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关键词： 低空拍摄   大比例尺   航测   地形图  

摘要： 采用传统航测方法进行大比例尺地形图航测时存在较多的问题,为此将低空摄影技术应用其中,该技术具有操作简单、应用成本低等优势。在进行实际低空大比例尺地形图航测时,要加强POS系统(定位定姿系统)在低空摄影中的应用,提高影像匹配技术水平,确保测量结果有较高的精度。为了进一步提高无人机低空摄影效果,需要从合理选取像控点、调整图像的倾斜角度、选取适宜的飞行高度以及精确把握照片的重叠性四个方面进行。在实践项目中,要从数字准确度、地形特征识别、地物全面性等方面进行核查,确保满足设计标准。

关键词： 北斗卫星导航系统   信号失真   伪距偏差   预失真技术   单点定位精度   相关器间隔   前端带宽  

摘要： GNSS星载发射通道的非理想特性导致信号产生失真,从而使接收机伪距观测值出现偏差。这一偏差的大小与接收机参数设置密切相关。随着卫星导航系统的快速发展与多领域应用,各种类型接收机的参数设置也存在差异。由卫星导航信号畸变和接收机参数设置差异引起的伪距偏差对导航系统的影响已不容忽视,因此研究伪距偏差有着实际的需求和意义。本文围绕伪距偏差影响和抑制技术问题展开研究,主要的工作包括:1、针对伪距偏差的来源和产生机理,分别从卫星端和接收机端对伪距偏差的模型进行了介绍,并详细分析了卫星端模型中高功率放大器和接收机端模型中滤波器对信号失真和伪距偏差的影响。然后对比介绍了两种伪距偏差的估计算法和使用条件:零基线双差法和S曲线偏差估计法。估计了IGS测站北斗各卫星的伪距偏差,这为后续导航卫星信号伪距偏差提取和抑制技术的研究打下基础。2、针对卫星端有效载荷器件的非理想特性是伪距偏差产生的根本原因这一问题,基于现有GNSS星载发射通道模型,重点分析了星载发射通道对北斗B1I、B3I和B1C信号失真和伪距测量偏差的影响。在传统基于时域波形的LMS预失真算法的基础上提出了改进的基于相关峰检测的LMS星载发射通道预失真算法,并对预失真效果进行了对比。通过分析可知,经过本文的预失真算法后,北斗B1I、B3I和B1C信号的伪距偏差分别从2.67m、0.54m和1.86m减小至0.58m、0.07m和0.62m,使伪距偏差得到了明显的抑制和改善,且该结果优于传统的基于时域波形的预失真算法。3、为了评估北斗卫星的伪距偏差特性,利用大口径天线的实测数据从卫星端和接收机端对北斗卫星的伪距偏差进行了估计。在卫星端,对北斗卫星的星载通道特性进行了估计;在接收机端,通过分析得到了相关器间隔对北斗各卫星B1I、B3I和B1C信号造成的最大伪距偏差为1.133m、0.547 m和-0.384 m;前端滤波带宽造成的最大伪距偏差为0.850 m、0.525 m和0.495 m。针对北斗各卫星存在的伪距偏差,提出了伪距偏差抑制方法。通过此方法可使北斗卫星伪距偏差减小至20cm,并给出B3I和B1C的建议设置参数。4、针对伪距观测量中存在固定的偏差值这一现象,通过理论和仿真实测分析了伪距偏差对单点定位精度的影响。对比分析了不同硬件接收机伪距偏差修正前后北斗卫星的伪距单点定位精度和接收机的相关器间隔和前端带宽优化设置前后的伪距单点定位精度。结果表明,通过修正伪距偏差值,可使接收机的三维定位精度有不同程度的改善。其中,通过优化设置接收机的相关器间隔可使B1I、B3I和B1C的三维定位精度分别提升25%、9.9%、6.2%;优化设置前端带宽可使B1I、B3I和B1C的三维定位精度分别提升11.5%、7.4%、6.7%。

关键词： 空间直角坐标系   有序数组   平面直角坐标系   第一课时   教学设计  

摘要： 【教学目标】1.通过具体情境,使学生感受建立空间直角坐标系的必要性。2.了解空间直角坐标系,会用空间直角坐标系刻画点的位置。3.感受类比思想在探索新知识过程中的作用。【教学重点】会用空间直角坐标系刻画点的位置。【教学难点】空间直角坐标系中点的坐标如何定义。【教学过程】1.问:江苏省XX中学上海路校区地址是什么?

关键词： 智能车   ROS平台   北斗卫星导航系统   组合导航   同步定位与地图构建  

摘要： 随着全球卫星导航定位系统的不断发展,卫星导航定位技术在交通等领域得到了广泛应用。目前,我国自主研发的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)全球组网即将建成,北斗卫星导航系统提供的导航、定位和授时服务在无人系统、智能车等应用领域将发挥更加重要的作用。本文对基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)平台的北斗智能车导航定位技术进行研究。在研究北斗智能车差分定位技术的基础上,利用ROS平台构建了北斗智能车定位导航系统。本文具体研究工作如下:首先,详细阐述了北斗卫星导航系统定位原理。在此基础上,研究了北斗差分定位技术,研究了北斗卫星导航/惯性导航(Inertial Navigation System,INS)的组合导航定位技术和卡尔曼滤波算法,研究了同步定位与地图构建技术(Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)。其次,在阐述ROS平台的基础上,研究了 ROS系统以及ROS开发环境的搭建,并详细设计了北斗智能车的硬件系统,给出了基于ROS平台的北斗智能车软件系统设计,研究了北斗定位、INS以及激光雷达的数据处理方法。最后,利用Matlab对BDS/INS组合导航定位算法进行仿真验证,对比了组合定位和单系统定位的性能;对激光雷达扫描获取的数据进行处理和误差分析;通过北斗卫星导航定位实际数据对智能车北斗差分定位进行实验验证和性能分析;并采用基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)的SLAM算法建立实验室环境真实场景地图。文中的研究结果对北斗智能车相关技术研究具有一定的借鉴意义。

关键词： 国家基准站   北斗卫星导航系统   坐标时间序列   环境负载   噪声模型   速度场  

摘要： 北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是我国重要的空间信息基础设施,在导航、定位、授时、通讯功能等方面发挥着重要作用。目前,我国已完成北斗全球系统核心星座的部署。自从BDS对亚洲和太平洋沿岸地区提供服务以来,我国国家连续运行参考站就已从单模(GPS)向多模(GPS/BDS/GLONASS/GALILEO)转变,使得国家基准站积累了丰富的北斗卫星导航系统观测数据。我国位于地震带和板块交界地区,受板块运动等影响,连续运行参考站的站点坐标在垂直和水平方向会随地壳运动发生不同的趋势变化,这为BDS在高精度监测方面的应用研究提供了良好的数据和区域条件。本文以此为基础,针对BDS坐标时间序列进行探索和研究,首先介绍了时间序列分析方法和相关的理论模型,然后对BDS坐标时间序列中的共模误差和噪声等信息进行提取和分离,最后对修正后的BDS坐标时间序列中存在的一些非线性影响因素(大气负载、水文负载、非潮汐海洋负载)进行分析。针对以上内容,本文主要研究以下几部分内容:(1)对GNSS坐标时间序列的分析方法和评价指标进行系统性的介绍,探讨了 GNSS坐标时间序列共模误差的提取方法,并对区域叠加滤波法、主成分分析法等各自的优缺点进行分析,最后,阐述了基准站的几种噪声类型和最佳噪声模型评价准则。(2)系统的介绍了 BDS和GPS观测数据的数据处理策略,总结了坐标时间序列预处理方法,在加权堆栈滤波方法基础上,探索了加入距离因子的加权堆栈滤波方法提取共模误差的可行性,并对改正效果进行分析。(3)论文深入分析了环境负载(大气负载、非潮汐海洋负载、水文负载)对研究区域内基准站的影响,分别通过综合环境负载与BDS和GPS坐标时间序列的相关性和负载改正前后坐标时间序列的加权均方根误差(Weightedrootmean square error,WRMS)值变化率,定量的给出了环境负载对基准站位移的影响。(4)利用研究区域内的BDS和GPS观测资料,通过噪声模型组合的方式,研究BDS和GPS坐标时间序列噪声模型类型,统计BDS与GPS在研究区域内基准站N、E、U三个方向上最佳噪声模型。最后,基于最佳噪声模型估计了研究区域内基准站水平速度分布。

关键词： 北斗卫星导航系统   载波相位差分   模糊度固定   随机模型   时间相关性  

摘要： 模糊度解算是北斗载波相位差分定位算法获得高精度定位结果的前提,影响模糊度解算的主要因素包含模糊度浮点解精度以及随机模型对误差随机特性刻画的准确程度。为了提升模糊度浮点解精度,一般采用多历元累积算法增加观测量冗余度和平滑噪声来提升模型强度,进而提升浮点解精度。在多历元累积情况下,传统随机模型构建时没有顾及历元间的相关性,但卫星观测量中包含具有很强时间相关性的误差,在非零基线情况下,如果相关误差不能完全消除,将会导致观测量存在时间相关特性,对模糊度解算产生不利影响。精确的随机模型是模糊度高效解算的前提,为此通过对北斗观测量时间相关特性分析,并构建顾及时间相关随机模型是十分有意义的。本文在传统多历元累积随机模型的基础上,构建了顾及时间相关随机模型,并在短基线、中长基线以及动态条件下进行测试。本文主要内容包括:(1)通过对载波相位差分定位技术展开深入研究,构建单差函数模型对观测量残差进行采集,使得观测量相互独立,避免参考星影响,有利于对卫星相关随机特性进行分析。在此基础上对GPS和北斗观测量精度进行分析,零基线情况下,北斗系统和GPS系统观测精度基本一致,不同类型卫星观测精度各不相同。(2)在残差提取基础上利用时间相关系数对观测量时间相关程度进行评估,实测结果显示,非零基线情况下时间相关性明显存在,北斗系统时间相关性相比于GPS更为明显。将影响时间相关性的主要误差源视为一阶高斯马尔可夫过程进行仿真分析,并通过蒙特卡洛仿真评估时间相关性对模糊度解算影响,结果表明传统随机模型忽略了历元间的相关性,导致模糊度固定成功率虚高,使得通过检验的模糊度解中存在漏检情况,影响系统导航精度及可靠性。(3)针对传统多历元累积随机模型未考虑历元间时间相关特性的问题,在传统多历元累积随机模型的基础上构建顾及时间相关性的随机模型。相比传统随机模型,顾及时间相关性的随机模型考虑到相邻历元间相关性,对观测量随机特性刻画更精确,可在提升模糊度固定成功率的同时减少漏检和误警情况出现。实测结果表明,7.98m基线情况下,当传统随机模型出现漏检时,顾及时间相关随机模型仍能保证无漏检情况出现,同时模糊度固定成功率提升3.51%,误警率降低26.93%。(4)针对中长基线情况下电离层延迟无法通过差分完全消除的问题,结合观测量组合理论,采用无电离层组合充分抑制电离层延迟,同时通过多历元累积算法提升系统模型强度,并根据误差传播规律采用与函数模型适配的顾及时间相关随机模型,实测结果表明,所提出的算法可以有效提升模糊度固定成功率,同时减少漏检和误警情况出现,在系统连续性和可靠性综合性能控制方面取得较优平衡。

关键词： 大比例尺地形图   三维激光扫描技术   多平台  

摘要： 随着社会的发展和科学技术的进步,大面积、大比例尺地形图测绘项目,采用全野外作业模式进行全站仪测量、水准测量、GNSS-RTK测量,已经日益凸显出人员劳动强度大、生产效率低的劣势。三维激光扫描系统的发展和应用为测绘地理信息领域提供了一种新的数据获取方式,为解决上述问题提供了一个新的工作思路,是测绘领域的再一次技术革新。三维激光扫描系统依靠免接触、快速的立体扫描模式,能够精确地获取点位的三维空间坐标信息。三维激光扫描系统可以搭载在多种平台上使用,目前已经使用的有地面三维激光扫描系统、机载激光扫描雷达系统以及车载三维激光扫描系统。不同搭载平台的三维激光扫描系统在测绘领域中的应用各有其特点和优劣势,但大比例尺地形图成果具有地物要素表示丰富、精度要求高的特点,采用一种三维激光扫描系统进行作业往往不能有效完成大面积大比例尺地形图测绘任务,为此,有必要开展多平台三维激光扫描系统大比例尺测图应用的研究。本文研究了国内外相关资料,阐述了多种大比例尺测图原理并进行了具体测图方法的比较和归纳,总结出三维激光扫描系统在大比例尺地形图测绘项目中的作业优势。通过分析比较三种平台的三维激光扫描系统作业的原理与方法,总结了三种平台三维激光扫描系统的适用范围和技术特征,提出了一套基于多平台三维激光扫描系统的大比例尺测图技术方案,制定了详细地工作流程,论述了作业方法及质量评定标准。最后,本文以上海市1:1000比例尺地形图测绘项目为例,对所提方案进行了实践验证与结果分析。结果表明,采用本文所述的多平台三维激光扫描系统作业流程测绘大比例尺地形图,可以大幅度提高大比例尺测图项目内外业成图效率和产品质量。本文通过对综合多平台三维激光扫描系统进行大比例尺地形图测绘方案的研究,认为与传统的全野外大比例尺地形图测绘方法相比,具有明确的技术优势和应用潜力。此外,还提出了进一步改进和发展的方向。

关键词： 地形图   大比例尺   无人机低空摄影测量   背负式移动扫描   像控点布设  

摘要： 大比例尺地形图，是城市规划与设计不可或缺的基础资料之一。传统的测绘技术由于受环境、地形等条件的影响，很难高效的完成测绘任务。近年来，随着科学技术的高速发展，测绘领域开始涌现出越来越多的新技术，尤其以无人机低空摄影测量和背负式移动扫描测量方法最为突出。无人机低空摄影和背负式移动扫描测量具有快速、高效、劳动强度低等优点，不仅优化了传统测量的作业模式及流程，而且有效降低了误差的累积，提高了作业效率，在大比例尺地形图测绘方面具有良好的应用前景。　　本文以应用测绘新技术获取大比例尺地形图的手段为核心，详细阐述无人机低空摄影测量与背负式移动扫描系统的关键技术及具体作业步骤，分析了影响新技术制作大比例尺地形图精度的因素及注意事项。对测绘新技术之间及与传统测绘技术在作业精度、效率及设备性能等方面进行比较，在像控点布设方案精度、新技术精度、边长精度等方面得出以下结论：　　（1）影像匹配方面。对常用的尺度不变特性的SIFT算法与二进制稳健尺度不变特征的BRISK算法原理进行了阐述，根据其特性提出了SIFT-BRISK结合的算法，并使用三种算法进行不同倾斜影像的匹配验证，结合匹配效果分析了SIFT-BRISK算法的匹配优势。　　（2）像控点布设形式方面。关于像控点的布设形式，没有明确的规范要求。导致其在作业中存在像控点布设方案不明确，精度不稳定等因素。基于此种情况，本文提出八种像控点的布设方案，对使用各方案获取的影像数据，分别采用Pix4D与ContextCapture进行处理，对获得的成果进行对比验证分析，得出将该方案应用于垂直摄影及倾斜摄影的可行性、可靠性及高效性。　　（3）影像质量检查方面。系统的检查对比两测区使用不同无人机获取的原始影像及POS数据，深入分析了影响测区无人机影像质量的关键因素。　　（4）移动扫描系统闭环轨迹方案方面。移动扫描系统的闭环采集轨迹直接影响了三维点云模型的精度，本文通过两种路线采集方案，对比分析两种方案的三维模型精度，为后续实验区的数据采集提供轨迹支撑。　　（5）测绘新技术综合对比分析。通过对比分析应用测绘新技术制作大比例尺地形图各自的优势及缺点，深入探讨了新技术与传统测量技术在作业精度、作业效率、作业方法、安全性、人员专业素养等方面的优势，通过综合对比分析，为今后灵活选择作业模式提供参考。

关键词： 北斗卫星导航系统   CesiumJS   CZML   模拟  

摘要： 北斗导航卫星系统作为中国独立研发并建设的卫星导航系统,目前仍然处在建设中,其复杂的星座结构以及随时间动态变化的星地空间信息交互,使得领域专家对该系统的测运控一体化和日常业务管理提出了极大的挑战和更高的要求,也对社会公众认识和理解北斗卫星导航系统增添了难度。目前对于北斗卫星导航系统的模拟仿真,普遍做法是在ArcGIS、STK等专业软件基础上进行二次开发,但这种方式需要本地安装大型复杂软件,对计算机的性能有较高要求,而且开发门槛较高,受众较少。除此之外Web环境下的北斗卫星导航模拟与可视化系统,需安装各种插件,且主要是对空间段进行模拟分析,不涉及地面段以及展现空间段和地面段复杂动态时变星地信息,更不具备卫星轨道确定、轨道预报、测控站跟踪预报、星间链路等较专业功能。因此采用基于Web的方式来集成北斗导航系统空间段和地面段的信息管理以及星地信息的可视化,具有重要的意义。本论文主要研究北斗卫星导航系统空间段和地面段数据集成与星地信息的可视化。本系统采用CesiumJS作为虚拟地球平台,利用TLE/SGP4模型计算北斗导航卫星运行轨道等相关信息,并将计算结果按照CZML文件格式存储,实现二三维北斗导航卫星动态可视化;利用Web Service改造航天专业分析模块,集成导航卫星轨道确定、轨道预报、地面站跟踪预报、星间链路等功能,从空间段和地面段对北斗卫星导航系统进行数据集成和星地信息的可视化模拟。本系统全面反映北斗导航卫星与地面测控站的关系,集成了测控站信息管理及可视化、导航卫星轨道确定、导航卫星轨道预报、测控站跟踪预报等功能。用户在任何支持WebGL渲染技术的联网浏览器上均可访问本系统,从而增强对北斗卫星导航系统的认识,提高分析交流的效率。

关键词： 血肿穿刺术   高血压脑出血   定位方法   立体定向头架   空间直角坐标系   手术技术  

摘要： 背景:高血压脑出血是神经外科的常见病,在中国的发病率较欧美国家更高。随着人均寿命的延长,中国逐渐步入老龄化社会,因此该病发病率逐年上升,再加上中国庞大的人口基数,使高血压脑出血成为国家卫生财政的一大负担。高血压脑出血发病急且危及生命的特点,决定了患者被迫使在当地医院就近治疗,已经成为目前各地区基层医院神经科最常收治的疾病。近年开颅清除血肿的优点不明显,微创手术治疗该疾病的观点已被神经外科医师广泛接受。在微创手术中,立体定向颅内血肿清除术是治疗高血压性脑出血的常规术式,但手术过程复杂繁琐、难以掌握,限制了该技术的使用。研究目的:根据空间立体定向原理,我们设计一套简单快速的立体定位方法,并开发了一种立体定向头架以及配套的智能手机程序app,进一步探讨立体定向头架在高血压脑出血中穿刺的准确性以及临床应用效果。方法:将计算机断层扫描图像(Computed,Tomography,CT)输入到Android智能手机应用程序app,新型定位穿刺技术用于脑内血肿中心的定位,并得出血肿中心的坐标值(x,y,z)。利用智能程序得出的数据,我们在患者的头皮上画出安装立体定向头架时所需要的标记,从而可以选择一条避免重要功能区和血管的最佳轨迹进行穿刺以有效地引流出血肿。我们在实验模型中对该定位方法进行了验证,并对42例用立体定向头架引导而对血肿进行穿刺引流的病人进行回顾性分析,着重比较该立体定向穿刺引流手术的可行性、准确性、持续时间、术前以及术后结果。结果:根据模型中颅内血肿的不同位置,我们利用新型定位穿刺技术在血肿模型中模拟临床上的穿刺引流术,以验证该立体定向方法的准确度。在保证定位穿刺技术准确度的基础后,临床上研究纳入了 42例自发性脑出血患者,其中包括33例幕上出血,5例小脑出血和4例脑干出血。手术技术与立体定向头架的结合使用,帮助引流管的尖端抵达靶点(即血肿中心)。42例病人手术所需时间的中位时长为45(范围25-75)分钟。实际上立体定向头架的操作时间为10(范围为5-15)分钟。所有42例病例中,通过定位技术进行穿刺的引流管尖端均在血肿中,与术前设计的理论血肿中心距离误差均精确到≤10.0 mm。没有患者经历术后再出血。在33例幕上脑出血中,术后3.1 ± 1.4天脑内血肿平均清除率达到77.5%,其中29例(87.9%)残余血肿量<15 ml。术前患者的格拉斯哥昏迷评分(Glasgow Coma score,GCS)平均分(±SD)为7.5±2.7。实施立体定向血肿清除术后1周的GCS平均评分已提高至10.7±3.0(p<0.01)。结论:新型的定位穿刺技术有助于快速、省力地对脑内血肿进行准确定位,并取得满意的血肿清除效果。立体定向头架的临床应用对于不同位置的颅内出血都是可行的,可以提高血肿穿刺的准确性、简化手术流程以及减少手术时间,适合于脑出血急症以及值得在基层医院推广使用。