基于单镜头无人机倾斜摄影的建筑物三维模型构建

针对倾斜摄影技术实际应用中存在诸多限制问题,提出了一种利用单镜头无人机对建筑物进行多角度拍摄,快速建立建筑物三维实景模型的方法。通过设计折线型航线影像采集方法和环绕型航线影像采集方法,使用单镜头无人机模拟获取建筑物倾斜影像,建立建筑物三维实景模型。从模型的平面精度、高度精度以及线段长度精度三方面进行分析比较可知,基于单镜头无人机在不同航摄方案下建立的三维景观模型满足三维地理信息模型数据产品的规范;在本次研究中,折线型航线方案所构建的模型较为精确。     

利用无人机倾斜摄影点云的建筑单体化提取

针对倾斜摄影密集匹配点云难以支撑建筑三维应用开展的问题,提出了一种利用投影点密度和八叉树叶节点连通性聚类的倾斜摄影点云建筑单体化提取方法。该方法充分利用无人机倾斜摄影点云建筑物丰富的立面特征,在不同空间目标特征分析的基础上,依据投影点密度进行建筑物立面识别,引入八叉树叶节点连通性聚类方法对提取的建筑物立面进行进一步分割,从而实现无人机倾斜摄影点云建筑物立面的单体化提取。对实测数据进行验证,结果表明该方法能取得较好的效果,可为基于密集匹配点云的建筑物单体化提取提供借鉴。     

面向复杂体型建筑物的无人机倾斜摄影航线规划研究

为解决复杂体型建筑物存在拍摄盲区较多、影像采集分辨率差异较大而导致建模效果差的问题,本文提出一种无人机立体环绕式摄影与精细化建模方法.选用单镜头小型多旋翼无人机,根据复杂建筑物外观形态,设计出立体环绕式的影像采集航线,再将获取影像导入Context Capture软件进行分析和处理并完成模型建立,最后针对三维模型存在纹理缺失及模糊拉花等问题,使用DP-Modeler和3ds Max对模型进行联动修饰.以某公园内两相邻建筑物为研究对象,分别采用本文方法与传统无人机倾斜摄影方法,从建模效率、模型精度和纹理细节3方面进行对比实验.结果表明,本文方法具有建模效率高、精度高和纹理丰富的优点,提升了复杂体型建筑物建模的质量和效率,联动修饰解决了影像采集过程中信息缺失的问题,可以显著提升模型细节质量.     

倾斜摄影三维建模的环绕航摄参数优化

针对消费级无人机采用传统航带式影像采集进行倾斜摄影测量效率低以及精细度不够的问题,提出采用环绕式航摄采集像片进行倾斜摄影三维建模。采用正交试验法对环绕航摄所涉及的参数进行优化研究,创建满足1∶500精度要求的非大高差场地的实景三维模型,得到兼顾建模效率和模型精细度的最优参数组合。基于航带式航摄(五架次)与环绕航摄的对比实验结果表明,采用最优参数组合的环绕航摄倾斜摄影三维建模既能保证建模精度又能极大提高建模效率和模型精细度,可应用于非大高差场地实景建模,促进城市信息模型基础平台的建设。     

基于无人机倾斜摄影的嘉兴老城区住宅识别

为了应对老城区房屋数据信息不足、获取不便的问题,提出利用无人机（UAV）倾斜摄影测量技术实现老城区住宅自动识别的方法. 根据老城区典型多层住宅的外立面特征,确定出阳台构造、立面朝向和房屋长宽比3个参数控制的住宅判别标准. 通过无人机摄影测量获取嘉兴研究区的密集匹配点云、数字正射影像（DOM）和数字表面模型（DSM）数据. 融合DOM及DSM数据提取单体建筑轮廓,分割出单体房屋点云. 基于RANSAC算法提取房屋立面点云并确定立面朝向,根据立面的点云空间分布判断立面长度及阳台构造. 试验表明,在研究区应用该方法识别典型住宅的准确率可以达到90%.     

基于单影像视觉的建筑物三维重建

研究了以航空遥感影像为基础的单影像建筑物三维重建的方法.由于航空遥感影像近似竖直摄影的特性,倾斜角非常小,几乎接近于零,而且内方位元素已知.本文的方法是在没有地面控制点的情况下,通过自动或者人工获取的建筑物角点的像平面坐标,利用内方位元素和地面建筑物的长度等相对控制条件,直接用共线方程和平行线条件,在局部坐标系中同时求解影像的外方位元素与建筑物的宽度和高度.从而获得建筑物的外形轮廓并实现建筑物的三维重建.实验证明,从单影像上提取和重建建筑物,在没有该地区的立体影像时,或者没有地面控制的情况下,对于无遮挡的、呈规则几何形状的建筑物是一种比较简单实用的三维重建途径.     

无人机网络的覆盖及切换性能研究

无人机网络具有按需部署、灵活机动等优势,但传统陆地蜂窝网络的分析方法不再适用.为此,考虑了两层无人机网络中地面用户的移动性,推导了系统覆盖概率、传输速率、边界的长度强度以及用户最大移动速度约束等网络关键性能指标的解析表达式,探究了无人机部署的密度、高度、地面用户移动速度对无人机网络覆盖及切换性能的影响.理论及仿真结果表明,自适应地调整无人机部署的密度和高度能有效提升无人机网络的覆盖及切换性能.     

基于马尔科夫随机场的三维激光雷达路面实时分割

针对多类型场景下三维激光雷达地面高准确性实时提取问题,提出一种基于马尔科夫随机场的路面分割算法.算法对三维点云进行滤波和位姿修正,采用基于最大模糊线段法对每条激光雷达扫描线在x-y平面上的投影进行分割,使用角点检测准确定位每条线段端点.利用原始雷达数据结构信息,建立以线段为节点的无向图马尔科夫随机场,通过分析线段长度、相邻线段间的距离、梯度以及垂直高度差等特征,构建能量方程,用图分割的方法求出最优解,并将线段标记为2类:地面区域和障碍区域.分别在城市平坦路面和乡村起伏道路场景下进行实验,结果表明:与现有算法相比,本算法地面提取准确率更高,在颠簸的乡村道路区域具有更高的稳定性.     

A2G场景下三维宽带非平稳信道建模与分析

提出了一种基于三维几何的适用于宽带非平稳多输入多输出空对地（A2G）信道的随机模型.该模型使用单个同心圆柱模拟地面端散射体分布情况,将非视距分量进一步细分为一次散射分量和地面反射分量.引入时变的角度和时变的速度来模拟无人机到地信道的非平稳性.推导了空-时-频相关函数和空间多普勒功率谱密度函数.此外,还分析了包络电平交叉率和平均衰落持续时间等统计特性.结果表明,无人机的飞行方向、高度、仰角等参数对信道统计特性和非平稳性有重要影响.仿真值与实测数据的较高逼近程度表明所提信道模型的正确性和适用性.     

可分离式立体侦察机器人运动建模与仿真

针对陆空两栖侦察机器人侦察灵活性与姿态角估计准确性不足的问题,设计一种改进的可分离式立体侦察机器人。通过牛顿-欧拉法建立机器人姿态角解算模型,描述其横滚角、俯仰角和偏航角3种飞行姿态角。根据模型建立系统状态方程和观测方程,采用不敏卡尔曼滤波算法,进行姿态角解算,得到飞行姿态角最优估计值。对比仿真结果表明,不敏卡尔曼滤波算法比扩展卡尔曼滤波算法姿态角估计精度更高、实时性更强。实物性能测试结果表明,改进的机器人在空中飞行和地面运动性能表现良好,灵活性高。     

基于伪谱法的小型超音速无人机轨迹优化

为了提高小型超音速无人机的经济性能,针对配备加力燃烧室导致设计复杂、油耗过大的问题,提出小型无加力燃烧室的超音速无人机. 利用马赫俯冲机动突破音障,基于hp自适应伪谱法的最优控制轨迹规划方法,求解达到超音速巡航飞行的最小油耗和最小时间2种轨迹最优化问题. 该方法将控制与状态变量离散化,结合无人机飞行的物理过程,将多约束最优控制问题转化为非线性规划问题. 将本文与传统飞行方案所得的结果进行比较,分析重要设计参数对最优轨迹的影响. 仿真结果表明,利用该方法能够有效地规划出无人机从高亚音速到超音速飞行过程中的可行轨迹,得到的最小油耗、最小爬升时间均优于传统飞行方案,最小油耗降低约11%,最小爬升时间降低约46%.     

射流器空气—水混合ANSYS模拟及喉管优化

本文根据气液两相流动的双流体模型.用ANSYS软件模拟了射流器内空气-水的混合过程,得到了喉管内流场的参数分布,揭示了利用射流器进行空气-水混合的工作机理,为射流器结构参数优化设计和性能预测提供了有效手段.分析了最优喉管长度与面积比的关系,结果表明:最优喉管长度随着面积比的变化而变化,同时得出最优喉管长度Lopt与喉管直径d1的关系.当面积比m=2.25-3.61时,射流器的最佳喉管长度Lopt=6.47～6.57d1.     

基于多源点云数据融合的单木树形重建

基于Smart3D 软件、Maptek 软件分别对无人机倾斜影像和地面三维激光点云数据进行融合处理及树木三维建模。通过点云配准、点云降噪以及坐标纠正等一系列处理, 实现了空-地多源点云数据融合技术的树木三维模型重建。基于树木三维重建模型量算的树高、胸径、胸高断面积等几何参数与地面实测的树木参数精度高达99. 7%、97. 8%和94. 1%, 说明基于不同来源的点云数据的树木三维树型重建可以为森林或城市绿地调查提供准确高效的技术途径, 具有广阔的应用前景。     

自动铺放红外热源方程的建立与试验验证

为了指导自动铺放红外热源的设计,分析红外热源灯罩间接辐射和灯管直接辐射的热流分布.通过引入角系数密度,考虑红外灯长度与安装高度、灯罩各面宽度与角度及灯管辐射功率与安装位置等设计参数,建立参数化的热源方程.采用有限元和试验相结合的方法,分析红外灯动态和静态加热过程,所测定被加热表面的温度仿真结果与试验结果吻合良好,验证了该红外热源方程的有效性.利用该热源方程,研究红外灯参数对辐射热流的影响.结果表明,当红外灯顶面高度从0.10 m降低到0.06 m时,有效辐射强度升高1.5倍,均匀度降低31.08%;将灯罩侧面角度设计为60°~75°,适当减小灯罩顶面宽度,可以提高红外灯的有效辐射强度和均匀度.     

基于RIS-UAV协作的车载通信系统安全传输研究

针对城市复杂的交通环境导致车载通网络信息传输安全性低、数据速率缓慢以及地面中继受限等问题,提出一种可重构智能表面(RIS)辅助无人机(UAV)中继协作的车载通信系统安全传输方案。该方案首先根据系统平均传输速率最大化来设计无人机轨迹优化问题。接着,通过引入松弛变量的序列凸规划交替迭代算法解决无人机轨迹的非凸问题,得到平均速率最大化的UAV飞行轨迹。最后,通过适当调整RIS与窃听用户之间的位置来降低窃听信道容量,改善无线传输环境。数值分析表明,优化无人机轨迹,可以得到最优平均传输速率。在RIS技术辅助下通过合理设置参数,该传输方案能有效提高通信系统的传输速率,同时也能保证安全性能。     

拖缆长度对筒基平台气浮拖航影响的试验研究

以筒型基础平台为对象,在拖航速度、系拖点以及吃水深度一定的条件下,对不同拖缆长度的拖航组合,采用1:20的模型进行顺浪和逆浪下的拖航试验.通过测定各试验组合拖航过程中平台运动加速度、筒内气压力、筒底水压力以及拖缆力变化,分析得到拖缆长度对筒型基础平台顺浪与逆浪拖航时基本力学参数的影响,进而得出其对平台航向稳定性的影响.分析结果表明,与顺浪拖航相比,逆浪拖航时拖缆长度对平台横荡运动影响较大;合理的拖缆长度有利于缓解拖车与筒型基础平台运动不协调而产生的冲击张力,有利于缓解偏荡;但当拖航长度过大,其纵荡、横荡及垂荡幅度加大,直线航行能力越差,拖航操纵困难.对于该筒型基础平台,在顺浪和逆浪拖航中,拖缆长度为48 m(即3.2倍的平台宽度),平台的拖航稳性和耐波性均最高.     

无人机遥感3D 建模在露天矿山环境综合治理勘查设计中的应用

为了能够准确高效地提高露天矿山环境综合治理勘查设计效率, 解决常规勘查设计中高陡掌子面、 渣堆、 采坑等测量误差大的问题, 提出了一种基于无人机遥感3D 建模技术的勘查设计新方法。通过地面像控点结合无人机低空航拍矿山全貌, 获取带GPS 数据的全貌照片。在三维影像建模软件中生成基于三维点云模型的DOM、 DEM 等一系列成果后, 将其导入到GIS 和三维建模软件中。运用GIS 的分析功能生成地形图、 地形剖面图、 坡度图、 坡向图、 挖填方、 视域图等一系列成果, 并将其应用到勘查设计中, 可以大幅提高勘查设计精度和工作效率, 丰富勘查设计成果。实现露天矿山综合治理的精细化设计, 用工程可视化方法实现了工程设计由二维向三维的转变。通过A 露天矿山的实际应用详细地介绍了该方法和主要技术成果, 验证了其可靠性, 但受无人机相机和飞行姿态等问题影响, 该方法有待进一步研究。     

基于无人机航拍序列的建筑三维模型重建

近年来,随着计算机技术的快速发展和装备高清相机的四旋翼无人机的普及,基于被动视觉法的建筑物三维重建逐渐成为计算机视觉和图形学领域的热点。然而,现有的被动视觉法针对建筑建模时存在耗时长、局部细节重建效果差等问题。针对这些不足,提出一种基于无人机航拍序列的建筑三维模型重建方法。首先,利用运动恢复结构的方法,对无人机针对目标建筑航拍采集的照片序列恢复建筑周边场景的稀疏点云;同时,采用RANSAC方法,提取地面和建筑立面;进而对点云进行聚类,以提取出构成建筑的稀疏点云,再依据建筑稀疏点云得到建筑的柱状模型;最后,对该模型进行平整化处理,得到保持建筑顶部轮廓细节的三维模型。实验结果表明,利用所提方法可以快速得到建筑的三维模型,同时能较好地保持建筑顶部的轮廓细节。     

高空微型飞行器滑翔轨迹特性优化研究

基于滑翔式微型飞行器(micro gliding air vehicle,MGAV)的布局、投射及飞行特点,分析并优化其在不同任务需求下的一般轨迹特性。首先,概述了此种MGAV的设计过程及总体参数;接着,基于一般意义的飞行器平面运动模型,推导出平衡滑翔初始投射条件,并结合实际投射装置参数推导真实初始投射条件。进一步分别比较了在这两种投射条件下的无约束最远射程轨迹特性,真实滑翔比平衡滑翔在射程上减少约5 km。然后,分析了此种飞行器可能存在的任务需求,采用高斯伪谱法得到在过程约束及终端约束下最长滑翔时间及保证滑翔时间及滑翔距离同时最长2种目标函数下的最优滑翔轨迹。第一种目标下,优化后航时和无控滑翔相比可提高约8 min,但是和理论最远射程136 km相比缩短20 km。第二种目标下,在最远射程维持不变的同时可使航时提高约2 min。最后,将优化轨迹的控制变量带入到动力学方程积分进行可行性验证。研究结果表明,基于高斯伪谱法的轨迹分析是一种高效可行的轨迹优化策略。     

关于定数截尾失效率参数比的最优置信区间(Ⅰ) --存在性、算法及应用

设X,Y独立且分别服从指数分布f1(x,λ1),f2(x,λ2),在可靠性工程中,X,Y常用来描述系统(元件)的寿命,λ表示系统的失效率。失效率参数比的置信区间可用来判定两种产品平均失效率的差异,因此,对参数比做出尽可能可靠和精确的区间估计是非常重要的。这必须考虑其可靠度和精度,衡量精度的指标是其长度,置信区间的长度愈小愈好。引入了“具有一致最小平均长度性质的置信区间”(最优置信区间)的概念,从直观上刻画了最优置信区间的精度,研究了定数截尾失效率参数比具有一致最小平均长度的区间估计,最优置信区间存在性及其计算方法,并给出了应用实例。