基于ERDAS的林业局3维虚拟现实系统的研究和实现——以黑龙江省清河林业局地形为例

建立一个基于3维虚拟现实系统,动态交互的环境来显示、分析、处理多种地理数据,具有非常重要的意义.本研究以清河林业局为例,收集该区域的DEM数据、遥感数据,对DEM数据进行镶嵌,对遥感数据进行几何精校正和图像的增强处理,最终构建出清河林业局的3维虚拟现实系统.     

深水弯曲水道几何形态定量分析——以赤道几内亚Rio Muni盆地为例

深水水道作为深水沉积体系中重要的沉积单元之一,一直是深水沉积和地层研究的热点。基于西非几内亚湾Rio Muni盆地陆坡区的高分辨率三维地震资料,利用地震属性及参数定量分析法对第四系陆坡重力流水道的剖面和平面形态进行了研究,旨在探索深水水道内部结构的相互影响和外部因素对水道形态的控制,丰富深水沉积学理论。研究表明:坡度及距水道头部距离影响了深水水道的剖面和平面形态,随着坡度变缓,距水道头部距离越远,水道宽度越小;堤岸于中、下陆坡开始发育,水道堤岸脊的高程差及内、外弯曲带都不同程度地影响了堤岸的长度;水道的弯曲度控制着堤岸脊高程差的变化,同时作用于堤岸长度的变化;样本水道为高弯曲水道,且弯曲度受地形坡度控制。     

北斗三号系统与GPS定位性能仿真对比分析

为了解北斗三号系统在国内外及南北极地区的定位性能,在STK仿真平台下建立了北斗三号系统30颗星(3GEO、3IGSO和24MEO)的星座模型,对北京、三亚、新加坡、南北极点等11个站点的平均可见星数和几何精度因子GDOP值进行了分析,并与GPS进行了对比。结果表明,北斗三号系统较GPS在国内外及南北极地区典型站点的定位性能更优。     

中国近海棱梭群体形态学和耳石形态学研究

为研究棱梭不同地理群体间的形态差异,使用多元统计分析方法对采集自金门、厦门、虎门、湛江、北海和防城港6个地点邻近海域的棱梭群体样本的形态和矢耳石形态两方面进行比较研究。对棱梭样本的形态研究结合传统形态学和地标形态学开展,对矢耳石的形态研究则将传统耳石形态分析法和椭圆傅里叶分析法相结合,形态和耳石形态数据的分析结果相似。主成分分析结果表明从28个棱梭形态量度指标提取的前8个主成分累积贡献率为65. 868%,从85个耳石形态指标提取的前23个主成分的累积贡献率为79. 290%,根据临界值85. 000%可以推断这6个棱梭群体间形态和耳石形态上的差异不能够单独依靠少数指标来判断;聚类分析的结果总体显示出群体间差异与地理距离等因素相关联的分布规律;在判别分析中形态学量度指标的综合判别正确率为75. 9%,而耳石形态学指标的综合判别正确率略低,为69. 3%;对棱梭形态量度指标的单因子方差分析显示湛江棱梭群体与其他群体在形态上存在显著差异的量度指标较少。栖息地环境、饵料组成和海流等可能是导致形态学差异和耳石形态差异形成的主要因素。另一方面,理化因子的相似性和群体间的交流会减弱群体间形态和耳石形态的差异。     

DEM地表坡向变率的向量几何计算法

作为计算坡向变率的数据基础,坡向矩阵具有方向性,以标量的方式计算带有方向属性的数据,将带来计算方式的误区及计算结果的偏差。本文以数学高斯曲面和不同黄土地貌样区5 m分辨率DEM数据为基础,针对坡向数据具有方向性的特点,设计基于数学向量的坡向变率计算方法。首先针对坡向数据进行极坐标转换,形成坡向矩阵的向量几何表达;然后以该坡向向量数据为基础来计算坡向变率;最后将本文方法的计算结果与传统标量方法的计算结果展开对比分析。试验结果显示,本文方法的坡向变率计算有效地避免了正北方向产生的极大偏差以及坡向差超过180°时的不准确现象,同时其他大部分区域也得出更为合理准确的坡向变率计算结果。在不同分辨率DEM下,本文方法能得到较为稳定的结果。本文所提出的基于向量几何的坡向变率计算方法可为精准数字地形分析提供参考,也是借鉴数学向量几何的方法解决数字地形分析问题的重要实践。     

天文定位中几何精度衰减因子最小值分析

天文定位是一种重要的导航定位方法,被广泛应用于大地天文测量、天文航海等领域。该方法中观测恒星的选择会影响最终的定位精度,目前缺少针对同时测定经纬度天文定位算法中最优选星问题的研究。随着观测仪器自动化水平的提高,观测数据的获取变得更加高效,这就要求研究最优的选星方案以达到最高的定位精度。本文借鉴卫星导航中几何精度衰减因子GDOP的概念,研究了天顶距法中恒星的数量以及分布对定位精度的影响,最后通过仿真试验和实测数据验证得到结论:在天顶距观测误差的统计特性一定时,GDOP能够用来描述恒星的分布对定位结果影响的优劣,且观测的恒星方位角均匀分布时定位误差最小。考虑到不同高度的恒星天顶距大气折射改正残差不同,在实际测量中应尽量采用等天顶距且方位角均匀分布的恒星。     

极化SAR影像分类方法对比分析

极化SAR影像所包含的丰富的地物极化特征信息使得SAR影像的解译更为容易,同时也使得对地物的探测更加精准。在本文中,首先基于极化SAR影像的极化特征,采用区域融合算法对影像进行分割;在此基础上使用基于Wishart分布的最大似然分类方法(Wishart-LRT)、基于几何扰动滤波(GPF)的极化SAR影像分类方法和最近邻(KNN)分类方法对影像中的耕地、草地、林地、水体进行分类和提取,并对分类结果进行分析评价,最终发现对于该区域的RADARSAT-2影像而言,基于Wishart分布的最大似然分类方法对于地物分类可达到较高的精度。     

SAR影像中叠掩与阴影区域的识别 ——以湖北巴东为例

SAR影像中叠掩和阴影区域的识别是滑坡监测中的首要工作,本文针对这一工作利用雷达卫星成像时的几何模型与图像处理中形态学方法综合识别叠掩与阴影区域,以ALOS-2数据为例,对比该地区雷达强度图像,验证了本文试验方法的可靠性。     

组合宽角低空航测相机关键技术研究

近年来,摄影测量技术发展迅猛,特别是低空航空摄影平台的出现,很好地弥补了传统卫星遥感、常规航空摄影测量在时效性、灵活性方面的不足。借助低空摄影的光学优势能够获取传统航空摄影和卫星遥感无法比拟的高分辨率影像,可以实现航空摄影测量大比例尺成图的目标。符合低空航空摄影的成像系统,发展较为滞后。现有很多低空航摄影测量平台普遍搭载单个普通数码相机进行航空摄影,存在航空摄影数据采集效率低、有效数据量小、数据处理难度高以及成图精度不高等问题;再有,传统的航空摄影测量相机及国内外成熟的组合宽幅航空相机系统又缺乏进行低空航空摄影测量应用的客观基础。研究适合于低空航空摄影的成像系统对于低空航测应用发展非常关键,是解决低空航测现存问题的一个有效途径。低空航测成像系统目前最主要的问题是数据的获取效率和精度,根本原因在于相机像幅以及视场角大小的问题。解决这一问题的根本途径是研究适合于低空航空摄影的宽幅面、宽视场角相机系统。对于数字相机而言,像幅受材料以及制造工艺限制,视场角受光学镜头的光学性能限制,很难有所突破。但是数字相机影像的可拼接性提供了另外一种可能途径,即多传感器组合成像,利用多个小像幅相机构造拼接成一个近似单中心投影的宽幅面航空相机,从而提高影像像幅和视场角,达到宽幅面大视场成像的目的。本文主要研究工作如下:(1)研究了低空航空摄影的光学理论基础。系统分析了低空航空摄影光学条件,结合光度学理论详细论述了低空航空摄影光度学优势,以及单镜头成像系统低空宽视场成像的劣势,阐述了利用组合成像技术来实现低空宽角成像的必要性和可行性。系统总结了当前摄影成像相机系统的发展现状,归纳了现有组合成像系统的特点和优势,分析了利用组合成像技术来提高影像像幅和视场角数学原理。在对比分析现有组合相机几何构造、成像单元数量、拼接模型的基础上,确定了利用五个数码相机采用组合成像技术来构造组合宽角低空航测相机的研究目标。(2)研究了基于地面三维检校场的低空组合宽角相机的静态误差高精度检校方法。理论推导了低空组合宽角相机的几何成像数学模型,定义了相机之间以及虚拟影像空间坐标系统,建立了各个独立光学结构(子相机)之间,及其与虚拟影像之间的严格几何数学模型。理论分析了组合宽角相机几何成像数学模型误差,将其归纳为地面静态误差和飞行动态误差两个部分。并研究了利用地面三维检校场来实现其静态误差的几何标定。静态误差几何标定主要包括单相机几何畸变误差的高精度标定和组合相机联合空间关系标定两个内容,详细论述了其算法原理和实现过程,最后通过实验结果分析了其精度和可靠性。(3)研究了基于影像全部像元参加的低空组合宽角相机飞行动态误差自检校模型求解与全局优化方法。自检校的目的是对相机飞行过程中由于系统和环境变化等因素导致的动态误差进行补偿。首先,理论推导了本文采用的自检校联合平差数学模型,该模型顾及了飞行过程中可能导致的相机系统间的空间位置和姿态的微小变化,将这种微小变化的检测转换为重叠区影像的视差值。其次,论述了利用重叠区匹配同名点求解自检校模型参数的基本原理和方法,并结合本文组合宽角相机特点,设计了一种影像快速匹配策略,进而实现自检校模型求解;在此基础上,通过对影像匹配性能的分析,以及基于特征点匹配来求解自检校联合平差模型存在的局部最优问题,提出了一种影像重叠区全部像元参加的几何匹配方法来实现对自检校模型求解的全局优化算法,对算法思想和原理以及求解过程进行了详细论述。最后通过对比实验分析了自检校模型求解的精度,验证了算法的有效性。(4)研究了宽角相机与稳定平台的集成。分析了稳定成像对于低空航空摄影成像质量和数据处理精度的影响,指出稳定成像对于组合宽角低空航测相机的重要意义。首先,理论分析了低空飞行平台的不稳定对于低空航空影像光学和几何性能的影响,以及飞行平台不稳定导致的影像质量下降、数据处理难度增大、处理精度降低等问题;其次,介绍了一种适用于无人飞艇等飞行器的三轴稳定平台结构及其控制原理,并通过对比试验来分析稳定成像对于低空航测精度的影响,指出了低空稳定成像对于低空组合宽角相机系统数据获取和处理的重要意义。(5)通过具体的航空摄影工程实例阐述了利用低空组合宽角相机进行航空摄影作业的数据处理实际流程,并分析了不同类型地形数据自检校拼接的精度分布,展示了其相关数据产品成果情况,结合影像空三处理结果分析了其精度。实验结果反映了组合宽角低空航测相机的作业能力。     

北斗三频周跳探测和修复的空间几何算法

影响周跳探测完整性的关键问题就是不敏感周跳的探测。针对这个问题,本文详细阐述了周跳探测在空间几何中的含义,包括组合系数的类型和数量与探测不敏感周跳之间的几何关系。依据空间几何原理的分析和尽可能减少不敏感周跳数据的要求,采用两个无几何相位组合和一个MW(MelbourneWbbena)组合构成周跳检验量。最后利用北斗三频实测数据对本文算法的正确性和可靠性进行验证计算。计算结果说明:本文算法具有较强的周跳探测修复能力,可以有效地避免不敏感周跳对探测结果的影响。