Разработка и исследование алгоритмов и методики фотограмметрических построений на основе ортогональных преобразований матриц Затеева, Елена Дмитриевна

Введение к работе

Актуальность работы. Фотограмметрические методы с их возможностью предоставления полной и достоверной информации об исследуемых объектах, процессах и явлениях широко используются в различных отраслях науки и производства. Дальнейшему расширению области их применения способствует внедрение цифровых технологий обработки данных, а также совершенствование тесно связанных с ними методов аналитических построений.

Особенностью существующих технологий фотограмметрических построений является достижение устойчивого решения за счет жестких требований к структурам исходных данных. Однако для ряда задач (в гидрографии, лесоустройстве, вулканологии и др.) природные особенности объектов фотографирования не позволяют обеспечить необходимые условия проведения съемок, стандартную геометрию сети и т.д., вследствие чего эти структуры не отвечают предъявляемым требованиям. Применение в таких случаях математических средств, обеспечивающих более высокую устойчивость решения к неопределенности исходных данных и накоплению ошибок вычислений, является целесообразным. К таким средствам можно отнести алгоритмы, основанные на ортогональных преобразованиях матриц коэффициентов уравнений поправок. В настоящее время вопросам применения ортогональных методов в фотограмметрии уделяется все большее внимание. В отечественной практике достигнуты определенные успехи в исследовании методов Грама-Шмидта, Хаусхолдера; есть сведения об отдельных результатах таких работ за рубежом. Однако актуальной остается задача разработки алгоритмов, программных средств и методик, обеспечивающих широкое внедрение ортогональных'методов в практику фотограмметрических работ.

Цдль и p3.",4'if исследования. Целью диссертационной работы является разработка и исследование алгоритмов, программных средсгв и методик фотограмметрических построений на основе ортогональных преобразований Гивеїгса. Особое внимание уделено решению рассматриваемых вопросов при нестандартных структурах исходных даиіаях.

Для достижения поставленной цели необходимо било решить следующие задачи:

1. еьшо;:нить анализ ортогональных методов и кычвить особенности их применения при обработке фотограмметрических данных;

2. обосновать математическую модель построения сетей иа базе -ртогональных преобразование матриц;

3. поработать алгоритмы фотограмметрических построений на осмосе op'rovou.vsbHUx методов с ориентацией иа персональные ЭВМ;

4. pc-jj'.'.scjaTb разработанные алгоритмы в виде программного обссііо'іеикл;

5. исследовать возможности применения методов на базе ортогональных преобразований маїриц при построениях с исходными данными, нестандартной структуры;

С) разработать методику фотограмметрических построений с ис-ги;льзои.;.!.1:-:м предложенных алгоритмов.

i-lt-тгілі.; исследований. Поставленные в работе задачи решаются .і.¹ хи использования методов наименьших квадратов, линейной ал-г«.бры, математической статистики, имитационного моделирования фо-тогр-^чметрлчеечн:: .'здач.

исиоъэй теоретической части работы являются исследования рос-сі!і";ски.\ к зарубехнп;: ученых в области аналитической обработки фотограмметрических денных: д.т.ц. Л.Н. Лобанова, д.т.п.П.Т.ЛптіаіоЕа, д.т.п. И.Г.Журкина, д.т.н. А.П.Гукд, A.Grucn, J.Blais и др.

Основные результаты исследований обоснованы и подтверждены как теоретически, так и экспериментально.

Исследования проводились автором в Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) в период с 1989 г. по 1995 г.

Научная новизна работы заключается в следующем:

6. предложена математическая модель построения и уравнивания фотограмметрических сетей на основе ортогональных преобразований Гивенса;

7. на базе метода Гивенса разработаны алгоритмы фотограмметрических построений, обеспечивающие использование разреженных структур матриц и рекуррентную организацию процесса обработки данных;

8. выполнены исследования алгоритмов и обоснована целесообразность их применения для решения задач построений с исходными данными нестандартной структуры;

9. предложена методика фотограмметрических построений на основе ортогональных преобразований Гивенса.

Практическая ценность работы состоит в том, что в результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны алгоритмы, программное обеспечение и методика построения сетей на базе ортогональных вращений Гивенса; все аго может служить основой для создания программных комплексов и технологий при практической реализации методов фотограмметрических построений с использованием ортогональных преобразований матриц. Применение численно устойчивого метода решения систем уравнений при строгом способе построений обеспечивает повышение надежности решения задачи с исходными данными нестандартной структуры.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и получили одобрение на научно-технических конференциях

G СГТА 1991,1995 г.г., Международной научно-технической конференции, посзященной 60-летию НИИГАиК 1993 г.

Исследования по теме диссертации выполнялись в рамках научно-исследовательских работ на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования СГТА. Результаты работ автора внедрены в учебный процесс СГТА, а также приняты к использованию в Сибирском филиале Российского научно-исследовательского центра "Земля" (г.Омск).

Основное содержание работы отражено в пяти научных статьях, из которых одна в соавторстве.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит і з введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 166 страниц, из них 116 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 15 рисунков, 9 страниц библиографии, 50 страниц приложений.