改进的3D-BoNet算法应用于点云实例分割与三维重建

为了更好地利用点云数据重建室内三维模型,本文提出了一种基于3D-BoNet-IAM算法的室内场景三维重建方法。该方法通过改进3D-BoNet算法提高点云数据的实例分割精度。针对点云数据缺失问题,提出了基于平面基元合并优化的拟合平面方法,利用拟合得到的新平面重建建筑表面模型。在S3DIS和ScanNet V2数据集上验证3D-BoNet算法的改进效果。试验结果表明,本文提出的3D-BoNet-IAM算法比原始算法分割精度提高了3.3%;对比本文建模效果与其他建模效果发现,本文方法的建模效果更准确。本文方法能够提高室内点云数据的实例分割精度,同时得到高质量的室内三维模型。

图像语义信息在视觉SLAM中的应用研究进展

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术以相机为主要传感器采集图像数据,基于多视几何、状态估计等算法原理获取载体的位置和姿态,同时构建一张用于导航定位的地图。视觉SLAM是自动驾驶、AR(augmented reality)、VR(virtual reality)、MR(mix reality)、智能机器人、无人机飞控中的关键技术。近年来,随着各个产业对智能导航定位的需求日渐增多,原本以几何测量为主的视觉SLAM逐渐融入对环境的语义理解。语义信息是指能够被人类直观感受和理解的概念,而图像语义信息是指图像中物体的轮廓、类别、显著性等信息。相比于图像中的几何特征,语义信息更具时空一致性,且更贴近人类感知的结果。将图像语义信息引入视觉SLAM,既能促进系统各个模块的性能,还能够提升视觉SLAM的智能感知能力,形成集几何测量、定位定姿、环境理解等多种功能的视觉语义SLAM。本文根据图像语义信息的应用方式,对视觉语义SLAM经典方案和最新研究进展进行归纳梳理。在此基础上,本文总结了视觉语义SLAM的现存问题与挑战,指出该领域未来的研究方向,以推动其面向智能导航定位进一步发展。

高纬度地区PPP接收机跟踪噪声随机模型拟合改进

电离层闪烁是指无线电信号的振幅和相位在短时间内出现快速随机波动的现象,可以导致全球导航卫星系统(GNSS)的测量噪声增大、信号丢失。目前,接收机跟踪误差随机模型(RTES)可以有效降低电离层闪烁对GNSS精密单点位定位(PPP)的影响。然而,该模型依赖专用型电离层闪烁监测接收机(ISMR)的数据产品。与遍布世界各地的测地型接收机相比,ISMR监测站的数量非常有限,并且获取ISMR数据产品也较为困难。本文利用加拿大高纬度北极电离层闪烁监测网络(CHAIN)2014—2022年的GPS观测数据与闪烁产品,提出了一种适用于高纬度地区测地型接收机的PPP随机模型,简称高纬接收机跟踪误差随机模型(HL_RTES)模型。HL_RTES模型采用振幅闪烁指数(S4c)和总电子含量变化率指数(ROTI)来估计接收机跟踪噪声的方差,并通过对观测值进行重新加权以提高闪烁环境下PPP定位精度。利用2023年2月1日至2023年2月28日的CHAIN网跟踪站GPS数据进行单频仿动态PPP试验验证,结果表明,HL_RTES模型与RTES模型性能相当,都可以改进闪烁环境下PPP的定位精度;与高度角随机(EAS)模型相比,基于HL_RTES模型的PPP在水平、高程和3D方向的月平均RMS改善率分别为33.3%、42.8%和38.3%。此外,利用2023年2月15日IGS跟踪站INVK、KIRU、SCOR和URAL站数据进行试验验证发现,HL_RTES模型可以有效削弱高纬闪烁对PPP定位影响;相比于EAS模型,基于HL_RTES模型的4个站点PPP的3D RMS改善率分别为57.2%、32.9%、43.8%和31.4%。

高精度电离层产品增强PPP-B2b定位性能分析

北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 satellite navigation system,BDS-3)通过PPP-B2b信号向中国及周边区域提供实时精密单点定位(precise point positioning,PPP)服务。由于PPP-B2b信号未提供电离层模型产品,目前的定位研究主要采用无电离层组合,其精度可以到达分米级,但是需要30 min左右的收敛时间。针对PPP-B2b定位收敛时间长的问题,分析了电离层模型产品对定位收敛性能的提升。将准四维电离层建模方法引入中国区域电离层延迟建模,并采用2021年年积日第201—207天中国区域均匀分布的50、100、150和200个基准站4种方案进行解算,结果表明,当电离层建模所用测站数量从50个增加至200个时,电离层模型产品精度从2~3 TECU提升至优于0.8 TECU。高精度电离层模型产品可以显著缩短PPP-B2b定位收敛时间,相比于目前PPP-B2b定位,基于电离层模型产品增强的单BDS-3动态PPP收敛时间仅需7.56 min,缩短77%;GPS+BDS-3双系统动态PPP收敛时间由13.51 min缩短至4.45 min。因此,高精度电离层模型产品能显著缩短PPP-B2b的定位收敛时间。

城市扩张与生态空间非线性动态耦合关系梯度分析模型

探索城市发展与生态保护的交互耦合关系是科学实施新型城镇化战略的重要支撑。现有研究多关注宏观城市系统要素、结构、功能与生态环境之间的耦合关系,较少从微观尺度尤其是城市圈层结构视角揭示二者之间的非线性动态耦合关系及其空间梯度性。基于此,本文提出了城市扩张-生态空间复合系统的多维度量化指标体系,构建了城市扩张与生态空间演化之间动态耦合协调度的评估模型,分析了1985—2020年武汉市域、绕城高速环线和中心城区等不同空间梯度内城市扩张与生态空间的动态耦合关系变化规律。研究表明,城市扩张与生态空间的动态耦合协调度在武汉市行政区划范围与绕城高速环线-武汉市界范围内整体呈“S”型变化,2010年之前处于缓慢发展状态,之后快速升至高度协调状态;绕城高速环线范围内耦合协调度总体呈现“波浪式”上升,2005年之后在高速极限发展与螺旋式上升阶段波动变化;绕城高速环线范围内以及城市主城区的耦合协调度均接近“S”型,其中绕城高速环线至主城区之间的耦合协调度在2010年之前持续升至螺旋式上升阶段,之后则缓慢下降至高速极限发展阶段,而主城区的耦合协调度在2000—2005年已处于高速极限发展状态,之后则呈现围绕高值上下波动的状态。不同空间梯度内城市扩张与生态空间之间的耦合协调关系存在显著差异性,未来城市空间管控与绿色基础设施规划应因地制宜制定对应措施。