利用全张量重力梯度异常探测月球地下隐伏地质结构及其解释

将有限功率地形法(或称Tesseroid单元体球谐谱域正演法)运用到月球地形的重力梯度计算中,并通过圣杯任务(GRAIL)得到的重力场模型系数和Moontopo720地形模型数据,计算得到在GRAIL卫星高度经过地形校正后的全重力张量异常。综合重力梯度的多分量性质和相关实验结果,首先通过水平梯度异常估算月球主要质量瘤(mascon)的地下空间水平分布范围,然后通过全重力异常梯度带图初步验证潮汐重力引起的月球主要断层结构分布。

基于特征点匹配的点云配准方法研究

针对快速点特征直方图(fast point feature histogram,FPFH)与迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法结合的配准方法达不到精度要求的问题,文章在FPFH的基础上加入特征点的提取与匹配,使得配准精度进一步提升。该方法先通过尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT)算法和3DHarris算法对点云数据的特征点进行提取,再通过计算FPFH寻找对应点对,使用随机采样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法剔除错误点对,通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD)算法计算初始旋转矩阵和平移矩阵,最后用传统ICP精配准。结果表明,基于特征点匹配的算法相比基于特征描述的算法精度更高。

基于GPU的并行ICP点云配准算法研究

针对传统串行精配准算法在海量点云数据配准时计算效率低的问题,文章利用图形处理器(graphics processing unit,GPU)的多线程计算能力将传统算法并行化,基于GPU实现并行化的统一计算设备架构迭代最近点(compute unified device architecture iterative closest point,CUDAICP)算法。首先采用粗配准方法对源点云进行旋转平移,得到源点云的初始位置,再将其与目标点云输入CUDAICP算法进行精配准;对房间点云、带有楼梯的房间点云2种场景点云数据进行配准实验。结果表明:在粗配准中,采样一致性初始配准(sample consensus initial alignment,SAC-IA)算法在不同场景下具有较好的效果;在精配准中,CUDAICP算法与传统迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法相比,在保证精度的同时,速度提升最高可达8.2倍。

改进PointNet++模型在道路杆状物提取中的应用

针对现有道路杆状物提取大多需要针对数据类型人工设计特征、泛用性差、自动化程度低等问题,本文提出一种基于改进PointNet++深度学习网络的道路杆状物语义分割方法,实现了对道路杆状物的提取。首先对原网络模型的感受野、分块大小等参数进行调整,使得该模型更适合道路点云数据;然后针对点云数据不平衡的问题,采用焦点损失函数作为模型的损失函数,使占比较少的类别得到充分训练;最后针对PointNet++网络提取特征时没有考虑邻域内各点特征影响关系的问题,采用邻域特征聚合模块融合邻域信息,提升该网络模型对点云特征的学习能力。为验证所提方法的有效性,使用改进后的网络模型在自建的道路点云组成的数据集上进行了试验,相对于经典PointNet++网络,杆状物类的分割精度明显提升,在简单道路和复杂道路上的交并比(IoU)分别提升了8.44%、15.25%,达到了98.88%、92.50%。

基于机载LiDAR系统的电力线点云提取方法研究

针对野外地形高度起伏大、走向复杂、杆塔形式多样且点云密度不均匀等造成电力线点云提取精度低的问题,文章提出一种自动化精度高的新型电力线点云提取方法。根据电力线走向对整体点云进行分块处理;使用迭代高程阈值法计算得到最佳高程分割阈值,将地面点、地物点与电力线点进行分割;采用DBSCAN密度聚类法聚类出杆塔点并进行剔除,对于误分到杆塔点的部分电力线点结合点云高程搜索进一步提取出来;使用欧式聚类法对单根电力线点进行精提取。实际输电线路点云数据实验表明,该方法电力线总提取精度为99%,实现了电力线点云的自动、高效提取,可满足实际电力巡检生产需求。

航空重力梯度测量之地形改正方法及讨论

本文简要介绍了航空重力梯度测量中地形改正的基本原理及其地改公式,并采用基于质量线和质量棱柱两种地形模型的数值积分公式进行了一些简单模拟试算.在研究航空重力梯度测量的精密地形改正方面,作者首次将考虑地球曲率影响的质量棱柱体模型用于梯度数据的地改.文章最后对所有结果做了一些必要统计分析.

垂直重力梯度反演Moho面的频谱域公式及其应用

通过求解引力相等原则下的Fredholm积分方程,可以得到不规则单一密度界面(Moho面)的起伏.本文充分参考了前人的理论研究,推导出扰动垂直重力梯度确定Moho面深度的频谱域表达式,该式具有二次项迭代精度.运用此公式进行了全球Moho面的恢复计算,并将该结果与CRUST1.0模型和GEMMA Moho模型进行了对比和验证.

Moho面扰动重力梯度信息的提取

在运用重力和重力梯度资料反演Moho面时,关键步骤之一即是从原始测量信号精确提取只包含该层面单一密度信息的扰动(异常)值。本文主要工作有:1为减小GEMMA Moho团队的点质量模型计算误差而采用正演精度更高的空间域Tesseroid单元体和频谱域球谐分析与综合方法,并对这两种方法进行了结果对比;2如何合理利用地壳先验模型资料。本文中最后提供了基于GOCO03S模型可以用于后续Moho面反演的重力梯度主对角线分量的全球扰动值,并对所有试验数据进行了讨论和分析。

基于卫星重力梯度数据的密度反演研究

为解决卫星重力梯度大尺度密度反演存在的平面模型误差、病态矩阵正则化、大型矩阵求逆、先验数据融合等问题,依托Tesseroid单元体模型,分别采用广义岭估计、代数重建(ART)、遗传算法完成了附加高斯白噪声的模拟异常体密度反演实验,并将反演结果与原始设定模型进行比较分析。

考虑地表起伏的不规则区域重力梯度场模型构建方法——以云南地区为例

文中推导并给出了基于非格网分布的起伏面扰动重力或重力异常解算区域扰动重力梯度场模型的数值计算公式。基于澳大利亚West Arnhem Land地区的格网重力数据,以频谱域(二维快速傅里叶变换)解算的扰动重力梯度全张量作为“基准值”,然后利用基于推导公式的最小二乘配置方法(LSC)对相同区域非规则范围的重力数据进行扰动重力梯度模型解算,将结果作为“评估值”。对比“基准值”与“评估值”之差,研究发现:1)基于推导公式的最小二乘配置方法解算得到的扰动重力梯度值与频谱域方法得到扰动梯度“基准值”各分量在空间形变变化上是一致的;2)统计扰动重力梯度各分量的差值ΔδΓ_(xx)^(fft-lsc)、ΔδΓ_(xy)^(fft-lsc)、ΔδΓ_(xz)^(fft-lsc)、ΔδΓ_(yy)^(fft-lsc)、ΔδΓ_(yz)^(fft-lsc)和ΔΓ_(zz)^(fft-lsc)“基准值”与“评估值”差值的标准差分别为5.54E、5.30E、1.85E、6.55E、2.09E和9.67E(1E=1×10^(-9)s^(-2)),远低于国际上实测重力梯度与解算模型差值的研究结果。最后,基于云南地区实测地表差分重力值,文中首次给出了该区域半波长约20km的重力梯度场年际变化模型。文中的思路和方法提高了广泛分布的重力数据(主要为重力异常和扰动重力)的使用效率,可为地球物理学、地质学研究更好地理解和解释重力数据、重力梯度数据及其与场源的关系提供数据基础。

中国及其邻区地形和均衡重力梯度的球面计算

基于GOCO03S、DTM2006和Airy-Heiskanen均衡模型,采用频谱域的球谐分析和综合方法计算中国及其邻区的地形和均衡影响。克服了平面模型误差影响,并首次给出均衡重力梯度异常分布图。对所得结果作初步分析和解释。

基于实测重力异常和地形数据确定重力梯度的研究

本文利用澳大利亚北领地West Arnhem Land地区实测重力异常数据并联合DEM(9″)和SRTM3(3″)地形高程数据,使用移去-恢复技术和Stokes积分方法计算了该地区两条剖面的重力梯度及其功率谱密度,使用FFT方法解算了整个地区的重力梯度值,结果证明了联合重力异常数据和高分辨率地形高程数据能有效地提高重力梯度的解算精度;功率谱密度的计算结果与国外成熟的重力梯度功率谱密度模型相吻合,表明高于0.3Hz频率范围的功率谱密度可看做噪声,为重力梯度数据处理中噪声的辨别和剔除提供了借鉴,另外对重力梯度辅助导航基准图的构建以及重力梯度测量系统的标定提供了有益的探索.

利用Extrapolation Tikhonov正则化算法进行重力梯度三维密度反演（英文）

本文利用Extrapolation Tikhonov正则化算法处理重力梯度数据三维密度反演的线性不适定问题。与Tikhonov正则化方法相比,Extrapolation Tikhonov正则化方法减小了因正则化参数的引入而带来的反演结果误差,提高了预测数据与观测数据之间的拟合精度。同时为了消除位场数据反演时位置函数快速衰减对反演结果的影响,本文提出了基于重力梯度全张量特征向量法的深度加权函数,模型试验证明了该深度加权函数能有效识别异常体密度分布特征。对澳大利亚Kauring地区实测重力梯度数据进行反演,并和已有研究成果对比分析。结果表明该反演方法能够较好的获取地下异常体的密度分布信息。

关于喜马拉雅山重力均衡问题

在19世纪中叶的大地测量学发展中,喜马拉雅是重力(地壳)均衡的策源地,那年代的普拉特(Pratt)和爱黎(Airy)分别提出了各自的均衡模式,而在后期有的文献中却指出:那里并非均衡或不完全均衡,不过,现今仍有人认为:喜马拉雅仍然是重力均衡的地区,尽管上世纪70年代实验均衡理论的出现,也未见到有人对这里均衡程度的问题作些回答.为此,本文从理论和实际上对该问题作了解释和证明,那里的均衡程度尚不到百分之六十,并指出:如按经典均衡理论和方法对该地区(如珠峰)进行重力推估,将会使推估值的失真,并使正高(海拔高)产生较大的影响,可达80cm.

结合CSF和TIN的机载LiDAR点云滤波算法

为了提高传统的不规则三角网(triangular irregular network,TIN)中初始种子点的选取效率问题,文章提出一种布料模拟滤波(cloth simulation filtering,CSF)与TIN结合的机载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云滤波算法。首先去除机载LiDAR点云中的粗差点,对去除粗差点后的点云使用CSF算法以获取初始地面点,然后对初始地面点通过改进的TIN算法构建三角网,同时连续迭代进而获取最终地面点。实验选取国际摄影测量与遥感学会网站的3组测试数据进行滤波,结果表明该算法能够在坡度较大的区域降低Ⅰ类误差,并将Ⅱ类误差控制在一定范围内,验证了该算法的可靠性。

车载点云数据高速公路路面提取方法

利用车载激光扫描数据提取高速公路的道路边界时,不能以路沿作为边界。针对此问题,提出了一种车载点云数据高速公路路面提取方法。根据车载激光扫描数据的特点,设计了逐步提取到精细优化的处理流程。首先,利用改进的RANSAC算法,在条件约束下进行分区自适应阈值粗提取;然后,通过结合RANSAC阈值的形态学滤波和基于点云密度和强度的滤波,进一步进行道路精细提取;最后,利用边缘检测算法对道路边界进行优化,从而提取完整道路点云。利用实际点云数据进行实验,结果表明,该方法提取的道路点云的准确度、完整度、提取质量均超过90%。

基于三维激光扫描的雕像建模与贴图

在完成雕像三维建模的基础上,提出了一种结合CG动画软件ZBrush完成模型后期贴图的制作,实现了CG动画和传统三维建模的结合,最终得到了较好的效果。解决了Geomagic和3ds Max主流贴图软件对于不规则模型可能出现的贴图接缝问题,并指出了相关的注意事项,为三维激光扫描技术在三维建模及古物重建等方面的应用提供了案例参考。

文物管理的三维GIS系统设计与实现

传统的文物保护工作中,采集到的文物数据往往精度低、成本高,且无法实时更新和大量存储。三维激光扫描技术可以在不接触文物的条件下,高质量地采集到大量的空间数据。数据库可以对采集到的空间数据和属性数据进行分类存储和管理,GIS可以对数据进行组织、管理、三维显示和实时发布。把三维激光扫描技术、数据库和GIS进行集成,利用C#编程开发而成的系统使文物保护工作变得科学、高效,同时也为文物数据的保护和管理提供了精准化、定量化和可视化的技术手段。

一种基于航测数据计算道路工程土石方量的方法分析

目前,土石方量的计算主要以计算机技术为基础,有基于CASS的DTM法土方计算、断面法土方计算、方格网法土方计算等。使用这些方法的前提是都具备可以使用卫星定位系统、全站仪等设备到现场实测的条件,地势平坦地区可以通过人工到现场实测得到数据,但有些地势陡峭的现场通过这种方式采集数据很困难,在这种情况下,通过无人机进行航测的优势很明显,同时,目前无人机的使用市场正渐渐扩大,内外业功能都在不断完善。文章主要针对使用最为广泛的人工实测的横断面计算法与无人机道路航测三维建模计算方量法作对比与分析,分别对无人机道路航测三维建模的图像数据、激光点云数据进行了阐述,针对各自的优缺点进行了对比。

基于三维激光扫描技术的优秀建筑三维重建

优秀建筑是人们智慧的结晶,在越来越多的优秀建筑遭到破坏的同时,人们也意识到对其保护的重要性。三维激光扫描技术以其非接触性,可以快速获取被测对象表面的三维坐标数据,为建立物体的三维实体模型提供了一种全新的技术手段。文章以合肥工业大学主教学楼为例,用三维激光扫描仪采集点云数据,并在3ds max里基于点云直接进行主教学楼的三维重建,为三维激光扫描技术在建筑物三维重建方面的应用提供了案例参考。