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面向地形辅助导航的地形信息分析

刘鹰1,张继贤o,柳健1

(1华中理工大学电信系图像教研室,武汉430074)　(o中国测绘科学研究院　100039)

摘要:对地形D EM(数字高程模型)数据中所含信息的多少及信息的可利用程度进行了分析,地形信息的分析结果可作为地形辅助导航和飞行路线选择的参考依据。

关键词:惯性导航系统;地形轮廓线匹配;地形高程模型

中图分类号:P20 文章标识码:A 文章编号:1000-3177(2000)58-0021-03

1　引　言

在飞行过程中,一般需要利用地形辅助导航系统来纠正INS(惯性导航系统)所积累的导航定位误差,TERCOM(地形轮廓线匹配)是其中一种比较典型的辅助导航系统。它的工作原理说明,飞行器位置的确定是利用实测的地形高程剖面与根据INS位置信息和地形高程数据库计算所得的地形高程剖面,按一定的算法作相关分析,所得的相关极值点对应的位置就是飞行器的当前位置。然而,由匹配计算理论及飞行实验我们知道,整块平坦地区的误匹配概率要比有一定起伏地区的误匹配概率高。因此在航迹规划时,我们要让航迹尽量避开那些连续的平坦区域,而选择具有一定起伏的区域,在这里,我们称前者的信息量少,而后者则相反。但是,在进行地形的匹配搜索运算时,考虑到不同地形块之间的相似性,因此尽管有些地形的信息量较大,但由于相关性太大而导致可利用的程度不高,所以要对地形进行相关程度的分析。用以上分析的结果来指导航迹的选择,进行飞行任务的合理规划。

2　地形信息的分析

2.1　地形特征参数的选择

地形信息的分析作为地形分析的一部分,是通过研究与地形辅助导航密切相关的地形特征因素及各因素的贡献,从而为地形信息分析提供实验和理论依据。理论上来说,一旦地形的高程值给定之后,有关地形的信息就已经完全得到了。因此,根据回归分析法研究常用特征参数之间的关系,我们选取以下7项特征参数作为地形分析的主要度量指标:

1分形维数;

o地形标准差;

?X,Y方向相关长度;

?X,Y方向块相似度;

?粗糙度;

?斜率均方差;

?频域收敛度。

这7个特征参数基本上可以反映出地形的主要情况。因此,我们就可以根据这几个参数来衡量地形的信息量大小。

2.2　地形的类型初判

在对某块地形作直观描述时,我们常用到“平原、丘陵、高山”等字眼,这些词粗略地反映了地形的概貌。用数学方法和语言来描述,就是反映地形数据的平均高程值大小和标准差的大小。例如,我们平时称为“平原”的地区,其对应的高程值和标准差值都比较小。为了对地形的类型作进一步较精确的分类,我们在此还引入了地形的另一特征参数地形的自相似系数H。

H和地形分形维数D之间的关系是:

D=3-H(1)由分形理论分析可知,H参数反映了地形微起伏的复杂程度或表面的破碎程度,是对地形复杂情况的一种抽象和概括,也直接影响地形的匹配概率和匹配精度。H值越大,则地形表面越简单,信息量较小;H值越小,则地形的表面越复杂,信息量相对来说较大。根据经验值取分形门限H为:

0.7～1.0:信息贫乏区

0.3～0.7:可匹配区

0.0～0.3:地形危险区

作者简介:刘鹰,男,(1975～)华中理工大学电信系信息与信号处理专业硕士研究生,主要研究方向为图像处理,模式识别和信号处理。

我们知道,均方差的大小反映了地形的宏观起伏程度,均值则表示了地形平均高度的大小。然而,单独的均方差或均值参数对地形的类型描述意义不是很大,从而我们想到利用两者的组合参数作为衡量地形起伏的指标,即:

Ris =Var

M ean =

EX 2

+(EX )

(2)

其中,Var 代表了地形的标准均方差,M ean (EX )代表了地形的平均高度。参数Ris 的值越大,反映地形的相对起伏度越大。由上述的讨论,我

们对地形信息进行描述分析时,采取了如下的判决步骤:

1按式(2)计算整块地形的Ris 值;

o将整个区域内地形数据按照一定尺寸(如8×8)进行分块,根据式(1)计算每块地形的局部自相似系数值,并把自相似系数值归入到0-0.3、0.3-0.7、0.7-1.0三个区间中进行累加;

?对所有的分块都进行H 值的运算,可分别得到各区间类型的总数。计算出三个区间各自所占的比例并用百分比表示,百分比最大的那项代表的即是地形的复杂类型,结合R is 的值将地形分为平坦平滑区、平坦粗糙区、起伏平滑区和起伏粗糙区四种。

分类方法如图1

所示。

图1　地形类型判决方案框图

2.3　地形起伏度分析

在进行地形分析时我们比较关心地形的起伏度信息,因为一定的起伏特征使得地形的可匹配性较

强,所以,地形的起伏度信息可作为飞行路线选择的一个重要指标。

DEM 数据记录的是地形的高程信息,即以一间隔对地面高度采样。高程值的变化反映了地形的起伏信息,实际操作上也可以直接求取相邻点的高度差来反映起伏。在实验中,我们为分析地形的局部起伏信息,采用了一种新的方法处理DEM 数据。步骤如下:

1对地形选择一定大小(每边大于3)的分析窗口,给这个窗口范围内的DEM 数据套上3×3的分析窗口;

o模板中心的像素依次同邻近的八个像素进行相减,并取8个差值的最大值D max 作为中心点位置的新数值;

?在这个窗口里计算出所有差值之后,利用排序法找出它们的最大和最小值(F max 和F min )并将所有数值归一化入这个最大和最小值之间,转换公式见(式3)。

C i ,j =(

D max i ,j -F min )/(F max -F min )

(3)

据此得到的新地形图显示的正是原图里的起伏

信息。

DEM 数据灰度图地形起伏度图

图2　地形的起伏度特性分析

上图中,灰度较大的地方表示地形起伏的程度

比较大,一般说来,其对应的可利用程度也高一些,从而可以为飞行路线的选择提供参考依据。

2.4　地形相关度分析

地形的相关度是地形特性的一个重要部分。由T ERCOM 等辅助导航系统理论已知道,每隔一段时间,飞行器记录它正经过的一条地形带的高程值,然后和数字地图数据库中的高程信息进行匹配来校正飞行的位置和方向。因此,地形相关度的大小直接影响到地形的匹配概率和匹配精度。如果地形的相

关程度较大,即地形匹配区有相似的地形剖面,在搜索匹配位置时会引起地形的误匹配。

相关度分析包括了点、线、带相关分析。由于辅助导航系统在匹配时采用的是实时所测条带地形的信息,因此在实验中主要对地形作了带相关分析。带相关系数过大的地形不适合做飞行导航区。

算法实现的主要步骤是:

1选取带相关分析参数,包括X 、Y 方向的带宽和重叠宽度;

o计算带协方差矩阵C B,矩阵中的元素C B(i K, j L)由(式4)求得;

?对协方差矩阵按(式5)进行标准化;

?标准化处理后的即是地形的带相关矩阵,其中的每一个元素的值(介于0和1之间)代表的是地形两条带之间的相关度的大小,由此可计算块相似度和带相关长度。

其中,带相关长度的大小表明了地形相关性的大小和范围,显然,相关长度过大的地形将不利于进行地形匹配。

C B(i k,j l)≈

W?N

2M-1

m=0

2W-1

n=0

[T i

(m,n)-

m T(i k)][T i

(m,n)-m T(i l)](4)

分析带均值m T(i k)=

W?N

2M-1

m=0

2W-1

n=0

T i

(m,n)

R B(i k,j l)=

C B(i k,j l)

D B(i k)?D B(i l)

(5)

分析带方差D B(i k)=

W?N

m=0

n=0

[h i

(m,n)-m h(i k)]2

根据以上的分析,我们得到了地形在X和Y方向的两个带相关矩阵,所有的相关系数都将处于0到1之间。为可视化表达,将它们转化到0～255间再做显示。另外,若将两个方向上的带相关矩阵元素分别累加,若Y方向上的相关矩阵累加值较大,在飞行路线选择时就应让飞行器从地块的X方向进入该地区,并基本上保持此方向飞行以减小相关度的影响。

此外,还可以由相关度矩阵来求地形的块相似度S B

S B=

?T-1???T-2?2

T-2

k=1

k+2

R B(i k,i l)(6)该参数是地形相关程度在带分析上的一个整体反映,块相似度大的地形,将不利于进行地形匹配。因此在航迹规划时,需要对地形作相似度分析以保证路线的合理性。

3　结　论

本文论述了通过选取适当的参数来描述数字高程模型(DEM)中所含的信息状况,从而为航迹规划提供较为可信的参考依据。如前所述,对地形的类型初判可以使我们对地形有个形像的认识;通过分析地形的起伏度可以为飞行路线的确定增加一个判决的参考;利用相关程度分析来去除那些地形信息中可利用程度不高的数据。

在此之前的常规分析中,地形的各项信息已被算出并存入了地理信息数据库中。理论上说来,相关程度比较大的位置应该予以避开,因为它们尽管所含的信息量较大,但是可利用程度不高,这些位置应在航迹规划中进行标明。如果这种位置点无法避免,我们可以在这些地点采用其他更加准确可靠的匹配方法(如作影像匹配法)来保证导航的精度,从而可以避免航迹中因地形相关性太强和信息量过少产生的飞行误导现象。同样,地形信息的可利用程度也可根据其相关度的大小用数值的形式表示出来并存入地理信息数据库中。

参考文献

1Baker W R et al.T errain Contour M atching(T ERCOM)Pr imer.A SD-T R-77-61,AU G.1977(A D-B021328)

2张继贤.面向地形辅助导航的地理数据分析与处理.博士后研究报告

3中国科学院数学研究所.回归分析法.科学出版社

阿丽亚娜5型火箭将射世界最大卫星

阿丽亚娜空间公司日前宣布,被称为“太空货轮”的阿丽亚娜5型火箭将于2002年年底以前为加拿大发射一颗迄今为止世界上最大的卫星。

据悉,加拿大通信卫星公司的这颗特大卫星5.9吨,名为ANIK-F2,将由美国休斯空间通信公司在加利福尼亚的埃尔塞贡多制造,任务是在发射后的15年里负责北美洲地区的各项通讯数据传输。

阿丽亚娜5型火箭是目前欧洲生产的最大火箭,可将6.8吨有效载荷送入距地面3.6万km的地球同步轨道。此前,它已成功进行了两次商业发射。

水下机器人地形辅助导航(英文)

Advanced Robotics,Vol.15,No.5,pp.533–549(2001) óVSP and Robotics Society of Japan2001. Full paper Towards terrain-aided navigation for underwater robotics STEFAN WILLIAMS¤,GAMINI DISSANA YAKE and HUGH DURRANT-WHYTE Australian Centre for Field Robotics,Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, University of Sydney,NSW2006,Australia Received27July2000;accepted19November2000 Abstract—This paper describes an approach to autonomous navigation for an undersea vehicle that uses information from a scanning sonar to generate navigation estimates based on a simultaneous localization and mapping algorithm.Development of low-speed platform models for vehicle control and the theoretical and practical details of mapping and position estimation using sonar are provided. An implementation of these techniques on a small submersible vehicle‘Oberon’are presented. Keywords:Terrain-aided navigation;localization;mapping;uncertainty;autonomous underwater vehicle. 1.INTRODUCTION Current work on undersea vehicles at the Australian Centre for Field Robotics concentrates on the development of terrain-aided navigation techniques,sensor fusion and vehicle control architectures for real-time platform control.Position and attitude estimation algorithms that use information from scanning sonar to complement a vehicle dynamic model and unobservable environmental disturbances are invaluable in the subsea environment.Key elements of the current research work include the development of sonar feature models,the tracking and use of these models in mapping and position estimation,and the development of low-speed platform models for vehicle control. While many land-based robots use GPS or maps of the environment to provide accurate position updates for navigation,a robot operating underwater does not typically have access to this type of information.In underwater scienti c missions, a priori maps are seldom available and other methods for localisation must be considered.Many underwater robotic systems rely on xed acoustic transponders that are surveyed into the robot’s work area[1].These transponders are then ¤To whom correspondence should be addressed.E-mail:stefanw@https://www.wendangku.net/doc/3b14413808.html,.au

望洋岗地形地质图

望洋岗地形地质图比例尺1：50000 一、地形分析图区最高点为南西方向图区边缘，高程1200米左右。次高点为图区中部望洋岗山顶及其东北方向至图区边缘，高程900米左右。最低点位于正西边缘高程400米左右。区内相对高差800米左右。区内发育北东—南西向山脉一条，自南西向北东方向高程递降。山脉自峰顶分别向北西和南东方向下降形成山坡，北西坡陡，南东坡缓。望洋岗的南西侧与北东侧个各发育一个鞍部，沿鞍部顺坡均发育有冲沟。区内无人烟，无道路，交通不便。二、地层出露及岩性情况图区出露的地层为6个时代6个小层。分别为，石炭系（C）页岩、泥灰岩和灰岩；二叠系（P）砂岩和灰岩；三叠系（T）石灰岩；白垩系（K）砂砾岩和页岩；古近系（E）砾岩和砂岩；新近系（N）粉砂岩和页岩。三、地层接触关系根据地形等高线与地层界线的交切关系判定白垩系（K）、古近系(E)及新近系(N)地层为一套倾斜岩层；三叠系(T)—石炭系(C)地层,与上覆白垩系（K）、古近系(E)及新近系(N)地层相交截，且地层产状不一致，在三叠系(T)与白垩系（K）地层之间缺失侏罗系(J)地层。因此，形成了上、下两套地层之间的“角度不整合”接触关系。

四、构造形态据分析可知，上覆盖层（N－K）为倾斜地层，产状70°∠15°？，下伏地层（T－C）为一向斜构造。向斜位于望洋岗北西侧，自南西边缘—北东方向延伸于北边缘中部掩没于上覆盖层之下，延伸长度6500米左右，枢纽水平，据二叠系（P）地层在两翼露头宽度可知，北西翼缓，南东翼陡，核部地层为三叠系(T)，翼部由二叠系(P)—石炭系(C)地层组成。褶皱形成于三叠系（T）之后—白垩系（K）之前。区内自北西—南东方向发育断层一条，延伸长度9750米左右，产状40°∠35°？，错断了区内除新近系之外的全部地层，其性质为横向逆断层？，其北东盘为上升盘。从其下伏地层测算，铅直地层断距200米？左右，水平地层断距400米？左右，地层断距257.12米？左右（400*sin40°）。断层形成于古近系（E）之后，新近系（N）之前。五、地质演化史分析海西运动中期石炭系，此区为滨海平原逐渐海进形成浅海古地理环境，沉积形成了一套页岩－泥灰岩－灰岩的海进序列岩石；海西运动后期二叠系，此区发生小幅地壳震荡，地壳先升后降，自浅海灰岩－滨海砂页岩海退序列岩石沉积。印支运动使该区地壳下沉，海水大面积侵入，形成了一套广泛的浅海石灰岩沉积岩层（三叠系灰岩）。印支运动后期，地壳上升，海水退出，该区遭受长期风化剥蚀，从而缺失了侏罗系全套地层，并且受来自北西－南东方向的水平挤压力作用，岩层隆起形成褶皱。

水库水下地形测量中GPS结合测深仪应用

水库水下地形测量中GPS结合测深仪应用摘要：随着GPS技术的不断发展，RTK技术的出现和计算机技术的飞速发展，平面定位技术实现了高精度、自动化、数字化和实时化。随着探测技术的数字化和自动化，为水下地形测量数字化、自动化和水利测量提供了基础，为测绘提供了先进的手段。文章介绍GPS结合测深仪在水下地形测量中的实际应用、测深设备的基本工作原理，以及在测量过程中会遇到的问题及处理方法。关键词：水下地形测量；GPS；测深仪 0引言水下地形测量在许多工程建设项目上有着重要的作用，它可以为桥梁、码头、水库、港口等工程建设项目提供必要的基础数据，是现代水利工程中的一项重要工程技术。由于传统水下测量模式存在着诸多弊端，譬如测量难度大、数据不精确、不能反映真实水下地形等问题。现代的“GPS+数据处理软件+测深仪”的测量模式逐步取代传统的测量模式。 1控制测量水下地形测量应与地面上的国家控制点或高级控制点构成统一整体，只在需求的情况下单独建立水下地形测量的高程和平面控制。 2水下地形测量 2.1数字测深仪的工作原理数字测深仪是利用声波的传导特性，实现水下地形测量的仪器。数字测深仪的原理是通过振荡器发出超声波后遇到障碍物，再通过接收器接收反射回的声波，通过时间差t，求出距离D=Ct/2，C为超声波波速。 2.2水下地形测量系统组成水下地形测量利用GPSRTK和数字测深仪、计算机联合使用作业。作业人员应在测量前将测区的范围图导入计算机，按规范要求在测量前设计好测线，测量时应按照测线进行测量活动。利用RTK的定位定向功能指导船只航行。利用计算机的测深软件实时观测船只的航向、航速、船只的平面坐标、水深及RTK的解状态。声波在水中传播速度受到水温、水深、水的盐度等因素的影响，因此要进行相关参数的修改，同时可以利用声抛仪辅助修改相关参数，用以获得准确的测深数据。 2.3水下地形测量工作原理用测深仪专用连接杆连接测深仪与RTK，再将连接好的连接杆安装在船只上，将测深仪没入水下，连接杆要始终保持垂直于水面，并保持连接杆与船只的相对位置不变，RTK可以实时的获得平面坐标与高程坐标，由RTK所获得的高程减去RTK距水面的高度。同时船只有一定程度的摇晃及水流的波动，因此，此时所获得的水面高程仅为参考值。所以要求我们在工作时选择较大型的船只，同时注意保持航速，航速不宜过快，保证数据的准确性。 2.4水下地形测量具体过程实际工作中三人即可完成操作，由一人驾驶船只，船只要按既定航线行驶，同时保持船只行驶速度，速度不宜快。一人利用电脑操作GPS接收机和测深仪，实时观测数据及解状态，另一人利用声抛仪每隔一段距离测量一次声速，用以进行声速改正，如发现问题，及时处理。 2.5设备的安装所选用的船只尽量选择大而稳的。测深仪的换能器要尽量远离船只的发动机、

《构造地质学》地质读图例题(精选)

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机载增强的全球定位系统(GPS)机载辅助导航传感器

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【CN209485376U】共享单车安全导航辅助装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920526696.X (22)申请日 2019.04.18 (73)专利权人吉林大学地址 130012 吉林省长春市前进大街2699 号 (72)发明人王楠　张峻伟　吉林杰　张茜　陈秋昀　庞礼健　杜瑞　刘建业　刘涵　 (74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司 22201 代理人朱世林　张晶 (51)Int.Cl. G01C 21/36(2006.01) G01C 21/26(2006.01) B62J 3/00(2006.01) B62J 6/00(2006.01) (54)实用新型名称共享单车安全导航辅助装置(57)摘要本实用新型属于车辆导航技术领域，涉及一种震动与灯光辅助骑行的导航装置。包括智能把手和智能灯环，智能把手设置于共享单车两侧的把手处，以代替原有把手位置；所述智能灯环设置于共享单车的车头上；智能把手8包括LED灯A、震动马达、主芯片A和锂电池A；主芯片A与LED灯A、震动马达相连接，以发送控制信号；智能灯环由LED灯B、主芯片B、锂电池B、蓝牙模块、显示屏组成；蓝牙模块与主芯片B相连接，以接收第三方App导航软件的导航数据；主芯片B与显示屏和LED灯B相连接，以发送控制信号。有效解决骑行者骑单车时使用手机导航不方便的问题，也不再需要单独设计新的导航系统，节约开发成本，市场上已有的手机导航APP能够继续被用户使用。权利要求书1页说明书4页附图3页CN 209485376 U 2019.10.11 C N 209485376 U

水下辅助导航综述

水下辅助导航综述文章介绍了水下辅助导航系统的研究现状；分析了目前常用的水下辅助导航算法，尤其对水下地形辅助导航进行了比较深入的分析，它是目前广泛使用的水下导航技术，随着水下机器人的发展，水下地形辅助导航必将越来越收到研究者的关注，文中也分析了未来地形辅助导航的研究热点。标签：水下导航；地形辅助导航；综述 1 概述当今空中和陆上的导航系统十分依赖于GPS，它能够提供大范围的精确且连续的位置信息。因此GPS广泛应用于各种移动平台上，包括飞行器、地面车等机器人系统中。尽管如此，但还是在一些特殊的环境，GPS不能使用，必须要考虑其它的导航手段。这类环境包括：水下、太空、地底、室内以及其它GPS接收机受限的环境中（比如：战时受屏蔽区域）。尤其在水中，GPS等电磁传感器无法使用，必须考虑其他的辅助导航定位手段。目前在水下有多种类型的导航定位手段，包括声学，光学，地磁以及地形等方法。随着海洋资源受到各国的极大关注，海上冲突不断，临海更过纷纷投入水下机器人装备的开发。水下导航是水下机器人的关键组成，由于水下特殊的环境，GPS系统无法使用，因此需要进行水下輔助导航。随着科学技术的发展，各种水下导航技术在不同的应用中发挥了重要的作用，越来越多地收到了人们的关注。目前在GPS受限的情况下，水域机器人的导航定位技术有两类：航迹推算以及辅助导航。航迹推算主要利用速度加速度传感器来计算机器人的位置，由于测量的误差积分的结果会产生飘移，随着时间的增加误差会增大。典型的推算公式如下：（1）这里dxn和dqb分别表示机器人的位置和方向的改变量，R（qb）和■（qb）是旋转矩阵，vb、ab和？棕b分别表示速度，加速度以及角速度。n表示惯性导航的第n时刻，b表示机器人本体。在机器人系统中，一般通过融合加速度、陀螺、磁力仪以及速度传感器信息来计算机器人位置。航海常用的导航传感器主要有水压传感器，磁罗盘，陀螺仪，加速度计，IMU （Inertial Measurement Unit），AHRS （Attitude，Heading and Reference System），DVL（Doppler Velocity Log），传感器原理不同，其测量精度相差很大。对于功耗和成本有限的机器人，很多高精度的设备都无法使用，难以达到高精度的导航。水下的辅助导航主要有声学辅助导航，通常通过声学定位传感器来进行位置计算的，使用的传感器由有长基线或短基线定位传感器。另外，地形辅助导航，视觉辅助导航，地磁辅助导航方式，以及重力辅助导航方式也有诸多研究。

《构造地质学》地质读图例题

1、褶皱描述褶皱的描述包括以下内容:褶皱名称(地名加褶皱类型)、分布地点及范围、延伸方向、核部及两翼地层、两翼产状及其变化、转折端形状、褶皱的位态分类、次级褶皱特征、与周围其它构造的关系以及褶皱形成时代等。现举暮云岭背斜为例讲明之(见附图3)。暮云岭背斜位于图幅中西部暮云岭一带、呈NE—SＷ向延伸;核部由下石炭统组成,宽约５00m,长约２7５０m,平面上成不规则的长椭圆形,长宽比约为5∶１,近线形背斜。两翼由中、上石炭统及二叠系地层组成,两翼产状是:西北翼是NＷ3１5°∠６0°—55°,东南翼是ＳE1３５°－∠４0°－25°;可见西北翼较陡,东南翼较缓,轴面向南东倾,倾角约8０°,转折端比较圆滑,翼间角约80°,为开阔褶皱、枢纽向NE、SW两端倾伏,中部隆起,背斜向南西一分为二成两个背斜与其中一个向斜。总之,本褶皱为一转折端圆滑的斜歪背斜,属褶皱位态分类中的倾优直立褶皱。背斜的北西与南东两翼与相邻的向斜连接、背斜形成于晚二叠世之后,早侏罗之前。２、断层的描述一条断层的描述内容一般包括:断层名称(地名+断层类型,或用断层编号)、位置、延伸方向、通过主要地点、延伸长度;断层面产状;两盘出露地层及产状:地层重复、缺失及地质界线错开等特征;两盘相对位移方向;断距大小;断层与其它构造的关系;断层形成时代及力学成因等。如金山镇地区地质图(附图5)西部的纵断层,描述如下: “奇峰—雨峰纵向逆冲断层:位于奇峰与雨峰之东侧近山脊处,断层走向NE－SW,两端分不延出图外,图内全长约1８0ｋm。断层面倾向NW,倾角２0°—30。上盘(即上升盘)为组成奇峰－寸峰背斜的石炭系各统地层,下盘(即下降盘)为下二叠统与上石炭统地层,构成一个不完整的向斜、上升盘的石炭系各统岩层逆掩于下二叠统与上石炭统地层之上。地层断距约８００m。断层走向与褶皱轴向一致,基本上为一纵向断层。断层中部为两个较晚期的横断层所错断。断层形成时代与同方向、同性质的桑园－五里河逆冲断层等相同。即晚三叠世(T3)之后,早白垩世(Ｋ1)之前、三条断层构成叠瓦式。” 分析望洋岗地形地质图

计算机辅助导航技术在骨科手术中的应用

国内讲堂11 继续医学教育　第２１卷第１２期计算机辅助导航技术在骨科手术中的应用邱贵兴（中国医学科学院协和医科大学北京协和医院骨科　１００７１０）作者简介邱贵兴，男，江苏省无锡市人，教授，博士生导师，中华医学会骨科分会主任委员，中华医学会北京分会骨科专业委员会主任委员，中华骨科杂志主编，吴阶平医学基金会理事，中华医学会国际交流与合作工作委员会委员。影像导航技术问世之前，骨科医生在术中，凭借人体的骨骼解剖特点、术前患者的影像学资料（Ｘ线片、ＣＴ、ＭＲＩ）和术中的Ｘ线透视进行定位。但是，解剖变异或解剖标志的缺乏等往往会导致术中的定位偏差。因此，手术者的实践经验就非常重要。然而，即使是非常有经验的骨科医生，用传统方法进行较精确定位的手术，也有出现偏差的可能性。临床和实验研究已经显示，用传统定位方法行腰椎椎弓根钉植入的失误率为２０％～３０％。然而，如果应用影像导航技术，椎弓根钉植入的失误率只有０～４％。近年来，计算机辅助影像导航系统用于术前制定手术计划和术中导航，在手术过程中跟踪手术器械，帮助骨科医生更精确和更安全地进行多种复杂手术。因此，该技术有许多不可替代的优越性，已被越来越广泛地应用于骨科手术中。１　骨科计算机辅助导航技术的简史影像导航，也称为无框架立体定向。１９８６年Ｒｏｂｅｒｔｓ首次报告使用声波数字化仪跟踪手术器械或显微镜的方法，从而开创了无框架立体定向神经外科。随后，Ｂｅｒｎｅｔｔ和　Ｒｅｉｎｈａｒｄ对超声波系统进行了改进，使导航精度有了一定的提高，但声学环境及温度很容易造成干扰而使导航失败。１９９１年日本的Ｗａｎａｔａｂｅ和美国的Ｐｅｌｌ相继发明了遥控机械臂定位系统，可以不受瞄准线约束。但因其体积过大，使医生的操作受限。１９９２年，使用红外线跟踪技术的影像导航系统在美国开始应用于临床。这是世界上首台光学手术导航系统，由于其精度较高，所以成为目前市场上的主流产品。同年，著名的神经外科专家Ｋｅｖｉｎ　Ｆｏｌｅｙ将光学手术导航系统应用于脊柱外科领域。１９９５年，Ｇｕｎｋｅｌ推出了电磁感应型导航系统，但由于手术室各种金属器械及仪器都会影响电磁场，从而影响其精度，所以未能很好推广。１９９９年首台完全针对骨科的手术导航系统进入市场。Ｘ线透视和红外线跟踪技术、计算机定点手术技术的结合提供了一种新颖的术中影像导航的方法，减少了术中Ｘ线透视的缺点。同时，应用术前的ＣＴ和ＭＲ扫描数据进行骨结构的三维重建，在术前进行手术方案设计，并在术中对正常或病变结构进行精确定位，以协助医生安全、精确地完成手术。２　骨科计算机辅助导航系统的组成及工作原理以Ｘ线透视影像导航为例，Ｘ线透视法和计算机技术的结合增加了标准透视法的优点，减少了缺点。在“Ｃ”型臂透视Ｘ线机的图像增强器上安装校准靶，经过一次或多次投照中获得的透视图像和位置校准后，计算机工作站就可以建立起一个透视图像的模型，将追踪的手术器械与保存的图像叠加在一起。当手术器械对之前获得的透视图像进行操作时，系统可以同时显示它们在多个平面上的位置关系，这种方式称为“虚拟透视”。透视图像可保存，透视时手术人员可以从手术区域离开，大大减少了放射线辐射。而且系统已保存了多次投照的影像和有效的数据，因此不必重新摆放“Ｃ”型臂。“Ｃ”型臂可以推离手术区域，导航可以继续，而且不妨碍医生的操作。近年来，新型的计算机辅助导航系统可将患者的术前薄层ＣＴ扫描（可以０．８　ｍｍ）或ＭＲ扫描数据进行处理，使患者的骨骼扫描数据变成三维立体虚拟图像储存在计算机中。医生可在术前利用该计算机系统进行详尽的手术设计。术中应用光学定位系统，跟踪测量手术器械上的发光二极管或被动反射球的位置。由计算机测算手术器械与被操作的骨结构之间的位置关系，可以动态的显示手术器械

《构造地质学》地质读图例题

1、褶皱描述褶皱的描述包括以下内容：褶皱名称(地名加褶皱类型)、分布地点及范围、延伸方向、核部及两翼地层、两翼产状及其变化、转折端形状、褶皱的位态分类、次级褶皱特征、与周围其它构造的关系以及褶皱形成时代等。现举暮云岭背斜为例说明之(见附图3)。暮云岭背斜位于图幅中西部暮云岭一带、呈NE-SW向延伸；核部由下石炭统组成，宽约500m，长约2750m，平面上成不规则的长椭圆形，长宽比约为5∶1，近线形背斜。两翼由中、上石炭统及二叠系地层组成，两翼产状是：西北翼是NW315°∠60°-55°，东南翼是SE135°-∠40°-25°；可见西北翼较陡，东南翼较缓，轴面向南东倾，倾角约80°，转折端比较圆滑，翼间角约80°，为开阔褶皱。枢纽向NE、SW两端倾伏，中部隆起，背斜向南西一分为二成两个背斜和其中一个向斜。总之，本褶皱为一转折端圆滑的斜歪背斜，属褶皱位态分类中的倾优直立褶皱。背斜的北西和南东两翼与相邻的向斜连接。背斜形成于晚二叠世之后，早侏罗之前。 2、断层的描述一条断层的描述内容一般包括：断层名称(地名+断层类型，或用断层编号)、位置、延伸方向、通过主要地点、延伸长度；断层面产状；两盘出露地层及产状：地层重复、缺失及地质界线错开等特征；两盘相对位移方向；断距大小；断层与其它构造的关系；断层形成时代及力学成因等。如金山镇地区地质图(附图5)西部的纵断层，描述如下： “奇峰-雨峰纵向逆冲断层：位于奇峰和雨峰之东侧近山脊处，断层走向NE-SW，两端分别延出图外，图内全长约180km。断层面倾向NW，倾角20°-30。上盘(即上升盘)为组成奇峰-寸峰背斜的石炭系各统地层，下盘(即下降盘)为下二叠统和上石炭统地层，构成一个不完整的向斜。上升盘的石炭系各统岩层逆掩于下二叠统和上石炭统地层之上。地层断距约800m。断层走向与褶皱轴向一致，基本上为一纵向断层。断层中部为两个较晚期的横断层所错断。断层形成时代与同方向、同性质的桑园-五里河逆冲断层等相同。即晚三叠世(T3)之后，早白垩世(K1)之前。三条断层构成叠瓦式。” 分析望洋岗地形地质图

水下地形测量技术设计书

开封市龙亭湖清淤改造工程水下地形测量技术报告测绘单位：河南科瑞测绘服务有限公司编写人：技术负责人：日期：二零一五年九月十二日

开封市龙亭湖清淤改造工程水下地形测量技术报告 1、测区概况及任务情况龙亭湖地处河南省开封市龙亭区龙亭公园旅游区内，是开封市的重要旅游景点之一，交通便利，湖内可通航旅游船只。本次测量龙亭湖1:500水下地形图的主要目的是为了计算湖底清淤的工程量，为后期清淤施工提供计算依据。龙亭湖又分东西两湖，本次需要测量西湖的水下面积约平方公里，东湖的水下面积约平方公里。 2、资源配置本项目测绘共投入人员7人，其中工程师2人，助工3人，技师1人，技术员1人。本次共投入3台Trimble R8 双频GPS接收机（1+2型）；南方SDH28测深仪1台，测量船1艘，DS03型水准仪1部，IBM笔记本电脑1部；联想台式电脑2台，对讲机3部；佳能打印机1台。 3、平高系统平面采用开封独立坐标系，高程系统1985国家高程基准。各项转换参数根据已知点数据情况确定。

4、作业依据（1）《水利水电工程测量规范》(规划设计阶段) SL 197-2013；（2）《水利水电工程施工测量规范》DL/T 5173-2003；（3）《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2009；（4）《国家三、四等水准测量规范》 GB/T 12898-2009； 5、野外测设方案本次测量所采用的仪器都经过法定计量部门的检定并出具有仪器检定证书。控制点平面测设采用静态GPS测量，控制点高程采用水准测量，精度满足相应等级要求。水下地形测量基本上在无雨、风的天气进行，采用断面法施测，先在测深仪导航软件下，预先按技术要求做好断面设计线，设计线根据湖面情况布置成与水流方向大致成垂直的方向，断面间距为20m左右，测点间距10~20m。将GPS RTK仪器安装在测深仪探头上，船上GPS RTK仪器应与测深仪平面位置一致，并保证测深仪垂直于水面。精密量测测深仪探头到GPS几何中心的垂直高，作为GPS RTK天线高，将测深仪吃水水深定位0，直接采用下式求出水底高程：h实际水面=hGPS 几何中心-DGPS 天线到测深仪探头 h水底点高程=h实际水面-h测深

海底地形辅助导航SITAN算法的改进

总第169期2008年第7期舰船电子工程 Shi p E l ectron i c Eng ineer i ng V o.l28N o.7 69 海底地形辅助导航SITAN算法的改进* 郑彤1),2) 王志刚1) 边少峰1) (海军工程大学导航工程系1) 武汉 430033)(海军驻四三八厂军事代表室2) 武汉 430064) 摘要利用海底地形辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向,在利用多波束测深系统测量真实地形数据的基础上,采用S I TAN算法作为对准匹配算法,对传统的S I TA N算法加以改进,进行仿真计算,得到水下载体的最佳匹配位置,以提高水下载体的导航精度。仿真结果表明,改进后的SITAN算法更能满足导航的精度要求。关键词水下载体;SITAN算法;多波束测深系统;地形匹配;导航中图分类号 U666.11 I m prove m ent on SI TAN A l gorith m fo r Seabed T errai n-A i ded Nav i gati on Zheng Tong1),2) W ang Zh igang1) B ian Shao feng1) (In stitute of N av i g ati on Eng i neer i ng.,N av al U n i v.o f Eng i nee ri ng1),W uhan 430033) (M ilitary R epre sen t a ti ve O ff i ce i n t he438t h F acto ry2),W uhan 430064) Abstract T e rra i n m atching assistan t nav iga ti on is a ne w m e t hod i n nav iga tion techno log y o f t he underw ater vehic l es.In t h is paper,t he rea l terrain da ta a re m easured by M ulti-bea m soundi ng syste m,and S I TAN a l go r it h m is selected a s a reg istra ti on m a tch i ng a l g o rith m.F ur t her m o re,t he a l g o rith m is deve l o ped based o n the conv en tional SITA N a l go r it hm.B ased on t he m ea s ured t e rra i n da ta and the a l g or it hm,the accu m ulati v e erro rs o f t he ine rtia l nav i g ati on sy ste m can be co rrec ted and t he opti m al m a tch i ng po sition can be go tten.In t he result t he precision o f the nav iga ti on is fulf ill ed by SITAN a lgo rith m t o be i m pro ved stil.l Key w or ds the under w ater vehic l es,SITAN algo rith m,m ulti-bea m so und i ng sy st em,terra i n m a tch i ng,ine rtia l nav i g a ti on s y ste m C lass Nu m be r U666.11 1 引言目前水下载体的导航主要采用惯性导航系统(I N S),由于惯性导航系统的误差随时间累计发散,无法长时间保持高精度。在这种情况下,必须要通过其它导航方式(比如海底地形辅助导航[1~7])露出水面接收无线电导航信号,或者发射声波利用多普勒计程仪测量对地速度实时或定期修正I N S,这样都有可能会暴露潜艇的隐蔽地点,降低潜艇的隐蔽能力和发起突然袭击的能力。海底地形辅助导航系统是近几十年出现的一种新型的导航系统,是水下运动载体导航技术的一个发展方向,它是利用地形的特征信息实现载体自主、隐蔽、连续、全天候的精确导航海底。围绕这门技术产生了许多算法,已有的匹配算法主要包括地形轮廓匹配算法[8~10](Terra i n Conto ur M a tching)、惯性地形辅助导航[11~14](Sand i a Intertia lT erra i n-A i d ed Nav igation)算法和等值线匹配算法[15~19] (Itera tive C losest C on tour Po i n,t I CCP),其中上世纪70年代美国桑迪亚实验室提出的S I T AN算法采用了扩展卡尔曼滤波算法,具有较好的实时性,已在飞行器导航中获得了广泛地应用。 SI TAN系统由I N S、测深测潜仪、数字地图以及数据处理装置组成,如图1所示。在出发位置,是根据惯导系统输出的位置,在数字地图上找到地形高程,而惯导系统输出的绝对高度与地形高程之 *收稿日期:2008年4月8日,修回日期:2008年4月15日基金项目:国家自然科学基金项目(编号:40644020)资助;国家杰出青年科学基金项目(编号:40125013)资助。作者简介:郑彤,女,博士研究生,研究方向:舰船导航与海洋地球物理。

构造地质学地质读图例题

构造地质学地质读图例题 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

《构造地质学》地质读图例题word版本

《构造地质学》地质读图例题