球面距离计算方法及精度比较

球面距离(角间距)计算是天文或地理学中极常用的计算之一,也是目标查找、锥形检索、交叉证认等方法的基础。数学上,通过球面几何可以直接计算出两点的距离,前人已经推导出了多个复杂程度不一的计算方法。但是由于计算机的精度有限,在进行数值计算时有舍入误差,导致公式计算结果出现偏差。对几个常用的球面距离计算公式进行了考察,测试并对比它们在不同计算环境下的精度与优缺点。此外还展示并比较了几种常用天文软件包、数据库的球面距离计算方法,以期有助于天文工作者选择适合自己当前需要的计算方法。     

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。     

基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型

孔隙率对黄土抗剪强度具有非常重要的影响,然而,孔隙率对黄土抗剪强度影响效果的认识并不充分。本文以陕西省延安黄土为研究对象,开展不同孔隙率的黄土直剪试验研究,探讨了孔隙率对粘聚力与内摩擦角的定量变化关系;并以此为基础,构建了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,并对其进行了验证。研究结果表明:(1)延安黄土粘聚力与孔隙率间呈幂函数变化关系;(2)延安不同孔隙率黄土内摩擦角取值呈现出两个区间,当孔隙率n≥0.4时,其内摩擦角在25±2.5°的范围内变动,而当孔隙率n<0.4时,其内摩擦角在29.5±2°的范围内变动;(3)通过分析得到了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,且该模型得到的黄土抗剪强度理论值与实测值间的误差较小,相对误差均在7%以内,具有较高的精确度。研究成果不仅能为延安黄土抗剪强度研究等提供技术支持,而且还能为该地区的工程建设等方面提供理论参考。     

浙江省台州-昌化深部构造特征探测

采用高分辨折射和宽角反射/折射综合地震探测方法,在浙江省中部沿黄岩、临海、东阳、桐庐、昌化进行深部构造探测,获得一条长约350km的速度结构剖面。探测结果表明,地壳结构具有明显的多层性,存在3个速度间断面;基底速度结构图像揭示了速度结构的横向非均匀性,这种不均匀性既对应于地质构造单元的分界线或断裂构造带,也反映出东西部构造特征的差异性。     

顾及卫星空间分布状态的 GNSS信噪比随机模型

为了研究随机模型对GNSS定位精度的影响,介绍了GPS/GLONASS/BDS组合伪距单点定位的函数模型以及几种当前常用的先验随机模型。结合各个模型的优缺点,提出通过指数函数引入空间分布改善因子,建立一种改进的信噪比随机模型,并设计相关多系统伪距单点定位试验对其性能进行分析。实验结果表明:改进模型的解算精度显著优于现存的几种先验随机模型,相比等权模型在三维定位精度上提升15%～30%,相比高度角模型提升15%～25%,相比信噪比模型提升5%～15%,相比现存的PDOP模型也有明显提升。改进模型在不同遮蔽情况、双系统和三系统组合定位时精度均优于现存的信噪比随机模型,从而验证了该定权算法的有效性。     

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的平均越浪量的试验研究

通过三维物理模型试验研究了在斜坡堤上斜向和多向不规则波在非破碎条件下的平均越浪量与波浪参数及堤参数的关系.着重考察了波浪以小角度(0°~30°)斜向入射时平均越浪量的变化情况,肯定了多向波的越浪量在这一范围内有所谓“小角度斜向增加”的现象,但否定了单向波也具有这一现象.在考察波浪的方向分布影响时发现波浪斜向入射时多向波的越浪量往往要比单向波的大.比较了已有的相关研究成果,给出了适用于混凝土护面和扭工字块体护面斜坡堤上斜向和多向不规则波的平均越浪量的估算公式.     

神舟四号高度计波形数据预处理和信息提取

神舟四号(SZ-4)高度计在国内首次提供了星载雷达高度计回波波形数据.本文中作者分析了SZ-4高度计回波波形的特点,完成波形数据的预处理,并在此基础上完成初步的信息提取.在数据预处理方面,通过SZ-4高度计水陆边界处波形的特点,提出了波形最大幅度控制的方法,筛选回波波形.在波形归一化处理过程中,发现SZ-4高度计波形中存在双峰现象,并指出第二个峰为异常波形区.在波形信息提取方面,利用波形重新跟踪得到的半功率点计算出SZ-4高度计高度跟踪补偿误差,并根据高度计天线指向角和回波波形下降沿斜率之间的关系,从波形后沿提取天线指向角信息.分析结果表明,SZ-4高度计天线指向比较平稳,而跟踪补偿由于变化较大,在计算海面高度时,应作为一项误差源被考虑到.     

一种高阶Delaunay三角网生成算法

Delaunay三角剖分是构建数字地形模型的有效方法,但是该方法可能产生人工大坝和局部极小问题,使得地形模型不能很好地反映原始地形的真实面貌。本文在Delaunay三角网的基础上引入了高阶Delaunay三角网,并给出了一种高阶Delaunay三角网生成算法。实验表明,高阶Delaunay三角网能够有效地减少地形的局部极小数量,是建立数字高程模型的一种新方法。因此,采用高阶Delaunay三角网建立的地形模型更接近于实际地形。     

航向测量仪在车载三维信息采集系统中的应用

航向测量仪(Vector Sensor)的作用就是为车载惯导系统初始化提供所必须的航向角;根据不同的应用环境和特性,用航向测量仪获取在各种条件下的航向角数据,通过对这些数据在精度、稳定性以及解算时间等性能上的对比分析,得到该仪器的最佳工作状态,进而获取该状态下的航向数据;通过实际的实验测试,此状态下的数据在精度和稳定性方面都能满足惯导系统的需求。     

面向应用的地理空间数据整合方法研究

本文基于省级地理空间数据的建设现状,从应用的角度,对地理空间数据的整合提出了基于基础地理数据的数据整合、基于专业GIS应用系统的数据整合和基于SOA的数据整合三种方法,并对三种空间数据整合方法的各自特点进行了总结.