基于地标点匹配的高精度室内定位算法

针对基于惯导的行人室内定位算法定位误差大的问题,提出了一种基于地标点匹配的行人高精度三维室内定位算法。该算法仅使用惯性测量单元(IMU)这一单一传感器,包含速度约束、航向角约束、水平位置约束和高度约束四个模块。水平位置约束模块可根据航向角变化实时检测并建立地标点,并设计了一种地标点匹配度函数,提高了地标匹配的准确度。多楼层行走实验表明所提算法能够提升行人室内定位精度,其终点误差为0.3421 m,相较于ZUPT算法和ZUPT+HDE算法分别减小了82.6%和68.3%,具有一定的工程应用价值.

基于地标点法的不同黄河鲤群体形态鉴别

为了解黄河鲤谱系进化过程中不同群体形态差异,利用地标点法对20世纪70年代标本黄河鲤和现有山东、河南黄河鲤群体形态进行比较。选取19个地标点,通过最小平方和法进行回归分析,回归系数为0.998,证明地标点选取有效。通过地标点的重叠效果以及对平均形进行矢量化、网格化处理,形态差异主要体现在背鳍基部和腹鳍。相对扭曲主成分分析在不同黄河鲤群体中共提取34个主成分,通过第1、2主成分绘制散点图,标本黄河鲤群体与其他2个群体无重叠且较集中,河南和山东黄河鲤群体重叠且分散。聚类分析表明,河南、山东群体聚为一支,标本黄河鲤为单独一支。前5个主成分累积贡献率为93.03%,解释了主要形态变异,对前5个相对扭曲主成分得分建立Bayes判别函数,结果显示100%的标本黄河鲤能准确识别。背鳍基部和腹鳍2个位置靠近鱼类传统测量中体高特征值,标本黄河鲤与河南、山东黄河鲤形态差异极显著。综上,标本黄河鲤与河南、山东黄河鲤形态差异较大,主要体现在体高/体长比,而河南和山东黄河鲤形态无明显差异,为探究不同群体黄河鲤谱系在种质利用过程中分化和遗传渐渗时间奠定了基础。

基于耳石地标点法的南黄海和东海小黄鱼种群关系研究

为比较不同地理群体的小黄鱼(Larimichthys polyactis)矢耳石形态特征,进一步明晰其种群划分问题,首次应用长于提取形态特征的地标点法探究了南黄海和东海小黄鱼群体的耳石形态学差异。2022年3—12月,于海州湾、吕泗、长江口和舟山渔场各采集30尾1龄小黄鱼,统一摘取其左矢耳石样本,在耳石外轮廓和耳石内听沟上分别提取了7和4个地标点,进行地标点法分析。结果显示:1)耳石听沟上的地标点8—11相对扭曲贡献率总计为91.88%,耳石外轮廓上的地标点1—7的总贡献率为8.12%,表明4个地理群体小黄鱼的耳石形态差异主要来源于耳石听沟;2)主成分分析散点图显示,部分海州湾群体明显可划分为1个类群,剩余海州湾群体和其他3个渔场所有群体高度重叠聚集为另一个类群,表明南黄海海域可能存在两个小黄鱼种群,即南黄海-东海群和北黄海-渤海群,同时也表明海州湾渔场存在着小黄鱼混栖群体。该现象可能是由于小黄鱼早期鱼卵、仔幼鱼阶段被动扩散和后期主动洄游造成的生境差异,从而诱导其耳石形态表型性状不同。研究结果证实了耳石地标点法在鱼类种间识别的可行性,从耳石形态学角度为中国近海小黄鱼的种群划分提供参考。

基于地标点法的3种眶灯鱼耳石形态种间差异性

眶灯鱼属(Diaphus)是灯笼鱼科中物种丰度最高,种群数量最丰富的属之一,也是大洋中深层鱼类中的优势类群,但由于外部形态的高度相似,目前对眶灯鱼属的种类鉴定存在较多困难。为探究耳石地标点形态分析法(简称地标点法)在识别耳石形态相似、分布海域有较大重叠的眶灯鱼种间矢耳石差异的可行性,本文采集了分布于印度洋的西氏眶灯鱼(Diaphus thiollierei)和分布于南海的喀什眶灯鱼(D. garmani)和马来眶灯鱼(D. malayanus)的耳石应用地标点法进行形态分析。分析结果显示,3种眶灯鱼的矢耳石形态差异主要集中于内部听沟,内部标点贡献率达62%。网格差异可视化表明,西氏眶灯鱼矢耳石翼叶长度长于其他两种,而宽度则略窄。利用贝叶斯函数进行分类判别,结果表明西氏眶灯鱼判别成功率达到100%,而其余两种眶灯鱼则存在少量误判。此外,本研究结合样本栖息环境差异及相互间的亲缘关系,发现造成3种眶灯鱼矢耳石听沟形态差异的主要原因可能来源于所栖息海域的巨大盐度差异,但盐度影响矢耳石听沟形态的内在生理机制还需进一步研究。

基于地标点几何形态测量法识别北部湾4种白姑鱼矢耳石形态

利用2010年4月至2010年10月采自北部湾海域的49尾截尾白姑鱼（Pennahia anea）、50尾大头白姑鱼（P.macrocephalus）、49尾斑鳍白姑鱼（P pawak）和29尾白姑鱼（P．argentata）矢耳石样本，运用基于地标点法的几何形态测量学方法研究了4种鱼类矢耳石形态识别问题。耳石经图像处理后提取地标点坐标值，进行相对扭曲主成分分析，通过判别分析来区分4种白姑鱼的耳石，利用薄板样条分析和网格变形将耳石形态变异矢量可视化。结果表明，在相对扭曲主成分分析中，第1、2、3主成分分别解释了总变异的46．57％、25．39％和10．02％，降维效果较好。其中I型地标点6、7，PI型地标点5、8，贡献作用较大，解释了主要形态变异，表明白姑鱼属的矢耳石形态差异主要表现在听沟“蝌蚪纹”的颈部、头宽部和尾部。逐步判别分析和交互验证结果显示，截尾白姑鱼、大头白姑鱼和斑鳍白姑鱼的区分效果明显，判别成功率在81．6％～100％，白姑鱼区分效果不明显，判别成功率为58．6％。研究结果表明，利用石首鱼科特有的“蝌蚪纹”形态进行4种白姑鱼矢耳石种类识别，存在一定的错判风险，需要在相关耳石形态学研究与摄食生态学应用中引起注意。本研究以北部湾4种白姑鱼属鱼类矢耳石为例，利用二维图像分析技术，检验基于地标法的几何形态测量学方法在4种白姑鱼耳石形态变异和耳石识别应用上的适宜性，以及听沟“蝌蚪纹”等主要形态特征在白姑鱼属种类识别的有效性，以期为进一步开展耳石形态学在石首鱼科种类鉴定与系统进化、摄食生态学和渔业群体识别中的应用提供参考和科学依据。

基于地标点法的九龙江口和珠江口凤鲚和七丝鲚耳石形态学特征比较

为把握珠江口、九龙江口鲚属鱼类凤鲚(Coilia mystus)与七丝鲚(C. grayii)的耳石形态特征,并了解这2种鱼类在不同河口资源群体间的关联性,文章首次引入地标点法研究了耳石形态的地理差异性。选择耳石轮廓上6个地标点和主凹槽上4个地标点并进行地标点法分析。这2个水域的2种鲚属鱼类种间及种内不同群体的判别分析正确率均达100%。其中主凹槽上的地标点相对扭曲贡献率达76.1%,余下23.9%为轮廓上地标点所贡献,说明主凹槽上的地标点位置为形态差异的主要来源,并在耳石种群形态区分中起到较大作用。2种鱼耳石形态的种间差异表现为前者较后者要宽;而种内不同河口群体间的差异表现为珠江的七丝鲚主凹槽较九龙江的更窄,而珠江凤鲚则较九龙江凤鲚的更宽。研究还发现珠江口和九龙江口凤鲚和七丝鲚群体均为互相独立的不同地理群体。

基于地标点几何形态测量法区分不同水系野生中华绒螯蟹

为鉴别不同地理种群野生中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis),运用基于地标点法的几何形态测量学方法研究长江、黄河、辽河、瓯江、闽江及图们江中野生中华绒螯蟹头胸甲的形态特征。主要步骤为先通过地标点法提取中华绒螯蟹头胸甲上特征点的坐标值,然后进行相对扭曲主成分分析和判别分析来区分 6 种群中华绒螯蟹头胸甲,最后利用薄板样条分析和网格变形将头胸甲形态变异矢量可视化。结果表明:(1)主成分散点图显示各群体之间虽有部分重叠,但大体可以形成较为集中的区域;(2)网格变形图显示各群体头胸甲的形态差异主要为额刺和侧刺长度;(3)逐步判别分析中各群体的判别准确率为 80%~96%,存在一定的错判风险;(4)聚类分析将 6 群体中华绒螯蟹聚为两支,其中长江、黄河、瓯江和闽江个体被聚为一支,辽河和图们江个体被聚为另外一支。综上,以头胸甲为研究对象的地标点几何形态测量法是区分不同水系野生中华绒螯蟹的有效手段,但仍需要结合传统形态学测量方及遗传结构分析加以辅助证实。

基于地标点法的绥芬河绒螯蟹种群鉴定

为探究绥芬河流域野生绒螯蟹的种群现状,2017年9—11月和2018年10月在黑龙江省牡丹江市、江苏省镇江市、广西北海市和日本兵库县的天然水域中各采集野生雌、雄绒螯蟹样本各15只,运用基于地标点法的几何形态测量学方法比较绥芬河野生绒螯蟹与以长江水系为代表的中华绒螯蟹,以及与以日本本土和我国合浦水域为代表的日本绒螯蟹的形态特征差异。研究结果表明:(1)主成分散点图显示,长江与绥芬河群体部分重叠并形成较为集中的一块区域;日本与合浦群体形成另外一块较为集中的区域;(2)网格变形图显示,各群体头胸甲的形态差异主要为额刺和侧刺长度;(3)逐步判别分析中绥芬河和长江群体仅个别样本相互误判,判别准确率为87%~93%,而合浦和日本水域野生绒螯蟹的判别准确率均为100%;(4)聚类分析先将长江和绥芬河群体聚为一支,然后将合浦和日本本土群体聚为另外一支。综上,以头胸甲为研究对象的地标点几何形态测量法将绥芬河流域野生绒螯蟹归类为中华绒螯蟹,但仍需要结合分子生物学技术加以辅助证实。

一种地标点修正的高精度双目视觉导航方法

自主导航技术是无人机、智能机器人以及智能车辆等技术领域中的一项关键技术.为了克服传统视觉导航方法存在的不足,以摄像机自运动估计为理论基础,提出了一种使用地标点修正的高精度双目视觉导航方法.该方法从连续图像序列的帧间变化中提取摄像机自运动信息,再通过速度、角速度积分求得载体的位置姿态等参数.同时,通过引入地标点提供的绝对定位信息,进一步提高了长时间导航的精度.将地标点绝对定位与双目视觉相对定位相结合,并对双目视觉量测噪声建模和解相关,抑制了单纯使用双目视觉长时间导航时误差的积累发散.仿真结果表明此方法具有精度高、自主性强、导航信息完备等优点.

地标点法在夜蛾昆虫数字化分类中的应用研究

为探讨地标点法在夜蛾昆虫分类中应用的可行性,本文以13种夜蛾昆虫为对象进行数字化分类研究。首先,利用TpsDig 2软件在夜蛾前、后翅上提取12个地标点,再利用多元统计分析对消除非形状因素信息的地标点坐标进行方差分析和判别分析。研究结果表明对夜蛾前翅特征进行判别分析的准确率为88.7%,对夜蛾前后翅特征进行判别分析的准确率为97.9%,利用前后翅特征对13种夜蛾进行数字化分类的准确率明显高于仅用前翅的结果。研究表明利用蛾翅的地标点特征可以实现夜蛾昆虫的数字化分类。

面向地形匹配导航的地标点快速选取方法

在固定成像条件下,对成像区域进行特征遍历分析的地标点选取方法存在计算复杂度高的问题。分层统计显著性检测方法采用全局统计信息进行特征分析可克服特征遍历分析带来的计算复杂度问题,频域去相关显著性检测方法通过对幅频特性的自适应高斯滤波可去除图像中的重复模式,通过融合分层统计显著性检测方法和频域去相关显著性检测方法,提出一种基于显著性分析的地标点快速选取算法。基于此算法构建了面向地形匹配导航的地标点自动选取架构,在秦岭山区和两广丘陵进行了地标点的选取实验。结果表明:新算法与基于特征或像素的地标点遍历分析方法相比,其地标点选取效率提升2至3个数量级,在秦岭山区及两广丘陵选取的候选地标点正确匹配率分别达到73.9%和88.3%。

不同产地中华绒螯蟹形态差异的地标点法分析

为了解长江水系的太湖、洪泽湖、高宝湖、长荡湖、阳澄湖以及巴城、兴化"泓膏"养殖水域和长江口崇明自然水域等知名产区产中华绒螯蟹形态上的差异,首次运用地标点法研究其形态的产地差异性。背甲以及腹甲的形态使用地标点法进行分析,经图像处理后提取地标点坐标,进行相对扭曲主成分分析以及判别分析,利用薄板样条分析和网格变形将其形态变异矢量可视化。结果显示,在相对扭曲主成分分析中,提取了许多Ⅱ型地标点,其贡献率为82.637%~97.698%,作用较大,解释了主要形态变异。特别是相对扭曲主成分的判别分析对雄性以及雌性蟹背甲的判别准确率均为100%。研究表明,不同产地养殖环境可以导致中华绒螯蟹的形态出现差异;而以背甲为对象的形态地标点法分析应该可以作为判别不同产地中华绒螯蟹的有效方法。

一种改进地标点采样的不平衡数据聚类算法

对不平衡数据进行聚类分析时,K-means聚类方法可能会错误地将分布在较小区域类别中的样本划分到大区域类别中;谱聚类算法,虽然可以有效优化数据结构,并很好地识别不同形状的样本,但却难以处理大规模数据.针对这些问题,提出一种改进地标点采样的不平衡数据聚类算法.该算法首先对不平衡数据进行预聚类以获得初始类标签,然后基于数据密度对数据进行采样.在此基础上,通过对采样数据执行K-means聚类,并将聚类中心作为地标点,对数据进行谱聚类分析.实验结果显示,该方法在处理不平衡数据时,不仅能够有效提高样本的聚类准确率,而且能够保证聚类结果的稳定性和精度.

基于地标点法的4种鲹科鱼类矢耳石形态分类

为研究地标点法在矢耳石形态信息的提取效果,根据2014年3月在中国南海东沙群岛海域采集的108尾鲹科鱼类矢耳石样品(竹筴鱼Trachurus japonicus、短吻丝鲹Alectis ciliaris、脂眼凹肩鲹Selar crumenophthalmus、高体若鲹Caranx equula)进行地标点法分析,耳石形态经图像处理后提取地标点坐标值,进行相对扭曲主成分分析,通过判别分析识别4种鲹科鱼类的耳石形态,利用薄板样条分析对耳石形态进行网格变形可视化。结果表明:相对扭曲主成分分析显示,第1、2主成分分别解释了总变异的74.55%和11.16%,可以将4种鲹科鱼类耳石形态进行区分,其中地标点5贡献率为42.655%,地标点4贡献率为35.853%,这两个地标点贡献作用较大并解释了主要的耳石形态变异;矢耳石形态质心值分析显示,4种鲹科鱼类的最大值比较中,脂眼凹肩鲹最大,短吻丝鲹最小;相对扭曲主成分的判别分析显示,逐步判别和交互检验的4种鲹科鱼类耳石形态的判别成功率均达100%。研究表明,地标点法在耳石形态信息分析中识别效果显著,其耳石形态可视化可为耳石形态学自动化分类提供科学依据。

红鳍笛鲷和紫红笛鲷种类和群体的矢耳石地标点法识别

【目的】探讨矢耳石地标法在笛鲷种内及种间中的判别作用。【方法】利用2017年购自广西北海、海南文昌、广东阳江的87尾红鳍笛鲷(Lutjanus erythropterus)和76尾紫红笛鲷(Lutjanus argentimaculatus)成鱼的矢耳石样本,基于地标点法分析耳石的形态差异,运用判别分析检验耳石形态差异在2种笛鲷的种间和同种不同群体间的判别功效。【结果】位于听沟前中部交叉点的两个地标点10、11贡献较大,解释了耳石形态变异的64.88%~65.85%,表明两种笛鲷耳石形态的种间差异和种内群体差异主要集中于听沟前中部。基于耳石形态的地标点方法对2种笛鲷的种间判别成功率为97.4%和100.0%;红鳍笛鲷和紫红笛鲷的种内不同群体判别成功率分别为85.7%、83.3%、80.0%和94.1%、78.1%、81.5%。【结论】矢耳石地标点法可作为2种笛鲷种间和种内判别的有效工具。

海域地标点可用性评估算法

针对飞行器在海域景象匹配导航(SMN)中可遇到的地标点较少且分布不均匀,不能有效辅助惯性导航(INS)的问题,提出了基于概率模型的地标点可用性评估算法。该算法定义了三类海域地标点,给出了三类地标点的匹配方法和策略;根据飞行区内每个位置与所有地标点之间的相对关系、飞行高度、飞行速度、相机的视场角以及INS漂移误差确定每个地标点的可见范围,并结合不同类型地标点在不同飞行高度下的匹配概率,计算得到每个位置的地标点可观测概率,最终给出海域地标点可用性的概率云图。仿真结果验证了该算法的有效性。海域地标点可用性评估结果可为INS有效利用地标点进行航路规划,实现长航时、高精度导航提供依据。

改进地标点采样的加速谱聚类算法

传统的基于地标点的大规模加速谱聚类算法易受分布不均匀地标点和离群地标点影响。K-means等采样方法在面对大规模数据时,时间空间消耗较大。针对以上问题,文中提出了一种改进地标点采样的加速谱聚类算法。该算法通过地标点间成对相似度矩阵的标准差来衡量地标点的分布均匀程度,选取随机的多组地标点集中分布最均匀的一组,去除局部密度较低的离群地标点;利用获得的地标点集与原始数据集构造稀疏相似度矩阵,并对该矩阵奇异值分解得到的前k个右奇异特征向量矩阵进行K-means聚类,得到最终聚类结果。文中从理论上分析了该算法时间复杂度和空间复杂度。验证结果表明该算法在一些数据集上比随机采样方法的准确率高3%~10%,和K-means采样方法相比时间消耗少50%~60%。

结合地标点与自编码的快速多视图聚类网络

针对目前存在的多视图聚类方法大多是对聚类准确性进行研究而未着重于提升算法效率,从而难以应用于大规模数据的现象,本文提出一种结合地标点和自编码的快速多视图聚类算法。利用加权PageRank排序算法选出每个视图中最具代表性的地标点。使用凸二次规划函数从数据中直接生成多个视图的相似度矩阵,求得多个视图的共识相似度矩阵以有效利用多个视图包含的具有一致性和互补性的聚类有效信息,将获得的具有低存储开销性能的共识相似度矩阵输入自编码器替代拉普拉斯矩阵特征分解,在联合学习框架下同时更新自编码器参数和聚类中心从而在降低计算复杂度的同时保证聚类精度。在5个多视图数据集上的实验证明了本文算法相对于其他多视图算法在运行时间上的优越性。

头足类角质颚地标点定量初步研究:以剑尖枪乌贼为例

几何形态测量学是头足类角质颚形态分析的重要研究方法,其中包括地标点法和轮廓线法。虽然地标点类型被划分为三种,但基于地标点法的角质颚形态研究对于地标点的选取与建立并没有一个统一的标准,因此探究可以更好地展示角质颚形态变异程度所需要的地标点以及样本数是十分必要的。为探究不同地标点和样本数对角质颚形态分析的影响,本研究利用2018和2019年捕捞的剑尖枪乌贼(Uroteuthis edulis)角质颚样本,使用R语言LaMBDA包LaSEC函数,对300对角质颚样本分别使用10、20、28个地标点和50、80、100、200、300对样本组合,以探讨不同地标点和样本数方案时表示形态变异的平稳度。研究结果表明,地标点数量会使质心大小结果产生误差;为了更好地展示角质颚的形态变异程度,最终确定研究样本在50对以内时,上颚和下颚采用26个地标点;研究样本为50~300对时采用27个地标点。研究分析认为,基于LaSEC的头足类角质颚地标点和样本定量分析可以拟定表示角质颚形态变异的最佳地标点数量,并通过角质颚形态变异箭头图来明确表示角质颚形态变异的最佳地标点方案,为后续基于地标点法的头足类角质颚形态研究提供科学依据。

长江水系中华绒螯蟹背甲几何形态的产地差异

为探明长江中下游中华绒螯蟹形态特征的产地差异性,应用几何形态测量学方法对长江水系湖南大通湖,安徽黄陂湖、沱湖、女山湖、无为长江江段,江苏溱湖、石臼湖7个产地的中华绒螯蟹背甲形态进行比较研究。基于几何形态测量学的地标点法选取原则提取背甲的35个特征地标点数据系统,并将其标准化获得此7个产地蟹的平均型,再利用薄板样条分析和网格变形将形态变异矢量进行可视化分析,同时对上述标准化数据开展判别分析。结果表明:省间和省内各不同产地间蟹的背甲形态均存在差异;与平均形比较,除无为野生蟹无明显变化外,安徽省3个产地蟹背甲额齿和侧齿更尖长,M型花纹变小,背甲后缘缩小;其余3个产地背甲额齿和侧齿变短,M型花纹变大,背甲后缘变宽大。雌、雄蟹个体产地间的判别准确率均可达100%。本研究结果进一步证实,背甲几何形态测量学法可为精细尺度产区中华绒螯蟹原产地溯源及保护提供更为便捷的技术途径。