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[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] 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] 许海波
测绘工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:地面三维激光扫描技术作为一项新技术,主要是获取被测物体的点云数据,然后将获取的点云数据进行处理,从而得到最终的成果。与传统测绘方法相比,地面三维激光扫描采集点云数据量大、密度高、可量测等优点使其应用越来越广泛。
  本文基于建筑特征的三维激光点云进行研究,通过徕卡三维激光扫描仪MS60获取古建筑的点云信息,其中包括点的坐标信息、反射率和色彩信息,并对古建筑进行拍照,从而获取古建筑的图像信息,对扫描古建筑记录属性信息,包括建筑物构件材质等;根据古建筑的特点研究点云处理的理论和应用,依据古建筑构件特征提取相应的点云信息;最后通过获取的古建筑特征点云信息结合CAD和BIM完成图纸和三维模型的绘制,使其达到施工要求。主要研究内容如下:(1)使用开源三维激光点云处理软件cloudcompare将获取的具有明显建筑特征的点云信息进行处理,其中包括点云的去噪、点云滤波、点云简化、点云的分割和分类、点云特征线提取等一系列处理过程,通过对建筑特征的点云处理,探索点云在去噪、滤波、分割、分类、特征提取、三维建模等方面的方法理论和应用。(2)提取建筑构件的轮廓线,结合CAD软件和BIM技术,绘制点云的二维图和三维建筑信息模型,建立“族”并将获取的尺寸信息和属性信息进行记录,研究点云点位精度和特征线提取精度,使其精度符合施工要求;(3)借助BIM技术的优势,记录和保存古建筑构件的几何信息和属性信息,并通过建立的BIM模型剖切实现二维图形提取,从而为三维激光扫描技术与BIM结合在古建筑保护和应用方面提供思路和方法。
[硕士论文] 王鹏
测绘科学与技术 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:地面激光扫描(Terrestrial LiDAR Scanning,TLS)作为一种主动遥感技术,通过发射脉冲信号并接收目标物体表面返回的信号完成三维测量,具有速度快、精度高、单次获取数据量大等特点,已经成为空间信息获取的重要手段,基于TLS技术的建筑物精细建模也成为近年来的研究热点。
  由于扫描视角和物体遮挡等限制,TLS需要多角度扫描才能完整覆盖城市建筑物场景,且获取到的多视点云都基于局部坐标系,需要通过点云配准技术将不同视角下的点云统一到同一坐标系下。国内外学者提出许多两视点云自动配准算法,但城市建筑物场景结构复杂,点云数据不仅含有大量噪声,同时包含对称或不完整结构,局部点云密度变化明显,TLS数据量非常庞大,如何提高城市建筑物场景下的两视点云自动配准精度和效率是目前亟待解决的问题。因此,本文主要研究城市建筑物场景下的两视点云自动配准,具体如下:
  (1)基于ISS-SHOT特征点的点云粗配准:目前,点云粗配准主要通过提取点云表面二维或三维特征进行粗配准,二维或三维特征的质量决定粗配准精度。本文将定向直方图标签(Signatures of Histograms of OrienTations,SHOT)三维特征描述子应用到城市建筑物场景点云粗配准中,对两视点云提取的ISS关键点进行SHOT特征描述,得到一组更精确的ISS-SHOT特征点对,使用采样一致性初始配准算法估计初始转换参数。同时设计了一个点云预处理流程:点云降噪和下采样,保证原始点云几何结构不变,同时提高点云质量,降低点云数量。多组数据配准结果表明,新提出的粗配准算法的配准精度与传统粗配算法保持不变,平均配准效率提高59%。
  (2)基于拟牛顿优化的三维正态分布变换精配准:传统三维正态分布变换算法(3D Normal Distribution Transform,3D-NDT)相对于ICP等精配准算法有着较高的配准精度和效率,但在城市建筑物场景等点云数量庞大的配准中效率并不理想,通过分析3D-NDT算法精配准原理,利用拟牛顿算法对3D-NDT算法中的二阶求导过程进行优化,提高了精配准效率。多组数据配准结果表明,随着点云数量的增加,改进3D-NDT算法时间消耗曲线远低于传统3D-NDT算法,同时在保证配准精度的情况下,平均配准效率提高88%。
[硕士论文] 张丕亚
海洋测绘 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:建筑物作为城市核心地理要素,其三维模型在数字城市、智慧城市建设,如场景可视化、三维地籍、不动产登记等方面有着广泛应用。然而现有建筑物模型大多是只含有外部形态的外表模型,没有内部结构,在应用方面具有一定局限性。IndoorGML提出的薄壁模型(thin wall model)是一种简化模型,模型中所有建筑构件都用没有厚度(thickness)的面片表示,数据量小、模型简单,适用于三维室内模型的重建。现有方法大多采用“拉伸”二维楼层平面图的方式。假设建筑物各部分具有相同拉伸高度,是对建筑物平面图轮廓整体的统一拉伸,生成的模型没有门、窗等构件,这限制了其应用。针对这些问题,本文提出一种非等高“拉伸”的方法,该方法可以“拉伸”不同高度的墙、门、窗等构件生成三维室内薄壁拓扑模型。具体内容如下:
  (1)针对三维室内模型的特征和需求,对比分析现有的三维空间数据模型,提出三维室内拓扑数据模型。
  (2)以现有的楼层平面图为数据源,在数据预处理基础上,提出基于“拉伸”的三维室内薄壁模型重建方法。
  (3)以生成的三维拓扑单形为基础,探索房间体(Room-Volume)、产权体(3D Right-Volume)的组织构建方法,提出基于开口要素的产权体构体方法。
  (4)为测试提出的数据模型和模型构建方法,在SketchUp平台下,搭建了试验系统,通过某小区的二维数据,测试模型构建、房间体构体、产权体构体方法,实验表明所提出的室内模型重建方法具有可行性和较高重建效率。
[硕士论文] 张号
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着城市化进程的加速进展,城市高层、超高层建筑物日益增多,建筑物的安全监测也越来越受到人们的重视。大型和高层建筑物在施工和运营期间,为防止突发状况的产生,有必要对其进行监测,分析其变形趋势,以便掌握建筑物的变形规律,保证建筑物的安全。
  近年来随着科学理论的发展和实际工程的需要,出现了很多的预测模型,如灰色模型、马尔柯夫模型、神经网络模型、时间序列分析模型等。虽然它们研究的角度和深度不同,但是在变形数据分析与预报领域都得到了广泛应用。从应用研究及实际工作角度看,单一模型已不再适合于复杂的变形分析与预报,多种理论与方法的有机结合将是解决问题的有效途径。
  单一的灰色模型在建筑物沉降预测中存在精度低、预测效果差的问题。本文针对这个问题,结合作者的学习与思考,对建筑物变形分析与预报进行了相关研究,最终提出了一种基于小波去噪的改进灰色-马尔柯夫组合模型。模型的建立思路为:先采用小波变换理论对数据进行预处理,得到纯净的去噪数据。然后利用Matlab建立新陈代谢灰色模型,并对去噪数据进行沉降预测。最后将新陈代谢灰色模型得到的相关预测值划分为不同的状态区间,再利用马尔科夫模型来确定最终的沉降预测值。为验证这一方法的可行性,本文首先结合广州某小区实测数据建立了灰色-马尔柯夫组合模型进行了预测,结果表明组合模型比单一灰色模型的预测精度高。而为进一步验证组合模型的可靠性,又结合青岛H大楼的实测数据建立组合模型进行预测,并将组合模型所得预测值与单一灰色模型、去噪的灰色模型预测值进行比较分析。结果表明,组合模型的预测精度和预测结果要优于其它两个模型,且其稳定性和可靠性都有很大提高。
[硕士论文] 高航
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:城市建筑物三维点云模型作为一种自然呈现城市势态的高密度真彩点云数据,能解决目前城市管理系统中的三维数据生成慢、现势性差、更新困难等难点。目前城市点云数据采集手段主要包括:机载激光扫描系统(ALSS)、车载移动测量系统(MMS)、地面三维激光扫描系统(TLSS)等,各系统受自身载体平台以及扫描方式与视场角限制,难以完整地采集待测地物(尤其是构、建筑物)。为了获取完整的城市建筑物三维点云模型,针对多种手段获取的数据特征,结合各自优势,研究多源数据配准融合,实现城市建筑模型完整、准确描述。论文分析了各系统点云数据分辨率的差异性、同名特征点难以提取等特点,开展基于线、面几何特征的点云配准研究工作,主要研究如下:
  (1)研究点云配准的相关理论,针对非线性七参数法、非线性十三参数法进行泰勒级数展开,引入初值进行迭代计算,初值的选取会对迭代的次数和转换精度产生影响。为解决初值问题,对罗德里格矩阵转换模型、四元数转换模型进行研究,罗德里格矩阵转换模型可直接求解,但存在奇异点;四元数转换模型可解决初值问题,且适合大角度旋转参数求解,参数描述简单、计算快速。
  (2)研究基于同名特征的点云配准方法,利用同名特征点、线、面等几何特征来解算旋转矩阵R及平移矩阵T,从而实现点云配准。鉴于设备采集数据的分辨率的影响,在实际点云数据中并不存在完全意义上的同名特征点,进而影响点云配准难度与精度,论文采用同名线状特征和面状特征的点云配准方案,并通过实验验证了两者可以得到较高的配准精度。
  (3)结合实验区域,分别对不同设备采集的点云数据进行数据预处理,利用八叉树建立点云索引,进行地面滤波等,得到满足配准要求的点云数据,进行点云配准实验。实验结果表明:地面点云数据配准精度在5cm内,而机载与地面点云的配准精度也达到了分米级,获得了较高的配准精度。
[硕士论文] 刘备
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:为保障电力建筑在施工和运营期间的安全,需要运用多种方法对电力建筑物进行变形监测。通过变形监测数据的处理与分析,科学、准确、及时地分析和预测电厂建筑物的变形情况,是一项十分必要且意义重大的工作任务。
  针对当前电力行业变形监测数据处理与分析业务中存在的数据格式不统一、数据权威性无保证、数据处理与分析方法没有集成、效率较低等问题,论文在借鉴常规建筑物变形监测数据处理方法的基础上,主要研究了以下内容:
  (1)针对同网形基准网,在实现秩亏自由网平差基础上,研究了平均间隙法和t检验法相结合的稳定性分析方法。考虑到电力工程变形监测基准点易被破坏的实际情况,对现有方法进行了改进,设计了差异网形基准网稳定性分析的算法,并通过模拟观测实验验证了该方法的准确性。
  (2)研究了变形量预测预报的方法,分别以回归分析法和灰色预测模型进行预测分析。介绍了两种方法的算法过程,建立了变形量的多种预测模型,编程实现了变形量的预测预报。
  (3)设计并实现了集成多源数据的接口;通过分角色权限管理机制,增强了数据的权威性与安全性;结合电力行业变形监测技术规范和要求,实现了变形量的可视化表达。
  (4)研发了电力工程变形监测数据处理系统,实现了项目管理、基准网稳定性分析、沉降分析、水平位移分析、倾斜挠度分析以及地图编辑等功能,并通过实际的电力工程变形监测项目进行应用测试,验证了研究方法和系统的可靠性。
[硕士论文] 付素霞
地理学;地图学与地理信息系统 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:近几年来,城市的快速发展对城市基础地理信息数据的现势性和准确性提出了更高的要求,而建筑物作为城市区域主要地物,其空间位置、形态尺寸等几何信息的及时更新尤其重要,如何快速采集和更新建筑物的相关信息已成为测绘地理信息领域的重要研究问题。航空遥感技术比较成熟,成像比例尺大,此外还具有地面分辨率高、获取方式简单等优势,已经成为了地理数据获取与更新的主要途径之一。但是高分辨影像中“同物异谱”和“同谱异物”等现象的存在,使得传统的以基元为基础的图像处理方法已经无法满足信息提取的需要。
  面向对象的方法以一系列同质区域为研究对象,充分利用遥感影像的几何、纹理和光谱等特征,进行地物的分类和提取,很大程度上保证了分类的精度。但是在利用面向对象的方法进行建筑物的提取时,由于航空影像道路和建筑物光谱特征的相似性,部分道路会被误分为建筑物,造成很多误提取,影响建筑物提取精度。而高度作为区分建筑物和道路的有效特征之一,有效利用这一信息将很大程度上改善建筑物提取结果,提高建筑物检测准确性。
  因此,本文在通过面向对象提取建筑物的基础上,充分利用航空影像立体像对中隐含的高程信息,提出了一种基于高程约束的建筑物多级自动检测方法。首先利用面向对象方法初步提取建筑物,获得建筑物初始提取结果;然后对建筑物初始提取结果进行数学形态学运算,再采用基于边缘检测的小图斑删除的方法删除噪声图斑,获得建筑物精化提取结果图;最后采用概率松弛匹配法进行影像匹配,通过光束平差法解算出精化提取结果中的所有图斑的边缘点的高程,基于高程设置阈值删除精化结果中错误图斑,最终得到建筑物优化提取结果。
  本文采用了两种不同来源的航空立体影像进行实验:第一种数据的传感器类型为UltraCam数码航空相机,拍摄于2011年6月,覆盖区域为江苏省南京市仙林大学城;第二种数据来源于ISPRS测试数据集,其传感器类型为UltraCam D数码航空相机,覆盖地区为加拿大多伦多。对比两组数据的实验结果,第一组数据实验得到的建筑物优化提取结果与精化提取结果相比,数量提取准确率从47.83%提高到91.43%,效果最好的实验可达到100%;第二组数据中,数量提取准确率从81.82%提高到93.75%。实验结果表明,基于高程约束的建筑物多级自动检测方法能够有效地删除结果中错误信息,提高建筑物检测精度。
[硕士论文] 林志勇
建筑与土木工程 长沙理工大学 2017(学位年度)
摘要:传统的古建筑测绘,基于传统地形图和传统摄影、人工测量,速度慢、效率低、准确度低,很多数据主要靠估测,带来实际应用的较大误差。近年来,无人机技术发展迅猛,基于无人机的倾斜摄影测量技术在古建测绘中开始了相关的应用。倾斜摄影测量具有人工干预少、建模速度快、真实纹理强,适应多种野外环境,生产周期短,测绘精度高等特点。
  本文试图探索应用倾斜摄影测量技术,辅助进行古建测绘的方法与技术。文章首先通过阅读倾斜摄影测量相关文献和资料,梳理了倾斜摄影测量的概念、主要原理、在不同领域中的应用方法等,制定了相关研究策略。
  在田野调查中,综合应用传统测绘方式和倾斜摄影测量技术开展工作,以风雨桥、传统村落、古塔等为对象进行了大量调研和测绘。基于上述实践,文章总结归纳了倾斜摄影测量从数据采集到建立实景三维模型的全过程的方法和技术,详细分析了数据采集过程中遇到的问题,以及解决方案。文章对倾斜摄影测量在古建测绘中的应用进行了分类:低高度大跨度单体古建筑、大面积高密度建筑群、大高度小面积单体古建筑,结合实例对倾斜摄影测量技术在三种类型的古建筑测绘中的具体应用做了具体分析。
  文章还对人工测量方法和倾斜摄影测量方法的数据精度进行了比对,对倾斜摄影测量技术在古建测绘应用中的不足与问题进行了分析,并对未来的发展方向如单体化问题等进行了探讨。
  倾斜摄影测量建立的三维实景模型已基本满足古建测绘需求,大大加快古建测绘的工作效率跟工作质量,为古建数据的记录提供了一个快速精确的方法,具有很好的应用前景。但是倾斜摄影测量还存在诸多不足,需要进一步完善应用方法,与其他数字设备和技术协同完成古建的数字采集工作。
[硕士论文] 陈俊铭
测绘工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:建筑物作为城市三维建模的重要目标,其位置边界信息在目前地图更新与导航、房产规划等应用方面起着重要的作用。地面三维激光扫描仪能够获取大面积高分辨率的被测对象表面海量三维数据,但原始三维激光扫描数据中除了建筑物立面目标点云外,还包含一些地面、树木、行人、车辆和城市的部分基础设施点云等非建筑物点云数据及其他噪声点,需要进一步提取建筑物立面信息,以便对目标建筑进行三维建模。因此,如何高效的从大量点云数据中快速准确的提取出建筑物立面,成为了许多学者研究的热点方向,是“数字城市”建设工作中的重要环节,提取准确度决定着建筑物后期模型的重建精度。
  随机抽样一致性算法(Random Sample Consensus)作为一种鲁棒性强的算法,在数据错误率超过50%时仍然能够得到理想的处理结果,能有效抑制噪声点的影响,提取出正确的特征线和特征面,是一种稳健、高效的从样本集中拟合数学要素的方法,在基础矩阵估计、特征匹配、运动模型选择等计算机视觉领域内有着广泛应用。目前RANSAC算法多用于机载和车载LiDAR数据处理上,在地面三维激光扫描仪获取数据中的研究较少。传统的RANSAC算法需要事先确定阈值,在进行建筑物立面信息的平面点云提取过程中,阈值的选取对平面提取准确性有很大影响。
  论文在简要介绍地面三维激光扫描技术的基础上,阐述了RANSAC算法的原理,针对传统 RANSAC算法的特点和不足,对传统的基于 RANSAC方法提取建筑物立面进行了改进。采用基于点云密度值和半径密度优化了RANSAC算法,通过实验完成了一建筑物立面提取。实验结果表明改进后的方法在建筑物立面提取的准确度上有明显的提高。研究了曲面重构法和参数法两种不同的建模方法,分别对获取的两个点云数据进行了模型重建,阐述了两种模型重建方法具体的操作步骤,并将两种建模技术进行了结合使用,最后对两种建模技术进行对比分析。
[硕士论文] 陈重铭
测绘工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:作为变形监测的一个常见类型,高切坡监测的精度指标受很多因素的影响,如:变形监测网的基准点位是否稳定,数据采集是否按照规定的观测程序,误差改正是否采取合理的消除或抵偿误差的措施,数据处理是否选择正确的平差基准等。各种不利因素都会影响监测点的变形位移值的计算精度及可靠性,甚至直接可能导致错误的分析结果。
  本文结合重庆市涪陵区高切坡监测预警系统建设实例描述了高切坡变形监测基准网建立的具体实施过程,重点对监测基准网的建立、观测方法、平差处理方法等进行了详细描述,并根据实际情况作出科学、合理、准确的稳定性分析,为高切坡变形监测数据的采集及和监测预警系统全面运行提供坚实可靠的数据支撑。
  本文研究的主要内容及成果包括:
  (1)首先阐明了监测基准网稳定性分析的发展现状,以及在本项目中的研究背景和研究意义,并结合实际项目分析了监测基准网的建立过程。
  (2)详细研究了平面基准网的复测过程,并对复测结果进行了误差分析和精度统计,确认平面控制点的精度是否满足后续工作要求。
  (3)详细讨论了垂直基准网的复测过程,并对复测结果进行了误差分析和精度统计,确认高程控制点的精度是否满足后续工作要求。
  (4)综合介绍了几种基准网稳定性分析的方法,并使用某一种方法结合本项目实际情况分别对平面控制点和高程控制点进行稳定性分析。
  (5)最后对变形监测基准网的稳定性进行评价,并提出结论。
[硕士论文] 闫晶
控制科学与工程;导航、制导与控制 东南大学 2017(学位年度)
摘要:不动产实地调查以不动产单元为对象,对不动产的权属、界限、面积等进行调查与测量。全站仪、卫星定位等常规不动产测量方法存在环境依赖度高、效率低等缺点,本文将自主性强、不受外界干扰的捷联惯性测量系统用于不动产测量。初始对准是捷联惯性测量系统工作的前提和关键,初始对准的精度决定着捷联惯性测量系统的定位精度。本文对用于不动产测量的初始对准方法进行讨论,引入自适应卡尔曼滤波算法,对初始对准过程中的姿态角误差和惯性传感器误差进行估计和补偿,提高初始对准的精度,从而提高系统的定位精度。
  本文的主要研究工作包括以下三个方面:
  1、对捷联惯性测量系统的四位置对准技术进行了研究。分析比较了水平状态下的多位置对准方案,综合对准时间和精度,对倾斜状态下的四位置对准方案进行重点研究,提出了改进的四位置对准方案和水平面内双陀螺对准方案;研究了初始方位角、水平倾角、纬度等影响因子与光纤陀螺随机漂移、转位误差、水平倾角测量误差及纬度误差等影响四位置对准精度的误差影响系数的关系。
  2、对捷联惯性测量系统的单位置对准技术进行了研究。分析了传统与改进的解析粗对准算法及其误差特性;在推导捷联惯性系统误差方程的基础上,结合外部辅助信息,详细推导了位置已知点和位置未知点处的系统状态方程和观测方程,采用基于奇异值分解的可观测度分析方法对系统状态变量进行可观测性分析,应用卡尔曼滤波算法进行了单位置对准仿真分析。
  3、对自适应卡尔曼滤波在单位置对准中的应用进行了研究。针对不动产测量中诸多随机影响因素导致系统模型及噪声统计特性精确度降低的问题,引入了自适应卡尔曼滤波算法。为避免滤波发散,采用了简化的Sage-Husa自适应滤波算法对观测噪声协方差阵进行自适应,通过遗忘因子加大对当前观测数据的使用,提高了单位置对准的精度和稳定性;为了自适应系统噪声协方差阵,引入了模糊自适应卡尔曼滤波算法,通过模糊规则确定自适应因子,对增益矩阵和系统噪声协方差阵进行自适应调节,提高了单位置对准的稳定性。
  通过转台实验和定位实验,验证了本文给出的初始对准方案及滤波方法的有效性,定位精度可满足不动产实地调查的要求。
[硕士论文] 王小兵
大地测量学与测量工程 辽宁工程技术大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济的快速增长,各种高耸建筑物大量兴建。这些建筑物在施工建设和运行过程中会受到各种因素影响而产生变形,变形量一旦超过预定设计值就会产生损伤甚至会引发灾害,给人民生命财产造成巨大损失。因此,科学准确、及时地对变形体的动态变形趋势进行分析并进行预报有着重要的现实意义。
  针对灰色神经网络权值阈值的不确定性,提出改进的果蝇优化算法对灰色神经网络进行优化。通过多种群协同进化,修改个体更新策略来降低子种群盲目搜索,引入变异操作保持子种群的多样性对基本的果蝇优化算法进行改进,避免算法陷入早熟收敛的陷阱,加快收敛速度,有效地提高了算法的优化性能。采用改进后的果蝇算法对灰色神经网络参数进行优化,并应用小波阈值法对原始变形数据进行降噪处理,建立基于改进的果蝇算法优化的灰色神经网络变形预测模型。选用实际工程沉降数据,验证该模型的预测性能,并将预测结果与果蝇优化的灰色神经网络,粒子群算法优化的灰色神经网络和灰色神经网络进行比较。结果表明改进的果蝇优化算法优化的灰色神经网络预测精度高,鲁棒性强。
[硕士论文] 缪志伟
测绘工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:对于变形体的形变趋势的预测是监测工作中的重要环节,通过对观测所得的监测数据建立模型来对未来时间节点的数据进行预测,分析其变形趋势,能为工程安全实施与灾害治理工作提供安全保障。因此,如何科学合理的对变形趋势进行建模预测就显得十分重要。
  作为人工神经网络的一个分支,径向基函数神经网络(Radial Basis Function,RBFNN)是对人体大脑神经元细胞进行模拟的运算模型。通过输入样本数据,网络自身会对神经元之间的连接权值以及参数进行不断调节以训练出合适的模型进行预测分析。RBFNN具有非常强的非线性逼近能力,因此对于变形数据的非线性时间序列预测能起到非常不错的效果。但由于RBFNN中隐含层最为关键,隐含层的参数又难以确定,因此必须采用其它方式来对RBFNN的参数进行优化,最大限度的发挥RBFNN的优势。
  智能优化算法是一种用于求解优化问题的技术方法。在智能优化算法领域中,粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法因其结构精简、易于模拟、寻优能力强等特点得以广泛应用。但是普通的PSO算法容易在算法初期就陷入局部极值位置,也就是早熟收敛现象,导致寻优的结果精度不高;并且羸弱的局部寻优能力也在一定程度上阻碍了它的推广使用。因此本文为了弥补PSO算法的不足之处,在前人改进的量子粒子群算法(Quantum Particle Swarm Optimization,QPSO)基础上加以改进,提出了WG-QPSO算法并应用于优化径向基函数神经网络参数之中并将建立好的模型应用于形变预测之中,主要研究内容如下:
  ①对目前常用的几种变形监测处理模型进行研究分析,在剖析其原理的基础上,总结其优缺点,重点对RBF神经网络进行研究,探究其原理,分析其产生缺陷的原因,继而借助智能优化算法—PSO算法改进其各个参数,提升其性能。
  ②对PSO算法进行研究分析,发现其容易出现早熟收敛现象,大大影响了参数寻优性能。针对其不足之处,引入了量子行为的粒子群算法。
  ③由于QPSO算法仍然在算法寻优的中后期陷入局部极值,无法跳出,为此引入了混合概率分布与惯性权重变异算子,并命名为WG-QPSO。惯性权重变异算子的引入主要是为了使陷入局部极值点的粒子能够得以跳出该区域,继续在其他区域进行寻优操作,使得粒子群最优适应度更接近设定的理想适应值。
  ④对基本粒子群算法与改进后的粒子群算法进行分析,与RBF神经网络相结合,分析可行性,制定结合方案,得到完整的预测模型与预测流程。
  ⑤结合工程实例,在Windows7操作系统上利用Matlab软件进行实验。首先通过实验确定样本构造数据和RBF神经网络的拓扑结构,再设置各个参数,对结合的模型进行实验处理,通过对预测结果的比较,分析精度,最终验证了本文提出的方法在预测精度上的优越性。
[硕士论文] 李鹏元
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:彩钢棚因其材质的特殊性,已成为城市快速建设、发展的标志之一,广泛分布于工业园区、新技术开发区、城中村、城乡结合部、城市边缘等城市地块。彩钢棚在促进城市发展的同时,数量巨大的临时性彩钢棚聚集区已成为典型的城市脆弱区,成为火灾、违章建筑和环境污染监测的重点。
  高分辨率遥感影像具有高的空间分辨率,能够有效地获取地面的彩钢棚信息。但是文献分析表明,尚未有关彩钢棚遥感提取的报道。国产高分系列影像具有精度、时间和成本方面的优势。因此,本文以国产高分系列影像为数据源,在研究彩钢棚信息提取的基础上,研究了彩钢棚的空间分布特征,并尝试分析了其与城市空间结构的关系。
  论文主要研究成果如下:
  (1)提出了面向对象的彩钢棚识别与提取模型。彩钢棚大小差异悬殊,确立较优的影像分割尺度是较小初始分割尺度与较大分块合并尺度的组合。并规定,当影像分割后被正确分割的最大彩钢棚与最小彩钢棚面积比达到最大时的分割尺度为最优分割尺度。目标特征提取是影像分割后的重要步骤,本文挖掘了彩钢棚的色彩、光谱、空间等特征,并基于知识规则的决策树模型提取了GF-1影像中的彩钢棚信息。实验结果表明,此方法有较高的彩钢棚识别率。
  (2)研究了彩钢棚空间分布特征。论文以兰州市安宁区彩钢棚为目标,采用平均最近邻方法,分析研究了小型、大型彩钢棚在空间中的聚集性分布特征,结果表明小型彩钢棚的聚集性特征更为明显;采用标准差椭圆方法,分析研究了彩钢棚的分布方向,结果显示安宁区彩钢棚呈东南—西北轴向扩散,其中,大型彩钢棚的扩散趋势更加显著;采用核密度方法,分析了彩钢棚在不同区域的分布密度,结果表明小型彩钢棚集中分布于城市次中心区域,而大型彩钢棚聚集于城市次边缘区域,且在城市边缘地带,两类彩钢棚都有沿道路两侧分布的趋势;
  (3)研究了彩钢棚空间特征与城市空间结构的关系。通过相关性计算,表明安宁区各行政街道小型彩钢棚总面积与农业人口数量存在中度正相关关系,大型彩钢棚总面积与规模以上企业数量和产值分别呈高度正相关和中度正相关;采用半变异函数分析彩钢棚的空间自相关特征,结果从侧面反映出安宁区是沿长轴方向渐进式的扩展模式;采用Voronoi图构建、分析彩钢棚点集边界和分散特性,结果表明彩钢棚点集边界与安宁区建成区边界有一定程度的吻合性。
[硕士论文] 宋星莹
测绘工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:在日新月异的今天,我国国民经济和城市建设与时俱进地飞速发展,但是随之而来的是人们生活、活动的空间日益紧张,这就意味着大力发展地下空间势在必行。未来建筑业的明确发展方向就是打造安全耐用和节约空间的建筑,即盖高层和基坑工程
  在我国,20世纪90年代基坑的全方位监测才开始起步,但通过多年来总结和吸取大量工程实践的经验和教训,各级决策机构和工程技术人员在随基坑工程实践增多的同时,开始日益认识到基坑工程安全监测工作的重要性,从而使基坑工程安全监测工作得到了很大的进步和发展,具体表现在以下几个方面:(1)监测方法及监测仪器的进步;(2)监测技术、内容的不断完善;(3)相关规程、规范逐渐完善;(4)基坑变形预测预报技术不断发展。
  本文结合具体工程实例,研究表明:(1)在基坑工程施工时,不仅要确保本基坑工程的安全和可靠性,还要注意基坑周围的环境的安全,因此进行全过程的变形监测可为安全有序地进行基坑工程施工提供重要保障;(2)基坑监测方案的制定及整个变形监测系统的建立应该是科学、合理、完整的。本文对目前基坑监测技术的各个方面进行了比较系统的研究,对基坑监测方案的制定、监测项目的确定、监测方法与仪器、监测数据处理分析、监测报警值的确定等多个方面进行了较详细的论述;(3)本文通过结合工程的支护结构特点和实际情况,选择合适的监测仪器和监测方法。通过对工程现场获取的监测数据及时进行处理分析,并结合预警值,对基坑变形情况进行分析,判定基坑的稳定性,对施工过程中可能存在的不安全因素进行排查,并提出切实可行的整改措施。
[硕士论文] 袁英
地理学 湖南科技大学 2017(学位年度)
摘要:地表形变而引发的各种地质灾害不仅严重威胁人们的生命财产安全,也给国家带来了极大的经济损失。自然环境变化和人类活动等影响,均可使地表不稳定而产生形变,从而威胁人工建筑物、大坝水库等设施的安全。因此,有必要对这些形变进行快速、高精度实时监测,并分析其形变机理,以达到对形变危险进行预警的目的。
  传统形变测量方法成熟、精度较高,但观测点稀疏,很难提供大面积地表连续形变信息,且耗费大量人力财力,还威胁观测人员人身安全。近年,新发展起来的地基合成孔径雷达干涉测量技术,不仅具有星载SAR的全天候、全天时等观测优点,还能获取高时空分辨率和高精度SAR数据影像,且设站灵活,在形变监测领域中具有广阔的应用前景。本文在阐述地基SAR基本原理的基础上,开展了一系列形变监测试验研究,主要工作如下:
  首先,对快速地基SAR的形变监测可靠性进行试验研究。试验中,利用快速地基SAR系统和全站仪在同一时间段对同一目标进行监测,通过调节带有百分尺的角反射器来控制形变量,表明快速地基SAR系统的监测结果与全站仪测量结果相吻合。
  其次,提出了一种改进的基于平均相干系数、振幅离差指数、估计信噪比、位移精度指数的多重阈值地基SARPS点选取方法,有效提高了所选PS点质量。对比分析了振幅离差阈值法、平均相干系数法和改进的新方法的PS点选取结果,经过实地现场验证,得出改进方法的PS选取质量优于单一阈值法(振幅离差阈值法或平均相干系数法)所得的结果。
  最后,PS点方法大气校正模型构建与大气校正试验。并对监测结果进行改正。利用改进的PS点方法对月湖桥和边坡试验区中的PS点提取。月湖桥试验中通过PS点选取了PSC稳定点,利用全局PSC点进行大气校正,通过对比分析提取的9个PS点改正前后的形变曲线,说明全局PSC点大气校正方法在此试验中取得了较好的改正结果。边坡试验中通过人工选取PS稳定点构建大气校正网,提取其中9个目标点改正前后的形变时间序列图进行对比,分析得出在此试验中利用构建的大气校正网进行改正有效提高了测量结果精度。
[硕士论文] 徐涛
测绘工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:众所周知,在开展测量工作时会受到地形条件、天气、环境、人为等因素的影响,这些因素常常会导致观测数据缺失或者含有粗差,使得观测数据变得不完全。现在,对于变形监测的数据处理方法大多数都是基于完全数据的,若不对缺失数据处理,往往会影响到结果的准确性。在出现数据缺失这种情况时,常常采用删除法、普通填补法、拟合法或预测法对缺失数据进行处理,然后再利用常规方法对数据进行建模分析。但是这些方法都有一定的局限性,删除法实施起来简单、快捷,但是它导致了资源的浪费,当缺失数据较多或处于较重要的位置时,该方法可能导致结果的错误。普通填补法、拟合法和预测法虽然能够一定程度上提高变形监测数据处理质量,但是得到的并一定是最优的结果,因为这些方法都是先对缺失的数据进行填补,然后再进行建模分析预测,由于这些方法自身的局限性,其填补的数据也存在一定的不确定性,再利用它来进行建模分析可能就会导致结果产生偏差。
  基于以上情况,本文在分析了缺失数据的机制以及缺失数据处理方法之后,根据统计领域中的经典算法EM算法(Expectation-maximization Algorithm,又译作最大期望化算法)原理,探讨了当变形监测数据出现缺失时利用EM算法对其进行处理的方法。
  本文针对EM算法在不完全监测数据处理中的研究主要做了以下的工作:
  (1)论述了变形监测中常用的数据处理方法,并对这些方法进行了总结比较,分析各种方法在测绘数据处理中的适用情形和优缺点。
  (2)根据数据缺失机制介绍了测量中常用的不完全测量数据的处理方法,通过对比各种缺失数据处理方法,分析了各种方法的适用性。
  (3)对EM算法的原理和性质进行了介绍,详细的介绍了EM算法同常用的预报模型AR(p)模型结合处理不完全监测数据的步骤。通过对比删除法和回归填补法在单一缺失和多重缺失情况下的预报效果,证实了EM算法用于变形监测不完全数据处理中的可靠性。
  (4)在完全数据情况下分别采用GM(1,1)灰色模型和BP神经网络模型对沉降数据进行预测,对比在单一缺失数据与多重缺失情况下采用EM算法估计的AR(p)模型的预测结果。通过对比分析发现,4种方法的预测效果相差不大,综合比较EM算法估计的AR(p)模型的预测精度较高。
[硕士论文] 吴丽沙
摄影测量与遥感 辽宁工程技术大学 2017(学位年度)
摘要:建筑物作为城市的重要组成元素,对三维城市建模和数字城市的建立具有非常重要的意义。机载激光雷达技术(Light Detection And Ranging,LiDAR)为获取城市空间信息提供了一种新的技术手段,特别是建筑物信息。由于海量的点云数据具有离散、不规则分布的特点,导致现有的建筑物提取算法普遍存在构建效率低、构建繁琐、信息损失以及不能表达3D特征等问题。
  针对上述问题,本文提出一种基于体元的建筑物提取算法。以原始离散点云数据为研究对象,在构建体元数据结构模型的基础上通过法向量和残差估计计算残差最小值的方法选取建筑物种子体元,以种子体元为基础进行区域增长,将法向量夹角阈值和距离阈值作为判别准则,以实现建筑物的准确提取;设计基于体元的连通性成份分析(Voxel_based Connected-Component Analysis,VCCA)算法对建筑物进行分割;利用Alpha-Shape算法进行建筑物轮廓提取。为验证本文提出算法的准确性,采用ISPRS提供的点云滤波测试数据中的8个样本数据进行建筑物提取、建筑物分割、建筑物轮廓提取等实验,并定量和定性地评价了建筑物提取的精度。实验结果表明,本文算法不受地形以及建筑物类型和尺寸的限制,Kappa系数均能达到80%以上,验证了算法的可行性和有效性。
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