产教研融合下的测绘新视角——虚拟综合实验室构建

信息时代引发新测绘体系构建,数字化、智能化等新技术对高校教研提出新要求。根据最新数字化建设体系,测绘虚拟综合实验室的构建可实现高校智能化教育组织的新形态,为培养国家急需多源数据处理的研究型人才起到标杆作用。从多源数据理念出发,以安徽理工大学“矿山采动灾害空天地协同监测与预警”重点实验室为依托平台开展产教研综合实验、多源数据处理等工作,具体分析新测绘工科类人才方案的实施,为国家数字化建设人才培养教学方法提供参考。

裂隙优先流与风荷载耦合下台风诱发乔木斜坡浅层滑坡机制研究

在总结既有文献关于台风诱发滑坡特征的基础上,构建了裂隙优先流和台风风荷载耦合下乔木斜坡稳定性评价的简化力学模型。选取圆锥形、圆台形和圆柱形3种不同形状树冠的乔木,通过脉动风叠加平均风计算乔木不同高度处的风荷载时程曲线。利用ABAQUS有限元模拟获得台风作用下乔木的力学响应,并将乔木底部总力的最大值视为下滑力。以简化的二元结构斜坡为算例,在250 mm·d^(-1)的固定降雨强度下,计算了裂隙优先流(即裂隙斜坡)和风荷载耦合下发育3种类型乔木斜坡的稳定性,并与仅考虑风荷载时(即无裂隙斜坡)的结果进行比对。结果表明:由于裂隙优先流的存在,裂隙斜坡的雨水入渗速度明显快于无裂隙斜坡,其达到饱和状态所需的时间较无裂隙斜坡大幅缩短;裂隙斜坡和无裂隙斜坡的稳定性系数均随风速的增大而降低,整体上各风速下裂隙斜坡的稳定性系数明显小于无裂隙斜坡,且裂隙斜坡失稳时的风速要明显小于无裂隙斜坡;无论裂隙斜坡还是无裂隙斜坡,发育圆柱形树冠乔木时其稳定性系数下降程度最大,圆台形树冠次之,圆锥形树冠最小。研究结果可为台风等极端强对流天气下富乔木坡地浅层滑坡机制解析和预警预报研究提供参考。

BDS-3新频点信号双频精密单点定位精度分析

北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite System,BDS)已于2020年7月正式建成并开通,北斗三号(BDS-3)在旧信号B1I和B3I的基础上,增加了B1C、B2a新信号.为了全面评估BDS-3的新信号B1C、B2a的定位性能,试验了GPS (Global Positioning System)、BDS-3、BDS-2/BDS-3新旧信号的定位性能和BDS系统不同频点与GPS组合定位性能,对BDS (B1I+B3I、B1C/B2a)+GPS (L1+L2)组合静态PPP (Precise Point Positioning)定位性能进行分析,并与单卫星系统对比分析.试验结果表明:BDS-3 (B1C/B2a)在East (E)、North (N)、Up (U)方向的定位精度优于1.25 cm、0.89 cm、1.67 cm,BDS-3新旧频点在E、N方向上定位精度与GPS L1/L2在同一水平上,U方向上新频点定位精度高于GPS L1/L2和BDS-3旧频点,较旧频点定位精度提升了34.2%,新频点收敛时间25.9 min比旧频点提升了12.7%;相较于BDS、GPS单系统,组合系统BDS/GPS定位精度和收敛时间有了明显的提高,BDS-3 (B1C/B2a)+GPS在E、N方向上与BDS-3 (B1I/B3I)+GPS定位精度相当,在U方向上定位精度前者较后者有了明显的提升,提升了17.2%,组合系统新频点收敛时间20.1 min比旧频点提升了17.6%.

基于GPT3和PSO-BPNN的欧洲地区天顶对流层延迟模型

利用粒子群优化算法(PSO)优化反向传播神经网络(BPNN),建立优化的GPT3模型(MGPT3)。以欧洲地区30个IGS测站2020年连续366 d的天顶对流层延迟(ZTD)数据为例进行实验,对比MGPT3、UNB3m和GPT3模型预测ZTD的精度。结果表明,MGPT3模型的RMSE为18.49 mm,相较于UNB3m和GPT3模型,其精度分别提高55.0%和47.7%。

基于改进Fast-DTW的多维地磁序列匹配算法研究

传统单点的地磁匹配定位算法运算量大,且定位时效性及定位精度较差。针对该问题,采用基于序列的快速动态时间规整算法Fast-DTW实现多维的地磁序列匹配,并利用最长公共子序列LCS的有序聚类进行优化。离线阶段通过坐标转换法构建四维地磁指纹库,在线阶段进行实时地磁序列匹配,获得定位结果。实验结果表明,该算法的定位时效性及精度均有提升。

基于无人机影像城市建筑物的分类制图与统计

建筑物是人类生活的主要场所,对其进行分类与统计可以为城市规划、资源管理、灾害风险评估和环境监测等要事提供所需的基础数据和信息,从而支持正确决策的制定和城市的可持续发展。为解决遥感影像中各建筑物之间间距小的问题,基于机器学习中随机森林算法并结合多尺度分割进行安庆市区无人机影像建筑物的分类制图与统计,结果表明该方法的分类精度为0.873 4,Kappa系数为0.762 7,并通过目视解译法进行对比分析,得出该方法在建筑物分类上具有可行性。

虚拟仿真技术在测绘教学中的应用与实践

针对当前测绘工程专业实践教学中存在的问题,可尝试引入虚拟仿真技术辅助测绘工程专业的教学与实践,文章以“无人机航空摄影培训”为例,利用虚拟仿真技术实现无人机实践教学的过程。结果表明,相对于传统教学模式,学生自主学习与课前学习的积极性和完成情况有较大提升,考核平均分数提升32.9%,实践效果提升21.0%,课后拓展训练提升36.1%。说明利用虚拟仿真技术进行测绘教学可以显著提高学生的学习积极性,有利于学生将理论知识与实际操作相结合,大大提高了学生的自主学习效率和教学实践的完成效果。

虚拟实验室与虚拟仿真实验在测绘教学中的应用

本文顺应新时代教育高质量发展的要求,打造新工科背景下测绘专业实践课程,基于数字化教育转型,对传统工科教育进行虚拟实验室与虚拟仿真实验教学改革。本文分析了虚拟仿真实验在测绘教学中的应用方式,对解决当前存在的问题提出了一些改进建议,并对未来与互联网的结合做出了展望,为学院的发展提供参考,推进区域教育向数字化转型。

基于随机森林和反向传播神经网络机器学习方法的区域ZTD建模精度分析

针对常用的GPT2w和UNB3m两种区域(经验)对流层天顶总延迟(ZTD)模型精度不高的问题,探讨基于机器学习方法进行区域ZTD建模的可行性。以GAMIT软件解算的美国加州13个IGS测站2021年连续31 d的ZTD数据(ZTD_GAMIT)为例,构建以经度、纬度、大地高、年积日、每日小时数、GPT2w或UNB3m经验ZTD模型估计的ZTD值(ZTD_GPT或ZTD_UNB)为输入,以ZTD_GAMIT为输出的随机森林(RF)和反向传播神经网络(BPNN)区域ZTD改进模型。实验结果表明,相较于GPT2w和UNB3m模型,两种基于机器学习方法的区域ZTD改进模型的预测精度均有所提高,能有效改善系统偏差。以ZTD_UNB为输入的BPNN和RF改进模型的预测均方根误差(RMSE)分别为15.14 mm和19.48 mm,以ZTD_GPT为输入的BPNN和RF改进模型的RMSE分别为15.32 mm和20.74 mm。BPNN模型的预测精度总体上优于RF模型,具有较高的可靠性。

基于改进海鸥优化算法的可见光室内定位研究

为提高室内定位精度,提出了一种基于黄金正弦与Sigmoid连续化海鸥优化算法(GSCSOA)的接收信号强度(Received Signal Strength Indication,RSSI)可见光室内定位技术。传统的海鸥优化算法(SOA)收敛速度慢、寻优精度低,在海鸥搜寻过程中引入Sigmoid函数使算法在后期快速收敛,在海鸥扑食过程中加入黄金正弦机制能提高算法的寻优能力。在6 m×6 m×3 m的房间顶板上按3×3的网格状布设9盏LED灯,经过实验表明:利用传统的RSSI定位估计算法得到的定位精度为1.28 m,改进的海鸥优化算法结合RSSI的定位算法得到的定位精度为7.17 cm。显然,改进后的室内定位算法精度更高,可应用于大部分的室内定位场所。

3DEC数值模拟技术在“变形与沉陷工程学”教学中的应用

将3DEC数值模拟技术引入“变形与沉陷工程学”课程教学,辅助学生认知抽象模糊的基本概念,加深他们对理论知识的理解,并鼓励他们探索工程异常现象的发生机理。三个教学案例表明,3DEC数值模拟技术在“变形沉陷工程学”课程教学中具有独特优势,能激发学生学习兴趣,大大提升了理论课教学效果。

GPS变形监测信息的单历元解算方法研究

根据高精度GPS变形监测的特点 ,建立了按历元解算监测点变形量的基本数学模型 ,并分析了影响变形量精度的主要误差来源。通过对试验数据的计算分析 ,对数学模型的正确性进行了论证。

GPS变形监测信息高精度快速解算方法研究

根据高精度GPS变形监测的特点 ,以监测网的首期观测成果为基础 ,利用监测时段的载波相位为基本观测量 ,建立了单历元解算监测点变形信息的似单差模型 .该模型避免了周跳的探测与修复 ,可适用于动态和静态 2种监测模式 ,并可适用于同步观测卫星较少 (如 2颗 )的情况 .

抗差卡尔曼滤波模型及其在GPS监测网中的应用

根据量测向量中的粗差对状态向量滤波值的影响规律 ,导出了抗差卡尔曼滤波模型 ,该模型对观测空间和设计空间均具有良好的抗差性。通过对含有粗差的模拟 GPS监测网的计算 ,与标准卡尔曼滤波模型相比较 ,利用该抗差滤波模型 ,可获得可靠的变形分析结果。

基于似单差法的井筒沉降监测试验与结果分析

为监测地下煤炭开采对某矿工业广场内主、副井筒的影响,布设了由54个监测点和2个基准点组成的监测网。监测网的基准时段测量采用静态GPS相对定位技术和三等几何水准,以此作为沉降监测基础;监测时段外业观测方法与基准时段的相同,但沉降量采用以似单差法为理论的GQuickS软件进行解算,并与几何水准测得的沉降量进行比对分析,结果表明,采用似单差法进行沉降监测可达到三等水准监测的要求。

Kalman滤波在GPS监测网中的应用

导出了卡尔曼滤波应用于 GPS监测系统的状态方程和观测方程的纯量形式和矩阵形式 ,给出了系统的滤波方程。讨论了系统初值的确定方法及形变分析方法。通过对模拟 GPS监测网的计算分析 。

GPS监测网动态数据处理抗差Kalman滤波模型

为克服观测向量中的粗差对状态参数滤波值的影响 ,通过分析其影响规律 ,并充分顾及到粗差在预测残差中得到全部反映的特点 ,导出了 GPS监测网动态数据处理的抗差卡尔曼滤波模型——该模型对观测空间和设计空间均具有良好的抗差性 .通过利用该抗差滤波模型对含有粗差的模拟 GPS监测网的计算 ,与采用标准卡尔曼滤波模型的计算结果相比较 。

似单差法对起算数据的精度要求

分析了首期观测提供的起算数据的误差对似单差法解算的GPS监测点变形量的影响规律。对于基准点精度 ,若监测距离在 10km以内 ,在取消SA政策后 ,利用单点定位结果即可满足要求。对于基线向量 ,从监测精度来看 ,需采用精密软件进行解算 ;从方法本身来看 ,要求其误差不超过10mm ,可采用商用软件进行解算。数值计算结果表明 ,采用似单差法进行GPS监测时 ,可以不考虑基准点是否存在变形。

GPS变形监测的SSDM方法的理论与实践

全球定位技术已广泛应用于监测各种建构物的变形,本文根据高精度GPS变形监测的特点,从六个方面综合性地介绍了SSDM(似单差方法)的理论与实践。第一部分介绍了SSDM方法产生的背景,第二部分给出了其基本数学模型。第三部分分析了SSDM方法的误差来源和控制措施,第四部分介绍了采用SSDM方法进行变形监测的监测方案,第五部分简单介绍了采用SSDM方法开发的软件。最后一部分,对SSDM方法的一些重要结论进行总结。本文中,某些论据以参考文献形式给出。

GPS监测网基准点位移及观测粗差的抗差估计方法

根据GPS监测网中基准点位移和观测值粗差联合影响的误差方程 ,提出可以将基准点位移看做是一种特殊的观测值粗差 ,从而对二者进行联合处理的抗差估计模型。通过模拟计算 ,该模型较好地解决了基准点位移和观测值粗差对变形分析结果影响的问题。