Geoswath多波束系统及其在航道测量中的应用

介绍Geoswath多波束系统的基本组成和相干声纳的工作原理,与常规多波束系统相比,该系统具有数据密度大、水深分辨率高、条幅中间数据密度相对较低等特点。系统参数测试中,使用交叉点法获取纵倾偏差和艏摇偏差的方法,提高参数测试的精度。在经过各种校准后,对水深变化在几米至30多米的航道进行测量,在局部地形图中清楚地显示水深相对高差约20cm,大小1～2m的地形起伏,能较为清楚地显示航道经过不同形式改造的痕迹。     

多波束测深系统性能测试及其在疏浚工程中的应用

以Seabat8125多波束测深系统为例,介绍该系统的安装校准和性能测试的过程以及在疏浚工程中的应用,为多波束系统的验收和疏浚测量的应用提供参考。     

CUBE曲面滤波参数联合优选关键技术及应用

CUBE(combined uncertainty and bathymetry estimator)算法是国际上主流的多波束测深异常值自动探测与处理算法,在国内外被广泛应用,但对其核心算法和参数知之甚少,不利于该项技术的国产化。本文详细阐述了CUBE算法的基本原理、数学模型、关键参数和处理步骤,进而建立了CUBE曲面滤波参数联合优选方法。通过选取典型地形区、参数试验、对比分析等步骤完成参数的联合优选,并用台湾浅滩实测数据进行了验证。结果表明,优化后的参数可有效提升多波束数据自动处理的精度和效率。本文成果可应用于国产多波束测深处理软件的深化研发以及多波束实测数据处理。     

多波束测量的精度控制与规范指标

分析多波束测量、辅助测量的数据精度,研究其对成果水深的影响程度,结合《海道测量规范》与《多波束水深测量技术规定》中的测量等级指标,以及IHO规范中对水深不确定度的定义和传播结构的介绍,建立数学模型反解出符合规范的作业环境与辅助测量数据的等级指标,提出明确的多波束测量作业精度控制的技术指标,为测量数据的质量监控建立更全面的评价标准。     

一种多波束换能器横摇角度偏差二次校准方法

针对多波束测量换能器校准不完善问题,提出了一种基于加权最小二乘的多波束换能器横摇偏差二次校正方法。基于平坦海底的多波束回波数据,采用加权最小二乘法拟合海底地形,进而计算海底倾角,即可得到换能器横摇偏差角度,将得到的角度偏差作为修正值,对测船模型中换能器横摇偏差进行校正。实验结果表明,较之改正前,校正后的水深数据在条带交叉区域具有较小的不符值,证明校正后的多波束水深数据具有更高的精度。     

多波束水深数据不确定度研究

针对目前多波束水深数据质量评定问题,提出一种基于交叉检查的多波束水深数据质量评定方法。该方法计算原始水深的不确定度信息,利用多波束交叉测线成果水深信息,分析交叉检查区域水深差值与不确定度相符情况。试验结果表明,不同的多波束软件得到成果水深及其不确定度不同,所提方法能检查出多波束成果水深与其不确定度不符程度。     

多波束系统安装偏差整体校准的地形特征匹配方法

针对目前多波束测深系统采用patch test方法、基于去耦性原理确定多波束系统安装偏差因理论不完善带来的实施复杂、计算精度偏低问题,提出了一种多波束系统安装偏差整体校准新方法。首先将地形转换为图像;再利用相关条带地形图像,借助SIFT匹配算法,获取了匹配点对;最后基于匹配点对坐标,利用附有不等式约束的最小二乘平差方法,实现了多波束系统安装偏差的整体解算。试验验证了该方法在简化实施过程、改善安装偏差校准精度方面的有效性。     

多波束测量中换能器瞬时精密高程的确定

分析了GPS高程信号和Heave信号的频段特征，利用数字信号处理技术，提取了GPS高程和Heave中的有效频段信号，合成了一个全新的信号。该合成信号能够全面反映多波束换能器的实际垂直运动，并能够克服传统多波束测量和数据处理方法的缺陷，大大提高了多波束在垂直方向的成果精度。实验证明了该方法的正确性和可行性。     

多波束测量技术在海底地形浅点探测中的应用

多波束测量技术在现代海洋测绘工作中已经得到了广泛的应用,逐步取代了传统的单波束测量。本文结合工程实例介绍了多波束测量系统的安装、调试、数据编辑、三维成图等方面内容,探讨了多波束测量技术在海底地形浅点探测中的应用,分析了多波束测量技术在浅点探测中的优势、不足以及解决问题的方法。     

浅水多波束勘测数据精细处理方法

系统分析多波束勘测水深的误差表现,针对性地提出相应的改正措施,首先去掉勘测质量差的重复覆盖条带,改正横摇校准残差,然后根据提出的浅水常梯度声速模型,搜索确定模型参数,以此模型参数及波束到达角和旅行时对每个波束重新进行归位计算,接着自动删除多余边缘波束,最后网格化水深数据并以对应的波束号确定中央和边缘波束位置,对格网中边缘波束进行强制微调,得到光滑的格网水深数据。从实测数据结果来看,本文算法物理意义明确、切实可行、后处理速度较快,改正结果较理想。     

利用参数独立分解的星载SAR干涉测量检校方法

在星载干涉合成孔径雷达中,干涉参数的准确性对高程精度起着至关重要的作用。传统干涉测量检校方法往往将影响量级不同的干涉参数组合在一起解算,无法精确获得每项干涉参数的修正量。针对此问题,本文提出一种利用参数独立分解的干涉测量检校方法。首先,根据三维重建模型,确定与干涉SAR测高有关的参数;随后,在确保几何参数精度的前提下,对干涉参数的敏感度进行定量分析;最后,采用独立检校算法解算每一项干涉参数误差,完成干涉测量检校模型的建立。本文选择陕西渭南区域4对TerraSAR-X/TanDEM-X数据进行了试验分析。结果表明,对于该试验数据,采用本文提出的参数独立分解方法,干涉测量检校后干涉结果的高程精度优于2.54 m,平原地区获取DEM的绝对高程精度优于1.21 m,山地地区获取DEM的绝对高程精度优于3.11 m,验证了本文方法的有效性和正确性,为我国平原及山区1∶25 000比例尺的干涉SAR地形图测绘提供了技术基础。     

一种多目相机的外参数两步联合在线标定方法

相机外参数的标定是计算机视觉和摄影测量领域的研究热点。但是由于实际标定成本和相机安装环境的限制,难以频繁对其进行外参数标定。针对静态多目相机对外参数连续、在线、稳定的标定需求,提出一种多目相机外参数两步联合在线标定方法。该算法通过对共线交会的外参数初值进行稀疏光束法平差,使外参数存在系统噪声的情况下仍获取稳定估计值。外参数标定的实测试验和仿真分析结果表明,该方法对外参数初值系统误差具有鲁棒性强和收敛速度快的优点,解决了多目相机外参数的在线快速标定问题;满足对静态、连续、在线外参数标定有较高需求的实际工程应用,对视觉导航有参考和借鉴意义。     

多影像空三平差辅助下的车载全景相机严密标定方法

针对目前全景相机标定方法的研究现状,提出了一种多影像光束法空三平差辅助下的全景相机内参数严密标定方法。首先建立全景相机标定场,对组成全景相机的每台单相机的内参数进行标定;然后按照预先设计好的摄影参数,旋转摄影获取全景相机在标定场中多个不同摄影方向的影像,利用其中一个摄站的标定影像和物方控制点通过空间后方交会的方法解算单相机之间的初始相对方位元素,即粗标定;最后将所有摄站的标定影像构建区域网并进行光束法空三平差,获取精确的全景相机参数,即严密标定。试验表明,文中提出的全景相机标定方法可以提高标定结果的精度和可靠性,为全景影像的拼接、量测及真彩点云的生成等后续研究和应用奠定可靠的基础。     

Terrestrial laser scanner self-calibration: Correlation sources and their mitigation

Instrument calibration is recognised as an important process to assure the quality of data captured with a terrestrial laser scanner. While the self-calibration approach can provide optimal estimates of systematic error parameters without the need for specialised equipment or facilities, its success is somewhat hindered by high correlations between model variables. This paper presents the findings of a detailed study into the sources of correlation in terrestrial laser scanner self-calibration for a basic additional parameter set. Several pertinent outcomes, resulting from experiments conducted with simulated data, and 12 real calibration datasets captured with a Faro 880 terrestrial laser scanner, are presented. First, it is demonstrated that panoramic-type scanner self-calibration from only two instrument locations is possible so long as the scans have orthogonal orientation in the horizontal plane. Second, the importance of including scanner tilt angle observations in the adjustment for parameter de-correlation is demonstrated. Third, a new network measure featuring an asymmetric distribution of object points that does not rely upon a priori observation of the instrument position is proposed. It is shown to be an effective means to reduce the correlation between the rangefinder offset and the scanner position parameters. Fourth, the roles of several other influencing variables on parameter correlation are revealed. The paper concludes with a set of recommended design measures to reduce parameter correlation in terrestrial laser scanner self-calibration.     

多波束声呐后向散射数据角度响应模型的改进算法

针对多波束后向散射数据的角度响应(AR)影响显著而现有角度响应模型在复杂底质环境下不完善导致多波束声呐图像质量偏低的问题,给出了一种改进的角度响应模型和改正方法。首先通过对多次声呐脉冲(Ping)数据平均获得角度响应曲线,然后给出了角度响应参数的提取方法,在此基础上研究并给出了单次脉冲内不同区段的改正模型,最终实现了多波束后向散射数据的角度响应影响减弱。试验验证了该方法的有效性。     

基于岭估计的相机标定方法

相机内外参数标定是摄影测量的一个关键问题,相机参数的选取又是决定相机标定质量的重要因素,且不同等级的相机其参数的选择往往很难确定,常导致所选取的参数之间存在相关性,影响相机标定质量。相机参数间的相关性一般可以通过验后未知数之间的相关系数矩阵发现,提出了基于岭估计的相机标定方法,利用本方法可以提高参数求解精度。     

基于正弦拟合的三轴磁力仪标定方法

三轴磁力仪是一种常用的磁场测量工具,在地磁导航、海洋磁测、地磁勘探等领域应用较为广泛。作为一种磁场矢量测量工具,三轴磁力仪的磁测误差主要来源于三轴非正交、敏感轴灵敏度不一致及零偏误差等方面,磁力仪的标定优劣影响磁力仪的测量性能。为解决三轴磁力仪的标定问题,建立了磁力仪误差补偿模型,提出了基于正弦拟合的三轴磁力仪标定方法。将磁力仪沿平面旋转时的三轴输出数据拟合成正弦曲线,利用正弦曲线的幅值、初相角和平移量等信息计算出磁力仪的标定参数。仿真结果表明:该方法无需非线性优化过程即可实现标定参数的求解,得到的标定参数与设定值吻合度高;磁测噪声对三轴灵敏度系数及非正交角的计算结果影响较小。     

一种无需控制信息的智能手机自检校方法

传统的相机检校方法受限于高精度的三维检校场或已知空间结构的检校模板,针对这个问题,在分析智能手机成像特征的基础上,提出一种无需控制信息的相机检校方法。该方法主要包括两个步骤:首先按3×3模式采集影像数据,选取基准影像,分别与其他影像进行相对定向以构建单元模型,通过比例系数进行模型连接后建立自由网模型,将所有摄站点、物方点坐标纳入到统一的基准影像坐标系中;然后以选择的基准影像为参考,并考虑附加参数模型,进行自检校光束法自由网平差,解算其余影像相对于基准影像的方位元素以及附加参数,从而完成相机的检校。实验结果表明,该检校方法是有效的,可显著提高测量的精度。     

A unified approach to self-calibration of terrestrial laser scanners

In recent years, the method of self-calibration widely used in photogrammetry has been found suitable for the estimation of systematic errors in terrestrial laser scanners. Since high correlations can be present between the estimated parameters, ways to reduce them have to be found. This paper presents a unified approach to self-calibration of terrestrial laser scanners, where the parameters in a least-squares adjustment are treated as observations by assigning appropriate weights to them. The higher these weights are the lower the parameter correlations are expected to be. Self-calibration of a pulsed laser scanner Leica Scan Station was performed with the unified approach. The scanner position and orientation were determined during the measurements with the help of a total station, and the point clouds were directly georeferenced. The significant systematic errors were zero error in the laser rangefinder and vertical circle index error. Most parameter correlations were comparatively low. In part, precise knowledge of the horizontal coordinates of the scanner centre helped greatly to achieve low correlation between these parameters and the zero error. The approach was shown to be advantageous to the use of adjustment with stochastic (weighted) inner constraints where the parameter correlations were higher. At the same time, the collimation error could not be estimated reliably due to its high correlation with the scanner azimuth because of a limited vertical distribution of the targets in the calibration field. While this problem can be solved for a scanner with a nearly spherical field-of-view, it will complicate the calibration of scanners with limited vertical field-of-view. Investigations into the influence of precision of the scanner position and levelling on the adjustment results lead to two important findings. First, it is not necessary to level the scanner during the measurements when using the unified approach since the parameter correlations are relatively low anyway. Second, the scanner position has to be known with a precision of about 1 mm in order to get a reliable estimate of the zero error.     

Monitoring GOCE gradiometer calibration parameters using accelerometer and star sensor data: methodology and first results

The Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) satellite, launched on 17 March 2009, is designed to measure the Earth’s mean gravity field with unprecedented accuracy at spatial resolutions down to 100?km. The accurate calibration of the gravity gradiometer on-board GOCE is of utmost importance for achieving the mission goals. ESA’s baseline method for the calibration uses star sensor and accelerometer data of a dedicated calibration procedure, which is executed every 2?months. In this paper, we describe a method for monitoring the evolution of calibration parameter during that time. The method works with star sensor and accelerometer data and does not require gravity field models, which distinguishes it from other existing methods. We present time series of calibration parameters estimated from GOCE data from 1 November 2009 to 17 May 2010. The time series confirm drifts in the calibration parameters that are present in the results of other methods, including ESA’s baseline method. Although these drifts are very small, they degrade the gravity gradients, leading to the conclusion that the calibration parameters of the ESA’s baseline method need to be linearly interpolated. Further, we find a correction of ?36 × 10^?6 for one calibration parameter (in-line differential scale factor of the cross-track gradiometer arm), which improves the gravity gradient performance. The results are validated by investigating the trace of the calibrated gravity gradients and comparing calibrated gravity gradients with reference gradients computed along the GOCE orbit using the ITG-Grace-2010s gravity field model.