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《西南交通大学》 2012年
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无控制DEM匹配算法性能比较与改进研究

杨容浩  
【摘要】:数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)匹配是指将多源、多时相和多尺度DEM数据统一到同一坐标系的过程。无控制DEM匹配是在无地面控制点支持的情况下,由计算机自动提取DEM地形特征或几何信息来实现DEM匹配。与传统的控制点DEM匹配相比,无控制DEM匹配技术具备安全、高效、省时、省力、费用低、适用范围广等诸多优点,在测绘、遥感、导航、地理信息系统等多个领域的DEM绝对定向、DEM拼接及多源和多时相DEM数据融合中有广泛和潜在的应用前景,因而吸引着国内外众多的专家学者的关注,是目前测绘科学技术领域中的热点研究方向之- 本文在现有无控制DEM匹配,即迭代最近点(Iterative Closest Point, ICP)、最小高差(Least Z-Difference, LZD)和最小二乘3D表面匹配(Least Squares3D surface matcing,LS3D)等最小二乘表面匹配(Least Squares Surface Matching, LSSM)算法的基础上通过仿真试验比较这3类LSSM算法的性能,寻找提高匹配精度、效率和拉入范围的途径;改进k-d树和盒子结构(Boxing Structure, BS)等最近点查找算法,提出基于格网划分(Grid Partition, GP)的最邻近点查找算法,提高非规则DEM无控制匹配算法的收敛效率;提出基于“匹配度之和最大(Maximizing the Sum of Matching-Degree, MSMD)"的新模型,用于遗传算法(Genetic Algorithm, GA)求解(MGA) DEM匹配参数,解决LSSM算法拉入范围小,基于传统模型和GA的DEM匹配算法(TGA)在求解带有尺度参数的7参数转换模型时容易陷于错误全局最优解的弱点;提出融合MGA(?)(?) LSSM的无控制DEM匹配(MGA+LSSM)新算法,提高MGA的收敛效率和匹配精度,探索多尺度无控制DEM匹配的全局最优算法。 通过模拟不同地形的规则和非规则DEM数据进行仿真试验,结果显示: (1)3种“点-点"ICP的7参数模型算法,其拉入范围、匹配精度和整体收敛趋势基本一致。它们在处理基准DEM完全包含全部的待匹配DEM时,均比仅包含部分的待匹配DEM时的拉入范围大、匹配精度高。地形越简单,拉入范围越大。地形连续且地形特征越明显,匹配精度越高。DEM数据密度越大,匹配精度越高,但收敛效率越低,拉入范围也会降低; (2)“点-面"ICP、LZD(?)(?)LS3D算法在处理非规则DEM数据时,均比处理规则DEM数据的匹配精度高。其中,对非规则DEM数据,LS3D算法的匹配精度和收敛效率最优,‘点-面"ICP算法的拉入范围最大。对规则DEM数据,LZD算法的拉入范围、匹配精度和收敛效率最优; (3)GP最邻近点查找算法,比穷搜索、k-d树和BS等最近点查找算法的查找速度快,且不影响LSSM算法的匹配精度; (4)MGA匹配算法,避免了TGA算法极易陷入错误的全局最优极值的弱点。MGA+LSSM匹配算法综合了MGA拉入范围大和(?)LSSM匹配精度高、收敛速度快的优点,因而比LSSM算法有更高的稳健性和拉入范围。 编程实现的各种无控制DEM匹配算法,为仿真试验和数据分析奠定了必要的技术基础,通过归纳总结各种无控制DEM匹配算法的性能特点,为寻找适应多尺度DEM的无控制匹配算法进行了有益的探索,研究结果对多源、多时相和多尺度DEM匹配和数据融合有参考价值。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P20

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 常燕敏;无人机影像在地震灾区道路损毁应急评估中的应用研究[D];西南交通大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 郑德华;岳东杰;岳建平;;基于几何特征约束的建筑物点云配准算法[J];测绘学报;2008年04期
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6 杨容浩;岑敏仪;张同刚;杨佳;;基于遗传算法的DEM粗匹配研究[J];工程勘察;2010年06期
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10 郭慧;潘家祯;林大钧;;基于实数编码的多种群遗传算法的点云配准[J];华东理工大学学报(自然科学版);2007年05期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
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3 张同刚;无控制DEM匹配与差异探测及其在泥石流灾害地区的应用[D];西南交通大学;2006年
4 朱灿;实数编码遗传算法机理分析及算法改进研究[D];中南大学;2009年
5 薛耀红;点云数据配准及曲面细分技术研究[D];吉林大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 喻庆国;;云南糯扎渡自然保护区鸟类三维专题图制作研究[J];安徽农业科学;2007年27期
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10 许辉熙;卢正;何政伟;薛万蓉;;基于DEM与Quick Bird影像的水电站库区VR-GIS研究[J];安徽农业科学;2009年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 邓杏杏;;ARCGIS在区域气候因子空间模拟中的应用[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十五次学术交流会论文集[C];2011年
3 张洋;岳东杰;朱邦彦;;基于B样条曲面拟合的文物表面重建方法研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 董翠珠;蒋淼;;利用数字影像DMC快速制作DOM方案[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
5 韩敏;赵耀;;基于MIKE FLOOD和ArcObjects的洪水淹没模拟及可视化[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 刘涵;高俊涛;;并联式混合动力汽车控制策略及遗传算法优化研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
7 粟晓玲;史银军;;基于水资源转化模拟的内陆河流域水资源优化配置研究[A];全国水资源合理配置与优化调度及水环境污染防治技术专刊[C];2011年
8 张远安;张春荣;强勇;;基于相位编码信号的MIMO雷达正交波形设计的研究[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
9 裘洪礼;王赟;;提高加热炉辐射系数精度的计算方法[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
10 丁伟翠;范本贤;李廷栋;丁孝忠;耿树方;杨强;王振洋;;我国地质制图的SRTM DEM数据应用研究[A];全国地质制图与GIS学术论坛论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘营;雷达图像编码器的并行处理研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
4 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
5 穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
6 范剑英;结构光深度图像获取和处理与三维重建研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 孟凡文;面向光栅投影的点云预处理与曲面重构技术研究[D];南昌大学;2010年
8 苏斌;GIS支持下的城市地价空间分布与土地集约利用研究[D];解放军信息工程大学;2010年
9 张开广;郑州地区仰韶文化遗址空间模式研究[D];解放军信息工程大学;2010年
10 黄义忠;丽江市地质环境脆弱性及其对策研究[D];昆明理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马剑;机载LiDAR数据插值方法研究[D];河南理工大学;2010年
2 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 张可平;CO_2焊逆变电源的自适应模糊控制系统研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
5 黄鹏;市级大地水准面精化的研究与应用[D];山东科技大学;2010年
6 田会波;海底地形三维可视化[D];山东科技大学;2010年
7 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
8 田珍菊;证券投资组合优化模型及其有效算法[D];辽宁师范大学;2010年
9 李静芳;参数曲线曲面在服装CAD中的造型研究[D];浙江理工大学;2010年
10 李京京;城市给水管网改扩建优化设计模型研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王晓青;王龙;章熙海;丁香;邱虎;董彦芳;窦爱霞;张飞宇;刘在涛;;汶川8.0级地震震害遥感定量化初步研究——以都江堰城区破坏为例[J];地震;2009年01期
2 柴登峰,舒宁,张剑清;动态DEM匹配方法研究[J];国土资源遥感;2002年01期
3 张大林;李灿丽;;基于普通数码影像快速绘制等高线方法研究[J];贵州大学学报(自然科学版);2007年03期
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5 赵志岐;张洪武;;Google Earth KML在自然灾害分析中的应用初探[J];勘察科学技术;2012年01期
6 杨中;王玮;王彩芬;黄小刚;燕晋宁;;基于GIS的道路震害损毁评估方法研究与实现[J];科技情报开发与经济;2010年26期
7 李润生;冯伍法;张志远;高振峰;翟会楠;包全福;;基于高分辨率遥感影像的道路损毁评估方法[J];海洋测绘;2012年05期
8 刘亚文;邵飞;段应昌;;基于模糊神经网络的道路毁损程度评价方法[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2013年01期
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10 韩用顺;崔鹏;朱颖彦;苏凤环;张勇;杨应常;;汶川地震危害道路交通及其遥感监测评估——以都汶公路为例[J];四川大学学报(工程科学版);2009年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 胡卓玮;洪涝灾害应急响应决策支持业务系统关键技术研究[D];首都师范大学;2007年
2 张同刚;无控制DEM匹配与差异探测及其在泥石流灾害地区的应用[D];西南交通大学;2006年
3 曾涛;汶川地震重灾区多源影像处理及震害信息提取方法研究[D];成都理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉鹏;无人机低空遥感影像的应用研究[D];河南理工大学;2011年
2 韩文超;基于POS系统的无人机遥感图像拼接技术研究与实现[D];南京大学;2011年
3 程香丽;地震灾区道路崩塌体岩块施工难度系数专题图研究[D];西南交通大学;2011年
4 郎城;无人机在区域土地利用动态监测中的应用[D];西安科技大学;2011年
5 谭望庭;工业厂房的震害预测方法研究[D];华中科技大学;2011年
6 张桂芳;基于高分辨率遥感影像的建筑物三维信息提取、震害识别及震害预估方法研究[D];中国地震局地质研究所;2004年
7 任自珍;基于GIS技术的泥石流活跃度预测研究[D];西南交通大学;2005年
8 张建霞;超轻型飞机数码航空摄影测量初步研究[D];西安科技大学;2006年
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10 韩友美;优化UAVRS-F摄影测量高程精度的方案与技术研究[D];山东科技大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张炯,郎茂祥;有时间窗配送车辆调度问题的禁忌搜索算法[J];北方交通大学学报;2004年02期
2 李泽海,高景昌,赵君;计算机模拟在库存决策支持系统中的应用[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 周永务;物流系统的库存控制模型与方法研究[D];合肥工业大学;2002年
2 陈得宝;进化计算中的若干问题及应用研究[D];南京理工大学;2008年
3 杜新伟;逆向工程中基于径向基函数的曲面重建技术研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 赵斌;库存仿真系统的研究与开发[D];清华大学;2003年
2 潘小林;三维曲面匹配技术研究[D];南京航空航天大学;2004年
3 丁秋雷;带有时间窗的车辆路径问题的混合蚁群算法研究[D];大连理工大学;2006年
【相似文献】
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3 罗安;王艳东;龚健雅;;顾及上下文的空间信息服务组合语义匹配方法[J];武汉大学学报(信息科学版);2011年03期
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10 黄晓曦;;基于自适应模板的匹配算法在跟踪系统中的应用[J];广西民族大学学报(自然科学版);2007年04期
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6 王翠茹;高丽鲜;;发布订阅系统中匹配算法的研究[A];全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(上册)[C];2009年
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8 卢达;浦炜;谢铭培;;基于SEART网和模糊相似测量的手写汉字预分类法[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
9 卢达;浦炜;谢铭培;;基于SEART网和模糊相似测量的手写汉字预分类法[A];2005全国自动化新技术学术交流会论文集(二)[C];2005年
10 秦军;岑敏仪;张同刚;邓芳;;遥感图像中泥石流松散固体物质四维信息的分析与应用研究[A];2006年铁道勘测技术学术会议论文集[C];2006年
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2 田捷 陈新建 杨鑫;指纹识别算法仍有优化空间[N];计算机世界;2006年
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5 王洁;中国雅虎推出“一页到位”搜索平台[N];科技日报;2007年
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7 窦毅;精明存储方案比拼[N];中国经营报;2006年
8 左琦;浅谈指纹识别技术[N];新乡日报;2005年
9 田江;爱国者开创桌面存储时代[N];中国电脑教育报;2006年
10 张蕊;走出搜索引擎认识上的误区[N];中国计算机报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王文晶;基于重力和环境特征的水下导航定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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3 姜鲲鹏;高速串模式匹配算法研究[D];解放军信息工程大学;2012年
4 梁莹;INS/地磁匹配组合导航系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 俞一彪;基于互信息理论的说话人识别研究[D];上海大学;2004年
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9 周石林;非规则碎片匹配关键技术的研究及实现[D];南京航空航天大学;2005年
10 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李飚;自动指纹识别系统中匹配算法研究与应用[D];湖北工业大学;2011年
2 任俊杰;快速星像匹配算法的比较[D];暨南大学;2010年
3 谭贤婷;同构发布/订阅系统的环匹配算法的研究与实现[D];东北大学;2010年
4 刘香丽;指纹识别中匹配算法的研究[D];湖南大学;2011年
5 金军航;面向深度包检测的存储高效的正则表达式匹配算法研究[D];湖南大学;2010年
6 陆英;基于结构特征的本体匹配算法研究与实现[D];苏州大学;2012年
7 蒋俐赟;基于多步投机的正则表达式匹配算法的研究[D];湖南大学;2011年
8 谢睿;指纹识别系统中图像质量评估与匹配算法的研究及实现[D];电子科技大学;2011年
9 朱炳宇;基于Storm云平台的地图道路匹配算法研究[D];云南大学;2013年
10 张洁坤;时空高效的正则表达式匹配算法研究[D];湖南大学;2010年
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