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基于地球空间信息技术的新型公路勘察设计中的关键问题研究

作　者: 陈楚江
导　师: 李德仁
学　校: 武汉大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 地球空间信息技术高分辨率卫星图像有理函数模型地表变化分析精化似大地水准面公路勘察设计应用研究
分类号: U412.2
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 592次
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内容摘要

中国经济和社会的发展,促进了高速公路的建设和发展。中国的东部及部分中部地区,高速公路的路网已完成。公路建设现正在向中、西部地区延伸。当今公路建设主要集中在崇山峻岭地区,面临的地形条件恶劣,地质条件复杂,大多数地区基础资料空白,公路建设要求的技术含量高、周期短、任务重,并且对土地利用,生态环保提出了更高的要求。公路建设的这些发展形势和特点,给公路建设的前期工作——公路勘察设计带来了新的巨大挑战。近年来,以3S(GPS、RS、GIS)技术为代表的地球空间信息技术取得了突飞猛进的发展,使人们对地球的探测和研究上升到一个全新的境地。3S技术与其它技术融合、渗透、集成,极大的促进了技术进步与经济社会的发展。研究应用地球空间信息技术,在关键技术上进行突破,改进传统的公路勘察设计与模式,才能适应现代公路建设发展的特点,满足当今公路建设的需要,有效地促进公路交通建设跨越式发展和可持续发展。因此,“基于地球空间信息技术的新型公路勘察设计中的关键问题研究”非常及时,很有必要,并且具有重大的现实意义。论文针对当代公路建设的特点,研究了1m高分辨率的Ikonos卫星图像高精度三维测量、地质活跃地区多时相地表变迁分析、工程精化似大地水准面模型等工程建设面临的重大关键技术问题,以及在此基础上形成的现代高新空间信息技术为核心的全新公路勘察设计技术体系。论文的研究成果已成功地应用于世界公路建设的极限地区、我国唯一不通公路的西藏墨脱县的墨脱公路建设项目,改变了我国公路勘察设计模式,实现了公路勘察设计手段与方法的重大突破与创新。论文深入研究了高分辨率Ikonos卫星图像的高精度立体测量的理论与方法。Ikonos是世界上首颗分辨率小于1m的商业卫星。不同于其它遥感卫星图像,Ikonos卫星图像具有可应用的量测精度。Ikonos卫星传感器采用线扫描成像,其立体图像为同轨立体。1m分辨率的Ikonos全色黑白图像等价于1:20,000的航空摄影。出于商家利益及应用的方便,严密的Ikonos传感器模型得不到,商家提供有理函数模型系数(RPC)作为替代。目前,高分辨率Ikonos立体卫星图像空间变换最合适的通用模型是有理函数模型,DLT变换、仿射变换、多项式变换等空间变换均为有理函数模型的不同形式。Ikonos卫星图像的有理函数模型空间变换在两藏墨脱的应用研究表明: (1) 在得不到商家RPC参数时,采用一次有理函数对Ikonos卫星图像进行空间变换,点位精度达到了±0.800m。 (2) 利用商家提供的RPC参数,无控制点时,Ikonos立体图像定位的平面误差在10m左右,高程误差小于10m。 Ikonos卫星图像受轨道误差、姿态角误差、星历误差及坐标基准的影响,图像坐标存在误差。基于商家有理函数系数(RPC),加入附加参数,能够显著提高Ikonos立体卫星图像的定位精度。Ikonos卫星图像的附加参数区域网平差能减少野外控制点的数量。西藏墨脱的应用研究表明: (1) 各景Ikonos卫星图像均存在偏移和飘移误差,且各不相同。起主要作用的还是偏移误差。 (2) 区域内加入一个控制点,可以极大地提高成果的精度:用于加密的控制点位置分布可

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-15
第1章绪论  15-34
  1．1 研究背景和意义  15-18
  1．2 国内外相关研究与应用情况  18-25
    1．2．1 3S(GPS，RS，GIS)技术概况  19-23
    1．2．2 公路勘察设计中的地球空间信息技术  23-25
  1．3 基于地球空间信息技术的新型公路勘察设计体系  25-30
    1．3．1 全新的公路勘察设计体系的形成  25-29
    1．3．2 新型公路勘察设计体系的技术特点  29
    1．3．3 新体系的技术关键  29-30
  1．4 论文主要研究内容  30-31
  1．5 论文的组织结构  31-34
第2章困难地区IKONOS卫星图像高精度立体测量方法  34-87
  2．1 综述  34-36
  2．2 IKONOS图像空间几何  36-43
    2．2．1 IKONOS图像的内方位  36
    2．2．2 IKONOS图像的外方位  36-37
    2．2．3 IKONOS图像的立体图像几何  37-39
    2．2．4 IKONOS图像与航空摄影的比较  39-43
  2．3 IKONOS图像空间变换模型  43-47
    2．3．1 严密传感器模型  43
    2．3．2 DLT变换  43-44
    2．3．3 仿射变换模型  44-46
    2．3．4 多项式变换模型  46
    2．3．5 有理函数模型  46-47
  2．4 IKONOS图像的有理函数模型  47-58
    2．4．1 有理函数  47-48
    2．4．2 有理函数的性质  48-49
    2．4．3 Ikonos图像有理函数模型  49-52
    2．4．4 有理函数系数(RPC)  52-54
    2．4．5 有理函数模型有理系数的计算  54-55
    2．4．6 有理函数模型像方坐标到物方坐标的转换  55-56
    2．4．7 物方坐标的空间变换  56-58
  2．5 IKONOS图像的附加参数区域网平差  58-60
    2．5．1 附加参数  58-59
    2．5．2 附加参数区域网平差模型  59-60
  2．6 实验分析  60-85
    2．6．1 有理函数模型空间变换  61-73
    2．6．2 Ikonos附加参数区域网平差试验  73-85
  2．7 小结  85-87
第3章多源多时相数据的地表变迁分析  87-109
  3．1 综述  87-90
  3．2 引起地表变迁的重大地学现象  90-93
    3．2．1 泥石流  90-91
    3．2．2 滑坡与崩塌  91-92
    3．2．3 雪崩  92-93
    3．2．4 地震  93
  3．3 多源多时相数据的地表变迁分析方法  93-102
    3．3．1 多源多时相数据的配准纠正  93-95
    3．3．2 基于数字高程模型的地形变化分析  95-99
    3．3．3 基于数字正射影像的地表变化分析  99-101
    3．3．4 DEM变化与DOM变化的协同分析  101-102
  3．4 实验分析  102-107
    3．4．1 实验区域  102-103
    3．4．2 试验数据及处理  103-104
    3．4．3 地表变迁分析  104-107
  3．5 小结  107-109
第4章困难地区工程精化似大地水准面模型  109-127
  4．1 综述  109-111
  4．2 高程基准与似大地水准面基准  111-114
    4．2．1 1956年黄海高程基准  111-112
    4．2．2 1985国家高程基准  112
    4．2．3 1954年似大地水准面基准  112
    4．2．4 1980高程异常基准  112-113
    4．2．5 GPS似大地水准面基准  113
    4．2．6 基准的转换  113-114
  4．3 工程精化似大地水准面  114-122
    4．3．1 确定似大地水准面的方法  114-116
    4．3．2 对工程精化似大地水准面的理解  116-120
    4．3．3 西藏墨脱地区1'×1’工程精化似大地水准面模型  120-122
  4．4 实验分析  122-126
    4．4．1 实验区域  122-123
    4．4．2 采用的数据  123
    4．4．3 工程精化似大地水准面模型  123-126
  4．5 小结  126-127
第5章基于地球空间信息技术的新型公路勘察设计体系的应用  127-145
  5．1 应用研究项目概述  127-130
  5．2 主要研究成果  130-142
    5．2．1 Ikonos卫星图像高精度三维测量  130-132
    5．2．2 多时相地表空间变迁分析  132-134
    5．2．3 高精度平面与高程整体空间定位  134-136
    5．2．4 多级工程地质遥感勘察  136-139
    5．2．5 地球空间信息技术与公路CAD的集成  139-142
  5．3 技术经济分析  142-144
  5．4 小结  144-145
第6章结论与展望  145-148
参考文献  148-160
攻博期间取得的主要学术成果  160-167
  发表的论文  160-161
  编写的论著  161
  参加学术活动情况  161
  获奖情况  161
  主持的科研项目及鉴定意见  161-167
致谢  167-168

基于地球空间信息技术的新型公路勘察设计中的关键问题研究

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