A new approach to simulate positional error of line segment in GIS

To determine the distribution of positional error of a line segment, Monte Carlo approach is applied to simulate the probability density function of a line segment with the assumption that the error of endpoints in a line segment follows a two-dimensional normal distribution. For such purpose, a stochastic generator used for uncertain endpoints with the two-dimensional normal distribution is presented. This forms the basis of the generation of random line segment for the simulation of the error model of a whole line segment. The error models cover the cases where two endpoints are either independent or dependent to each other, also including a special case that the distance between two random endpoints in a line segment is close enough.     

Robustness of GNSS integer ambiguity resolution in the presence of atmospheric biases

Both the underlying model strength and biases are two crucial factors for successful integer GNSS ambiguity resolution (AR) in real applications. In some cases, the biases can be adequately parameterized and an unbiased model can be formulated. However, such parameterization will, as trade-off, reduce the model strength as compared to the model in which the biases are ignored. The AR performance with the biased model may therefore be better than with the unbiased model, if the biases are sufficiently small. This would allow for faster AR using the biased model, after which the unbiased model can be used to estimate the remaining unknown parameters. We assess the bias-affected AR performance in the presence of tropospheric and ionospheric biases and compare it with the unbiased case. As a result, the maximum allowable biases are identified for different situations where CORS, static and kinematic baseline models are considered with different model settings. Depending on the size of the maximum allowable bias, a user may decide to use the biased model for AR or to use the unbiased model both for AR and estimating the other unknown parameters.     

保持移动速度特征的轨迹线化简方法

轨迹线数据实施化简处理对于缓解数据存储、传输压力以及后期的分析可视化效率具有重要意义。常规方法(如Douglas-Peucker算法)主要考虑线目标的几何形态结构,直接应用到轨迹线化简中容易丢失移动物体的运动状态特征。本研究从保持轨迹线隐含速度特征出发,提出了一种基于移动速度相似性原则的轨迹线层次化剖分与分区化简处理方法。首先,以相邻轨迹点构成的直线段为基本单元,在拓扑连接关系约束下基于速度指标对轨迹直线段进行层次化聚类,并将聚类结果组织为层次树结构;然后,以建立的层次树结构为约束条件对原始轨迹线实施分区处理,使得同一区域内轨迹线片段的中间点距首尾基准线的最大时间同步偏移距离小于设定的阈值;最后,依次连接各分区轨迹线片段首尾点导出化简结果。采用真实的车辆轨迹线作为试验数据,通过与其他多种方法进行对比分析验证了本文提出方法的有效性。     

考虑参数误差的3维空间直线不确定性模型

由于线元上任一点坐标的误差不仅受端点误差的影响,还会受到长度误差的影响,故不确定性模型要考虑各种影响位置精度的参数误差,对3维空间直线不确定性模型作了进一步研究.不但考虑了端点误差的影响,还顾及了长度误差的影响,使模型在理论上更为严密.理论和实验研究表明,长度误差影响了直线方向的精度.     

考虑参数误差的3维空间直线不确定性模型

由于线元上任一点坐标的误差不仅受端点误差的影响,还会受到长度误差的影响,故不确定性模型要考虑各种影响位置精度的参数误差,对3维空间直线不确定性模型作了进一步研究。不但考虑了端点误差的影响,还顾及了长度误差的影响,使模型在理论上更为严密。理论和实验研究表明,长度误差影响了直线方向的精度。     

融合正交几何信息的非线性等式约束整体最小二乘平差及迭代算法

正交距离最小二乘和加权整体最小二乘是解自变量含误差拟合问题的两种独立准则。加权整体最小二乘与正交距离最小二乘不同,它不考虑测量点与拟合点之间的连线垂直于拟合对象的几何信息,不能确保测量点到拟合对象的距离的平方和为极小值。针对该问题,本文将正交几何信息作为约束条件融入加权整体最小二乘,提出一种约束方程带有误差改正数的非线性等式约束整体最小二乘平差法。首先,把加权整体最小二乘平差的函数式看作是非线性方程,连同正交几何约束方程一并线性化,得到线性的平差函数方程;然后,采用拉格朗日乘数法推导其参数估计及精度评定公式,并给出迭代计算算法;最后,以平面直线拟合为例,对本文方法和计算算法进行验证。试验结果表明:①本文方法和算法具有可行性;②与加权最小二乘和加权整体最小二乘相比,本文方法计算的测量点到拟合直线的垂直距离平方和最小;③本文方法计算的测量点到拟合直线的距离与测量点到拟合点的距离相等。     

基于Hough变换的航空影像建筑物半自动提取

针对Hough变换不能检测直线段的缺点,提出了一种改进的Hough变换用于影像中矩形建筑物的半自动提取。同传统Hough变换相比,改进的Hough变换充分利用了Hough变换的参数空间数据,将Hough变换的“投票”过程和直线段的检测过程融为一体,获得直线段的端点坐标。根据直线段的端点坐标消除虚假直线段的过连接,并根据直线段的角度、距离条件合并直线段。最后通过直线段上的若干点利用最小二乘法拟合出一条最佳直线,通过计算最佳直线的交点确定建筑物的角点坐标,完成影像中建筑物的半自动提取。实验结果表明:用改进的Hough变换算法提取出的航空影像中建筑物边缘结果是正确的,定位精度较高。     

一种更严密的双介质立体摄影测量折射改正算法

提出一种更严密的双介质立体摄影测量物方坐标折射改正算法。该算法用水下目标的空中同名直线光线公垂线段的中点作为摄影测量交会点的理论位置,解决了空中同名直线光线延长线不相交情况下摄影测量交会点不存在导致的点位关系不确定性问题,使摄影测量交会点到真实物点的坐标折射改正公式能够严格推导出来。分析了空中同名直线光线不相交情况对物方大地坐标折射改正的不利影响,研究了摄影测量交会点与水下真实物点的相互位置关系,推导了水下目标点的水深和大地坐标计算公式(即折射改正公式),通过WorldView-2立体影像浅海海底地形测量试验对算法的正确性和测量精度进行验证。研究表明,不论水下目标的空中同名直线光线延长线是否相交,该算法都是适用的,且能显著改善水下目标的高程测量精度。     

基于交比的单幅图像平面几何信息提取算法

提出并实现了基于交比这一射影变换不变量的单幅图像平面几何信息提取方法。该方法首先利用结构化场景中的平行、垂直等几何关系计算平面的灭点灭线;然后利用平面上已知长度的参考线段及灭点、灭线信息构建交比;最后依据待求线段与已知几何信息的位置关系计算待求线段的长度。对实验数据计算结果的精度分析验证了算法的正确性和可行性。     

基于点位固定和方位修正的地铁长距离隧道基线测设和贯通误差预计方法

以东莞市轨道交通R2线工程西平站-蛤地站右线隧道为例,长距离隧道中部二次始发基线的控制点点位固定为前提,结合隧道导线测量二次始发基线的方位角修正,从理论上证明了此方法对于间接缩短隧道贯通距离、提高隧道控制点点位精度和横向贯通精度有显著的效果。     

北斗卫星伪距偏差模型估计及其对精密定位的影响

现阶段北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）的同步地球轨道（geostationary orbits,GEO）卫星、中倾斜地球同步轨道（inclined geo-synchronous orbits,IGSO）卫星和中圆地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星均存在伪距偏差,该伪距偏差的存在对精密定位的研究及其应用产生了较大的影响。根据北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角和频率相关的误差特性,本文分析了测站数目及分布,以及观测时长对建模的影响,选择18个测站2015年全年的数据作为MEO卫星的建模数据,其中可以连续观测到全弧段IGSO卫星的4个测站用于IGSO卫星的建模,采用加权分段线性拟合联合抗差估计的方法建立了北斗卫星伪距偏差改正模型。模型改正后,北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差得到明显的削弱,相比于传统的伪距偏差改正模型,精密单点定位（precise point positioning,PPP）的定位精度和收敛时间均得到提升。     

包含圆形的单幅图像距离量测

提出了两种基于圆形的单幅图像平面几何量测方法。第一种算法首先计算出与待测对象平行的直径,然后获得圆形所在平面上任意两点之间的距离。受待测线段位置、方向等影响,量测结果的精度各向差异大。第二种算法首先求取圆形的外接正方形,将问题转化为包含正方形的平面距离量测。模拟图像与真实图像的测试结果表明,第二种算法的量测精度更具有稳定性。     

割线中点距离的面要素匹配算法

针对面要素图幅接边中出现的由于端点距离计算量大导致程序效率低的问题,该文提出了一种基于割线中点距离匹配的边界匹配方法。该算法通过获取面要素与边界线重叠的各线段的中点,对各中点进行距离匹配,从而完成面要素各段割线的匹配与割线端点的匹配。通过对割线中点的匹配,减少面要素匹配中需要匹配的点,达到节省时间的目的。通过面要素匹配实验证明:该算法可以在确保匹配准确性的情况下有效缩短面要素边界匹配的时间。     

短基线对检测全站仪乘常数改正数的影响及工程对策

通过理论推导和实验验证证实了全站仪乘常数改正数具有随机性;全站仪乘常数改正数的检测结果不仅受气象元素的影响,而且和基线长度有关;提出在工程中按实测频率进行距离改正的建议.     

GIS中基于εσ模型的随机折线元位置不确定性的可视化

首先研究基于εσ模型单一折线段不确定性误差带,导出误差带边界线的解析表达式;然后通过算例分析,针对开折线和闭折线两种情况,由单一折线段误差带边界线的解析表达式,编程绘出位置不确定性随机折线的可视化图形。理论分析和可视化图形表明,在两条相邻折线的公共端点处,前一线段的右误差半圆的半径和后一线段的左误差半圆的半径未必相等,实际分析中需考虑到这种情况。     

Global optimization of the Gauss conformal mappings of an ellipsoid to a sphere

The Gauss conformal mappings (GCMs) of an oblate ellipsoid of revolution to a sphere are those that transform the meridians into meridians, and the parallels into parallels of the sphere. The infinitesimal-scale function associated with these mappings depends on the geodetic latitude and contains three parameters, including the radius of the sphere. Gauss derived these constants by imposing local optimum conditions on certain parallel. We deal with the problem of finding the constants to minimize the Chebyshev or maximum norm of the logarithm of the infinitesimal-scale function on a given ellipsoidal segment (the region contained between two parallels). We show how to solve this minimax problem using the intrinsic function fminsearch of Matlab. For a particular ellipsoidal segment, we get the solution and show the alternation property characteristic of best Chebyshev approximations. For a pair of points relatively close in the ellipsoid at different latitudes, the best minimax GCM on the segment defined by these points is used to approximate the geodesic distance between them by the spherical distance between their projections on the corresponding sphere. This approach, combined with the best locally GCM if the points are on the same parallel, is illustrated by applying it to some case studies but specially to a 10° × 10° region contained between portions of two parallels and two meridians. In this case, the maximum absolute error of this spherical approximation is equal to 2.9 mm occurring at a distance about 1,360 km. This error decreases up to 0.94 mm on an 8° × 8° region of this type. So, the spherical approximation to the solution of the inverse geodesic problem by best GCM can be acceptable in many practical geodetic activities.     

LiDAR点云数据的电力线3维重建

利用LiDAR数据进行电力设施提取与建模可以克服传统工程测量电力巡线工作量大,危险性高,效率低下等缺点,但现有的电力线提取研究主要集中在电力线的分离与提取,并且拟合的精度不高。针对此问题本文提出了一种精度较高的电力线拟合方法。首先,根据电力线两端悬挂、中间自然下垂的特点,求解电力线拟合的最佳几何模型;然后,通过电力线的走向和端点,建立电力线拟合的最佳平面坐标系;最后,采用基于二次多项式限制的最小二乘法拟合电力线,解算出最优参数,生成最终电力线模型。对真实数据的处理和精度评价表明,本文方法不仅能够实现电力线的快速3维重建,而且能够达到较高的拟合精度。     

综合多种特征的后方交会法

为了解决摄影测量、计算机视觉领域中缺乏明显特征点给后方交会带来的难题,基于广义点摄影测量理论,提出了利用水平线、垂直线、线段与水平圆的综合多种特征的后方交会法,论述了该方法的数学模型及适用范围。模拟数据与真实数据的实验结果表明,该方法切实可行,能够极大地减少传统后方交会法对特征点的依赖,多余观测量的引入也能够在一定程度提高计算结果的精度与稳定性。     

高分辨率光学遥感几何与纹理约束的线段优化算法

针对高分辨率光学遥感影像线段断裂问题,提出一种基于几何与纹理约束的线段优化算法。首先,将线段视为地物轮廓表达的一种方式,由此从同一地物边缘角度出发,提出线段断裂的几何与纹理规律;其次,提出线段优化算法,以提取线段结果为处理基元,依据线段长度确定初始优化线段,设定跟踪矩形,建立针对断裂线段的几何纹理约束模型,构建动态优化模型,并给出完整的线段优化流程。最后,通过多幅不同实际场景、不同类型高分辨率遥感影像的试验结果分析,表明本文算法不仅能够解决由地物遮挡、边缘模糊及边缘锯齿化造成的线段断裂问题,并且在优化线段长度以及抑制线段过提取问题方面,均表现出较大的优势。