利用MPI实现点云SAC-IA并行配准

采样一致性初始配准算法(SAC-IA)是点云的一种粗配准算法。针对大规模点云SAC-IA配准效率低、实时性差等问题,本文提出利用消息传递接口MPI实现点云SAC-IA多进程并行配准,主要包括法向量并行估计、SPFH特征及FPFH特征并行计算和SAC-IA并行配准。实验结果表明,MPI多进程并行算法可显著提高点云SAC-IA配准速度。

基于ARM的激光探测系统研究与应用

为了采集井下管网信息,传统人工开井、下井调查量测的作业模式劳动强度大、效率低,且存在安全隐患。为改善作业条件,消除安全隐患,同时提高数字化程度和工作效率,研究免开管线井盖、数字化采集管线数据具有重要的现实意义。本文基于ARM的激光探测技术研发微小探头探测系统,使用专用伸缩杆通过井盖上的检修孔将探头放入井内,通过地面的控制终端对探头进行操控,完成对管线数据的智能化高精度快速采集和无线传输。实验证明,该系统具有较高的实用价值和广阔应用前景。

GNSS精密单点定位成果的框架与历元转换方法

虽然GNSS精密单点静态定位精度可达cm级,但其定位成果一般是某一ITRF框架下的平均观测历元时刻的坐标,通过框架及历元转换可获取地面点在任意ITRF框架及历元时刻的坐标。利用APPS、CSRS、GAPS、magicGNSS以及AUSPOS等在线GNSS数据处理软件对93d的单CORS站数据进行解算,并采用框架及历元转换方法将定位成果转换为CGCS2000坐标(ITRF97框架,2000.0历元)。结果表明,24h PPP定位结果的平均精度为1.7cm;采用中国大陆构造环境监测网络提供的ITRF2008框架下的速度场,并利用自然邻点插值法获得该测站点的速度场,再将PPP结果转换为CGCS2000坐标后的精度为1.6cm。

测量实验室创新管理模式的改革与实践

测量实验室是测量实践教学和测绘科学研究的主要基地,但广东工业大学的测量实验室目前存在仪器质量差、管理水平较低、仪器检校严重依赖厂商等问题。该文致力于建立创新型的实验室管理模式,针对测量实验室的仪器设备配置、仪器检验校正场的建设、实验室管理等提出了若干改革意见,并在此基础上设计和开发了一套半智能化的测量实验室信息管理软件,这套数字化系统可以对广东工业大学测绘工程系的实验教学和科研工作有所促进。

利用MPI实现多幅点云ICP并行配准

迭代最近点算法(ICP)是一种用于点云精确配准的经典算法。针对多幅点云进行ICP配准存在耗时多、效率低的问题,本文利用消息传递接口MPI对多幅点云进行分批并行配准。首先并行求解相邻两幅点云的相邻变换矩阵,然后计算每幅点云在当前批次的局部变换矩阵,最后获得每幅点云的全局变换矩阵。本文以DELL PowerEdge R730服务器为计算平台,对空间点总规模达四千多万的65幅点云进行了分批并行配准。试验结果表明:利用MPI对多幅点云进行分批处理可显著加快配准速度,最优进程数为计算机的核数时,加速比为5.3。

基于GNSS水准拟合法的海岛高程传递

针对舟山无人岛“担峙岛”和“茶山岛”缺乏高程基准这一问题,结合测区的特殊地形分布,采用GNSS水准拟合法实现了这两座岛屿的跨海高程基准传递,拟合模型为2次曲面拟合。实验结果表明,GNSS水准拟合法内符合精度在±2 mm范围内,其与三角高程测量法对比的外符合精度为±4.5 mm,本次跨海高程传递质量合格、可靠。

不同地形条件下的AW3D30、SRTM3和ASTER GDEM高程精度分析

以广东部分山地丘陵为研究区域,分析了数字高程模型AW3D30、SRTM3 V4.1和ASTER GDEM V3的高程精度。利用车载动态PPP技术对沿广州、惠州、韶关、清远约730 km的线路进行了数据采集,并由CSRS-PPP定位服务系统解算得到动态点的WGS84坐标,再通过重力场模型EIGEN-6C4将动态点的大地高转换为正常高,最后对3种数字高程模型进行高程检核。结果表明:AW3D30、SRTM3 V4.1和ASTER GDEM V3的平均误差分别为0.55、0.17、1.59 m,均方根误差分别为3.78、5.84、8.88 m。3种数字高程模型的平均误差在不同海拔区间差异明显,其中AW3D30在不同海拔区间的平均误差振幅相对较小,在2.18 m以内;SRTM3 V4.1的平均误差与海拔为负相关关系,平均误差随着海拔的升高由正值逐渐转为负值;ASTER GDEM V3的平均误差在(0 m,250 m)海拔区间为2 m左右,在(250 m,800 m)区间为–2.28 m。AW3D30的均方根误差与标准差整体上随着海拔的升高而减小,SRTM3 V4.1随着海拔的升高而增大,ASTER GDEM V3无显著规律,在(100 m,250 m)区间优于7.69 m,在其余区间优于9.86 m。

利用平行光管检验校正台校正全站仪的竖盘指标差及2C值

竖盘指标差及2C值(两倍的视准轴误差)是影响全站仪角度测量精度的两个重要因素.利用平行光管检验校正台分别对一台竖盘指标差超标的南方测绘NTS-312L型全站仪和一台2C超标的南方测绘NTS-312L型全站仪进行了校正.校正后,前者的竖盘指标差从24″减小至6″,后者的2C从19″减小至–6″,校正结果符合《全站型电子速测仪检定规程JJG100-2003》.为了对校正结果进行进一步检核,分别对两台全站仪进行了外业测试,结果显示,前者的竖盘指标差在–3″到6″范围内,后者的2C值在–6″到5″范围内,与实验结果基本符合.

航空矢量重力测量水平分量向下延拓的输入输出法

研究航空矢量重力水平分量向下延拓的输入输出法,并以EGM2008计算的东向分量为例进行仿真实验,在不同的噪声水平下对比分析单输入单输出法和双输入单输出法的向下延拓效果。实验结果表明,当东向分量的精度为1.5mGal时,单输入单输出法和双输入单输出法均能实现稳定向下延拓;当东向分量的精度为6mGal时,单输入单输出法的延拓效果不可靠,而双输入单输出法能实现稳定向下延拓。

利用大地水准面模型计算垂线偏差的方法及精度分析

根据大地水准面与垂线偏差的关系,设计合理的计算方案,给出利用大地水准面模型计算垂线偏差的简化公式,并通过模拟计算探讨大地水准面相对精度、取点间距和已知点选取及个数对计算结果的影响。利用GEOID12B模型分别计算GSVS2011、GSVS2014项目中各测站点和美国西部区域(40°~45°N,100°~105°W,分辨率为1′)的垂线偏差,并与GSVS项目垂线偏差实测值和DEFLEC12B模型值进行比较。结果表明,垂线偏差南北分量和东西分量的计算精度均优于±0.5″,说明利用相对精度为cm甚至亚cm级的大地水准面模型可获取较高精度的垂线偏差。

利用小基线集技术(SBAS)监测泉州地区地表形变

差分干涉测量(DInSAR)技术可用于监测厘米级甚至毫米级的地表形变。文中选用2007—2011年期间19景日本ALOS1/PALSAR数据,采用短基线集技术(SBAS)获取了该地区的形变时间序列和平均沉降速率。研究结果表明:泉州东南部地区整体上呈抬升态势,上升速率为5mm/a左右,主要是受到亚欧板块和西太平洋板块互相挤压作用的结果;泉州东南部有多处出现地表沉降,沉降的结果与泉州市统计的地区地下水开采数据相当吻合,因此沉降主要与地下水过度开采相关。

三维激光扫描仪在排水管网测量中的应用

随着城市地下管线信息化管理、表达和应用从二维向三维延伸,可利用三维激光扫描及点云建模技术开展三维管网建设工作。以某排水管网为研究案例,采用架站式激光扫描仪和移动式激光扫描仪对排水管网进行扫描,主要介绍了两种扫描方式的技术要点及优缺点,最后对管网扫描精度进行了分析。结果表明,采用三维激光扫描仪测量排水管网,可以解决传统二维管线空间关系不明晰、显示效果不直观等问题,此次研究可为未来大规模开展管网激光扫描工作提供经验。

仪器对中和目标偏心误差对短边导线测量影响的研究

针对在地下等狭窄空间中进行短边导线测量时,存在仪器对中误差和目标偏心误差,以及测角精度较差的问题,该文提出利用三架仪器法消除这两项误差对坐标、方位角传递的影响。为了检验该方法在短边导线测量中的精度,分别利用极坐标法(参照组)、常规导线测量法和三架仪器法在地面进行隧道模拟测量,通过数值模拟计算分析两项误差在不同导线边长下对水平角的影响。实验结果表明:三架仪器法的角度闭合差为43″,平面点位最大误差、误差均值和均方根误差分别为2.1、0.8、1.0cm,提高了导线平差后的整体精度。

GNSS在线精密单点定位服务系统精度分析

CORS系统具有快速获取高精度坐标等优势,但其建设运营成本较高,一般只覆盖城市地区。精密单点定位技术具有低成本、灵活性高、测量便捷等优势,可应用于无CORS覆盖地区的测绘作业。该文对在线PPP服务系统进行了精度分析,并将其解算的即时坐标成果经框架及历元转换至CGCS2000坐标,与观测点真实的CGCS2000坐标进行了对比分析。结果表明,AUSPOS与PPP服务系统解算的坐标精度基本相当,经框架及历元转换至CGCS2000坐标后的精度为3cm。

改进的GNSS/水准点优化选择的逐步剔除法

GNSS/水准联测点的合理选择对GNSS高程拟合至关重要,剔除法是一种较好的优化选点方法,传统的剔除法是以高程异常拟合误差最小为目标函数进行优化选点,可能会出现选点不均匀情况。鉴于此,提出根据GNSS/水准点生成的泰森多边形面积大小进行优化选点,并在此基础上对传统优化选点的方法进行改进,即同时考虑高程异常拟合误差大小及由泰森法生成的多边形面积大小进行优化选点(称为综合法)。以1~3次多项式拟合模型为研究对象,实验结果表明,GNSS/水准点优化选择的综合法可在改善点分布的同时获得稳定性好、精度较高的高程异常拟合结果。

利用MPI并行算法实现球谐综合的效率分析

分析了求解地球重力场参量的球谐综合计算公式,引入数组预存再调用方法来避免传统算法中对cos(mλ)、sin(mλ)及勒让德函数的递推系数的重复计算问题,并结合MPI(message passing interface)并行技术来提高计算效率。实验采用2160阶次的EGM2008模型,以DELL PowerEdge R730服务器和超算"天河二号"为计算平台,计算了分辨率1°和5’的网格重力异常。结果表明,数组预存再调用的方式减少了中央处理器(central processing unit,CPU)的计算工作量,但同时增加了内存的访问次数,适用于CPU性能一般而内存频率较高的计算平台。MPI并行技术可充分发挥计算机的多核优势,并在进程个数等于逻辑CPU的个数时获得最大加速比。

利用高精度GNSS水准及垂线偏差数据分析重力场模型的误差特性

高精度的GNSS水准及垂线偏差等数据对全面评定重力场模型精度具有重要意义.本文利用美国GSVS2011、GSVS2014项目高精度的GNSS水准及垂线偏差等数据,通过谱组合方法分析了DIR-R5、GOCO05S和TIM-R5等具有代表性的重力场模型的可靠阶次,并分别与EIGEN-6C4形成组合模型DIR-R5-Com、GOCO05S-Com、TIM-R5-Com,在此基础上,进而分析了EGM2008、EIGEN-6C4与3个组合模型的误差特性.实验结果表明:(1)DIR-R5、GOCO05S和TIM-R5模型截断至220阶以前是可靠的;(2)整体上,重力场模型沿经圈走向(GSVS2011)的高程异常和垂线偏差精度要优于沿纬圈走向(GSVS2014)的精度;(3)重力场模型垂线偏差卯酉圈分量的精度要优于子午圈分量的精度;(4)模型高程异常在经圈上的相对精度整体上要优于在纬圈上的精度.

控制测量技术在某地下管廊验收中的应用

为提高地下管廊验收控制测量的精度,该文针对地下管廊出入口狭小的特点,提出短边导线+陀螺定向组合方法进行联系测量。该方法采用新型三架仪器法提高短边导线测角精度,按照单一导线理论推算地下管廊控制测量的技术要求,构建了地下管廊验收控制测量技术,并在实际应用中取得了良好的效果,对类似工程具有一定的借鉴作用。

Al_nCl(n=2～14)团簇结构与光谱性质的密度泛函理论研究

在卡里普索（CALYPSO）结构预测方法的基础上,运用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函B3LYP,在6-311G＋（d）基组水平上,对AlnCl（n=2~14）团簇进行了几何构型优化与电子性质计算。同时,讨论了AlnCl（n=2~14）团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分、解离能等性质随着团簇尺寸的演化规律以及红外、拉曼光谱的性质。研究结果表明AlnCl（n=2~14）团簇基态结构由平面结构向三维立体结构演化,形成Cl原子戴帽的Aln-1Cl团簇基态结构,Al7Cl是团簇的幻数结构,AlnCl（n=2~14）团簇的红外振动峰在高频段上只有一个较强的振动峰,而拉曼活性谱图显示,拉曼强振动峰个数较多,并且在中低频段内活性较高。

GRACE月时变模型缺失值的填补方法与精度分析

长时间序列的GRACE时变重力场对研究全球地表质量变化具有重要的意义.部分月份的GRACE卫星观测数据质量不佳导致了相应月份的时变重力场模型缺失,为了保持时变重力场模型的连续性,可采用一定的插值方法填补.本文以ITSG-Grace2016时变重力场模型序列为研究对象,详细分析了三次样条插值、三次埃尔米特插值和三次多项式插值等3种方法用于填补GRACE时变模型序列的精度,实验结果表明:(1)利用3种插值方法获取空缺1个月或连续空缺2个月的时变重力场模型时,插值时变模型与实测时变模型比较,阶误差均较小,且三次埃尔米特插值的精度稍好;(2)利用插值时变模型分析区域质量变化时,在空缺1个月数据的情况下,插值时变模型与实测时变模型符合度较高,但在连续空缺2个月数据的情况下,插值时变模型与实测时变模型的计算结果差异较大,说明利用阶误差评定模型精度具有一定局限性;(3)对区域质量变化的趋势项进行分析时,区域质量变化的复杂程度决定了模型内插的精度,当时间序列的长度在3年或3年以上时,插值时变模型的精度对区域质量变化分析的影响较小.在分析区域质量变化时,三次样条插值方法的插值结果与实测结果更为接近,建议采用该方法填补GRACE月时变重力场模型的缺失值.