利用无人机航摄影像实现特种目标的定位

为了提高野外荒芜地区特种目标定位的效率和安全性,本文提出了一种利用无人机航摄影像进行特种目标定位的方法。首先利用GNSS RTK技术在作业区域布设像控点,然后由无人机搭载正射相机获取特种目标区域的正射影像,最后通过边缘提取和椭圆中心拟合从影像上获取的目标中心点坐标,并进行精度评定。将该方法应用于某飞行器的落点测量任务中,实现了落点坐标的准确测量,精度达6 cm。

一种顾及现势指向的上行天线阵相位中心精确标校方法

针对上行天线阵相位中心标校技术粗糙、精度不高等问题,引入精密工程测量技术测定天线实际状态,提出了一种顾及现势指向的相位中心精确标校方法。首先,利用工业摄影测量系统获取天线各姿态的型面数据,并通过最小二乘法拟合求解出现势性强的机械轴;然后,用矩阵法解算各姿态下机械轴的交点作为旋转中心;最后,基于反角度加权插值法推估得到天线在任意姿态下的机械轴,进而从投影中心沿机械轴延伸既定长度获得可靠的相位中心。以3台φ3 m上行阵天线为试验对象,通过工程控制网统一摄影测量坐标系,并按照本文方法标校天线相位中心。电信号合成效果表明,本文方法能有效克服天线自重变形、机械安装等因素的影响,实现了相位中心的精确标校,增强了上行天线阵合成信号的幅度。

激光跟踪仪多测站抗差马氏光束法平差

为了提高激光跟踪仪多测站测量数据平差结果的精度,研究了抗差马氏光束法平差模型。在传统光束法平差(TBA)模型的基础上,引入马氏距离,将平差准则由原来的“使观测值改正数加权平方和最小”改造为“使观测值到加权平均值的马氏距离平方和最小”,并在计算加权平均坐标时对粗差观测值进行剔除,建立了抗差马氏光束法平差(RMBA)模型。仿真试验中,用MATLAB模拟了4个测站观测12个控制点的观测值,结果表明RMBA模型的解算结果优于TBA、文献22方法和SA软件的解算结果,与仿真坐标的偏差均方根为0.031 mm。在模拟观测值中加入粗差后,RMBA模型表现出了优良的抗差性。实测试验中,以上海光源实验大厅100 m范围内4个测站观测42个控制点的数据为例,SA软件的平差结果的点位中误差为0.05 mm,RMBA解算结果与SA结果的三维坐标偏差均方根为0.07 mm。结果表明RMBA模型具有一定的抗差性,坐标解算精度优于TBA模型和文献[22]方法,与SA软件的解算精度在同一量级。

工业摄影测量控制网网形对测量精度的影响研究

为了提高工业摄影测量系统的精度,从影响精度的几何因素出发,分析了不同因素对测量精度的影响程度,总结了工业摄影测量控制网的布设原则,通过试验反映出不同几何因素通过控制网网形对测量精度的影响,并在此基础上提出了工业摄影测量控制网优化设计的思路。

变形监测网稳定点选取的平方型Msplit相似变换法

针对现有参考网稳定点选取方法在不稳定点数较多时正确性和稳健性不足的问题,通过引入平方型Msplit相似变换,提出了一种稳健的稳定点选取方法,在不稳定点较多、甚至不稳定点数超过稳定点数的情况下仍然有效。具体思路是:在计算两期坐标的相似变换参数时,利用平方型Msplit估计将参考点组一分为二,取点数多的一组为稳定点组并继续分裂,直至两个点组对应的相似变换参数无明显差异时停止,利用最终的稳定点组计算相似变换参数来开展变形分析。试验结果表明,当参考网中存在变形量较大的点或不稳定点总数接近甚至超过稳定点数时,本文方法与传统S变换和抗差S变换相比,稳定点的判断正确率最高,求得的变形量与模拟变形量相差最小,稳定点组对应的两期坐标差均方根最小,能够正确反映控制点的实际变形。

三维坐标转换公共点最优权值的单纯形搜索算法

为提高三维坐标转换参数的求解质量,本文基于最优化算法提出了一种稳健的公共点加权坐标转换方法。以坐标转换后公共点的点位残差加权平方和最小为目标函数,利用Nelder-Mead单纯形直接搜索算法,寻找公共点坐标分量在解算坐标转换参数时的最优权重组合。以粒子加速器磁铁的准直安装为应用场景,利用模拟数据和实测数据对本文方法进行验证。结果表明:本文方法能够有效降低粗差观测值及质量不佳观测值的权重。与最小二乘、抗差估计等方法相比,本文方法解算结果的点位残差加权平方和更小,坐标转换参数质量更优。本文方法能提高三维坐标转换参数的求解质量,尤其适用于验前精度未知、观测数据质量不佳的情况。

加速器隧道控制网变形可监测性及稳定性分析

加速器隧道控制网复测数据处理方法中变形点判定缺乏理论依据,存在弃用稳定点、纳入变形点、难以判断整体变形等方面的不足。依据三维控制网变形可监测性理论,推导了灵敏度椭球元素的表达式,对直线形和环形两种典型加速器隧道控制网的变形可监测性进行了分析。结果表明,两种控制网在竖向的灵敏度低于水平方向的灵敏度,直线形控制网两端控制点的灵敏度低于中间控制点的灵敏度,环形控制网中各控制点的灵敏度基本一致。依据三维控制网稳定性分析理论,优选整体稳定性检验和平均间隙法,以上海光源2016、2017年的实测数据为例进行稳定性分析,结果表明,稳定性从强到弱依次为地面点、外墙点、锯齿墙点和支柱点。该结果有助于控制网变形规律的准确分析,并更好地指导元件调整。

用于精密坐标传递的二联激光跟踪仪系统

为了实现受限空间内的精密坐标传递,建立了二联激光跟踪仪测量系统,并设计了其施测及数据处理方法。首先,对Leica AT402激光跟踪仪进行改装,在其提手上安装能够放置球棱镜的靶座,并精确标定球棱镜中心与仪器中心的高差,称它为垂向偏心差。然后,两台激光跟踪仪自由设站,双面互瞄对方提手上的球棱镜,并依据垂向偏心差将互瞄观测值改化至仪器中心,得到仪器中心之间的互瞄观测值。两台仪器分别测量可视范围内的目标点,当两台仪器能够观测到足够数量的公共点时,可利用公共点和互瞄观测值共同传递坐标和方位;当无公共点时,可利用激光跟踪仪之间的互瞄观测值传递坐标和方位。在上海光源的工程控制网内开展了测量实验,结果表明:当相邻测站有公共点时,该系统能提高坐标转换的精度;当无公共点时,在9 m的距离上,坐标传递精度优于0.22 mm,定向旋转角精度接近1″。该系统可应用于三维工程控制网的测量,尤其适用于通视条件差的精密坐标传递场景。

工程测量平面控制网计算基准面选定方法

通过分析距离和水平方向两类典型观测值因计算基准面选择不同而导致的精度损失,设计了一种便捷、实用的工程控制网计算基准面选定方法。以平面、球面、旋转椭球面和三轴椭球面为选择对象,研究了基准面的选择对距离和角度观测值归算精度的影响规律。以数学表达形式简单、精度满足需求为选取原则,以测区范围和精度要求为约束条件,根据归算精度差异随测区范围的变化规律,给出了基准面选取参考图。该参考图可为平面控制网计算基准面的选择提供便捷的指导。

最小二乘配置在形变监测中的应用

最小二乘配置具有可以预测未测点信号、并对预测值进行精度评定的特点,在坐标转换、GPS水准拟合、形变测量等方面得到了广泛的应用。本文利用最小二乘配置来获取变形监测网内插点的变形信息,并利用协方差阵进行精度评定。利用模拟试验和工程试验,验证了该方法的正确性和有效性。

基于拟稳基准的秩亏自检校光束法平差

为了提高工业摄影测量的解算精度,围绕平差解算过程中基准的选择问题进行了分析和论证。首先介绍了现有平差过程的基准,分析了采用拟稳基准的合理性;然后基于自检校光束法平差和秩亏自由网平差原理,设计了拟稳基准的G矩阵,构建了基于拟稳基准的自检校光束法平差的法方程。通过实验对比分析了不同基准的平差效果,结果表明:拟稳基准的平差结果精度更高且分布更为均匀。

粒子加速器工程控制网研究进展与展望

随着高能物理研究对粒子碰撞能量需求的不断增大,粒子加速器的规模愈加宏大,对工程控制网的设计、测量和维持提出了极大的挑战。为此,本文在归纳整理国内外研究现状的基础上,围绕加速器控制网结构及精度要求、几何参考框架选取、测量仪器与标志、网形与观测方案、观测值归算与平差等问题,凝练了大型粒子加速器精密控制网的关键技术,最后给出了巨型加速器工程高精度三维控制网建立技术的研究建议。

GYROMAT3000陀螺 经纬仪仪器常数的温度漂移测定

以某台GYROMAT3000陀螺经纬仪为实验对象,在步入式高低温实验室内设计并开展了仪器常数温度漂移测定实验。实验结果的方差分析表明,该台仪器的仪器常数的温漂对定向结果无显著影响。根据实测结果,利用三次样条函数拟合了仪器常数温漂曲线,并给出了不同温度下仪器常数的取值建议。

摄影距离和交会质量对工业摄影测量精度的影响

在工业摄影测量相机畸变模型和标志图像中心提取算法既定的条件下，研究了摄影距离和交会质量对标志点坐标精度的影响，提出用交会质量因子来评价交会质量，建立了标志点坐标精度预估模型，并通过实验数据得出了在特定实验条件下经验公式的系数。通过对比预估精度与真实精度，验证了预估模型的有效性，并利用同样实验条件下的另一组实验数据对经验公式计算所得系数的有效性进行了验证。

基于IGG3的数字工业摄影测量抗差光束法平差

数字工业摄影测量中,相机拍摄的不同相片得到的像点坐标被视为等精度观测值,其权值被定为单位权进行平差计算。自检校光束法平差能够有效的补偿系统误差,但测量过程中仍然不可避免地存在粗差和随机误差。为了进一步提高数字工业摄影测量平差计算结果的精度,结合抗差估计具有"充分利用有效信息,限制利用有用信息,排除有害信息"的特点,对自检校光束法平差方法进行改进,提出了一种基于IGG3的抗差光束法平差方法;并进行公共点转换实验和重复测量实验来评价其外符合精度和内符合精度。实验结果表明改进后的方法比原方法计算所得的结果精度更高。

利用RANSAC算法筛选坐标转换中相对稳定公共点

为提高坐标转换的精度及可靠性,提出一种基于RANSAC算法的相对稳定公共点筛选方法。以四元数坐标转换模型为基础,引入RANSAC算法来迭代筛选控制网中相对稳定点,并将其作为公共点进行坐标转换,以提高转换精度。以加速器工程隧道控制网为例,对该方法进行仿真实验与分析,并与基于M估计的坐标转换结果进行对比。实验结果表明,所提方法能够精确定位粗差,相对稳定点误判率低于M估计结果,且坐标转换精度更高。

灰色系统及线性回归模型在变形沉降中的应用

变形监测对保证工程建筑物的安全稳定具有十分重要的意义。本文以高精度电子水平仪为试验设备,设计试验模拟工程竣工后的沉降变形,采用灰色模型和线性回归方法对试验数据进行处理分析并预报;最后结果表明,两种方法俱优,均适用于变形沉降数据处理中的预报工作。

基于T-S模糊神经网络模型的极移预报方法

为提高极移的预报精度,本文建立了基于T-S模糊神经网络的极移预报模型。首先利用最小二乘对极移序列中的趋势项进行拟合外推,然后建立TSFNN预报模型对最小二乘拟合残差部分进行训练和预报,最后合并最小二乘外推值和TSFNN模型预报值得到最终的极移预报值。在试验中,本文基于T-S模糊神经网络模型对不同跨度的极移预报进行研究,并与BP神经网络的预报效果进行对比,结果表明,该预报模型能很好地克服神经网络收敛速度慢、易陷入局部极值、预报精度较低的缺点,可以有效地用于极移预报。

五拼数码相机参数标定

根据数码相机的特点,介绍了相机标定的内容。对五拼数码航空相机采用分步标定的方式获得了相机参数,先采用基于10参数模型的自检校光束法平差完成单个相机标定,再通过旋转矩阵变换法进行组合相机的相对位置标定。通过试验,得到了高精度的相机参数。

SGBM算法与BM算法分析研究

立体影像匹配是双目立体视觉测量中的关键环节,直接决定重建质量和效率,具有重要研究价值。本文着重对比分析半全局匹配(SGBM)、BM两种匹配算法,分别对Tsukuba、Satellite model等标准立体图对进行匹配实验,分析算法的匹配速度、匹配效果,总结算法的性能及其特点。