基于无人机光学图像的海流观测方法研究

海流信息在海上航行、海洋资源勘探等方面有着重要的应用,传统的现场和遥感观测方式不能满足大面积、实时观测海流的要求。基于无人机平台的光学海洋遥感技术具有机动灵活、成本低、分辨率高的特点,近年来在海洋环境监测中得到应用。然而,由于小型无人机容易受飞行姿态、太阳耀斑等因素的影响,目前在海流观测方面还不成熟。本文提出了利用小型无人机获取高分辨率海面流场的方法,并分析不同因素对观测结果的影响。首先,对无人机获取的光学海面图像做预处理,消除几何成像和图像噪声等因素的影响,并通过分析图像灰度值均值的变化,减小太阳耀斑对图像的影响;然后,基于三维傅里叶变换和海浪的频散关系反演海流,并将反演结果与浮标实测的海流数据进行对比,验证了该方法的可靠性。其次,结合实验数据详细分析了不同因素对海流反演的影响:在本文的实验条件下(有效波高0.2～1.5m,波浪主波周期3.8～5.7s),当图像空间分辨率为0.15m、反演子图尺寸在波浪主波波长的2～3倍时,海流的反演误差较小;增加图像幅数和提高时间分辨率也有利于提高海流的反演精度。现场观测实验的结果表明,本文提出的无人机观测海流技术可以有效获取海流信息。     

基于红黑树数据结构的海岸线无人机正射影像拼接研究

随着无人机技术的快速发展,以测量为目的的无人机摄影测量技术已广泛应用到各行各业。相比于常用测量技术,无人机摄影测量技术需要处理抖动平台下的序列摄影图像,技术难度更大。利用红黑树数据结构实现无人机摄影图像的大尺度特征点匹配连接,基于相机标定和捆绑调整两个无人机摄影测量的关键技术环节,实现无人机海岸线遥感影像的快速拼接。     

基于无人机SfM摄影测量的海岸盐沼前缘形态变化研究

海岸盐沼前缘作为盐沼和光滩间的过渡带,在垂向剖面上呈现光滑、过渡、陡坎3种地貌类型,在平面岸线上也展现出不同的曲直特征。受到自然过程和人类活动的影响,盐沼前缘这一高度动态的生物地貌系统变化迅速,而高分辨率观测数据的缺乏使得这种变化难以得到充分认识。无人机SfM（Structure from Motion）摄影测量具有高分辨率、非侵入、可重复和低成本的优点,为解决上述问题提供可能。我们在江苏省盐城市大丰区海岸盐沼开展两次无人机调查,获取厘米级分辨率正射影像和地形数据。在高精度数据支持下,成功确定盐沼前缘位置,划分前缘类型,并定量刻画地形变化。研究发现：光滑和陡坎前缘占优势,形态稳定;光滑前缘平面轮廓复杂,后退速率小,过渡和陡坎前缘轮廓平直,后退明显;过渡前缘地形变化剧烈,向陡坎前缘转变。这项工作证明无人机SfM摄影测量适用于高效精准量化盐沼前缘形态,为认识盐沼前缘形态演化过程提供新视角。     

基于A星算法的无人机路径规划优化模型研究

在分析传统无人机路径规划方法应用局限的基础上,针对传统A星算法启发函数单一、拐点冗余,以及效率不够高等系列问题,以虚拟城市地理环境为研究背景,通过提出面向起讫节点方位角的A星算法加速优化、启发式搜索中动态加权重构评价函数的A星算法加速优化和顾及Floyd算法插点策略的A星算法路径优化等层次递进的算法优化策略,解决了对A星算法搜索方向的量化约束、搜索权重数值的优化重构及冗余拐点的插点删除等技术问题,实现了改进后的A星算法运行效率的显著提高及最短路径判定准确性的明显提升。     

基于大浮标的海洋放射性原位监测系统研究

海洋放射性原位监测相比于传统采样回实验室分析可以实现连续、实时、自动化监测。文中研究了基于大浮标的海洋放射性原位监测系统,使用放射性测量传感器测量周围环境的放射性数据,使用GPS确定所测环境坐标,通过北斗通讯的方式将所测得放射性数据、位置信息等发送给岸站,岸站收到数据后计算并显示放射性测量传感器所测周围环境放射性数据能谱;研究设计了一种分包发送数据,数据丢包补发机制,解决海洋放射性数据量大、传输时间长、数据不全会造成解谱不准确的问题。最后通过实验室长期实验验证,长期数据平均接收率达到98%以上,能够利用海洋放射性原位监测系统实现准确可靠的监测。     

基于单位四元数的小像幅面阵CCD相机检校

介绍了面阵CCD相机的径向畸变、偏心畸变模型,建立了用于非量测相机标定的扩展共线条件方程.引入了四元数姿态描述方法,利用单位四元数替代外方位角元素(ω,ψ,к)构建旋转矩阵,建立了基于单位四元数的相机标定数学模型.采用室内三维控制场对小像幅面阵CCD相机进行了标定实验,取得了优于0.2个像素的定位精度.     

基于三维DLT方法的非量测数码相机检校

低空无人机遥感系统应用日益广泛,其一般搭载传感器为非量测型数码相机,为了保证测量精度必须进行相机检校,以确定其内方位元素和畸变差系数。采用室外三维控制场的DLT(直接线性变换)方法,编制了基于三维DLT方法的非量测型相机的检校软件,该软件具备相机检校参数解算和物方空间坐标解算功能。对于室外三维控制场的测量数据和一海岛的无人机航摄数据,分别使用和不使用相机检校参数进行处理,试验结果显示使用检校参数可以获得更好地测量精度,表明了室外三维检校场方案和编制的相机检校软件是正确可行的,可实现非量测数码相机的检校。     

一种适用于视频全站仪的数码相机检校方法

直接线性变换法是相机检校中常用的一种方法,在此基础上提出一种可应用于视频全站仪的数码相机检校方法,通过改变像方元素的单位,就可不必考虑标准单位和像素单位间的转化因子问题。进一步讨论了像素尺寸大小对系统误差的影响,并对像素大小的必要测定精度进行了公式推导。试验结果表明,该方法可以获得较好的校准结果。     

基于模糊数学的AIS和被动声呐航迹关联算法研究

针对AIS系统和被动声呐航迹的关联问题,提出了基于模糊数学的关联算法。该算法引入了AIS航迹可靠性的概念,提出了包含船舶与被动声呐间角度、距离、航迹可靠性等3个因素的关联隶属度函数与权重分配。通过实验验证,该算法可以较好地实现AIS与被动声呐间的航迹关联,为声呐信号复盘分析和自动化处理提供了借鉴。     

非量测相机制约迭代检校法及水下测量应用

传统的非量测相机检校方法大多依赖于高精度的室内或室外控制场,并对检校环境有较严格的要求。故提出了一种完全抛开控制点的新的相机检校方法,即线面角制约的相机迭代检校法。将该方法分别应用于陆地和水下环境,并与有控制点的相机迭代检校法进行对比分析,试验结果表明新方法的检校精度均小于1个像素,在陆地环境下,新方法的检校精度优于有控制点的相机迭代检校法。同时利用新方法进行了水下三维重建和量测,量测精度达到亚毫米级。试验结果表明新方法具有较好的灵活性和适应性,在多个环境下具有实际应用的价值。     

基于普通摄像机成像系统测量的误差分析

在人机工程学及物体、人体运动信息检测系统的研究中，较多地应用了基于普通摄像机的三维摄像测试分析系统。分析了系统基本构成原理和公式推导及实验过程中的误差来源，并对改进各种误差的方法进行了初步的探讨。     

基于北斗卫星的大型海洋浮标通信机制研究

针对北斗通信效率低、通信并非百分百可靠等问题,提出了一套新的大型海洋浮标北斗通信机制,包含一套通信协议、一种适用于通信数据的"位拼接-LZW"两重数据压缩机制以及一套适用于通信系统的"主-从"两重状态机通信控制机制。该机制有效地提高了通信传输效率,节约了通信成本,保证了北斗通信的可靠性,并且已成功应用于大型海洋浮标中。     

基于SVR和LSTM算法反演散射计下有效波高研究

有效波高反演对于海洋工程及海洋环境安全具有重要意义.我国海洋二号(HY-2A)卫星载有散射计和高度计等获取海洋要素的仪器.散射计可获取海洋风场数据但无法直接获取有效波高数据,高度计可获取海洋有效波高数据但覆盖区域狭小.本文将散射计与高度计各自优势结合,利用支持向量回归(SVR)和长短期记忆(LSTM)智能算法反演散射计...     

无人机航测系统的海岛礁测绘应用研究

介绍了三型基于无人飞行器为平台的航测系统,分析了影响海岛区域无人机影像数据处理精度的因素,无人机航测系统在海岛区应用的技术特点。以该三型系统在我国某海岛区域进行了摄影作业,对实验数据质量、空中三角测量精度、正射影像精度等进行分析。实验结果表明,无人机低空航测系统在海岛区域大比例尺地形测绘或海图修测等领域具有良好的应用前景。