无人机和地面三维激光扫描仪在1∶500城市基本地形图测绘中的应用

目前,对于城市1∶500数字化地形图数据的获取与更新中,全野外数字测图仍是主要的测绘方式。如何利用新的测量手段提高生产效率和降低劳动强度,是值得关注的问题。文中阐述无人机和地面三维激光扫描仪新技术在城市基本地形图测绘中的应用,利用无人机航测生产的1∶500正射影像图成果,辅助进行全野外测图;利用地面三维激光扫描仪,将快速获取的三维点云数据加以处理,用于测绘成果质量检查。通过这些新技术,对提高1∶500城市基本地形图的生产效率进行有益的尝试,对同类工程具有借鉴意义。     

藏北高原地区地表辐射出支和能量平衡的季节变化

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.基于中日合作项目"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)在2001年8月至2002年9月的观测数据资料,分析研究了青藏高原藏北地区地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量等的变化规律,获得了有关藏北高原地表能量的新认识.     

复杂地形地区月平均气温(混合)地理加权回归克里格插值

以地形地貌特征复杂、观测站点分布稀疏不均匀的四川省为研究区,引入地形因子（坡度和坡向）和植被指数,采用顾及空间关系非平稳性的（混合）地理加权回归克里格模型（（mixed）geographically weighted regression Kriging,（m）GWRK）进行月尺度平均气温插值方法及精度分析研究。针对不同季节和不同地区,将（m）GWRK插值结果与基于全局回归的回归克里格（regression Kriging,RK）插值结果进行对比。结果表明,RK、GWRK、mGWRK回归关系的决定系数R2分别为0.795、0.922、0.911,均方根误差分别为0.83℃、0.64℃、0.55℃,表明GWRK、mGWRK对目标变量的解释能力以及插值精度都优于RK;GWRK、mGWRK相对于RK对月平均气温插值的改进具有季节与地区差异,冬半年的改进大于夏半年,在地形地貌变化大的地区改进大于地形地貌变化小的地区。     

一种基于最小广义方差估计的TLS点云抗差法向量求解方法

针对地面激光扫描点云中的粗差与不均匀采样对法向量计算的影响,基于最小广义方差估计与局部平面拟合原理提出了一种抗差法向量求解方法。首先通过快速近似最近邻居搜索算法得到最近k邻居点集,然后由确定型最小广义方差估计方法和多元马氏距离得到邻居点集协方差矩阵的抗差估计,最后根据主成分分析法（principal component analysis,PCA）计算得到抗差法向量。通过构造的模拟地面激光扫描（terrestrial laser scanning,TLS）点云数据将提出的方法分别与基于PCA、鲁棒PCA和随机抽样一致的法向量求解方法进行实验比较。结果表明,所提方法的抗差性能优异,且并行优化改进后可以满足大规模TLS点云的计算需求。将该方法应用于实际野外地形TLS点云数据,由求解的抗差法向量重建的泊松表面更符合实际地形,表明了该方法在实际应用中的有效性。     

根据断面轮廓线修复隧道点云孔洞的方法

为了修复采集点云的数据缺失,设计一种根据隧道断面轮廓闭合矢量线修复点云孔洞的方法,利用Microsoft Visual Studio 2010设计实现隧道轮廓线提取系统,并借助OpenGL实现结果的可视化。     

复杂带状地形条件下的地面三维激光扫描点云数据采集与配准处理试验

对于多站点架设获取的地面三维扫描点云数据进行空间坐标体系的统一配准处理,是实现地表三维模型构建数据预处理的关键技术。研究围绕地面三维扫描点云数据的配准精度问题,结合试验仪器在数据采集扫描设置中的不同模式,分别设计实施了基于一定扫描重叠度的独立站点采集匹配模式,基于站点GPS坐标控制的采集匹配模式,以及基于全站仪实测站点坐标的后视法采集匹配模式等3种试验方案,开展了针对不同扫描方案下所获取点云数据的配准处理方法解析与精度对比分析。不同方案应用于具有条带状试验测区的点云数据采集与数据配准处理结果表明,相对于独立站点数据采集匹配模式,后两种数据采集模式,即采用基于仪器GPS站点坐标的扫描匹配方案和基于全站仪站点坐标的后视法方案,由于克服了与全局坐标系转换困难和对标靶的依赖等问题,而具有较高的数据采集与匹配效率,表现出明显的优势。研究试验成果可为同类型仪器的地面三维激光扫描系统的外业数据采集和点云配准提供参考指导作用。     

一种利用水平截面法分析高压线塔倾斜度的误差模型

针对一种基于地面激光扫描技术的高压线塔倾斜度监测方法,分析了利用水平分层的点云面片中心偏移量计算高压塔倾斜度的算法原理,以及该算法的误差来源。研究表明,利用水平截面法监测出线塔倾斜误差量主要与线塔的倾斜量及上下非对称特性有关。经过公式推导,建立了主倾斜剖面上的倾斜误差改正模型,并开发了专用的点云数据处理软件。结合山西开采沉陷区的倾斜高压线塔实例,利用本法计算了线塔的倾斜值,并将结果与特征点法计算结果进行了对比,验证了算法和数据处理程序的有效性和精度。本文内容对利用激光扫描技术监测烟囱、高塔等上小下大的非对称高耸结构的倾斜量有较强的借鉴意义。     

融合遗传算法和ICP的地面与车载激光点云配准

车载激光扫描可快速获取大场景点云,由于存在视场限制和遮挡,需地面激光点云作补充。车载与地面点云分别位于大地坐标和局部坐标系统,本文提出结合遗传算法（genetic algorithm,GA）和（iterative closed point,ICP）的自动点云配准方法以统一基准。ICP采用局部优化,效率较高,但依赖初始解;GA为全局优化方法,但效率低。融合策略为当GA配准趋于局部搜索时,采用ICP完成配准。GA配准以地面激光扫描仪内置GPS测量粗略位置限定优化搜索空间。为提高GA配准精度,提出了最大化归一化匹配分数之和（normalized sum of matching scores,NSMS）配准模型。实测数据试验验证了NSMS模型的有效性,GA配准均方根误差（root mean square error,RMSE）为1~5 cm;融合配准比GA配准效率高约50%。     

测绘应急保障测绘装备和资料的管理研究

通过建立测绘装备和测绘资料数据库,进行装备和资料的查询、分发操作,满足应急保障分队的测绘保障,提高了应急测绘保障能力。     

中亚费尔干纳盆地灌溉气候效应的数值模拟研究

中亚地处干旱气候区,农业生产高度依赖灌溉,然而灌溉对当地气候影响的认识还较为薄弱。为此,针对多雨（2009年）、少雨（2008年）及正常（2007年）年景下中亚典型农业区—费尔干纳盆地暖季（5—9月）的气候,利用嵌入灌溉过程参数化方案并更新土壤参数的WRF模式,分别进行了考虑灌溉过程（称为IRRG试验）与不考虑灌溉过程（称为NATU试验）的模拟试验,并通过对比IRRG与NATU试验之差揭示了灌溉对区域气候的影响。研究发现:（1）灌溉致使暖季地面潜热增加（79.2 W/m2）、感热减少（?61.3 W/m2）,日均气温降低1.7℃,空气比湿升高2 g/kg（约为NATU的36%）,因5—6月为雨季,7—8月为旱季,故7—8月的灌溉量大,冷湿效应略强于5—6月;（2）冷湿效应主要出现在灌溉区域,降温达2℃,增湿达2.4 g/kg,灌区外甚微,同时从地面到高层大气,冷湿效应越来越弱,在约500 hPa（距地面约4000 m）以上冷湿效应消失;（3）在盆地中央平原地区,因灌溉而致空气湿度上升产生的潜在增雨效应与地面冷却产生的对流抑制作用相互抵消,灌溉与无灌溉情景下当地降水无显著差异;灌溉可导致盆地南、北两侧山区降水增加（约0.6 mm/d）;（4）不同年景之间灌溉量差异主要出现在5—6月,少雨年比多雨年灌溉量多20 mm/月,日均气温降幅偏大0.3℃,空气比湿增幅偏大0.5 g/kg,但山区降水增幅偏小0.6 mm/d。