双状态机的自适应步态检测算法

针对步态检测算法无法适应于不同的运动状态、不同传感器姿态问题,该文提出基于双状态机的自适应步态检测算法,该方法在原算法基础上利用最大整体加速度阈值对状态机进行状态分割,并利用时间阈值和整体加速度阈值对状态机进行二次判断。通过四类步态检测算法的比较实验,常规峰值检测算法、状态机步态检测算法在行人行走状态下步态检测精度均优于99%,而在行人跑步状态和行走+跑步状态的步态检测精度仅为60%和70%,无法适应行人的不同运动状态;本文算法在不同行人运动状态、不同传感器姿态下均具有较强的适应性和可靠的步态检测正确率。     

基于加速度量测幅值零速检测的计步算法研究

准确的步数统计是进行人员航位推算的关键,通过分析行人运动模型及步行姿态,设计了一种基于零速检测的加速度量测幅值计步算法,实现了载体坐标系和行人地理坐标系的转换,剔除了伪零速现象,在室内模拟环境下采用低成本的微机电机械系统（micro electro mechanical system,MEMS）惯性测量元件对人员行走进行检测,实现了行人运动姿态的有效识别和步数的精确统计。实验结果表明,该计步方法准确性高,对不同的运动环境（走廊、拐角和楼梯）具有良好的适应性,计步正确率均达到98%以上,并且所用的测量元件功耗低,便于携带,适合室内复杂环境。     

步态特征提取的K均值聚类自适应判别

针对微惯性零速修正算法中步态特征的准确提取,以及步态特征的无规律性成为制约行人导航系统中步态信息提取与辨识的问题,该文提出一种基于K均值聚类自适应的行人步态特征辨别方法。分析行人步态规律并通过设定角速率阈值法对步态特征进行初判后,采用K均值聚类自适应算法设定时间阈值并将误判的步态进行纠正。为验证该算法的普适性,分别针对不同测试个体和同一个体5组不同行走速度条件下的步态特征判别实验,结果表明,本文提出的步态自适应判别方法对不同个体具有良好的适应性;为进一步验证K均值自适应步态判别算法对人员位置解算的准确性,分别开展圆形及400m跑道闭合行走实验,对比不同行走路径对应的位置误差可看出,解算位置误差虽然随行走距离增大而增加,但其相对误差均不超过2%。     

面向智能手机的改进有限状态机步态探测算法

针对室内定位行人航位推算中步态探测算法步数识别准确率不高、同步控制不精确及位置估计偏差较大等问题,提出了一种面向智能手机平端活动的改进有限状态机步态探测算法。通过设定有限状态对应步行过程合加速度变化趋势,利用相邻合加速度差值和上/下坡次数阈值实现步数识别和步态周期估计。在211 m走廊内由2名实验人员分别平端智能手机开展实验,结果表明,改进算法的步数识别准确率为100%,每一步的平均识别时间提前了0.004 s,平均位置误差为0.384 m,相比于自相关分析和加速度差分有限状态机算法,识别准确率、同步控制精度和位置估计精度分别至少提高了0.7%、60%和21.15%。改进算法在步数识别、同步控制及位置估计方面优于现有算法。     

三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用

正地面激光扫描仪是一个由多个部件组成的复合系统,包括地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源及附属设备,通过非接触式高速激光测量方式获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据。地面三维激光扫描测量系统对物体进行扫描后,采集到的物体表面各部分的空间位置信息是以扫描坐标系为基准的。扫描坐标系定义为:坐标原点位于激光束发射处,扫描仪的理论竖直轴水平时的天顶方向为Z轴,扫描仪水平转动轴的零方向为     

相机与激光跟踪仪相对位姿标定方法的研究

在空间目标的六自由度精密测量中,激光跟踪仪测量技术与视觉测量技术的联合应用越来越多,为解决相机坐标系与激光跟踪仪位姿模型的标定问题,研究一种利用罗德里格矩阵标定相机坐标系与激光跟踪仪坐标系相对位姿的方法。首先,分别用激光跟踪仪与相机测量出公共靶点坐标和拍摄含有靶点的照片,再用标志中心提取算法和单张相片空间后方交会算法解算出靶点在相机坐标系下坐标,最后利用罗德里格矩阵进行坐标系转换,即可标定出相对位姿。实验结果表明:标定模型X轴平均误差和均方根误差分别为0.005 7mm和0.006 2mm;Y轴平均误差和均方根误差分别为0.003 2mm和0.003 5mm;模型的标定精度和稳定可靠程度基本满足测量需要。     

不同型号卫星的光压模型参数的拟合

随着GPS卫星型号的不断更新,目前共存在8种型号的卫星。每一种型号卫星的材质不尽相同,关于卫星的光压模型也略微不同。探究了不同型号卫星在body-fixed坐标系下光压加速度分量关于B角的约函数模型;利用IGS提供的精密星历,通过动力学轨道平滑过程来拟合8 d的数据,生成在solar-oriented坐标系下的加速度;把加速度在solar-oriented坐标系D-Y-B轴的分量转换到在body-fixed坐标系X-Y-Z轴分量;利用最小二乘法则拟合关于B角的约函数模型,建立关于B角的不同型号卫星的傅里叶光压模型,并进行轨道的外推。通过分析轨道外推的精度,验证GPS不同型号卫星光压模型拟合的精准性,为以后北斗卫星的光压建模提供理论依据。     

航天器姿态算法在地面天文定位中的应用研究

针对天顶仪地面天文定位算法需要反复差值,计算繁琐的问题,文章将航天器姿态算法应用到天顶仪定位中来,详细研究了3种姿态算法,并为利用姿态算法实现定位给出了从姿态信息计算天顶仪光轴指向的新方法:建立了姿态算法的定位误差模型,结合过蒙特卡洛仿真,研究了姿态算法的定位精度并与原算法进行了比较;最后通过实际观测实验,实际分析了姿态算法和原算法在实验系统中的实际定位精度。结果表明:各姿态算法均能应用于天顶仪定位中,且精度高于原定位算法。     

大范围区域内地心坐标系与参心坐标系的格网转换方法

提出一种大范围区域内地心坐标系与参心坐标系的转换方法,重点研究了该方法的构建模型和算法,计算了基于最小曲率、克里金插值和多元回归三种格网构建模型以及不同格网划分密度下的坐标转换精度。通过与经典坐标转换模型对比分析,实验证明该方法坐标转换精度高,残差分布范围小,能够拟合局部变形,适用于我国复杂地理环境下的大范围区域内地心坐标系与参心坐标系之间的坐标转换。     

GPS天顶对流层延迟计算方法研究

对流层延迟是影响卫星定位的主要误差源之一,如何建立更适合某个地区的区域对流层延迟改正模型,成为当今的一个热门研究课题。从目前广泛应用的全球对流层延迟模型入手,借助GAMIT高精度GPS数据处理软件,分析和总结天顶干、湿延迟规律和影响天顶干、湿延迟的主要因素,探寻并构建区域天顶对流层干延迟ZHD模型。     

估计大气延迟参数的中长基线卡尔曼滤波算法

为了削弱中长基线差分后大气延迟残留误差对实时动态模糊度固定和定位精度的影响,该文提出了一种估计大气延迟参数的卡尔曼滤波算法,采用相对对流层天顶延迟和相对电离层天顶延迟作为残留大气延迟误差参数,与坐标向量和模糊度向量参数一起进行卡尔曼滤波估计。通过41 km参考站数据对算法进行验证。结果表明,BDS-3(B1C/B2a)与GPS精度相当,平面精度优于1.5 cm,高程精度优于2.7 cm; BDS-3(B1C/B2a)/GPS组合平面精度优于1.1 cm,高程精度优于2.7 cm,相比BDS-3(B1C/B2a)单系统平面精度提升了23.8%,估计大气延迟参数的中长基线卡尔曼滤波方法可有效提高模糊度固定成功率,提高中长基线条件下的定位精度。     

基于轴对准法的坐标系生成与转换

轴对准法可以较好地解决小范围内空间坐标系的生成与转换问题。本文详细介绍利用轴对准法进行空间坐标系生成与转换的算法,并将其应用到相机标定控制架的稳定性检验与测量成果的实际精度评定中。研究表明,轴对准法是小范围内坐标系生成与转换的有效方法。     

区域天顶对流层延迟时空变化特性及其建模研究

介绍几种常用的全球对流层延迟改正模型和几种区域对流层延迟模型的建立方法,再利用美国密歇根州的8个测站天顶对流层延迟数据对天顶对流层延迟进行研究,得出天顶对流层延迟在时间尺度及空间尺度上的变化规律,与经度和纬度相关性一般,与高程强相关。通过美国密歇根州的4个测站数据分别计算3种区域对流层延迟模型,得出各个模型的精度,并比较它们的优劣,结论是一次线性插值模型是三者中精度最高的模型。     

一种新的区域对流层天顶延迟模型——GHop

针对传统的对流层天顶延迟模型在估算天顶延迟中存在精度不高和稳定性差的问题,提出了一种在Hopfield模型基础上增加年周期和半年周期项的方法。该方法利用中国区域45个站2012—2014年的全球大地测量观测系统大气数据,分析了天顶对流层延迟以及Hopfield模型残差的时间序列和频谱分布规律,由此引入年周期和半年周期项,建立了适应中国区域的GHop模型,并对两种模型在中国区域的精度和适应情况进行了评估。结果表明:Hopfield模型的偏差和均方根在时间上呈现明显的季节变化特征,而GHop模型的偏差和均方根变化较小且稳定;在空间分布上,Hopfield模型随着高程和纬度增加,偏差和均方根变化幅度大,而GHop模型能够适应不同纬度和高程的变化范围;GHop模型的内符合精度较Hopfield模型提高28%,使用中国区域76个无线电探空数据进行外符合检验,统计结果同样优于Hopfield模型。所提方法计算的天顶对流层延迟结果更加可靠,具备较高的实用价值。     

激光扫描中平面拟合及坐标转换模型构建

坐标转换是测绘领域经常遇到的问题,如局部坐标系和全局坐标系间的转换、多传感器融合时各传感器间坐标系的相互转换等等.采用平面代替传统坐标转换中的公共点,建立了基于平面的坐标转换模型.首先给出平面的标准定义;然后提出一种基于稳健的 RANSAC算法的特征值的平面拟合方法用于从点云数据中提取公共平面;构建基于平面表示的坐标转换模型并推导转换参数的计算方法;最后,通过模拟数据与实测数据验证模型的正确性.     

一种区域实时对流层内插模型及其在PPP中的应用

利用反距离加权内插法,对基准站解算的天顶对流层延迟（ZTD）建立了区域实时ZTD模型,评估了该模型内插流动站对流层延迟对PPP定位精度和收敛时间的影响。试验表明：与传统ZTD采用参数估计的处理方法对比,二者解算得到的PPP精度在水平方向上效果相当,但在垂直方向上,模型内插对流层解算的定位精度提高约为5 cm,且能显著提高PPP收敛速度。说明应用本方法建立非气象参数的区域天顶对流层延迟模型能有效加快PPP的收敛速度,且提高定位精度。     

一种用于BIM模型坐标系转换至工程坐标系的方法

在工程测量技术无法突破既有发展模式的情况下,BIM技术的出现使得测量技术的发展发生了质的改变。BIM模型中包含大量的测量信息,但由于建模时所选轴网位置具有随机性,模型特征点数据读取后还需要进行坐标系转换。本文基于BIM技术的特点及对传统坐标系转换方法的研究,研发了一种用于BIM模型坐标系转换至工程坐标系的方法。     

局地天顶干延迟线性回归模型研究

为了提高局地天顶干延迟(ZHD)的估计精度,本文利用桂林探空站的气象观测资料,通过最小二乘和线性回归的方法得到基于地面气压的局地天顶干延迟(ZHD)线性回归模型,将其ZHD值与3种经验模型的拟合结果进行比较,并用前40天的气象数据回归得到的天顶干延迟模型拟合后20天的ZHD值。结果表明,局地天顶干延迟线性回归模型整体精度高于3种经验模型,且具有较强的外推性。     

单站地基GPS天顶延迟反演大气剖面研究

基于一定的大气折射率剖面模型和搜索方法,可以由GPS天顶延迟反演大气折射率剖面。利用上海气象站的探空数据和上海IGS站的GPS数据,对基于单站地基GPS天顶延迟的大气折射率剖面反演方法进行了验证。结果表明,根据目前处理得到的天顶延迟,反演剖面与实际剖面吻合较好。     

基于集合经验模态分解的老年人步态信号的降噪方法

基于手机传感器的行人航位推算(PDR)作为一种不依赖外部信息和硬件就可以自主定位导航的方法,在室内环境下试图去普及应用。老年人与年轻人在步频与步幅上有很大差异,常用的年轻人步态降噪方法并不适用于老年人,大大降低PDR的定位精度。针对该问题,本文以手机内加速度传感器信号为数据依据,以检测老年人步数为研究目标,采用卡尔曼滤波、巴特沃斯低通滤波、集合经验模态分解等方法,确定老年人的步数。通过对比分析,确定基于集合经验模态分解的降噪方法,对老年的检步精度达到98%以上,较采用卡尔曼滤波与巴特沃斯低通滤波的方法提高了19.4%。