基于空间实体约束的空间聚类算法研究

空间实体的存在对空间聚类分析产生重要的影响,传统的空间聚类分析中没有考虑空间实体的约束作用,从而影响了聚类结果。本文在总结了以往的空间聚类算法的基础上,提出了一种改进的基于空间邻接关系的空间聚类算法,该算法将空间邻接关系和空间实体作为约束条件嵌入到整个聚类过程中,使得数据对象的归类受到"就近原则"和"约束条件"的双重限制。     

中国生态文明建设效率空间均衡性及格局演变特征

研究中国生态文明建设效率的空间分布状态及格局演变特征,有利于厘清生态文明建设效率的空间差异机理,对于缩小区域差异及其驱动因素的探索具有重要的指导意义和参考价值。因此,基于“自然—经济—社会”（Nature-Economy-Society, N-E-S）复合生态系统理论和生态文明建设内涵目标构建生态文明建设效率的投入产出指标体系,并运用考虑非期望产出的SBM模型对中国2003-2015年的生态文明建设效率进行了测算,在此基础上,综合运用核密度估计、Theil指数、重心—标准差椭圆等方法,对中国生态文明建设效率的空间均衡性及其空间分布格局进行了探究。结果表明：① 中国生态文明建设效率存在明显的空间非均衡性,在研究期内（2003-2015年）空间非均衡性表现为先逐渐缩小后又逐渐扩大的动态演变特征;由三大区域的Theil指数均值可知,西部地区空间非均衡程度最大（0.1174）,东部次之（0.0365）,中部最小（0.0223）。② 从重心移动轨迹来看,中国生态文明建设效率的重心位于河南境内,历经了先向东南再向东北移动的过程,重心移动的方向表明位于该方向上的地区生态文明建设效率有所提升。③ 从标准差椭圆来看,中国生态文明建设效率空间分布呈现出偏东北—偏西南格局,并且这种格局有向正北—正南方向转变的趋势。     

基于边缘约束的高分辨率遥感影像分割算法研究

影像分割是面向对象影像分析的基础,已经发展出许多算法。随着遥感影像空间分辨率的提高,复杂的噪声和丰富的细节信息给影像分割带来了巨大的挑战。分水岭变换能够得到连续封闭的边缘,但存在严重的过分割现象,为了解决这个问题,本文提出Canny算子边缘约束下的分水岭分割算法。首先,对遥感影像进行分水岭变换和Canny边缘检测;以Canny边缘作为参考数据,以分水岭的结果和Canny算子检测出的边缘的重合度和相邻区域的特征差异为标准对分水岭图像进行区域合并,得到最终分割结果。实验结果表明,该算法能够有效解决分水岭变换的过分割问题,准确提取出主要地物目标的边界轮廓。     

岛屿群约束数据域三角网剖分

岛屿就是由一条或多条首尾闭合有向的弧段组成的区域,弧段与弧段之间彼此不相交,岛屿间彼此可以多层嵌套也可以相互独立。经过对岛屿间的关系进行分析后,将组成岛屿的弧段分为4种基本类型,并给出分类算法,根据弧段的类型自动识别岛屿的"内部"和"外部",凡是"外部"就约定为岛屿的"空洞"。围成岛屿的弧段就构成了岛屿的约束条件,在岛屿内部先进行弧段上CDT的构造,然后在CDT的基础上构造DT,以实现在岛屿"内部"带有约束条件的三角网剖分,从而可以构造出任意复杂的带岛屿群的三角网,经过编制相关程序验证该算法的效率主要取决于构造DT的效率。     

地貌认知及空间剖分的山顶点提取

本文通过对山顶局部形态特征及空间定量特征的分析,结合传统地貌学认知思路,给出了基于空间剖分的山顶点快速提取方法。空间剖分标准对应于地貌学山地分类,通过高差限制剖分实现DEM分块,并在此基础上拟合函数,给出符合地貌认知的山顶点。实验结果表明,该方法操作简便、结果相对准确可靠,提取的山顶点符合传统地貌认知,可以给出不同高差阈值的山顶信息。     

利用自适应分块的任意多边形三角剖分算法

三角剖分算法是计算几何领域中的重要课题之一,针对现有多边形三角剖分算法大多不能同时兼顾算法的简单有效性、适用性以及三角网的质量问题,提出一种基于自适应分块的任意多边形三角剖分算法.多边形的自适应分块区别于传统的格子分块,它充分顾及了多边形边作为剖分三角网约束边这一特点,通过选择原始多边形一定数量的边,并对这些边构建最优三角形,将原始多边形分割成若干个小的简单多边形,这些简单多边形之间通过三角形进行连接.至此,原始多边形的三角剖分直接转化为这些简单多边形的三角剖分,这样由一条边寻找一顶点构建最优三角形,直接在该边所在的简单多边形内进行搜索,大大减少了点的搜索范围,提高了算法效率.利用基于边优先的多边形三角剖分算法对分块后的小多边形进行三角剖分,从而完成整个多边形的三角剖分.算法具有适用性广,剖分三角形网形稳定、最优,思路简单,易于实现,执行效率高的特点,最后通过实验证明了本算法的科学性和先进性.     

一种偏振定标单元方位角误差的约束非线性最小化优化定标方法

偏振定标单元(Polarization Calibration Unit, PCU)对于定标由偏振系统和天文望远镜产生的仪器偏振至关重要, 然而偏振定标单元 中偏振元件光轴的方位角误差是限制定标精度的主要因素之一. 为解决该问题, 提出了一种基于约束非线性最 小化优化的方位角误差定标方法, 该方法具有定标精度高、定标速度快的优点. 首先将偏振定标单元中的线性 偏振片和四分之一波片的光轴方位角误差设置为两个待优化的自由变量, 然后利用产生和测量的Stokes参数 以及偏振定标获得的响应矩阵定义优化目标函数, 最终使用约束非线性最小化优化方法来确定 两个偏振元件的方位角误差. 分别从理论模拟和实际测量两个方面对优化方法进行了验证, 实验结果表明, 该 优化方法能够成功获得上述两个方位角误差, 精度分别优于2.79$''$和2.72$''$. 此外, 从理论上 计算分析了不同方位角误差对各Stokes分量的影响情况. 该优化方法有望应用到我国太阳望远镜中偏振定标 装置的误差定标及研制之中.     

基于北斗卫星导航系统的城市轨道交通工程控制网测量

为了增强城市轨道交通工程控制网测量精度,确保城市轨道交通运行的安全性,提出基于北斗卫星导航系统的城市轨道交通工程控制网测量方法。收集城市轨道交通控制网信息和各个控制点的稳定情况,经实地勘察后,在各个交通站点布设符合条件的控制点,形成城市轨道交通工程控制网布设图;检测北斗卫星导航系统的接收机技术指标符合要求后,通过伪距的定位方法获取城市轨道交通工程控制网的观测值;利用基线解算方法解算各个独立的基线,获取多个独立的基线向量,并得出城市轨道交通工程中各条基线之间的相关性;再对北斗卫星导航系统控制网进行约束法平差,准确地链接北斗卫星导航系统控制网和城市轨道交通工程控制网,实现城市轨道交通工程控制网的测量。实验结果表明：该方法测量的城市轨道交通控制网与实际测绘结果几乎一致,符合测量城市轨道交通工程控制网精度的要求;提升了城市轨道交通工程控制网的基线解算质量;增强了定位准确性。     

结合三维边缘特征约束的网格模型优化方法

对于具有复杂几何结构特征的建筑物,三维网格模型重建结果易存在表面扭曲、边缘特征平滑的问题,无法较好地反映重建目标的真实信息。针对上述问题,本文提出一种结合三维边缘约束的网格模型优化方法。该方法以OpenMVS算法得到的初始网格为基础数据,利用变分原理构建能量函数,将网格模型优化问题转换为能量函数最小化问题。首先,从多视图像中提取三维边缘点,以三维边缘点构成的边缘轮廓来定位网格模型边缘区域;接着,利用灰度一致性测度构建数据项,利用顶点自身曲率构建平滑项,利用三维边缘轮廓约束构建附加约束项,将3个约束项构建为一个总体能量函数;最后,采用梯度下降法迭代求解总体能量函数最小值,将梯度变化量分配到网格模型的顶点上来驱动网格形变,以此优化模型。选取Strecha数据集中两个真实室外场景和ETH3D数据集中一个真实室内场景进行优化实验,使用ETH3D评估框架对实验结果进行评估。结果表明,经本文算法优化后的网格模型完整度和精度最高为89.76%、94.45%,本文算法在解决复杂几何结构建筑物模型边缘优化问题的基础上,提高了建筑物模型的准确程度。     

线面特征约束的跨源点云配准方法

随着三维传感器和三维重建技术的发展,跨源点云的配准融合成为了一个研究热点。传统的配准方法使用单一特征作为配准基元,会存在空间几何约束弱的问题。为了高精度融合跨源点云数据,充分表达场景中的立面信息,本文提出一种基于线面特征约束的跨源点云配准方法。通过RANSAC算法提取跨源点云中的同名线、面特征;利用四元数法描述空间变换参数,将线特征作为配准的约束条件,构建空间变换目标函数,估算变换相关参数完成粗配准,解决尺度差异性;在粗配准的基础上将面特征作为约束条件,求解旋转矩阵和平移参数完成精配准。以面特征代替点特征作为配准基元能避免从海量的点云数据中选取公共点,减少由人为选择的偶然误差,避免了误差的积累,进一步提高配准精度。最终使用影像匹配点云与激光雷达点云数据进行实验,结果为：在小区域单建筑、多建筑和大区域建筑群中RMSE值分别为0.364 7、0.032 0和0.614 6,且同名面之间的夹角最大不超过1.5°,最小不到0.1°,夹角角度均值在1°范围内。结果表明本文方法对具有尺度差异的跨源点云具有较好的配准效果。