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[硕士论文] 王少迪
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:遥感技术作为一门快速发展的学科,在通过传感器获取地面物体的信息时具有相当大的优势。遥感影像作为记录传感器信息的载体,具有丰富的表达形式,在通过传感器获取地面地物的信息时,不同的传感器在空间分辨率、辐射分辨率及光谱分辨率等方面存在较大差异,因此,单一影像数据源在地物信息识别、提取中存在缺陷。采用多源影像的数据融合处理方法能够有效提高数据的互补性,解决数据冗余等问题,从而提高影像数据的解译精度和应用效率,由此,多源影像数据融合算法研究一直是学术界的研究热点。
  近年来,我国发射了一系列国产高分卫星,有效地促进了高分辨率卫星数据在国内各行业的应用。然而,针对新发射国产高分影像的数据融合研究还存在诸多问题,为此,本文提出了一种超球面彩色空间变换(Hyperspherical color space,HCS)与非下采样Contourlet变换(nonsubsampled contourlet transform,NSCT)相结合的遥感影像融合算法,并且针对不同的数据源,分别提出不同的融合规则,用于提高融合影像的质量。本文的主要工作有:
  (1)提出了一种针对光学影像多光谱波段与全色波段的融合算法。论文首先对高分一号影像的全色波段与多光谱波段进行自动校正,对多光谱波段进行HCS变换获取I分量。其次,将全色波段和多光谱波段的I分量分别使用HSCT分解,并获取全色波段的多个高频子带与一个低频子带与多光谱波段的多个高频子带与一个低频子带,并针对全色波段的多个高频子带与I分量的多个高频子带采用改进的拉普拉斯能量和方法计算能量和的数值,对每个相互对应的高频子带的数值进行对比,保留能量和值高的部分作为融合部分,对于全色波段的唯一低频子带和I分量唯一低频子带采用加权的局部方向熵方法计算熵值,保留方向熵较高的部分作为融合部分。最后,将保留的结果进行NSCT和HCS逆变换,得到最终融合的多光谱遥感影像。
  (2)提出了光学影像多光谱波段与合成孔径雷达的图像融合算法。论文首先对高分一号多光谱影像与高分三号合成孔径雷达影像进行预处理与几何精校正,对多光谱影像进行HCS变换获取I分量。然后对SAR影像进行降噪处理,尽量获得更加有效的边缘与纹理信息。其次将SAR影像和I分量分别使用HSCT所分解,并获取SAR影像的多个高频子带与一个低频子带与多光谱影像的多个高频子带与一个低频子带。并针对SAR影像的多个高频子带与I分量的多个高频子带依旧采用改进的拉普拉斯能量和方法计算能量和的数值,对相同方向上的高频子带的数值进行对比,保留能量和值高的部分作为融合部分。对于SAR影像的唯一低频子带和I分量唯一低频子带直接保留多光谱影像的部分。最后将保留的结果进行NSCT和HCS逆变换,得到最终融合的多光谱遥感影像。
  (3)通过对不同遥感影像数据融合的实验,对融合结果进行融合质量评价。分别包括主观评价与客观评价。主观评价是通过目视解译,对比融合之前与之后的影像,判断是否更容易识别出地物特征。客观评价主要针对空间分辨率与光谱保持程度。对于空间分辨率通过均值、标准差、信息熵、平均灰度、相关性和清晰度等指标进行评价。光谱保持程度则是通过对比原始影像与融合影像中水体、植被、道路、裸土和建筑物这五种地物的光谱函数来判断。对于高分一号全色波段与多光谱波段,本文方法与CN法、SFIM法、PCA法、GIHS法和Gram-Schmidt法分别进行对比和主观评价和客观评价。仿真实验显示,本文方法无论是在目视解译效果上还是在空间分辨率和光谱保持程度上,均优于其他算法。对于高分三号合成孔径雷达与高分一号多光谱影像,仿真实验显示,本文方法在光谱保持程度上强于CN算法、GIHS算法和SFIM算法。在较低的建筑物上强于CN算法、GIHS算法和SFIM算法,在较高的建筑物上略弱于SFIM算法,强于CN算法和GIHS算法。在水体、道路和植被方面强于其他三种算法。
[硕士论文] 王军
交通测绘信息技术 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:由于全国各地的古建筑在不同程度上受到破坏,历史悠久的建筑文化遗产正在面临着严峻的考验,因此对古建筑的保护更加迫切。随着科学技术的飞速发展,三维激光扫描技术在测绘领域得到迅速发展。三维激光扫描技术以海量的点云数据改变了传统单点测量的方式,在古建筑测绘中得到应用。三维激光扫描技术对建筑物的保护、修复以及测绘成果数字化具有很重要的意义。本文运用地面三维激光扫描仪对古建筑测绘进行探究,主要完成以下工作:
  (1)介绍了中国古建筑与古建筑测绘方面的基本特点,介绍了地面三维激光扫描仪基本原理及其与传统测绘技术的区别。
  (2)对地面三维激光扫描仪从水平角、测距两个方向进行精度研究,分析Z+FIMAGER5010C三维激光扫描仪不同距离下水平角的精度,在20m与40m距离下水平角测角精度满足标称精度。在10m、20m、40m、60m、80m、100m距离段检测Z+F IMAGER5010C三维激光扫描仪的测距精度,测距精度也满足所需的精度要求。在本文古建筑数据采集的距离下,也满足所需的精度要求。
  (3)针对Z+F IMAGER5010C三维激光扫描仪拼接配准问题,分析了分辨率、距离、靶球数量和靶球表面扫描点数对于拼接精度的影响,进而分析各因素对拼接精度的影响程度及影响趋势。根据古建筑物的不同精度需求,调节不同的因素,采集相应的古建筑点云数据。
  (4)对整体点云进行不同位置的切片,在AutoCAD中绘制古建筑的平面图与立面图。对古建筑内部的塑像在Geomagic Studio中进行三角网建模。古建筑的房顶在3DSMax进行精细化建模,对三维模型进一步纹理贴图。在建模点位精度分析中,采用非线性模型与线性模型两种方法分析。
[硕士论文] 周华云
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:冰冻圈作为五大圈层之一,在气候变暖背景下,其变化趋势将会对全球的环境、资源、能水循环及社会经济发展产生重大影响。多年冻土作为冰冻圈的重要组成部分,近几十年来出现了不同程度的退化趋势。而青藏高原多年冻土区,是位于低纬度地区面积最大的多年冻土区,对气候变化十分敏感,其退化趋势更加明显。
  利用InSAR技术针对青藏高原多年冻土区的地面形变监测,不仅能够反映全球气候变化对青藏高原多年冻土环境的影响程度,并且可以为多年冻土区的工程建设、维护提供数据支撑和决策依据。
  本文利用欧洲空间局Sentinel-1数据结合SBAS-InSAR技术,获取了青藏高原五道梁多年冻土区2014年11月至2017年3月时间序列地面形变信息,结果与水准仪实测数据相吻合,相对误差为22.4%,均方根误差为4.3mm,表明InSAR技术可用于多年冻土区的形变监测。同时,结合五道梁长期的实时观测数据,分析了不同环境因子对Sentinel-1数据获取青藏高原多年冻土区地面形变信息的影响。结果表明:
  (1)植被类型对Sentinel-1数据获取地面形变信息影响较大。植被发育越好,其覆盖度越高,失相干也越严重,在一定程度上会影响Sentinel-1数据获取地面信息的精度。
  (2)多年冻土区不同地形地貌其形变量具有空间异质性。在高原地形起伏较大的山区存在垂直向和南北向差异;在河流、热融湖塘等水体较多的多年冻土区,由于雷达信号失相干严重,会对其获取地表形变信息的能力造成影响。
  (3)降水与日冻融循环对Sentinel-1降轨数据获取多年冻土区地面形变信息能力的影响不可忽略。持续性降水会影响雷达信号的传播,使得在利用Sentinel-1数据获取多年冻土地面形变信息时,存在较大误差;而日冻融循环作用,会使得多年冻土区地面形变在白天与夜晚产生较大的差异,这也是导致相对误差出现较大数值的主要原因。
[硕士论文] 朱钰
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:从地球形变响应的相关研究历史看,尽管在环境要素负荷地壳形变方面的研究在不断增多,但是受数据和计算模型的影响,一些地区由于江河湖库动态变化引起的地壳形变和局部重力场变化缺乏系统的、有效的监测。
  本文以多种数据为依托,系统的研究了江河湖库水负荷形变理论体系,并以三峡地区为例,实践了负荷形变计算的全过程。研究主要包括三部分内容:探讨基于ZY-3卫星影像提取江河湖库水体的方法;以负荷形变理论为支撑计算江河湖库水对区域的7种形变影响(以下简称计算结果);重构CORS站、重力台站数据的精细信号对比分析计算结果中大地高、地面重力变化的有效性。主要工作及成果如下:
  (1)通过探讨遥感影像中水体提取方法的研究概况,发现了现有水体提取方法应用于ZY-3影像的有限性,探索性的提出基于WI和单波段阈值求交的提取方式以及基于概率统计的纹理滤波提取方式,并对比了各种提取方式的优势和不足,获得三个主要结论:
  ①对于ZY-3影像,其近红外波段对水体有较高的敏感度,当存在较少与水体反射率相近的地物时,使用单波段阈值法或多波段谱间运算就能获得较为理想的水体提取效果。
  ②常用的NDVI、NDWI在该卫星影像中提取效果不佳,WI容易漏提水体,HIS最优指标法减小了结果中的噪音,但结果中水田信息较多。相比较,基于规则的面向对象提取方式有较大的应用潜力。
  ③谱间关系和水体指数的结合的方式能一定程度的排除阴影的干扰,有一定的开发应用空间。当研究区细小水体较少或进一步研究中不考虑细小水体时,基于概率统计的纹理滤波能有效降低水体提取结果中的噪音,一定程度上避免了水田和阴影的混入。
  (2)以负荷形变理论为依托,详细说明了实践计算的具体过程和关键步骤,提出了水面DTM和水体等效水高生成的方法,模拟计算了研究区水位从145-175m每上升5m的负荷形变量,详细计算了研究区域2011年1月至2015年6月地面重力、大地水准面、大地高、正常高、扰动重力、垂线偏差、水平形变7种形变量的月变化。计算获得的主要成果有四点:
  ①模拟计算中7种形变量随着水位的上升而增大,且呈现由河道向外发散的特征。
  ②实际计算中水体对区域重力负荷影响的月变化保持在±45uGal之间,对大地水准面的影响基本保持在0-5mm之间,对区域大地高的影响保持在-25-0mm之间;对区域正常高的影响保持在-30-0mm之间,对区域扰动重力的影响基本在±45uGal之间,对区域垂线偏差的影响大部分区域保持在0-10ms之间,对区域水平形变的影响普遍较小,整体不高于0.40mm。除水平形变外,其他形变量在河道处的数值是其基本变化量的几倍甚至数十倍。
  ③从距水体5km至20km,随着与水体距离的增加,7种形变量逐渐减小。
  ④从时间序列看,形变量存在明显的季节性,汛期(7-9月份)形变量高于非汛期。
  (3)基于CORS站和重力台站实测数据对比分析了江河湖库水负荷形变体系计算结果中的大地高变化和地面重力变化。简要说明了CORS站和重力台站数据的预处理过程,实验探索了CORS站及重力台站数据的非潮汐精细信号重构过程。在CORS站大气影响剔除过程中提出两种解算导纳的方式,使用回归法计算了三峡地区30座、关中地区24座CORS站的大气导纳值。对精细重构之后的数据求取月平均与计算结果进行对比得到:江河湖库水负荷形变体系计算的大地高变化结果有效性较高,且计算的结果能反映区域大地高整体的变化,较单点监测有一定的优越性,计算所得的重力变化结果符合实际情况,但不能代表地面实际重力变化的总趋势,尤其是距离水体较远的点。
  此外,研究过程中还系统地总结了地表环境负荷形变理论及方法,基于前人的研究成果,以负荷格林函数为依托,构建了江河湖库水负荷形变计算的理论体系,并撰写了一系列计算相关的DOS程序及批处理Python脚本。这不仅为本文研究过程提供了极大的便捷,且可作为研究者和工作人员做江河湖库水负荷形变研究时的工具,供其使用。
[硕士论文] 刘波
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,高分辨率遥感影像生产技术不断提升,无论是高分辨率的卫星影像还是航拍图数据获取都变得日益便捷。遥感影像变化检测技术作为遥感影像的众多应用之一,伴随着数据资源的不断增加,其技术要求也在不断更新。面向对象技术作为一种新的影像分析范式,为高分辨率遥感影像变化检测提供了新的思路。在面向对象分析的基础上,可以提取出遥感影像的大量特征,将这一系列特征添加到影像分析中,可以大大提高影像变化检测精度。与此同时,随着机器学习的方法在各行各业中应用不断深入,其在遥感影像变化检测中的应用也都待开拓。
  本文通过研究面向对象的遥感影像变化检测基本理论,结合机器学习分类以及特征选择技术,对高分辨率遥感影像变化检测的随机森林分类算法进行了研究,提出了相应的改进算法框架。主要工作可以概括如下:
  (1)详细阐释了高分辨率遥感影像变化检测的关键技术问题,对基于对象的遥感影像特征进行了深入研究。根据变化检测技术原理以及遥感影像对象自身的特点,探索并扩展了高分辨率遥感影像对象的空间邻域特征,提出了一种对象与对象之间的空间邻域特征度量方法并将其应用到了整个变化检测实验中。
  (2)系统地阐释了SVDD(支持向量描述)特征选择以及随机森林分类算法的原理。针对分类技术在直接遥感影像变化检测技术中的应用特点,尝试了利用单分类技术进行特征选择的研究。提出了两种基于SVDD特征选择与随机森林分类算法的高分辨率遥感影像面向对象变化检测算法框架。
  (3)针对传统的基于分类算法需要人工选择样本的问题,本文采用了CST(Chi-SquareTransform)特征融合与EM(Expectation Maximization Algorithm)自动阈值分割技术的自动样本选择的分类框架,并将其应用到所提出的两种SVDD特征选择与随机森林分类框架中。最后本文通过研究两期高分辨遥感影像特点,并对两个时期数据进行叠加分割,通过特征计算,特征提取,构造了一个具有96维特征的特征影像数据。通过设置多组对比实验,验证了本文所提两种变化检测算法框架的有效性。其中基于SVDD特征选择与随机森林叠加的算法结构简单,相对于传统的变化检测算法,精度有部分提升,基于SVDD特征选择与随机森林融合的算法结构相对复杂,但其精度效果最佳。
[硕士论文] 邵达青
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:我国危化品生产与运输企业产经营规模不断扩大,各类事故隐患和安全风险交织叠加,运输事故易发多发直接危及人民生命与财产安全。但是,测绘应急保障行业对危化品运输事故的应急制图需求缺乏挖掘,面向危化品运输事故的应急制图内容、制图规则全依靠主观经验,加上从事应急救援工作人员的专业素质参差不齐,导致应急制图不能很好地服务于危化品运输事故应急工作。
  鉴于此,本研究结合区域灾害系统论、事故应急条例与预案、地图制图学理论,系统分析危化品运输事故的本质结构与描述方法,深入挖掘危化品运输事故应急工作中的制图需求,总结适宜于危化品运输事故应急的专题制图规则,建立场景模型并进行形式化表达,以利于应急制图能够科学有效地服务于事故应急工作。本研究完成的工作主要为两大方面:
  第一方面,设计了事故场景的三层八元组模型。首先,从区域灾害系统的角度分析危化品运输事故的本质结构和描述方法;其次,根据国家、省级、市级的危化品管理、运输条例和应急预案,深度发掘事故应急任务中的制图需求;最后,参照地图制图知识和主流制图软件制图知识,设计适合危化品运输事故应急的制图规则。
  第二方面,借助网络本体语言对三层八元组模型进行形式化表达。首先,研究适合模型本体构建的方法步骤;其次,根据模型元组的类属与关系,定义模型本体的类属结构与关联结构;再次,根据事故应急的不同阶段对本体进行实例化,并在本体构建工具中完成本体构建与形式化表达、储存;最后,在本体解析程序中实现了由实际案例到应急任务、再到制图规则的索引查询过程,最终完成制图输出。
[硕士论文] 张昌赛
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:输电线路承载着国民生产和生活所需的能源运输命脉,是电网系统的重要组成部分,线路巡检是有效保证输电线路安全运维的基础工作。长期以来,输电线路的巡检主要以人力徒步或直升机搭载光学相机的形式执行巡检,不但带来较高的生产成本和较长的作业周期,而且因人眼识别能力有限和图像的空间定位精度不高,所获取的信息不够准确。激光雷达(LiDAR)能够获取走廊场景的高精度三维空间几何信息,利用其采集的数据可以使高效且自动化精准检测输电线走廊树障危险点成为可能。另外,采用机载测量方式可以进一步提高效率并降低成本。因而,应用机载LiDAR测量技术执行输电线走廊巡检具备更为广阔的应用前景。
  本文首先从机载LiDAR获取的三维点云数据出发,根据点云特性和走廊内不同的地物特征,对走廊点云进行地物分类。之后挖掘了除点云之外的信息,结合气象条件和导线参数信息进行输电线工况模拟。在此基础上,结合电力线安全距离检测完成输电线路树障危险点预警分析。相关研究如下:
  (1)本文介绍了机载LiDAR系统组成和工作原理;重点阐述所采集的点云数据特性、存储形式以及常见的点云数据空间索引组织形式。寻找能够有效提高点云数据特征提取效率的点云索引方式。
  (2)本文研究了基于曲率和邻域特征的电力线分类。根据电力线本身线状特征,探讨了曲面特征对电力线点云识别的有效性。曲率的估计的要对一个点的临近点集构建二次曲面,而线状的电力线无法完成此构建,据此进行电力线识别分类。并结合邻域特征将噪声点去除,保留完整的电力线点。
  (3)通过地形滤波可将点云分为地面点和非地面点。进一步在非地面点中结合先验杆塔坐标定位杆塔,并根据圆柱形模型分类杆塔点。由于走廊内地物多为植被,从而提取杆塔点后保留的非地面点记为植被点。
  (4)在架空电力线力学理论基础上,结合气象条件和导线参数进行输电线工况模拟。模拟多种工况条件下(如高温、覆冰或大风舞动)的输电线形态,并将具有最大弧垂状态的输电线作为点云数据的辅助数据,执行安全距离检测,以实现输电走廊树障危险点预警分析。
[硕士论文] 吕文清
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着互联网技术的发展及大数据浪潮的来临,矢量空间数据的共享变得更加便捷,被广泛应用于测绘与卫星导航、国土资源管理、城乡规划与建设、国防军事等众多领域。矢量空间数据的大规模传播和应用为科学研究和经济建设带来巨大推动,同时其盗版问题也日益严重,严重危害数据生产单位的合法权益,高精度矢量空间数据的非法传播更会危及国家安全。因此,迫切需要某种技术既能不影响矢量空间数据的正常使用和合理共享,又能有效保护矢量空间数据版权。零水印技术因其不对数据做任何修改,在矢量空间数据版权保护问题上具有天然的优势,能有效解决矢量空间数据版权归属判定问题,但矢量空间数据版权保护的题中之义还应包含叛逆者追踪,数字指纹技术作为叛逆者追踪的有力武器,能有效追踪矢量空间数据的叛逆者。
  为解决上述问题,本文将综合应用零水印技术与数字指纹技术,解决矢量空间数据版权归属判定及叛逆者追踪问题,从而对非法使用和传播矢量空间数据的用户都能有效打击和威慑。两种技术在功能上不仅形成了互补,而且在一定程度上缓解了信息过多嵌入带来的数据质量严重下降。因此,研究将零水印与数字指纹同时应用于矢量空间数据版权保护具有重要的研究意义和应用价值。主要研究内容和创新点如下:
  1.提出了一种基于分布中心的矢量空间数据零水印算法,该算法综合考虑了矢量空间数据的整体特征和局部特征。对数据进行格网划分后,利用每个格网内点与其分布中心的距离和距离的平均值来构造特征数据,然后将特征数据与置乱后的水印图像进行异或运算,得到最终的零水印图像。该算法能够有效抵抗随机删点、平移、缩放和裁剪攻击,同时适用于点、线、面矢量空间数据,当数据量较小时,水印检测效果仍比较理想。
  2.提出了一种基于I码和CFF码的矢量空间数据数字指纹算法,该算法在对矢量空间数据实际分发过程分析的基础上,基于分块编码的思想对I码和CFF码进行分块编码建立指纹库,并将指纹序列利用QIM方法量化嵌入到待分发的矢量空间数据DFT相位系数中,得到含指纹的矢量空间数据。该算法构造的指纹编码在扩大用户容量的同时码长较短,能有效抵抗常见的合谋攻击,正确追踪到至少一个叛逆者。
[硕士论文] 马磊
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:空间目标的形状化简是地图综合领域的一项重要研究课题,涉及空间认知、空间相似性度量等地理信息科学的核心问题。作为地图中广泛存在的地理要素——建筑物,对其进行形状化简一直是大比例尺地图综合的重要环节。形状化简主要有两个连续的步骤:描述和化简。其中,建筑物的几何形状复杂多变且难以描述,不同的描述方法又对应不同的化简策略,因此,建筑物的形状化简也是较为困难的环节。
  传统方法在度量建筑物要素的几何形状时,采用若干形状描述子分别度量形状的某一特征,或构建某种严格的数学函数和统计方法来逼近形状轮廓,这些方法未能很好地考虑人类在空间认知过程中的视觉因素,且这些视觉因素的识别方法需要人工进行设定和干预。另外,针对这些传统的形状描述方法,其化简策略同样未考虑视觉因素,具有一定的局限性。鉴于此,本文基于机器学习的相关算法,构建一种能够识别建筑物形状中视觉因素的几何描述模型,同时提出对应于这种模型的形状化简方法。
  论文取得的研究成果及创新点包括以下3个方面:
  (1)基于深度卷积神经网络的图像特征自学习特性,结合自动编码机的非监督学习能力,构建基于机器自监督学习的建筑物几何形状描述模型。其基本思路是,在自动编码机的结构上,嵌入深度卷积神经网络,使得自动编码机的编码器和解码器均能利用卷积运算探测建筑物形状特征。
  (2)基于(1)构建的模型,提出了基于人类空间视觉认知的建筑物形状特征描述方法。具体来说,利用形状描述模型的编码器和解码器分别对形状数据集进行特征探测和重建,从而获得编码器计算得到的形状特征集。这个特征集作为输入待化简形状的一个抽象特征描述,为化简模型提供参考。
  (3)根据空间视觉认知规律,提出了基于认知模板匹配的建筑物形状化简方法。基本思路是,分析视觉认知的特征要素,并按照认知分类的方法构建建筑物化简模板形状;然后,利用形状特征集之间的相似度度量匹配模板对象;最后,利用匹配模板对待化简形状进行放样化简。
  本文利用真实建筑物形状大数据,对机器自监督学习的形状描述模型进行了训练,然后对两个模型进行了实验与分析。实验表明,本文构建的形状描述模型能够很好地探测出任意建筑物的形状特征集,结果符合人眼视觉认知,一定程度上克服了特征定义的人工干预缺点,且该方法形状度量区分度高;基于模板的建筑物形状化简模型构建了符合空间视觉认知的模板对象,根据形状特征集度量的相似模板对象具有很好的视觉匹配度,且实验区域多数形状得到很好地化简,效果较为理想。两种模型的实验结果符合空间视觉认知习惯,这种结合以直观的方式较好地解决了大比例尺下建筑物形状的化简问题,为机器学习在地图综合中的运用提供了一定的参考价值。
[硕士论文] 蒋荣华
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在三维激光扫描仪点云数据拟合问题中,经典最小二乘方法得到了广泛而成功的应用,然而在实际应用中,三维激光扫描仪获取的是具有相关性的不等精度的点云数据,并且观测量和系数矩阵中均存在误差,由于实际测量中受各种因素影响,数据不可避免受异常值污染,此时经典最小二乘方法就无法获得最优解,针对此问题,论文以加权整体最小二乘(WTLS)为研究对象,主要研究内容如下:
  针对观测向量和系数阵存在误差的情况,引入顾及系数阵误差的变量误差模型并给出了参数估计准则,并以此模型为基础,在非等精度的条件下,推导了基于非线性最小二乘牛顿-高斯法的WTLS迭代算法。
  针对点云数据非等精度情况,根据三维激光扫描仪点云数据特性,提出了基于入射角定权的加权整体最小二乘法,并推导了相应的迭代计算公式,给出了迭代计算步骤;在入射角定权基础上,考虑光束几何特征对点位精度的影响,提出顾及光斑面积的定权方式,并给出相应协因数阵的构造方式;分别采用等权、入射角定权和顾及光斑面积定权三种加权整体最小二乘方法对模拟数据和实测数据进行平面拟合实验验证。通过实测和模拟数据实验表明:基于入射角定权的加权整体最小二乘方法优于等权加权整体最小二乘法,基于光斑面积定权的加权整体最小二乘方法优于入射角定权的加权整体最小二乘法,能获得较高精度参数估值。
  针对点云数据具有相关性情况,在系数矩阵和观测向量相关条件下,对定权方式进行了探讨。给出了一种基于测角、测距的定权方法,并在此基础上,结合光束几何特征对点位精度的影响,提出顾及光斑面积的测角测距定权方法。基于牛顿-高斯算法,推导了系数矩阵和观测相关条件下的加权整体最小二乘模型,并利用误差传播定律和协因数传播率推导了相应协因数阵的表达式,给出了迭代计算步骤。分别采用等权、基于入射角定权、顾及光斑面积定权、基于测角和测距定权、顾及光斑面积的测距测角定权五种定权方式对三维激光扫描点云模拟数据和实测数据进行拟合,通过模拟数据和实测数据实验表明:对于三维激光扫描点云数据,顾及光斑面积和测角测距的加权整体最小二乘能够获得较高精度参数解,优于基于测角测距定权、基于入射角定权和等权的整体最小二乘法,定权方式较完善。
  针对点云数据含有异常值情况,首先研究了基于标准化残差和中位数的一般抗差估计模型,并在此基础上,在系数矩阵和观测向量相关条件下,结合加权整体最小二乘模型,提出了抗差加权整体最小二乘模型,给出了相应的估计准则,并推导了迭代计算公式和评定模型。分别用以上的五种定权方式对基于三维激光扫描仪的实测数据和模拟数据进行平面拟合和球面拟合,通过平面拟合和球面拟合的实验表明:在系数矩阵和观测向量含有粗差时,抗差加权整体最小二乘模型仍能获得较高精度参数解,参数精度均高于对应加权整体最小二乘法,且考虑系数矩阵和观测向量之间相关性的抗差加权整体最小二乘方法优于不考虑相关性条件下的抗差加权整体最小二乘法。
[硕士论文] 唐丽娟
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着科技的进步所带来的在大地测量上技术和方法的进步,测量数据处理理论和技术得到了进一步的提高,其所应用的范围也越来越广。坐标转换是测量工作中常见的问题,大地测量、工程应用、摄影测量与遥感等都会用到坐标转换,传统的坐标转换模型主要依据最小二乘准则进行平差求参,很多条件下已经不能满足精度需要。
  基于经典最小二乘原理(Least Squares,LS)的高斯一马尔科夫模型广泛应用于各种大地测量和工程测量中,该模型建立的前提是仅在观测矩阵中存在随机误差。随着测绘理论的发展与数据处理的深入研究,不考虑系数阵误差时平差结果会发生偏差,与实际的情况不太相符。
  总体最小二乘法(Total Least Squares,TLS)综合考虑了系数矩阵和观测向量都有误差的情况,基于该原理建立的变量误差(Errors-in-Variables,EIV)模型更加合理且符合实际。本文介绍了当系数矩阵和观测向量在等精度和不等精度情况下常用解法,并以直线拟合为例,用TLS法和加权TLS法求得参数的估值,与最小二乘估计得到的参数估值进行比较,结果表明加权TLS得到参数明显优于LS。
  在平面坐标转换的过程中,基准点由于建立时间较长,可能发生变动或位移,使测量数据中含有粗差,LS法、TLS法和WTLS法都对粗差的抵抗能力都不佳,并且经常会因为含有粗差,使得求得的参数估值偏差较大。针对这个问题,本文利用标准化残差构造权因子函数,并采用中位数法获得具有抗差性的单位权中误差估值,推导出一种高崩溃污染率加权总体最小二乘的抗差解法。通过算例分析,发现LS法和WTLS法得到的参数估值在有粗差的情况下变动较大,得到的结果不再适用,而基于加权总体最小二乘的抗差解法得到的结果与真值差异不大,在处理粗差污染问题上具有一定的优势。
[硕士论文] 王涛
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:GNSS组合单点定位中,普遍采用经典最小二乘作为数据平差模型;然而,定位线性化方程系数中包含了观测误差,利用经典最小二乘法是无法顾及系数矩阵误差对最终定位结果的影响。因此,本文主要从总体最小二乘角度出发,研究顾及系数矩阵误差条件下,优化GNSS组合单点定位数学模型,旨在提高组合定位算法的稳健性和可靠性。
  本文主要研究内容和结论如下:
  1.基于总体最小二乘理论,以矩阵迭代允解为基础,研究并建立了GNSS组合单点定位总体最小二乘函数模型;基于GNSS组合定位中粗差及异常观测值的探测,提出了综合增广矩阵最小奇异值分解、残差统计分析对观测值进行重构的方法;同时,设计了GNSS多系统组合的时间系统与坐标系统统—理论与GNSS卫星坐标计算方法基础上的组合的主体方案。
  2.基于奇异值分解原理,从理论上分析了总体最小二乘的基本思想;针对混合最小二乘问题,基于矩阵OR分解原理和约化分解方法推导了混合最小二乘的解算方法;分析了总体最小二乘与普通最小二乘的差异,证明了经典最小二乘是总体最小二乘的—种特殊形式,总体最小二乘为经典最小二乘的扩展。
  3.最后基于本文提出的理论与方法,编程实现了基于VC++的GNSS组合LS/TLS标准单点定位程序,通过大量实验对算法进行验证。
  最后,对比了香港、内蒙古地区GPS、BDS定位精度,和最小二乘、总体最小二乘算法优劣性。利用实验,得出总体最小二乘在数据异常值较多时优于最小二乘;多系统定位精度、稳定性要优于单系统;BDS在现阶段香港地区定位精度略好于内蒙古。
[硕士论文] 肖明
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文结合GNSS网的空间无约束平差,对基于方差膨胀模型的相关抗差估计理论及应用做了一些探讨,论文所做工作概括如下:
  1.GNSS网空间无约束平差理论研究以及程序实现。阐述了无约束平差的作用,介绍了GNSS空间无约束平差数学模型以及平差结果的精度评定。利用C++程序语言对平差模型进行程序设计,程序实现了基线文件的读取与存储、GNSS网无约束平差误差方程的自动列写以及平差计算与成果输出。
  2.推导了观测值误差对平差改正数的影响模型,针对独立观测量阐述了M估计理论以及等价权原理,在此基础上,介绍了抗差M估计理论,最后列举了常用的抗差估计等价权函数模型,并通过一个实例对比分析了各种等价权模型的抗差效果。实验结果表明,IGG方案较于其他抗差方案具有更好的探测和抵抗粗差的能力。
  3.介绍了基于等价权的相关抗差估计模型,重点分析了其在相关观测量抗差估计过程中存在的不足。阐述了基于方差膨胀模型的相关抗差估计模型,针对基于等价权的相关抗差估计模型中存在的不足,基于方差膨胀模型构建了一个新的相关观测量抗差估计模型,模型能够较好的解决基于等价权的相关抗差估计模型中出现的权矩阵不对称等问题,并在迭代计算中使用稳健性较强中位数计算单位权中误差,使得标准化残差计算更具抗差性。
  4.相关观测量抗差估计模型程序实现。利用C++程序语言将相关观测量的抗差估计模型嵌入GNSS网的无约束平差程序中。
  5.通过一实测GNSS网,通过人为加入符号和大小不同的两组粗差的方式,对比本文构建的模型和最小二乘以及RECO方案,在验后单位权方差、观测值改正数与无粗差改正数差值、坐标平差值中误差、平差坐标偏离四个方面,比较各方案的平差结果。实验结果表明,在粗差不显著时,本文建立的模型能与最小二乘平差得到较为一致的平差结果;在粗差显著(加入粗差)时,最小二乘受粗差影响较大,平差结果严重扭曲,RECO方案与本文所构建的模型都能够较好的识别和抵抗粗差。
[硕士论文] 徐炜
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着美国GPS系统的现代化、俄罗斯GLONASS系统的回归、欧盟GALILEO系统的组建、我国BDS-3系统面向全球的组网,GNSS多系统组合定位将是未来导航定位的必然趋势,多系统的数据融合也成为GNSS组合基线解算中的关键技术之一。基线解算技术在GNSS定位中具有不可替代的地位,可获得高精度的定位结果,已广泛应用于国防、工程测量、变形监测、交通等各个领域。而GNSS中长基线解算更具有广阔的应用前景,各省市建立的高铁、大型跨海跨江大桥、特大隧道工程控制网都有中长基线解算的需求。实现GPS/BDS组合的中长基线解算将可改善单系统定位脆弱的问题,保证定位解算结果的准确性,具有重要的理论意义与工程应用价值,并将有利于我国BDS系统的推广与应用。本文的主要研究内容及结论包括:
  1.针对GPS系统、BDS系统在时间与坐标系统间的差异,对GPS/BDS组合定位中的时空基准统一理论进行了相应研究,在推导出GPS卫星与BDS卫星坐标计算方法的基础上,进一步提出了GPS/BDS组合定位的主体方案。
  2.研究了GPS/BDS组合定位的非差、单差、双差、宽窄巷、无电离层组合等数学模型和卫星高度角定权、信噪比定权、验后方差定权的随机模型,并对与卫星有关、与传播路径有关、与接收机有关的误差源及其改正方法进行了分析。
  3.实现了对GNSS中长基线解算中的一些关键问题的研究,主要包括:利用电离层残差法与M-W组合法联合进行周跳探测与修复的技术,在固定宽巷模糊度的基础上构建无电离层组合模型,并基于Kalman滤波实现基础模糊度浮点解的解算技术,以及利用LAMBDA算法实现基础模糊度固定的技术等。
  4.基于C++平台结合面向对象的理念,根据文中的算法开发出一套集GPS、BDS系及其组合系统的中长基线数据处理软件,并以香港CORS网及三维移动变形平台实测数据为例,对算法进行了验证。计算结果表明,香港CORS网28.1km基线的RMS值在X、Y方向优于13.0mm,Z方向优于18.0mm,49.9km基线的RMS值在X、Y方向优于16.0mm,Z方向优于25.0mm;三维移动平台20.8km、45.5km、63.6km六条基线各系统X、Y、Z三个方向的RMS值均优于3.0cm,三维移动变形距离中误差均优于24.3mm,相对中误差优于1/55.8。
[硕士论文] 杜文选
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)在科学、军事以及商用领域的不断发展,高精度导航定位应用愈加广泛。网络RTK(Network Real Time Kinematic,NRTK)技术作为GNSS新一代的高精度定位技术,克服了常规RTK技术的缺陷,拓展了定位的作用距离,其定位结果和可靠性都得到了很大提高。虚拟参考站(Virtual Reference Station,VRS)技术是网络RTK中一种比较成熟的、可实时提供高精度导航定位信息的技术,主要优点为覆盖范围广,定位精度高,可靠性强,该技术逐渐成为精密定位研究的一个热点。本文围绕基于GNSS的VRS算法技术进行研究,论文的主要内容包括如下几个方面:
  (1)首先,本文研究了基于GPS/BDS的系统融合的时间系统与坐标系统统一理论,重点介绍了融合系统的非差与双差定位模型,卫星高度角定权模型,对流层误差改正模型、电离层误差改正模型等。
  (2)介绍了整周模糊度固定基本理论,详细研究单历元整周模糊度解算技术,并针对VRS技术中参考基准站间模糊度解算以及主参考站与流动站间整周模糊度的解算方法进行了研究。
  (3)详细研究了基准站网的区域内插模型,分别比较LCM算法、LIM算法、LSM算法以及DIM算法四种区域内插模型对电离层和对流层等大气相关误差内插改正的效果和精度,选择最合适的内插模型改正虚拟参考站区域的误差,并根据改正信息生成虚拟参考站观测值,用于流动站的定位计算。
  (4)本文详细介绍了VRS算法技术的原理,采用文中所述VRS算法自主开发了VRS后处理定位程序,并采用开发的VRS定位程序处理接收机实测数据,结果分析得出在东方向与北方向定位精度可以达到1~3cm,在高程方向精度高于10cm,总体表明基于GNSS的VRS算法技术可以实现厘米级高精度定位。
[硕士论文] 苏迪
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:坐标转换是测量工作中常见问题,大地测量、工程测量、摄影测量与遥感等都会用到坐标转换,常用坐标转换模型主要依据最小二乘准则进行平差约束。随着测绘数据处理理论的深入研究,能够同时考虑观测值误差以及系数阵中误差的整体最小二乘平差模型就被提出来,并发展出Partial-EIV模型、Gauss-Helmert模型的TLS等;TLS的解算方法:奇异值分解法,拉格朗日函数法等;坐标转换参数的求解,在TLS平差准则下得到了发展。本文通过列举算例比较了LS以及TLS的几种解法,讨论了其优劣。坐标转换方面讨论了LS、TLS、WTLS等几种平差算法,并进行了精度比较。
  最小二乘准则是测量数据处理过程中常用方法,它在参数计算估计时具有良好效果。对于数学模型平差计算之前,如果观测数据中含有粗差,最小二乘平差结果会出现比较严重的变形,其优良效果也会大打折扣。因此,如何正确找出粗差就比较关键了。因而可靠性理论的研究非常有必要,其主要包括内部可靠性和外部可靠性。本文主要针对EIV模型的整体最小二乘可靠性进行研究,通过误差传播规律求解协因数阵,以及单个备选假设下对于粗差值的假设检验;由于EIV模型考虑了系数矩阵中可能存在粗差,其可靠性的多余观测值分布在系数矩阵和观测值向量中,根据各数据受到约束条件强弱不同,各数据所占的多余观测值大小不同;对应的可控性数值与观测值成反比的关系。可控性数值可以作为描述内部可靠性大小的一个度量标准,其主要是与中误差倍数有关,反映了粗差下界值与中误差倍数的关系。根据实例证明,一般内部可靠性可控性数值至少是其中误差的3.5倍到5倍左右,这与常见的粗差值的最小情况比较相符。内可靠性粗差的下界值与可控性值成正比,其与中误差也成倍数关系。通过实验对比G-M模型与EIV模型可靠性计算结果,验证了EIV模型可靠性的可行性。
[硕士论文] 郑盼
测绘工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着无人机摄影测量技术的日益成熟,基于倾斜摄影测量构建三维模型的作业方式正在智慧城市等领域发挥巨大的作用。倾斜摄影测量采用多相机系统拍摄,可以同时获取地物多个角度的影像,获取地物侧面精细纹理信息。使用摄影测量软件处理获取的多角度影像最终可生成带有真实纹理信息的实景三维模型,在国民经济各领域获得广泛应用。
  但随之而来的问题是,基于倾斜摄影技术构建三维模型现今尚无法精确评价其精度,原因在于倾斜摄影构建的三维模型和传统三维模型的形成方法不同。传统三维模型采用人工构建模式,在地形图等资料辅助下逐层建模,通过测量其内部参数等方法可精确测定其精度。而基于倾斜摄影的建模方法由于其数据形式的特殊性导致模型数据无法选中,不能精确评定其内部精度。因此选择在实地测量控制点坐标与模型量测值进行精度分析的方法实现三维模型精度评价。
  本文以四川省国土资源厅“国产卫星数据在土地利用监测与现状变更中的遥感产品验证与推广研究”项目为技术支撑,以成都理工大学主校区部分区域为研究区,首先基于无人机倾斜摄影测量技术获取了多视影像,其次深入分析了无人机倾斜摄影测量建模的关键技术和算法,然后详细研究和阐述了影像控制点的布设和采集方法,最后使用倾斜摄影测量处理软件Smart3D解算研究区多视影像,最终构建了三维模型。同时通过在实地测量控制点坐标数据和相关建筑物参数信息,与模型实际量测值进行了精度分析,取得了一定的成果。本文主要研究内容及取得的成果如下:
  (1)较系统、深入地分析了目前倾斜摄影测量的关键技术,包括影像匹配、空中三角测量、多视影像密集匹配、TIN网构建、纹理映射等,选择Smart3D作为本文倾斜摄影测量建模软件。
  (2)分析了目前基于无人机倾斜摄影测量建模软件采用的各种算法,包括SIFT特征提取及匹配算法、运动恢复结构算法、多视图聚簇算法、基于面片的密集匹配算法等。
  (3)主要研究成果:以成都理工大学主校区部分区域为研究区,利用便携式无人机倾斜摄影测量系统成功获取了研究区高分辨率多视影像;采用倾斜摄影测量技术获取了校区部分地物实景三维模型;并在野外实际测量了控制点坐标数据、建筑物相关参数等,通过相关公式计算出三维模型的各项中误差,结果证明本文生成的三维模型达到相关规范标准。
[硕士论文] 徐智邦
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:地图综合是地图设计制作的核心环节,也是空间数据尺度变换、融合分析等过程中的基本手段之一。地图综合蕴含着创造性思维,是现代地图学中最具有挑战性和创新性的研究领域。
  道路作为承载人类活动的重要地理空间要素,一直以来都是地图综合的主要对象之一。道路综合的过程包括道路目标的选取和化简,其中,道路目标的选取是道路化简的前提,是道路综合的重点。现有关于道路自动选取的研究从道路的多种特征出发,使用图论、道路Stroke、道路网眼密度等各种模型方法,取得了较好的效果,但也存在一些欠缺:例如对道路的语义特征考虑不足,同时在选取时没能将与道路密切联系的居民地等上下文要素考虑进来。鉴于此,在大数据研究快速发展的背景下,本论文将POI(Pointof Interest)数据引入到道路语义特征的度量中,并综合利用空间句法、道路Stroke等模型方法,考虑道路的几何、拓扑、分布和语义特征,对地图综合中城市道路自动选取的方法进行了系统研究。
  论文取得的研究成果及创新点包括以下2个方面:
  (1)将POI数据引入到道路的语义特征分析中,一方面人们对道路重要性的认知与道路周边设施场所有重要关系,另一方面POI数据正是道路周边居民地要素的点状表示。其基本思路是:首先,对网络POI数据进行重分类,然后,根据相关标准确定道路的影响范围缓冲区,进而使用落入缓冲区范围的POI点计算构造的三个语义特征参量:设施点密度、重要设施比率和专题设施比率。
  (2)提出了一种综合考虑道路几何、拓扑、分布和语义特征的地图综合道路自动选取模型。其基本思路是:首先基于道路长宽、连接值、控制值、平均线密度等参量来计算道路的几何、拓扑和分布特征,结合POI数据计算道路的语义特征,然后将各个特征参量值通过熵值法赋权整合计算出道路的重要性值;最后将道路stroke构成、stroke连通度等作为道路选取的约束条件,与道路重要性值结合进行道路的自动选取。
  本论文利用实际道路网数据和网络POI数据,选取不同路网类型的实验区对提出的方法模型进行了实验。实验表明:将POI数据引入道路语义特征分析而构造的参量能够提高人们认知中重要道路的被选取几率,使选取结果更合理;提出的结合POI数据的地图综合道路自动选取方法在选取后能够较好地保留主干道路,保持道路选取前分布上的密度差异和道路的连通性,同时在选取过程中较好地顾及了道路周边设施和道路的语义特征信息,提高了人们认知中重要道路的被选取几率,进而提高了综合结果的科学性和合理性。本研究为现有道路自动选取研究中的不足提供了一种新的解决思路。
[硕士论文] 冯黎刚
交通测绘信息技术 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:首先,本文论述了研究斜轴椭球高斯投影理论的背景和意义,横轴椭圆柱等角投影(即高斯投影)存在的缺陷,分析了投影变形的主要误差来源以及目前工程上控制投影变形所采取的方法。简述了高斯投影在长大线路工程中的应用现状,以及大地测量学的基础理论知识等等。
  其次,深入分析了椭球变换理论和法截线椭球高斯投影模型理论,引入大地坐标微分公式分析椭球变换理论使其内容更趋完善。阐述了法截线椭球高斯投影模型参心空间坐标转换时各参量所代表的意义以及实现的效果,结合实例验证了法截线椭球高斯投影在处理长线工程中控制网数据时的优越性。
  再次,重点研究了大椭圆线椭球高斯投影模型,大椭圆线椭球的研究分三个方面进行。一是运用线性最小二乘公式求解大椭圆的法向量,根据非线性优化方法中的拉格朗日乘子法求解出非线性方程的最优值,再根据坐标旋转的规律确定参心空间直角坐标转换的正交矩阵,从而求得大椭圆线椭球几何参数,大地经纬度等椭球参量。二是以归化纬度、球心纬度为参数表示子午线弧长公式、大椭圆平面方程的系数,根据二次曲线不变量理论确定大椭圆的标准方程,从而求得大椭圆线椭球几何参数;然后以大椭圆平面方程系数为参数,推导出大椭圆线椭球经纬度与基础参考椭球经纬度之间的关系式。三是结合椭球变换理论中的变形法推导出大椭圆线椭球变形模型。
  最后,通过三种方法(高斯投影法、法截线法、大椭圆线法)处理某一在建铁路线路的测区控制点数据,根据其解算结果深入分析比较各种方法控制投影变形的效果。
[硕士论文] 吴世明
交通测绘信息技术 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:GPS精密单点定位技术是利用IGS提供的精密星历和卫星钟差,以单台GPS接收机采集的载波相位和伪距数据为观测值,利用距离交会法来确定测站位置,GPS精密单点定位也分为静态定位和实时定位,其定位精度有分米级、厘米级和毫米级。本文对无电离层影响的精密单点定位模型和误差改正模型进行了研究,并且借助MATLAB编写了相应的数据处理程序,利用采集的数据对模型的定位精度进行了验证和分析,所做的主要工作有:
  利用滑动式拉格朗日插值法和切比雪夫拟合法来求解对应历元时刻卫星坐标和卫星钟差,详细分析了不同阶数的滑动式拉格朗日插值法的插值精度和不同阶数的切比雪夫拟合精度,从而选择出适合无电离层影响的精密单点定位模型的插值方法。
  分析了利用M-W组合法和电离层残差法进行周跳探测和修复的优缺点,为了弥补两种方法在周跳探测时的不足,本文提出了采用联合M-W组合和电离层残差法进行周跳的探测和修复,并通过编写的程序验证了该方法的可行性和可靠性。
  针对对流层延迟误差,本文比较了应用Hopfield模型、Black模型以及Saastamoinen模型进行对流层延迟误差改正的情况,通过比较本文最终选用Saastamoinen模型和Niell投影函数进行对流层延迟误差改正。本文将接收机钟差当作白噪声进行处理,并且通过实际算例验证了此方法的有效性。
  本文详细推导了无电离层影响的精密单点定位模型的误差方程,并且在对无电离层影响的精密单点定位模型理论研究的基础上,借助MATLAB平台编写了适用于静态无电离层影响的精密单点定位数据处理的程序,通过采集的数据对程序进行了测试,最终得到了分米级的定位结果。
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