Procrustes加权整体最小二乘法在激光跟踪仪转站中的应用

在飞机大部件装配过程中,激光跟踪仪转站的关键是坐标转换。由于转站前后存在坐标测量误差,整体最小二乘法的系数矩阵存在随机误差,因此需对激光跟踪仪转站算法进行优化。提出基于Procrustes分析法的EIV-EOPA模型的Procrustes加权整体最小二乘法,建立激光跟踪仪转站模型并进行求解,采用MATLAB进行仿真并使用Leica AT403激光跟踪仪进行实验,验证方法的有效性。结果显示,Procrustes加权整体最小二乘法比加权最小二乘法获得的参数估计值更接近设定值,单位权中误差更小,提高了转站精度,同时还省略了计算中的迭代过程。实验结果进一步证实了Procrustes加权整体最小二乘法的优势。

通用EIV平差模型及其加权整体最小二乘估计

以平差基本理论为基础,提出了EIV(errors-in-variables)平差模型的通用形式,涵盖了间接平差、条件平差、附有参数的条件平差及附有限制条件的间接平差等基本EIV模型形式。基于整体最小二乘估计准则,研究了通用EIV模型的加权整体最小二乘算法,并推导了估计结果的近似精度公式。通用EIV模型及其整体最小二乘算法是对EIV模型估计理论的进一步完善,统一的整体最小二乘算法有利于软件的编程实现,有助于推动EIV模型估计理论的应用。

加权整体最小二乘在激光跟踪仪转站中的应用

由于利用经典最小二乘原则对激光跟踪仪进行坐标转换时,系数矩阵中携带的随机测量误差会影响转站精度,故对激光跟踪仪的转站算法进行了研究。提出了基于线性EIV模型(Errors-in-Variables)和加权整体最小二乘法(WTLS)并利用间接平差形式迭代求解转站参数的方法;利用Matlab进行仿真分析并用API公司生产的激光跟踪仪进行实验。仿真结果显示WTLS法的单位权中误差的平均值和标准差分别为经典加权最小二乘法(WLS)的4/5和1/5;实验结果显示WTLS和WLS两种方法的单位权中误差分别为2.003 5mm和2.225 3mm;这些数据证明采用WTLS法的转站结果比WLS的精度更高且更稳定。该方法可为组建激光跟踪仪测量网络,优化网络布局奠定基础。

桥梁断面颤振导数识别的加权整体最小二乘法

在已有研究的基础上 ,基于桥梁节段模型自由衰减振动记录 ,提出了一种识别桥梁断面颤振导数的新方法———加权整体最小二乘法 (WELS)。该方法将同一风速下多次自由振动记录作为一个整体 ,在整体残差平方和最小的意义上同时对该风速下多次竖向和扭转运动时程曲线进行非线性最小二乘拟合 ,获取多条自由振动曲线共同的阻尼和刚度信息 ,从而提高了颤振导数识别的精度。为了避免弱信号被强信号“淹没” ,并使各时程信号的识别误差相当 ,识别过程中对各试验记录引入了加权因子 ,使各试验记录在整体残差分析中具有相同权重。此外 ,该方法对多次试验记录同时进行拟合 ,在一定程度上减弱了个别信号中有色噪声对迭代收敛性的影响 ,增加了非线性最小二乘迭代过程的稳定性。为考查加权整体最小二乘识别方法的有效性 。

加权整体最小二乘法在光学自准直法测量挠曲角中的应用

建立了基于光学自准直法的测量系统,利用该系统提取转台的十字丝坐标,完成了对三维物体的挠曲角测量。首先,采用Sobel提取算子对CCD拍摄到的十字丝图像进行边缘检测。然后,采用了自适应的阈值分割进行直线提取;由于转台上有其它划痕存在,采用局部最小二乘进行十字丝的提取。最后,采用加权整体最小二乘法进行十字丝两条线的直线拟合,联立两方程,得出交点坐标值。结果表明,此方法获取的两直线斜率之积的精度在±1%以内,非常接近十字丝斜率之积的真值(理论真值为-1)。使用徕卡经纬仪(精度为0.5″)的角度值作为真值进行精度标定,测得α的精度为3.59″,β的为3.76″,完全满足系统挠曲角测量的精度要求。

加权整体最小二乘算法的改进

针对EIV模型中系数矩阵含有重复元素的问题,通过考虑系数矩阵元素间的相关性,改进已有的加权整体最小二乘法,使得重复元素的改正数的绝对值相等。并将改进方法应用于直线拟合和解算三维小角度基准转换模型。算例证明,相比以往的参数估计方法,利用改进后的加权整体最小二乘法能够得到更合理的系数矩阵残差阵。

加权整体最小二乘EIO模型与算法

构造了加权整体最小二乘EIO(errors-in-observations)模型,只改正独立观测值,观测值协因数阵最简洁,可克服EIV模型缺陷。基于EIO模型推导了参数估计和协因数阵精确迭代算法,实例结果正确,计算效率高。

基于加权整体最小二乘的矿区平面坐标转换方法

常用的平面坐标系统转换模型四参数转换法在实际工程应用中,由于公共点一般分布在较小的范围内,点之间的距离较近,因此传统的四参数转换模型中旋转参数和平移参数之间的相关性较大,容易导致法方程病态,进而影响转换参数的精度,文中从重合点坐标重心化的转换模型出发,还原出重心化之前的四参数。通过加权整体最小二乘的转换分析及迭代计算,验证运用加权整体最小二乘(WTLS)方法转换的参数质量比最小二乘(LS)、整体最小二乘(TLS)方法得到的参数质量有显著改善。

基于加权整体最小二乘法的无人机影像配准

在经典的遥感图像配准中,多项式回归模型一般假设参考控制点(RCPs)是没有误差的。然而,实际情况是RCPs含有误差,并且不同图像之间RCPs残差中误差也不尽相同。通常,最小二乘(LS)方法仅考虑观测向量中的误差,而整体最小二乘(TLS)方法则同时考虑观测向量和系数矩阵的误差,并假设它们具有相同的残差中误差。针对上述情况,引入更为合理的加权整体最小二乘(WTLS)方法对多项式回归系数进行估计。实验结果表明,与LS和TLS方法相比,WTLS方法能够更好地求取几何变换的多项式系数,其图像配准精度明显提高。

加权整体最小二乘在GPS高程拟合中的应用

对于L=BX的工程问题,因为系数矩阵B和观测向量L的元素都是实测数据,并且有时候是不等精度获得的,存在或大或小的误差,因此在这些地方运用加权整体最小二乘求解是更加适用的。本文给出了加权整体最小二乘的解法,最后结合实例进行计算,得出利用加权整体最小二乘方法所得到的检核数据的残差最小的结论,验证了该理论的可行性,可以在工程应用中进行推广。

稳健加权整体最小二乘法在GPS高程拟合中的应用

由于GPS测量技术获取的大地高与国家采用的正常高之间存在高程异常的问题,为此,通常采用高程拟合的方式进行高程异常的计算,从而将大地高转换为正常高。针对采用加权整体最小二乘法估计GPS高程拟合中的多项式系数时,并没有考虑到观测数据中可能存在粗差的情况。采用稳健加权整体最小二乘法求解GPS高程平面拟合参数,并与最小二乘法、加权整体最小二乘法和稳健最小二乘法的结果进行对比,结果表明稳健加权整体最小二乘法的平面拟合结果最优。

加权整体最小二乘的迭代解法

推导了加权整体最小二乘的迭代解法,分别用整体最小二乘法和加权整体最小二乘法计算了直线拟合问题。结果表明,加权整体最小二乘迭代解法的准度和精度比整体最小二乘好,而且系数矩阵中固定元素在计算结束后保持不变,证明了该解法的正确性。

加权整体最小二乘EIV模型与算法——与“加权整体最小二乘EIO模型与算法”一文的讨论

加权整体最小二乘方法是一种能同时顾及EIV(errors-in-variables)模型中系数矩阵和观测向量误差的参数估计方法。根据不同的应用场景,EIV模型则表现出不同的结构特征。“加权整体最小二乘EIO模型与算法”一文采用EIO模型处理EIV模型中的结构化问题*。为了将其与现有方法进行对比,本文罗列出4种处理EIV模型结构特征的方法,并归纳了8种参数估计公式。同时从精度评定的角度讨论了整体最小二乘解的一阶及更高阶精度近似评定方法。需要强调的是,针对EIV模型及其参数估计理论可以从函数模型、随机模型和参数估计方法3个方面展开研究,但各方法殊途同归。

混凝土梁裂缝损伤识别的加权整体最小二乘法

针对混凝土梁裂缝损伤识别精准度较低、识别效率较差的问题,对混凝土梁裂缝损伤识别的加权整体最小二乘法展开研究。通过混凝土梁裂缝损伤识别原理划分梁结构,构建相应的模态刚度,通过分量与有限元离散技术得到模态的单元分量占比,通过多阶模态指标的确定构建损伤参数界定公式;利用梁频率和阻尼的一致性原理创建约束条件等式组,计算梁结构刚度与自振频率估算公式,引入加权因子界定梁的整体残差目标函数,实施泰勒级数一次展开修正初始值,完成加权整体最小二乘法的运算。仿真结果表明,所提方法能够迅速对结构复杂的梁裂缝损伤做出有效识别,且识别精准度高,表明该方法具有一定的可行性。

加权整体最小二乘的验后估计在三维坐标转换中的应用

在求解三维小角度坐标转换EIV模型的过程中,顾及到两套坐标系下点坐标初始单位权方差可能不同导致定权不准确的问题,应用Helmert方差分量估计方法,对加权整体最小二乘的随机模型进行验后估计,从而重新分配观测向量和系数矩阵的权,使得解算模型更加合理。算例证明,利用该方法求解坐标转换参数的精确度有所提高,参数估值更接近真值。

改进权值的加权整体最小二乘法高程拟合应用

GPS高程拟合中二次曲面法应用较广,但传统二次曲面法是基于最小二乘原则,由此引入以变量误差模型(EIV)为基础的整体最小二乘法和加权整体最小二乘法,提出了一种改进的定权方式应用于加权整体最小二乘的高程拟合,并在高程拟合实例中比较了分别基于最小二乘(LS)、基于整体最小二乘(TLS)和基于加权整体最小二乘(WTLS)的二次曲面法。实例表明该定权方法的加权整体最小二乘检核点残差整体减小了约1 mm,外符合精度上提高了1.2%,能够一定程度提高拟合精度。最后将WTLS二次曲面法与多面函数法和BP神经网络进行了实例比较和分析,得出了一些结论和展望。

一种三维激光扫描点云拟合的抗差加权整体最小二乘法

针对三维激光扫描中点云不等精度且易受粗差影响的问题,提出了一种基于入射角定权的抗差加权总体最小二乘的拟合方法。该方法在采用入射角定权的基础上,进行基于标准化残差和中位数的抗差加权整体最小二乘估计,获得待定参数估值,并通过Gauss-Newton迭代算法,推导了模型的迭代计算方法。以平面拟合和球面拟合为例,分别通过仿真数据和实测数据对算法进行验证,结果表明,对于含有粗差的点云,新方法可以获得更为理想的参数估值,其性能优于抗差整体最小二乘和加权整体最小二乘,可以更好地进行三维激光扫描的点云拟合。

利用加权整体最小二乘DSM提取DEM的方法

随着无人机航摄软硬件技术的快速发展,通过倾斜摄影三维建模快速获取DSM的成本越来越低。在小比例尺的地形图测量中,DSM若能通过快速处理得到较为精确的DEM,即可节省大量的人力物力。针对林地范围内DSM数据的特点,采用加权整体最小二乘法对DEM进行提取。

基于加权整体最小二乘的平面坐标转换模型精度分析

由于平面坐标转换在实际工程中应用较广且精度要求较高,故提出基于加权整体最小二乘算法求解坐标转换参数,即对系数矩阵和观测值矩阵都赋予合理权值。为进一步提高转换精度,通过实例在加权整体最小二乘求解参数的基础上,分别比较了四参数模型、六参数模型、双线性内插模型及二次曲面模型的坐标转换精度。实验表明,基于加权整体最小二乘求解的二次曲面模型在平面坐标转换中精度较高。

基于加权整体最小二乘的单像空间后方交会解算

在常规单像空间后方交会的解算过程中,整体最小二乘(TLS)算法在减小地面控制点及观测变量存在的误差方面有较广泛的应用。但在解算不等精度测量时,直接采用TLS算法进行参数估计易出现解失真的情况,因此为提高解算精度,可以为不同观测值定权,进行外方位元素的计算。本文以解算全微分共线方程为研究主线,并引进协因数阵为观测值定权,尝试采用加权整体最小二乘算法(WTLS)对单像空间后方交会进行解算。实验结果表明,本文算法较最小二乘算法与整体最小二乘算法在精度和准确度方面均有较大提高,在单像空间后方交会解算中具有较好的应用前景。