测绘工程

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魏休耘1, 甘淑1, 2, 袁希平1, 3, 高莎1

测绘工程. 2024, 33(6): 1.

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无人机(UAV)影像匹配过程中常规的尺度不变特征变换(SIFT)算法在处理UAV 影像时会受边缘响应影响,导致特征点匹配的准确度与精度降低。为了进一步提高UAV 影像匹配的准确度与精度,提出了一种优化的SIFT图像匹配算法。以云南省禄丰市恐龙谷为研究区,选择两组研究区无人机影像以及一组公开无人机影像作为实验数据。首先,基于尺度不变性构建高斯差分金字塔,并进行空间极值检测实现特征点的定位。其次,使用Canny算法对图像进行边缘检测,在边缘检测的基础上对图像进行边缘响应点去除,对去除边缘响应后的特征点使用FLANN匹配器进行特征点匹配。然后,在图像匹配的基础上使用最佳近似比进行匹配点的第一次筛选,随后,利用随机抽样一致性(RANSAC)算法对匹配点进行第二次筛选,确定最佳比值阈值,并计算出RANSAC筛选后的均方根误差(RMSE)与准确率。最后,将优化SIFT 算法与SIFT、ORB、SURF算法进行对比分析。结果表明,优化的SIFT算法不仅特征点匹配耗时小于其他3种算法,在匹配精度、准确度上以及物方精度上也优于其他3种算法。优化后的SIFT算法在A、B、C3组数据匹配的精度分别是93.13%、84.09%、92.73%,RMSE值分别是0.6490、1.1805、0.7726。因此优化的SIFT算法能够降低边缘响应对传统SIFT 算法带来的影响,提高了图像匹配的精度和准确度。

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图像全站仪观测低轨卫星方法研究

杨原, 李崇辉, 佟帅, 勾万祥, 张超

测绘工程. 2024, 33(6): 11.

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随着巨型星座的发展,低轨卫星数量快速增长,雷达与大型光学望远镜等传统观测手段造价高、体积大,难以满足观测需求。图像全站仪作为传统高精度光学测量设备,具有观测精度和自动化程度高、造价低、机动性强等突出特点,可改造为低轨卫星观测系统。利用图像全站仪观测低轨卫星的重点在于指向信息获取以及观测图像中拖尾星点提取,文中建立了从卫星TLE数据到图像全站仪指向信息的数学模型,分析了卫星成像的拖尾特点,提出了基于轨道预测信息的拖尾星点提取算法。利用图像全站仪搭建低轨卫星观测系统进行观测实验,经计算分析得到内符合精度约为6″,观测精度较高,表明图像全站仪可用于低轨卫星观测,观测误差来源有待进一步研究。

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结合注意力机制的深度学习葵花8号影像云相态识别方法研究

马婕, 袁强强

测绘工程. 2024, 33(6): 18.

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云相态的准确分类对地气辐射收支系统及云光学性质等方面的研究至关重要。传统的云相态分类方法利用不同种类云所具有的光谱特征差异,这些分类算法大多仅在白天场景下进行,并且存在数据集相对匮乏的问题。以2016年1—8月地球同步卫星葵花8号的多波段辐射信息作为研究对象,以主动观测极轨卫星CloudSat以及CALIPSO合并的云相态分类产品作为参考标签,建立嵌入自注意力机制的云相态分类深度神经网络(DNN),实现白天/夜间场景下的“冰云”“水云”“混合相云”的云相态分类判定和输出。实验结果表明,夜间模型平均精确率约79%,白天模型平均精确率约85%;引入自注意力机制提升云相态检测模型的性能,添加两层注意力层的白天模型和夜间模型,相比未添加注意力层的模型,F1分数均提高约0.04。

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基于CEEMDAN-WP-SSA的GPS/BDS-RTK 多路径噪声抑制方法

孔令伟, 王振杰, 聂志喜, 张远帆

测绘工程. 2024, 33(6): 25.

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针对GNSS-RTK技术在复杂环境下的多路径效应误差和随机噪声难以消除的问题,提出一种自适应完备集合经验模态分解(CEEMDAN)、小波包(WP)去噪和奇异谱分析(SSA)结合的联合去噪方法,来消除基线坐标序列的噪声影响,在此基础上构建适用于GPS/BDS组合的恒星日滤波模型。首先采用CEEMDAN方法将原始信号分解成若干个特征模态函数(IMF),使用排列熵区分高频和低频分量,然后分别利用WP和SSA对高频信号和低频信号进行去噪,最后重构去噪后信号并通过恒星日滤波削弱后续坐标序列里的多路径误差。实验结果表明,基于CEEMDAN-WP-SSA构建的恒星日滤波模型能够很好的去除随机噪声以及削弱多路径误差影响,与CEEMDAN和CEEMDAN-WP方法相比,文中方法东(E)、北(N)、高程(U)3个方向的定位精度分别提升约17%、23.6%、13.6%和17%、19.8%、10%。

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一种基于改进ORB的无人机影像特征匹配方法

唐迪1, 甘淑1, 2, 袁希平2, 3

测绘工程. 2024, 33(6): 33.

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针对高原山区区域的无人机影像受到地形起伏,纹理信息不突出的影响,导致ORB算法的匹配正确率偏低且不稳定的问题,文中提出适应高原山区区域的无人机影像特征匹配的改进算法。该方法集成了ORB算法、小波影像金字塔、BRISK关键点描述符、GMS算法和随机抽样一致算法(RANSAC)模型约束改进的方法。首先将ORB算法中的高斯金字塔替换为小波影像金字塔并进行特征点检测;然后,结合BRISK描述符生成适合影像特征的二进制描述符;其次使用暴力匹配算法和GMS算法,对特征点进行第一次约束优化提取;最后利用RANSAC算法对匹配点对进行第二次约束优化提取。试验结果表明,文中算法在高原山区区域无人机影像特征匹配的实验中,匹配正
确率和匹配耗时均有着显著的优势。相较于传统ORB算法,文中算法的匹配正确率和匹配耗时有较大提升。

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基于PySide的时序InSAR处理可视化及形变监测实验

于志刚, 张光辉, 张晨晰, 张卓普, 王清标

测绘工程. 2024, 33(6): 41.

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基于PySide等Python开源扩展包设计了时序InSAR处理可视化软件,用于实验教学。软件集成了影像搜索、像对组合、干涉解缠、时序处理、结果展示等功能。以山东省菏泽市郓城县城区地表沉降监测为例,进行实验处理,并与PSDS-InSAR方法进行精度对比。相较于传统命令行操作方式,该可视化软件极大地简化数据处理的复杂性,软件处理结果与PSDS-InSAR所得结果的相关性为0.9866。软件提高实验效率,降低实验难度,改善了实验效果,结果精度表明该软件也可直接应用于工程实践。

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基于实测数据信噪比随机模型的智能手机相对定位性能分析

魏书恩, 邓健, 王华银, 任春华

测绘工程. 2024, 33(6): 49.

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传统观测噪声随机模型存在经验参数缺乏灵活性和通用性的问题,文中提出一种基于实测数据信噪比随机模型。首先,基于双差伪距观测量,结合站点已知坐标,提取双差伪距观测噪声;其次,根据误差传播定律,依次估计测地型接收机、智能手机终端观测噪声中误差;最后,结合智能手机对每颗卫星的观测噪声中误差与相应的信噪比推算随机模型参数,建立信噪比实测模型。算例分析表明,无论在不同观测模式还是不同环境下,基于实测数据信噪比随机模型的定位效果优于传统信噪比随机模型,在N、E、U 方向上精度提升可达5%~20%,总体上空旷环境下的提升效果优于遮挡环境,且不同终端基于实测模型提升的定位效果也各有不同。

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不同观测环境中的多模GNSS数据质量自动化检测方法

冯晓亮, 陈欢, 李厚芝

测绘工程. 2024, 33(6): 56.

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受到GNSS轨道位置变化及其多模环境变化等多因素的共同影响,传统GNSS数据质量检测方法出现数据钟差偏差较大,局部GNSS数据实际检测结果与观测结果之间差距较大,无法为使用者提供准确的科学依据。为了解决偏差问题,提出3种优化方法。首先对多模GNSS数据实时轨道及钟差进行计算;然后对不同观测环境中的多模GNSS数据质量进行针对性分析;最后完成数据质量自动化评价输出。通过设计的实验表明,经过提出方法优化后的各项检测指标优化效果明显,检测准确度大幅度提升,稳定性明显改善,整体性能可满足当前不同观测环境下多模GNSS数据之间自动化检测任务,文中方法具有较高的研究价值与市场推广价值。

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改进GM(1,1)模型在城市轨道交通工程基坑沉降预测中的应用研究

肖玉泰1, 范士杰1, 臧建飞1, 牟春霖2, 刁瑾1

测绘工程. 2024, 33(6): 62.

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针对城市轨道交通工程基坑沉降监测数据长期、非等时距的特点,构建了一种基于滑动窗口的非等时距改进GM(1,1)模型。基于滑动窗口更新GM(1,1)模型变量,充分利用GM(1,1)模型适用于短期预测的优势;利用时距信息对累加生成序列赋权,削弱非等时距观测产生的影响,从而提高模型预测精度。通过对某城市轨道交通工程基坑沉降监测数据进行预测分析,发现改进GM(1,1)模型预测结果的均方根误差与平均相对误差分别为1.12mm和9.25%,相较于传统GM(1,1)模型分别提高约32%和21%,验证了改进GM(1,1)模型能够更好地满足基坑工程沉降预测的应用需求。

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“自由设站”法实现跨河水准测量技术分析与应用

曹年鹏, 梅红

测绘工程. 2024, 33(6): 68.

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针对现有三角高程跨河水准精度较差、观测效率低下的问题,基于测距三角高程原理,经过严密的理论推导和研究,提出“自由设站”三角高程法进行跨河水准测量的方法,分析该观测方法的主要误差来源,该方法通过减少设站次数大幅度缩短观测时间,观测过程中采用同时对向观测的方法削弱球气差的影响,经过实例的验证,表明“自由设站”三角高程法具有一定的可靠性和有效性,在保证精度的同时显著提高观测效率,成果满足国家二等水准测量的检核要求。

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基于无人船与静力触探的河道淤积监测研究

李亚飞1, 2, 唐远彬2, 缪盾1

测绘工程. 2024, 33(6): 75.

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河道淤积会影响河道行洪排涝、弱化河道蓄水能力及污染水体,因此需进行河道淤积监测和定期清淤。提出一种基于无人船与静力触探结合的河道淤积探测技术,通过无人船搭载测深仪获取淤泥表面高程,通过静力触探获取淤泥底面高程,利用数学插值模型对淤泥底部高程进行内插,得到完整的淤泥底面高程,然后绘制淤泥表面以及底面的断面图,利用断面法计算河道淤积量。提出4种数学插值方法,通过实际勘测评定4种插值方式的精度,比较4种数学插值方法计算的淤积监测方量与实际清淤方量,以高斯模型为变异函数的克里金插值结果精度最高,适用于河道淤积监测方量计算。

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2024年, 第33卷, 第6期　刊出日期：2024-11-15

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