 m分辨率的线状DEM,进而估算了该区域美国云杉的平均树高;最后,对该滤波算法进行精度评价,并分析了误差来源及其对DEM精度和树高反演精度的影响。结果表明:(1)该算法整体精度达97.6%,能有效剔除绝大部分噪声点且对地形起伏具有较强的自适应能力;(2)误分噪声点影响了滤波过程中局部地形的拟合,而滤波过程中的分类误差将降低DEM和树高反演的精度。     

曲线弯曲深度层次结构的二叉树表达

地图综合要顾及目标的几何特征、语义特征和拓扑特征，其中地理意义是控制综合算子系统、参量调整的决定性因素。就线状要素而言，单从角度、距离、矢高等几何特征出发设计的曲线化简算法只能算作对曲线坐标串的几何压缩，不是真正意义上的地图综合。由于曲线的弯曲特征在表达线状地物地理特征上具有重要意义，对弯曲特征的识别、结构描述及操作分析成为目前线要素制图综合的研究热点。本文基于约束Delaunay三角网模型提出一种方法描述曲线弯曲特征在深度上的层次结构，对曲线上的矢量点构建三角网，在三角网覆盖区域里，由外向内进行三角形的“剥皮”操作，根据“剥皮”操作，根据“剥皮”进行过程中遇到的特征三角形构建二叉树，实现大弯曲套小弯曲层次结构的表达。该方法基于Gestalt对称性、连续性原则、对二叉树结点进行考察，可提取认知意义上的真正弯曲。本文同时给出了弯曲特征二叉树在多边形（闭合曲线）综合化简中的算法设计及实验结果。     

两点后方交会的直接解法

本文介绍了用两点后交会推求待定点坐标的直接解法及其应用。该法可直接利用两待定点上的四个观测角值代入公式来推算两待定点的坐标。本文给出了一个供可编程计算器Ｃａｓｉｏｆｘ－３８００Ｐ的通用计算程序，该法公式简单易记，可同时求出两待定点的坐标。     

一种频域高分辨率遥感图像线状特征检测方法

高分辨遥感图像中线状特征等的自动识别与提取是进行遥感图像分析与理解等高层次图像工程的前提和基础,但由于高分辨率遥感图像中细节信息异常丰富,这给特征的提取带来很大干扰。本文引入了一种基于方向和频率特征的遥感图像频域线状特征检测方法,该方法首先通过傅氏变换将图像变换到频率域,在详细分析线状特征和谱线的关系,线状特征和图像频率之间关系的基础上,基于分析得到的方向和频率的参数构造Gabor滤波器进行图像线状特征的提取。并以Quick bird高分辨率遥感图像进行相关提取实验,实验结果表明该方法较好地提取了图像的线状特征,为基于具体频谱分析的高分辨率遥感图像特征的精确提取提供了新思路和方法上的借鉴。     

一种基于序列影像匹配的独立树冠可视化方法

介绍采用非量测相机与序列影像匹配实现独立树冠3维重建的方法。主要包括从影像提取特征点：使用多基线影像与金字塔分层相关技术进行特征点匹配;解算影像的相对方位参数;由前方交会求出各特征点的模型坐标;由模型坐标构造树冠表面三角网;由纹理映射得到树冠3维模型景观图,实现树木可视化的真3维表达。     

矿区地形图测绘中RTK技术的应用

RTK技术能够实时地提供测站点在指定坐标系中的3维定位成果，并达到厘米级精度，在测量中缩短了外业观测时间，提高了外业生产效率。介绍RTK技术在矿区地形图测量中应用的情况，得出了一些有益的结论。     

四维整体大地测量实用模型及观测方程

顾及时空几何及物理效应的四维整体大地测量,给大地测量提出了许多新的研究课题,同时也为大地测量开辟了新的应用前景。本文从实用观点出发,建立了四维整体大地测量实用模型,并给出了地面观测值的观测方程。在所有观测方程中,都以点位速率和重力位速率为未知数,以便减少观测值的历元归算;而且随着观测历元的增加,速率参数的精度将不断提高。     

基于小波分析的线状特征数据无级表达

利用小波分析提出了线状特征空间数据的多尺度一致性无级表达模型，研究了基于该模型获取整数尺度上的地理信息，以及通过增量、连续地增补细节来获取分数尺度上的过渡地理信息，从而获取任意尺度上不同详细程度的地理信息的方法，动态地实现了线状特征空间数据的无级表达，并给出了实验结果。