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[硕士论文] 邹敏
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,三维激光扫描技术以其测速快、精度高、无接触测量等优势,被越来越广泛地应用于各行各业,而多视点云配准是三维激光扫描点云数据处理技术中的一项核心技术。随着社会的发展与现代测绘技术的进步,各行各业多视点云数据配准的精度要求也在不断的提高。而配准的精度实际上就在于两两测站间坐标转换参数的求解。本文通过对几种主要的多视点云配准算法进行研究,提出一种多视点云配准的新算法,并详细推导其解算方法与过程,通过MATLAB语言加以算法实现,进行精度的评定与比较,主要研究内容如下:
  通过对迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法进行研究,推导了基于奇异值分解法的经典ICP算法解算过程,并基于二维Delaunay三角剖分法,详细阐述了三维Delaunay点集搜索法的基本原理与方法,推导了快速搜索配对最邻近点集的Delaunay-ICP算法,实现了ICP算法时间效率上的优化。实验结果表明:Delaunay-ICP算法与经典ICP算法参数解算结果相同、精度相同,但计算效率优于传统的ICP算法,Delaunay-ICP算法较传统ICP算法提高了约27.94%。同时,验证了ICP算法不适用于大旋转角度间的测站间配准的缺陷,针对一些旋转角度较小的测站间配准,ICP算法具有较好的效果,但面对旋转角度较大的情况,ICP算法则无法找到其正确的对应点,导致解算结果完全错误。
  分别基于经典最小二乘(Least Squares,LS)和非线性最小二乘,推导了多视点云配准的线性模型和非线性模型的基本解法,并通过不同案例进行了验证,结果表明:当旋转角度较小时,线性模型与非线性模型具有同样高的精度与较好的配准效果;但当旋转角度较大时,线性模型的解算结果则会严重失真,只能通过非线性模型进行参数求解。
  采用变量误差(Error-in-variables,EIV)模型及其对应的整体最小二乘(TotalLeast Squares,TLS)估值方法,构建多视点云配准的Gauss-Helmert模型,并基于高斯-牛顿迭代的非线性拉格朗日法,详细推导了其解算过程。通过三维激光扫描的实测数据加以验证,结果表明:该算法适用于任意旋转角的多视点云配准,且相较于ICP算法与非线性LS算法,具有更高的配准精度,相较于现有的TLS方法精度一致,但待估参数的数目大大减少,计算效率显著提高。
  基于三维Delaunay点集搜索策略,针对海量点云数据的配准问题,提出一种基于TLS的多视点云配准的Delaunay-TLS新算法。该算法通过Delaunay点集搜索法快速定位对应点集,并通过在进行大面积点云数据精配准前先进行一次粗配准的方式,克服了Delaunay点集搜索法不适用于大旋转角的缺陷。同时,新算法充分利用了海量点云数据进行的精确配准,较传统的TLS算法具有更高的配准精度。实验结果表明:新算法适用于任意旋转角度的多视点云配准,且相较于通过少量特征点拼接的TLS算法,具有更高的配准精度,尤其是对于特征点不宜提取的扫描对象。
[硕士论文] 何珊
地图学与地理信息系统 西北大学 2017(学位年度)
摘要:坡度是很多地表过程的重要影响因子,也是水文学、土壤学、遥感图像处理等学科中重要的地表形态指标之一。以往对于坡度分布的研究主要侧重于坡度的统计分布与地形类型间的关系。然而,基于DEM数据的坡度理论模型研究中,DEM分辨率对坡度理论分布的影响至关重要。本文选取五个典型样区,试图探讨在不同地形类型区,坡度理论分布与分辨率的关系,并深入探讨分辨率的两个组分——地形平滑和采样间距对高程梯度(p、q)、高程梯度联合方差(σg)、坡度相关统计特征和坡度理论分布的影响。本文所得主要结论如下:
  (1)基于信息含量法和采样定理法对选取的五个典型样区DEM适宜分辨率进行了确定,结果为:拜泉样区适宜栅格尺寸为20m,延安、绥德和横断山样区适宜栅格尺寸为10m,遂宁样区适宜栅格尺寸为5m。
  (2)随着分辨率的降低,高程梯度p、g的图像表面逐渐变得平缓和光滑,图像表面信息含量逐渐减少;p、g值域和标准差、高程梯度联合方差以及坡度统计特征值(平均值和标准差)随分辨率的降低均逐渐减小。分辨率的两个组分(平滑程度和采样间距)对以上结果均有影响,但地形平滑作用都是主要影响因素,且在地形较为复杂的地区,地形平滑的作用更加明显。
  (3)坡度频率和累积频率与分辨率的关系相似:随分辨率的降低,频率和累积频率曲线逐渐向低坡度段移动,坡度值域逐渐减小,频率峰值区也逐渐变窄。根据直方图相似度指数(HS)的结果显示,五个样区的HS值均大于0.8,黄土丘陵区(延安和绥德)的HS最高,说明坡度理论分布模型在对坡度分布的模拟效果整体很好,黄土丘陵区效果更佳。相比之下,极陡山地模拟效果稍欠佳。
[硕士论文] 关小荣
地理学;地图学与地理信息系统 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:DEM作为地学分析的输入数据,其精度制约了分析结果的精度,影响着决策的可靠性,因此,DEM的精度评价是地学分析的重要研究内容之一。SRTM DEM和ASTER GDEM具有高精度、高分辨率和开放访问的特点,是目前应用最广泛的DEM数据。诸多学者对其精度进行评价,但多集中在中小区域、典型地形区,尚未对我国区域的SRTM DEM和ASTER GDEM精度评价和误差空间分布展开研究。
  本文以GLA14高程为假定真值,统计分析SRTM DEM和ASTER GDEM误差在地形因子(坡度、坡向)、地表特征(土地覆盖类型、最大植被覆盖率)、特征地形要素(山脊线、山谷线)影响下的分布规律,运用等经纬度法,研究SRTM DEM和ASTER GDEM误差在我国陆地区域的空间分布特征,运用等面积法和半方差分析法,研究SRTM DEM和ASTER GDEM误差的空间变化情况。主要研究内容和成果如下:
  1)SRTM DEM和ASTER GDEM误差在我国陆地区域的空间分布特征。SRTM DEM误差在地势平坦区呈菱形分布,在地势复杂区与地形有较强的相关性。ASTER GDEM误差呈条带状分布,条带方向为东北-西南向,与地形相关性较弱。
  2)地表特征对SRTM DEM和ASTER GDEM误差分布的影响。本文选取土地覆盖类型和最大植被覆盖率等地表特征数据,研究其对DEM误差分布的影响。结果表明,SRTM DEM和ASTER GDEM误差在不同土地覆盖类型的分布有较大差异,与最大植被覆盖率有一定的相关性。
  3)地形结构对SRTM DEM和ASTER GDEM误差分布的影响。从坡度、坡向、山脊线、山谷线等地形信息,讨论其对DEM误差分布的影响。结果表明:SRTM DEM和ASTER GDM误差分布与坡度、坡向、距离谷脊线的距离有较强的相关性。SRTM DEM和ASTER GDEM误差随着坡度的增大逐渐增大,二者在坡向、距离谷脊线的距离的分布规律相反。
  4)SRTM DEM和ASTER GDEM误差的空间变异规律。研究轨道运行方向、陆地生态类型和植被覆盖程度对SRTM DEM和ASTER GDEM误差空间变化的影响。结果表明:SRTM DEM和ASTER GDEM误差的半变异值均随着距离的增大而增大。依据稳定时的半变异值将陆地生态类型划分为高、中、低三类,每类的陆地生态类型相同。同一陆地生态类型低植被覆盖的SRTM DEM和ASTER GDEM误差空间变化程度大于高植被覆盖。
  5)对比分析SRTM DEM和ASTER GDEM误差的空间分布特征。从误差分布规律、误差空间分布、误差空间变异规律三个方面对比分析二者的误差空间分布特征。虽然SRTM DEM和ASTER GDEM误差空间分布特征有差异,但SRTM DEM和ASTER GDEM误差分布规律和空间变异情况相似。同等条件下,SRTM DEM误差比ASTER GDEM小,空间变化程度也较小。
[硕士论文] 杨力龙
地质工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着时代的不断发展,技术的不断进步和创新,我们工作生活的各个方面都有了飞跃式提高,人性化、智能化、数字化的不断完善,一些传统手段无法解决、比较困难的问题得以解决,复杂问题得以简化。高陡边坡稳定性评价一直是岩石力学,工程地质学和地质灾害等领域内的重要课题之一。准确、可靠、完整、详细的高陡边坡几何信息的获取在评估其稳定性方面起着至关重要的作用。然而,在科技日新月异的今天,地质勘察的主要手段还以罗盘、皮尺等方式现场采集数据,这些方法工作量大、效率低,有时还要面临极大的危险。一些场地坡高边陡,调查人员无法直接到达不得不放弃调查,或者根据经验进行估计,如此得到的数据准确性得不到保证。山高坡陡的地质勘察工作艰苦并且危险,大多数时候,由于施工期紧张,开挖,支护,运输等工作经常同时进行,很难为调查人员提供充足的时间和足够的安全空间进行详细准确及时的现场调查。另外,近年来我国大部分工程是在山区进行的,高陡边坡的调查处治大多数时候成为该项目的首要任务。综上及时准确的获取高陡边坡几何信息显得至关重要。面对以上问题无疑是给地质岩土勘查工作者习以为常的传统勘察手段提出了挑战与新的要求。最近几年也有学者提出了不同的与时俱进的方法和思路,如数字近景摄影测量,三维激光扫描仪等,尝试来取代传统的测量方法,这些方法也存在一定得不便性。
  本文以万元以下消费级小型无人机倾斜航拍获取高陡边坡影像为出发点,通过PIX4D航拍影像解译软件对图像进行解译,再对获取的三维坐标数据进行精度评定,进而进行不同坐标系下的数据转换以及岩体结构面产状,岩体几何尺寸等几何信息的计算,最后结合工程实例对危岩体勘察评价。本方法有效降低了地质勘察的经济成本、人力成本、提高了勘察精度,为地质工作者提供了便利。
[硕士论文] 杨雨蒙
地图学与地理信息系统 华中师范大学 2017(学位年度)
摘要:地形地貌的塑造与河流水系的作用息息相关,也是地理学科领域研究各因素相互作用关系的重要课题之一。深入研究水文过程与地貌过程的成因关系,建立两者的定量关系,达到由地形地貌参数推求水文过程的特征,是地理学家们一直努力的方向。而诞生于地貌学的分形理论为解释地形地貌与水文水系的自相关性提供了定量科学的研究新思路。中国地貌类型复杂多样,广大中东部地区的河网密布,湖泊众多,而江汉平原是一个地貌过程与流水作用互相交织、深刻影响的典型区域。深入研究江汉平原地形地貌与水文水系关系的耦合联系,不仅对于减少对水文资料的依赖,更有助于为今后科学定量分析带来价值。
  本文以江汉平原作为研究区,在GIS环境下综合选取5种地形因子(海拔高程、坡度、坡向、地势起伏度以及地表粗糙度)为主要代表指标,利用分形理论,通过空间分析提取河网划分河道等级,对比分析不同等级河道的分形维数并且推测水系分维数对地貌特征的影响。
  本研究的主要成果有:(1)江汉平原各级水系分维数在0.85-1.20区间,总体处于河流幼年期,且随着水系等级的升高,各级水系分维数值呈现下降趋势,其中一级水系(最低等级)分维数为1.20,四级水系(最高等级)分维数为0.89。利用盒维数法计算栅格数据的水系分形维数切实可行,符合实际情况。受江汉平原整体低矮地形地势的影响,河流发育以下蚀、侧蚀作用为主;(2)江汉平原水系分维度表征各地形因子的耦合关联度较好,存在明显的自相关性。第一等级水系的分维度与海拔高程、地势起伏度进行耦合分析,其双对数坐标趋势线的斜率与水系分维数值十分接近。在理想化的结果下,确定了海拔、地势起伏度的双对数趋势斜率为1.2077,第一等级河道分维数为1.2081,可以判定两者之间的确定性关系十分显著。
[硕士论文] 时慧
测绘工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着“智慧城市”的推进和地理信息行业的发展,地图三维化,数字化,智能化的趋势也在日益增强。目前我国很多地方和单位,如高校校园,工业园区等都在进行区域三维数字地图的建设工作。三维数字导览地图是运用3S技术(全球卫星导航系统GPS,遥感RS,地理信息系统GIS)对某个特定区域进行数字化地图信息采集,并结合虚拟现实技术、BIM建模技术(Building Information Modeling)等对区域内所有建筑、道路、环境进行数字化,三维化,再运用GIS平台建立各个地物信息的属性数据库,可以实现属性信息查询、路径导航分析等功能的智能化新型地图。
  以目前高校校园的地图为例,很多高校建立的三维地图是以固定45°倾角基于浏览器展示的2.5维地图,严格意义上说这种地图并非真正的三维地图。重新开发可查询、定位、自由漫游的三维地图系统平台又将耗费巨大的人力物力,对于建设小范围的数字化三维地图来说可谓是过于铺装浪费。因此在一个成熟的三维GIS平台基础上开发一套独立的系统是一个折中的选择。
  本论文主要内容可分为两部分,其一是对三维建模技术进行分析对比研究,结合利用3S技术现场实测的区域数字地形图,选用目前较为热门的几种三维建模软件进行区域DEM的建立及区域三维模型的建立。
  其二是选用Google Earth作为三维GIS平台,利用MFC技术调用Google EarthCOM API接口,将建立好的三维模型与GIS平台相融合,并结合制作相关KML文件进行总体封装,从而完成一个可移植的独立的区域三维地图导览系统。
  通过建立区域三维地图导览系统,该区域地图可实现数字化和真三维化,并可在Google Earth三维GIS平台上实现360°自由漫游、路径规划、区域定位、属性查询、GIS分析等一系列功能。
[硕士论文] 王翊人
地图学与地理信息系统 西北大学 2017(学位年度)
摘要:黄土高原地区因其严重的土壤侵蚀成为研究热点。土壤侵蚀受多种因素影响,其中地形因子是影响土壤侵蚀的重要因素,包括坡度、坡长等,通常基于DEM来提取,但目前构建的DEM大多局限于反映连续光滑的自然坡面,无法表现出梯田等人工地形的信息。在黄土高原地区,为遏制水土流失以及改善人民的生产条件,修筑了大面积梯田,极大地改变了地表微形态,影响了坡度、坡长等地形因子,进而影响土壤侵蚀过程,因此提出顾及梯田信息的DEM的构建方法是十分必要的,同时,DEM精度一直是学者广泛研究的关键和焦点问题。本研究从高程、坡度、坡长、坡度坡长因子以及地形描述误差等方面入手,对梯田DEM的不同构建方法进行地形特征分析与精度评估,为相关研究中梯田DEM构建方法的应用提供支持,同时对于完善梯田DEM构建方法具有重要的实际意义。
  以黄土高原燕沟流域中槐树窝子的完整流域为实验样区,利用5m分辨率的DEM、0.3m分辨率的WorldView影像和三维激光扫描得到的高精度点云数据,对不同方法构建的不同类型梯田DEM提取高程、坡度、坡长与坡度坡长因子进行地形特征对比分析,并在此基础上,从地形因子和地形捕述误差角度对不同构建方法进行精度评价。结果表明:
  (1)实际梯田类型不同于各种构建方法中提出的理论模型,在研究中应避免构建绝对水平的梯田DEM,需要根据真实情况或经验确定梯田参数,从而得到满足实际的梯田DEM。
  (2)大而积区域梯田DEM的构建应考虑快速构建方法简易省时的特点,在区域面积一定时,若对单个地形因子进行研究,基于真实田坎构建方法对高程、坡度以及坡度坡长因子的表达更具优势,而快速构建方法对坡长的描述更符合真实地形情况;若为综合性研究,基于真实田坎构建方法对区域整体地形特征的表现更加全面。
  (3)基于真实田坎构建方法建立的坡式梯田DEM计算的地形描述精度与真实情况较吻合,但与其他因子不同,该方法建立的水平梯田DEM地形描述精度最低,而快速构建方法建立的水平与坡式梯田DEM地形描述精度相当。
[硕士论文] 王彦博
光学工程 南京理工大学 2016(学位年度)
摘要:非接触的距离检测技术在现代社会的诸多领域中有着广泛的应用,并发挥着十分重要的作用,如对移动目标的测量、在一些恶劣环境下的测量、对工业零件的精密测量等等,因此对其进行研究和实践有着十分重要的意义。
  在对现有的各种非接触的距离测量方法进行了学习和分析之后,本文为实现对导轨上移动目标的具体位置和移动距离的测量,提出了一种基于图像处理的长导轨距离检测方法,并设计了相应的检测系统。首先对系统的需求进行了分析,根据分析选取了符合要求的硬件器材。然后对检测系统中软件部分所使用到的图像平滑、边缘检测、圆形检测、形态学处理、字符识别等图像处理方法进行了介绍和研究分析,利用Matlab对图像平滑和边缘检测中常用的几种算法进行仿真对比,结合系统在实际应用中所采集到的图像情况,选取了中值滤波、随机Hough变换、模板匹配等几种较为适合本文系统应用环境的算法。在利用CCD摄像机、图像采集卡、PC机等器件搭建了距离检测系统并使用Visual C++编写了图像处理、距离检测和结果显示界面的上位机程序之后,对完成的系统进行了距离检测的测试实验,并对实验数据和产生的误差进行了分析。实验中,已完成的距离检测系统对图像中的圆的圆心坐标及其位移变化和圆中包含的数字进行了准确的检测,并输出了精确度较高的测量结果,同时,系统在检测速率上可以满足在线测量的实时性的要求。实验结果表明本文所提出的方法理论正确,切实可行,所设计完成的距离检测系统的测量精度可以达到毫米级。
[硕士论文] 王昆仑
测绘工程 西南交通大学 2016(学位年度)
摘要:无控制DEM匹配技术是进行多时相DEM变化分析的重要手段之一,在其他诸多领域也是一个研究热点,例如模式识别、计算机视觉、计算机辅助设计和机器人。通过比较在不同时期获得的DEM数据,可以对由地质灾害引起的地表变化进行定量分析。随着当前三维激光扫描技术和测量数据处理技术的快速发展,数据采集的效率、数据的精度和空间分辨率越来越高。因此,要求DEM匹配算法能够适应更为复杂的地形数据和较高的工作效率。
  现有研究中指出不同地形起伏对DEM匹配性能有影响,但尚未进行深入探讨分析具体影响规律。通过模拟试验,对地形起伏与DEM匹配性能的影响进行了研究,初步发现了地形起伏与DEM匹配算法性能之间的影响规律。另外,还对DEM尺度对DEM匹配效率的影响进行了探讨。
  匹配效率是DEM匹配算法是否能在实际应用中广泛使用的重要因素之一。DEM匹配中消耗时间最多的是DEM表面点对对应关系建立和目标方程求解两个过程。目前算法改进效率多从点对对应关系的改进角度出发,从改善目标方程求解过程效率的角度着手,引入高斯牛顿法替代最小二乘法,来改进DEM匹配算法的效率。通过建立适应DEM离散表面特点的高斯牛顿法的离散表达形式,用于DEM匹配目标方程的求解,从而建立了高斯牛顿DEM匹配算法。通过模拟试验,从匹配精度、拉入范围和匹配效率等三个性能指标对新算法的性能进行了测试,模拟试验结果表明新算法给出了正确的匹配结果,与现有DEM匹配算法相比,新算法的平均迭代收敛速率提高了约42%,匹配效率提高了约75%,匹配精度和拉入范围也有所改善。表明新算法是有效的,可靠的。
[硕士论文] 高翔
地图制图学与地理信息工程 西南交通大学 2016(学位年度)
摘要:数字地形分析研究领域常利用特定的分析手段挖掘地形模型中隐藏的信息,这些信息包括:地形基本参数、地形水网结构以及地形对象要素等。地理空间数据中存在的尺度效应导致了同一区域在不同尺度上具有不同的地形表达,对应的地形模型也随之不同。研究区域通常仅具有单一或少量尺度下的地形模型,想要在更为丰富的尺度上进行地形分析,必须为这些区域建立多尺度模型。地形简化方法为这一建模过程提供了可行性方案。
  地形简化存在不确定性。这一不确定性一方面来源于原始地形的高程误差,一方面来源于简化模型本身。为研究原始地形高程误差造成的不确定性对地形简化的影响,本文利用序贯高斯模拟方法为误差场生成满足空间自相关特性的序列误差场实现。为研究简化模型中的不确定性对地形简化的影响,选用三种基于特征的地形简化方法在不同简化程度下实施地形简化操作。虽然上述两种不确定性的模拟方法不同,但对于简化结果的分析手段相对一致。分析方法分为两部分:定性分析与定量分析。定性分析部分主要是通过将简化表面与原始地形的等高线与地形骨架进行叠置,利用目视比对的方式分析不确定性;定量分析部分主要是通过计算简化表面的高程精度与骨架保留度以分析不确定性。实验结果表明,两种类型的不确定性对地形简化具有相似的作用规律:原始地形中的不确定性与简化模型中的不确定性均会对地形简化结果产生影响,但简化模型顾及的原始地形特征越多,得到的目标简化尺度下的地形表达不确定性也将越小,换言之,简化表面所表达的地形信息可信度也将越高。
  地形简化中的不确定性导致了目标尺度上的简化表面真实值不得而知。传统的简化模型以一种确定式的过程进行简化操作,得到的目标尺度上的简化地形存在唯一性。这种以确定式的过程求解不确定式结果的方式在理论层面并不合理。更为严谨、合理的方式应当是:求解过程不直接给出简化结果,而是以一种寻优、向真值逼近的方式逐步获取更优解。显然,现阶段的简化方法均无法满足这一条件。为此,本文提出了一种基于退火模拟算法的地形简化方法。该方法将地形特征点看作固体物质内部乱序运动的粒子,在温度衰减过程中对特征点持续进行随机性扰动,以生成有限的状态集,随着温度的降低,状态集的前后差异逐渐缩小,最终产生特定温度下的稳态。空间退火模拟算法能够运用于地形简化,主要源于三方面:1)该方法能够作用于空间数据;2)该方法中的扰动机制能够为地形特征建立有限的状态集;3)稳态的存在保证了最优简化表面的可达。实验结果表明,新方法在不同的初始特征点分布以及不同的地形复杂度下均能很好地完成特定目标函数下简化表面的优化。
[硕士论文] 胡志胜
大地测量学与测量工程 中国矿业大学 2016(学位年度)
摘要:三维激光扫描技术是测绘科学的一次技术革新,它以其独特的优势逐渐成为了多个领域的研究热点。由于在三维激光扫描过程中物体遮挡或者被测物体表面复杂等因素的影响,测量数据不可避免地产生孔洞,必然会对重建后数字模型的质量产生影响。研究点云边界检测和孔洞修补,确保点云数据的完整性,对后续点云数据处理和模型重构是十分有利的。本文重点研究了孔洞修复过程中的相应算法,通过编程实现及实验检验,完成了相关算法的改进,主要工作及成果如下:
  (1)针对散乱点云数据分布不规律性,本文提出了改进的动态网格k邻域算法,建立点云空间拓扑关系,实验表明该算法不仅能够快速、准确地查找出目标点的k邻近点,还具有较为广泛的适用范围。
  (2)为了检测出点云数据的边界,提出了基于吊锤法的方法。将目标点及其邻近点赋予相同的重量,以目标点作为支点进行悬挂,根据其物理表现中各点的空间分布关系判别目标点是否为边界点。实验证明,该算法能够准确地检测出边界特征点。
  (3)为了判别点云数据的内外边界,研究分析了内外边界与其他数据点的关系,基于内外边界的形心点与其他数据点相对于边界的位置的不同,对内外边界进行判别。实验证明,该方法能够准确地判别出内外边界。
  (4)为了修补点云数据的孔洞区域,深入研究了相关算法,利用基于径向基函数的改进方法对孔洞区域进行修补。通过将孔洞边界点投影到特征平面上,并基于扫描线进行特征面插值,然后利用径向基函数进行曲面拟合,最后将特征平面上的新增点映射到拟合曲面上,实现孔洞修补。实验证明,该算法在处理不同曲率变化的区域都有较好的修补效果,并具有较强的适用性。
  (5)通过将本文算法应用于龟山汉墓和峰峰矿区瓦斯罐点云数据孔洞修补中,验证了算法具有一定的实用性。
[硕士论文] 何强
大地测量学与测量工程 中国矿业大学 2016(学位年度)
摘要:三维激光扫描技术是目前测绘科学技术领域一种全新的技术,因其快速、精确、无接触测量等优势被应用于生产生活的各个方面。随着我国的社会经济发展,国家对于能源的需求日益巨大,在地下煤炭开采的同时对于地表建构筑物的破坏日益严重。矿区的建构筑物关系到当地社会经济发展和生产生活,通过对矿区建构筑物进行周期监测和分析,可以有效的掌握其变形情况对保障建构筑物的安全具有重要意义。本文引入三维激光扫描技术在矿区建构筑物变形监测中展开研究,主要研究内容如下:
  (1)根据激光扫描仪的基本原理及精度公式,推导得到激光扫描在实际工程应用中的高差精度及倾斜精度的理论公式。以Riegl VZ-1000扫描仪作为实例并结合多种具体工况进行了精度计算,并结合建筑物允许变形值的相关规范进行对比,证明了激光扫描应用于矿区建构筑物变形监测的可行性。分析了高差精度和倾斜精度的影响因素,提出了提高激光扫描倾斜精度的技术方法。
  (2)在变形提取方法研究中,针对目前平面和曲面拟合存在抗噪性差的问题,在分析点云数据分布特点的基础上,结合RANSAC算法提出了合适的去噪阈值对平面拟合进行了改进;并结合RANSAC算法提出了曲面拟合改进算法;提出了基于Delaunay剖分的ICP配准的表面突变提取算法和不规则及漏洞点云重心计算方法;并且依据点云法矢量变化实现了点云特征线的提取。
  (3)分别以位于峰峰矿区万年矿及羊东矿的开采沉陷影响下的建构筑物变形监测作为工程实例。采用三维激光扫描仪对研究对象进行了外业数据采集,通过选用本文合适的算法及对点云进行点云切片等手段,提取和分析了其相应变形量,表明本文算法提取矿区建构筑物的变形是可行的。
[硕士论文] 杨文彬
地理学;地图学与地理信息系统 南京师范大学 2015(学位年度)
摘要:数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),是一个用数值矩阵表示地面高程的实体地面模型,是重要的地形数据之一。
  现有DEM数据组织方法大多是建立DEM金字塔,将DEM金字塔分层分块,基于文件或者关系表以块为单位按层存储。金字塔每增加一层,数据块数量急剧增加,数据访问效率急剧降低。金字塔层级较高时难以满足大规模地形实时漫游的要求。较高的数据调度效率可以提高大规模地形实时漫游的速度。在地形漫游过程中,每次需求的数据在空间中都是邻近的。如果空间中邻近的数据块在数据库中的存储位置也是邻近的,就可以大大提高数据的访问效率。因此,数据块在数据库中的存储位置要保持空间中的邻近关系。面对大规模地形场景漫游,数据预取也是提高漫游速度的有效手段之一。现有针对DEM数据的预取方法主要是根据视点移动的速度和方向预测下一时刻视点的位置。视点没有速度和方向时,不能进行数据预取,因此难以满足用户自由操作时的数据预取要求。
  本文针对DEM金字塔存储模型、DEM金字塔编码方法和DEM数据预取方法展开了研究。
  本文主要的研究内容和研究成果如下:
  (1)提出了一种基于嵌套文档结构的金字塔整体存储模型。本文将金字塔模型分解为多个小金字塔,利用文档型NoSQL数据库的嵌套文档结构,将小金字塔存储在一个数据库文档中。能够映射金字塔的层级结构,保存小金字塔内部的嵌套关系。各个小金字塔内部数据块在数据库中相互邻近,提高数据访问效率,有利于实现大规模地形场景的实时漫游。
  (2)提出了一种兼顾金字塔层级结构和同层数据块之间邻近关系的DEM金字塔编码方法。本文利用Hilbert曲线对金字塔的每一层进行编码,将Hilbert编码与数据块的层级编码组合成为数据块编码。该编码能够保存金字塔层级关系和金字塔同层数据块之间的空间邻近关系,提高数据访问效率,有利于提高地形场景实时漫游时的数据调度速度。
  (3)提出了一种基于移动方向转移矩阵的数据预取方法。本文首先将漫游场景的移动映射为数据块集合的移动,将数据块集合的移动记录为一个三维向量。再用一个六阶矩阵记录相邻两次移动方向之间的转换情况,将该矩阵作为移动方向的预测矩阵。基于前一次DEM数据块的移动向量,结合六阶预测矩阵,预测下一次移动的方向和距离。然后,根据当前数据块集合的范围预取DEM数据。可以实现用户自由漫游时的数据预取,有利于提高地形场景实时漫游系统的响应速度。
  (4)原型系统设计与实验。本文建立了原型系统,验证本文提出的DEM金字塔存储模型、DEM金字塔编码方法和DEM数据预取方法的可行性和效率性。实验结果表明,本文的小金字塔整体存储模型可以有效提高数据访问效率。本文的DEM金字塔编码方法可以在没有编码的基础上提高50%的数据访问速度。本文的数据预取方法可以应对用户的自由操作,能够有效提高系统响应速度。
[硕士论文] 王洁
测绘工程 西安科技大学 2015(学位年度)
摘要:由于我国西部地区地势特殊、地貌复杂,导致西部地区测图困难,使得目前我国西部地区大比例尺地形图十分缺乏,严重影响了西部地区的发展。随着无人机低空摄影测量系统被引入测绘领域,这不仅为航空摄影测量领域提供了一个新的发展方向,同时也为无人机大比例尺地形图的制作带来技术上的革新。无人机航摄系统具有外业数据采集受天气条件和地面状况影响较小,作业方式灵活,内业数据处理效率高等优点,这些优点十分适合我国西部无人区的大比例尺地形图的绘制,因此采用无人机绘制西部地区地形图是十分必要的。目前,获取的无人机数据采用数字摄影测量系统进行处理,其测图精度高,成图速度快等优点,充分显示了其在生产中的优势,应该在实际生产中得到推广与应用。目前数字摄影测量系统也在不断的发展与创新,越来越智能化的数字摄影测量系统不断的出现,更加提高了西部地区地形图绘制的效率。
  本篇文章主要以全数字摄影测量系统AgisoftPhotoscan软件为例,叙述了其在制作大比例尺地形图的生产过程,体现出了数字摄影测量系统绘制西部地形图的高效性,将青海省国道315项目作为应用实例,使用该系统制作DOM、DEM、并对其进行三维建模,对生产产品进行分析与评价。
[硕士论文] 张学山
计算机应用技术 电子科技大学 2015(学位年度)
摘要:高真实感、沉浸感和友好的人机交互等是当今计算机应用发展的趋势。图形硬件加速技术的发展以及图形学的相关研究成果推动了数字地球概念的快速发展,通过三维渲染技术建立一个真实感强、分辨率高,而且能在场景中漫游的虚拟数字地球。然而,针对海量地形数据处理、存储与查询问题,传统的方法存在硬件成本高,存储效率低等缺点。
  针对上述问题,本课题将分析和研究基于Hadoop云平台的海量地形数据的处理、索引及传输方式,主要内容包括:
  1.云计算环境中地形数据处理方法的研究
  由于单机环境中数据的处理方式与分布式环境中数据的处理方式有差别。单机环境中对数据分层分块,重点在提升绘制的效率;而分布式环境数据处理的目的主要是为了海量数据合理的存储,以及快速地从分布式数据库中索引和调度,并且合理的分块大小可以节省带宽,以及提升网络中数据的传输效率。
  因此,需要分析目前球形地形数据的分层与分块的技术,数据块的编码及构建方式,以及它们的优缺点和实现方法。并结合当前全球网格剖分的算法,研究在分布式环境下,如何对地形数据进行更合理的分层、分块及编码,以适应云环境中快速的对数据进行处理、以及对局部地形数据的快速处理。
  2.在分布式数据库中海量数据存储方式的研究
  大数据在数据库中的存储结构和存储方式,以及数据块的索引方式对数据块的提取效率有很大的影响。因而,分析和研究分布式数据库的运作方式,以及研究当前大数据在分布式数据库中的存储方式和存储策略。并创建海量地形数据的存储结构,以及建立高效的索引方式以加快数据块查找速度,提高数据块查找效率。
  3.Hadoop云环境中实时交互系统的设计
  应用上述的研究结果,使用Hadoop技术设计三维实时可视化漫游系统,并验证并行构建算法的效率,以及分布式数据库存储中性能的比较。
[硕士论文] 李铭
测绘工程 山东科技大学 2015(学位年度)
摘要:室内大型三维控制场是一种在室内建立的三维控制系统,它按照一定的规律布设在室内较稳定的环境中,主要用于非量测相机的检校。与传统的三维控制场相比,室内大型三维控制场的测量点点数量更多、分布范围更广,所以测量难度相对更大。由于需要精确的测量三维控制场中测量点的三维坐标,本文主要研究采用经纬仪测量系统跟工业摄影测量系统两种方式的对控制场进行测量,同时对测量的精度加以评定。再利用测量的数据对控制场的稳定性进行分析。
  为了便于对大型三维控制场进行测量,首先进行大型三维控制场改造,在原有控制场基础上将摄影测量系统能够识别的回光反射标志包括编码标志跟圆形测量点贴附到原先测量点位置的附近,实现了利用工业摄影测量系统进行控制场测量的可能性。利用两种不同的测量系统对控制场进行测量:根据经纬仪测量系统的原理和三维控制场的场地限制,进行测量方法设计跟质量控制策略设计,包括经纬仪设站位置、观测角的交会角度、基准尺的摆放等问题;利用工业摄影测量系统对改造时添加的测量标志进行测量,根据三维控制场的横纵方向的延伸及光线亮度结合工业摄影测量网型的基本要求对控制场的测量网型进行设计,在数据处理时解决出现的若干问题。
  通过坐标系的转换(七参数法、轴对准法)将多期三维控制场的测量结果进行统一,比较均方根误差分析转换结果的精度,并利用转换后的坐标进行三维控制场的稳定性分析。首先分析控制场尺度的变形,主要是角度变形分析跟边长变形分析。确定重心基准,采用两边重心连线方位角为基准方向建立重心坐标系的方式,然后对比新基准下多期测量水平方向的位移量跟竖直方向上位移量,通过点场坐标变形分析出整个控制场的位移情况。以此对控制场稳定性进行综合分析。
[硕士论文] 王见红
测绘工程 安徽理工大学 2015(学位年度)
摘要:在矿山开采过程中,常常会引起岩层和地表的移动,这就会威胁矿区地表居民的人身和财产安全,因此对于矿山开采过程中引起的岩层地表移动的监测和预计就显得十分重要,在实际工作中,我们是在不同时期通过与矿区水准基点进行水准联测获得监测点的高程,进而进行监测和预计的。但是,水准测量不仅工作量大、工作效率低,而且会引起误差传递,在实际应用中耗时又费力。近年来,随着GNSS技术的逐步发展和完善,以及计算机技术和其他相关学科的迅速发展,CORS-RTK技术也越来越成熟稳定,这一技术已经被广泛应用于各类工程测量中,为CORS-RTK高程测量代替水准测量提供了可能。然而,CORS-RTK技术在高程定位精度方面还存在很多不足,主要由于似大地水准面是一个不规则的曲面,我们需要用一个规则精准的曲面来拟合它,将RTK技术获得的高精度的大地高拟合成实际工作中常用到的正高或正常高。
  本文主要是运用比较分析的方法得出最后的结论。以顾北矿北一采区实际测区情况和地表移动观测站的设计为基础,结合CORS-RTK测量技术和高程拟合理论,将外业水准测量采集的高差数据和RTK采集的点位平面坐标信息及大地高作为已知资料,通过比较大地高差和水准高差以及拟合后得到的正常高高差和水准高差,进行综合比较分析,最后得出用拟合后高差来代替相应等级水准测量效果较好的结论。利用RTK技术测量高程,不仅效率高、点位间不需通视,而且各待测点位独立观测,误差不会传递,如果能够利用CORS-RTK高程测量代替水准测量,不仅可以大大节约人力物力,还可以对矿区进行实时监测,这对于对矿区地表岩层变化规律的分析和预计都显得十分重要和必要。
[硕士论文] 马龙
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2015(学位年度)
摘要:在建设工程项目中,工程土方量的计算方法不仅影响到计算效率,而且其计算结果还会直接影响项目成本预算与施工组织问题。不同计算方法结果相差较大。因此,准确计算土方量对于计划整个工程项目实施方案、控制项目总体投资以及分配施工资金具有十分重要的意义。随着各种项目规模的不断扩大,目前对于土方量计算的粗略性和随意性已经无法满足投资方对项目成本精确预算的要求,因此,需要针对特定区域地形选取最适宜的土方计算方法。
  本文首先对常规方法中的断面法、方格网法、不规则三角网法和等高线法进行了归纳和总结。重点从计算原理和计算步骤对这些方法进行了详细的介绍,对各个计算方法的适用情况进行了分析。发现现有方法不能同时满足计算精度高、计算简单和适用于任何地形的要求。介绍了数字高程模型理论,包括概念、特点、分类、数据采集方法以及建模的基本方法。对DEM内插原理和DEM内插方法的数学模型和内插过程进行了深入的分析和阐述。与常规计算方法相比,运用数字高程模型计算土方量不仅可以大大减少人力而且计算精度高。因此,数字高程模型被越来越多地应用在工程土方量的计算中,如何针对特定地貌和地形选取精度最高的DEM内插方法成为了研究的重点。本文以兰州新区综合保税区某地块土地平整项目为例,运用不同内插方法计算工程土方量,通过对计算结果精度的对比分析,得到了在场地范围较大、地势总体较为平坦且外业实测高程点较密集的地区土方量计算精度最优的内插方法。
[硕士论文] 张立芳
摄影测量与遥感 山东农业大学 2015(学位年度)
摘要:随着海岛资源开发利用活动的不断加剧,海岛资源的保护与管理势在必行。开展海岛地表要素变化分析的目的是制定海岛规划,实现海岛地表覆盖资源和岸线资源的有效保护、科学管理和可持续利用。本文采用GIS空间分析技术,深入分析海岛地类转移矩阵,改进地类变化量和地类动态度计算模型,提出基于转移矩阵的海岛地表覆盖土地利用变化信息分析方法,实现了各地类转换量间的对比分析以及对海岛土地利用演变信息的深入挖掘;提出了基于扩张指数、分形维数、紧凑度的岸线形状分析模型,填补了地理国情监测分析在海岛变化分析方面的空白;采用Pearson关联分析方法,从定性分析和定量分析两方面研究了海岛变化的驱动机制。本文主要研究结果如下:
  (1)海岛地表覆盖数据分类指标确定
  参照《基础地理信息要素分类与代码》和《地理国情普查内容与指标》中基础地理要素的分类体系和标准,结合海岛地类分布的特点,将地表覆盖分为耕地、园地、林地、草地、房屋、道路等9类,形成海岛地表覆盖分类指标内容。
  (2)海岛地表覆盖地类要素的变化研究
  利用地类变化量计算模型,从地类要素的净变化量、交换变化量和总变化量三个方面分析地类转移变化数量和转移变化方向;基于修正的土地利用动态度分析模型,实现对地类要素的动态变化过程的监测和土地利用演变信息的深层挖掘和研究。以洞头岛为试验区分析地类变化,结果显示,构筑物、水域、林地等变化比较明显。
  (3)海岛岸线空间形态变化研究
  结合扩张指数理论分析了洞头岛试验区海岸线的扩张过程;基于分形维数理论,从不同空间尺度的层面,采用网格法对研究区海岸线形状的分形维数进行描述和分析;通过引入紧凑度计算模型,从岸线空间形态紧凑角度分析了海岛形态的稳定性,结果表明,海岸线形状呈现交替变化,2010年左右变化比较显著。
  (4)海岛地表要素变化的驱动因素分析
  借助Pearson关联分析方法,从自然、社会、经济层面筛选指标,定量分析了海岛变化的驱动机制;采用定性分析的方法,分析了自然、政府干预等因素对浙江洞头岛地表要素变化产生的作用和影响。研究表明在较短的研究时段内,社会、经济驱动因素对海岛地表要素变化影响显著。
  通过试验分析证明,本文给出的海岛地表要素变化分析的技术流程及方法可有效获取各土地利用类型动态变化信息,深入挖掘土地利用演变信息;同时,为地理国情监测分析在海岛变化方面的研究提供参考,研究成果可为管理和决策部门服务。
[硕士论文] 李斌
农业电气化与自动化 江苏大学 2015(学位年度)
摘要:针对水库、农田、园区及建筑墙体上不规则区域的面积测量问题,提出了一种基于非量测普通数码相机像元的不规则面积测量方法。该方法依据数码相机像元与区域面积之间的射影几何关系,运用普通数码相机,以正直摄影方式对不规则区域进行摄影取值,而后借助计算机通过开发的软件平台获得面积。改善了人工测量存在的效率低、精度差、劳动强度大,和使用专业仪器价格贵,技术专业要求高的缺点。
  论文分析了数码相机中光传感器(CCD或CMOS)上的成像像元与水平面上待测对象和垂直面上测量对象之间各自的射影几何关系,建立了相应的数学模型,推导了具体面积计算公式。通过解析影响摄影精度的因素,采用控制变量法,分别分析了基线、高程、焦距、光圈、摄影距离、对焦点等各参数对测量精度的影响,并提出了相应的解决方案。通过对不规则区域面积的实际摄影测量及实验数据的分析,表明了该方法具有较高的精确性和实用性。
  主要研究的成果如下:
  1、提出并推导了水平面和垂直面上不规则区域面积的测量算法。水平面上:同一横排的每像元对应的待测对象,其横向宽度和纵向长度相等;不同横排的每像元,其对应区域的横向宽度和纵向长度均不等。根据摄影几何关系,计算每像元的纵边和横边分别代表的实际长度和实际宽度,便可获得该像元代表的实际面积。由于同一横排各像元对应的横向宽度和纵向长度相等,即可求出同一横排的所有像元代表的面积。然后由近及远,求出各横排像元代表的实际面积,加以累加获得总的待测区域面积。
  垂直面上:由于摄影镜头、成像底片与待测垂直面均为平行关系,所以垂直面上所有物点到光点的水平垂直距离均相等,这就使得感光底片上不仅同一横排或同一纵列上的每像元对应的实际区域面积相等,而且不同横排与不同纵列上的每像元对应的区域面积也相等,即垂直面上所有像元对应的区域小面积均相等。以横排为单位,由下向上,求出每一横排像元代表的实际面积,然后累加得出总的待测区域面积。
  2、建立了基于VC++平台的测量应用软件。将像片对以BMP图像格式导入计算机,在课题研究开发的VC++软件平台上,使用鼠标人工操作绘出所需测量区域的边缘,并对左右像片中的最远点Du及最近点Dd(或最高点Qh跟最低点Q1)进行标定和配对,便可根据测量原理由计算机自动计算出待测区域面积。
  3、对区域面积现场拍摄实施方法进行了探讨。以正直摄影方式对待测区域进行摄影取值,通过分析和校验基线、高程、焦距、光圈、拍摄距离、对焦点各参数对测量精度的影响,得出:水平面上布施测量,摄影基线b需满足0.08ymax≤b≤0.25ymin;焦距f要大,但要保证远小于拍摄距离l;拍摄距离l需满足:0.33(ymax+ymin)≤l≤0.5(ymax+ymin);高程h<(0.08l+0.2)且最大不超过5m;光圈值F小区域近距离选小,大区域长距离选大。垂直面上参数选取与水平面相似,但高程h应尽量与待测区域中心高度趋近。
  4、选取不规则区域进行实际摄影测量,对一维距离和二维面积的实验数据进行验证分析。结论表明:选取不同距离、高程、焦距、基线长度、光圈值进行拍摄,所得一维数据会略有不同。一维距离的测量信息必会影响二维面积的测量结果。按校验实验结论选取适值参数进行拍摄取值时,可保证一维距离测量的相对误差在3%以下,不规则区域面积测量的相对误差在6%范围以内。
  研究表明:基于非量测普通数码相机像元测量不规则区域面积的方法,在选取适值基线、高程、光圈、焦距和对焦点进行拍摄时,具有较高的精确性和实用性,有助于解决对不规则区域面积的测量需求,并将有利于拓展近景摄影测量的应用领域。
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