论文题目: 铁路泥石流多时相遥感技术及动态信息提取
论文类型: 博士论文
论文专业: 道路与铁道工程
作者: 秦军
导师: 胡厚田,马荣斌
关键词: 遥感,泥石流,飞艇,匹配,水土侵蚀
文献来源: 西南交通大学
发表年度: 2005
论文摘要: 采用遥感技术监测西南地区铁路泥石流的动态演化过程，关键是获取泥石流信息的多时相遥感能力以及从多时相图像中提取泥石流动态信息的方法。比较国内外有关研究工作和成果、研究方法和现状，在我国西南多云雾地区实施和开展泥石流遥感研究亟待解决的问题是：(1)研究与现有航空、航天遥感系统互补、获取多时相、大比例尺遥感图像的云下低空遥感技术：(2)研究多时相遥感图像中泥石流动态演化特征信息的提取方法。 大比例尺遥感图像是泥石流研究的重要数据源。以铁路泥石流及类似工程地质灾害和突发事件的低空遥感为目的的云下低空遥感技术，弥补了现有航空、航天遥感系统不易获取多时相大比例尺遥感图像的不足。用系统工程的研究方法，对系统进行功能需求分析后，确定的技术指标为：(1)低空遥感飞行真高在几十至几百米之间；(2)有效飞行半径不小于十公里：(3)可以搭载通用摄影机和数字成像传感器、具备视频流图像记录与实时传输能力。全面比较了国内外的低空遥感系统技术、应用领域与实例后，在系统的安全性、快速响应能力、多用途、效益／成本比、模块化等多个指标间进行优化组合，选择无人遥控飞艇为飞行平台。在系统的设计过程中，运用可靠性分析技术建立了低空遥感的基本可靠性模型，建立了单次遥感实施的任务可靠性模型和系统的故障树。用FMEA(Fault Mode Effect Analysis)、FMECA(Fault Mode Effect and Criticality Analysis)方法结合故障树的最小割集对系统的潜在故障原因进行了分析。通过系统的可靠性增长研究，分别对舱体结构、囊体结构、遥控系统、人-机交互界面进行了改进，尤其是针对飞艇这种浮空式飞行器发生故障后可能长时间悬浮在大气层中的严重后果，在艇载控制系统里设计了软、硬件混合的故障应急安全系统。在西南交大九里小区空域和成昆线峨边车站进行遥感飞行试验，获取了比例尺1：3200的120规格和比例尺1：2800的135规格的胶片，利用摄像机和微波无线实时传输系统获取了可见光视频磁带，完成了国内首次山区铁路低空飞艇遥感试验。建立了飞艇低空遥感系统在维护阶段、进场阶段、遥感实施阶段的相关规章和条例。针对沿铁路线长距离、多区域遥感作业中的飞艇转场建立了遥控接力工作模式。试验表明以低成本及时获取大比例尺遥感图像的云下飞艇低空遥感技术，是泥石流动态信息分析的重要保障。 从多时相、大比例尺遥感图像提取泥石流固体松散物质储量动态变化信息，基于多时相遥感图像中地形信息的利用。多时相DEM(数字地形模型)是求算体积差的基础数据。体积差的准确度和精确度直接影响堆积和流失量
论文目录:
第1章 绪论
1.1 形成泥石流的基本机理
1.2 泥石流遥感研究的方法与手段
1.3 国内外泥石流遥感研究的现状
1.3.1 泥石流遥感研究的内容
1.3.1.1 降雨条件的遥感研究
1.3.1.2 泥石流松散固体物质的遥感研究
1.3.1.3 泥石流地形信息的遥感研究
1.4 西南山区铁路泥石流动态遥感研究的制约因素
1.4.1 几何分辨率和时相分辨率的制约
1.4.2 信息提取与利用的研究深度
1.5 泥石流遥感研究瓶颈问题的系统解决方案
1.5.1 获取多时相、高几何分辨率遥感图像
1.5.2 多时相信息提取和信息挖掘
1.6 论文的课题来源及研究内容
1.6.1 构建以飞艇为平台的低空遥感监测体系
1.6.2 建立铁路低空遥感监测模式
1.6.3 提高泥石流固体物质计量精度的方法研究
1.6.4 遥感图像平面信息量化评价泥石流侵蚀程度的方法研究
第2章 低空遥感技术体系建立及其应用模式
2.1 低空遥感系统功能分析与模块化设计
2.1.1 低空遥感系统的设计理念
2.1.1.1 系统工程方法
2.1.1.2 系统设计与人-机工程学
2.1.1.3 可靠性分析
2.1.1.4 可靠性增长
2.1.2 系统功能需求分析
2.1.3 系统选型与模块化结构设计
2.1.3.1 低空遥感技术应用现状与系统飞行平台选型
2.1.3.2 低空遥感系统设计方案
2.2 低空遥感系统的可靠性分析
2.2.1 低空遥感监测系统的基本可靠性分析
2.2.2 低空遥感系统任务可靠性模型分析
2.2.3 低空遥感系统故障树的建造
2.2.3.1 动力系统故障树建造与可靠性分析
2.2.3.2 遥控系统故障树建造与可靠性分析
2.2.2.3 飞艇结构故障树分析
2.2.2.4 环境要素可靠性分析
2.2.2.5 飞艇飞行故障的故障模式、效应与危害度
2.3 低空遥感系统可靠性增长
2.3.1 系统基本可靠性增长研究
2.3.2 遥感飞行任务可靠性增长研究
2.3.2.1 飞艇结构可靠性增长
2.3.2.2 动力系统可靠性增长
2.3.3 遥控系统的可靠性增长研究
2.3.3.1 从设计环节提高系统可靠性
2.3.3.2 从制造环节提高系统可靠性
2.3.3.3 从使用环节提高系统可靠性
2.3.3.4 提高软件可靠性
2.3.4 遥控单元的冗余设计
2.3.4.1 冗余系统的设计
2.3.4.2 余度飞行控制系统的组成
2.3.5 安全控制系统设计
2.3.5.1 安全控制的基本功能
2.3.5.2 安全控制过程的信息流向与工作过程
2.3.5.3 安全控制系统的模块结构与可靠性
2.3.6 人—机交互界面的可靠性增长
2.3.6.1 遥控设备人-机界面主要问题及改进措施
2.3.6.2 遥感传感器遥控人-机界面的改进措施
2.4 山区铁路低空遥感监测模式
2.4.1 低空遥感任务实施流程
2.4.1.1 准备阶段
2.4.1.2 待命阶段
2.4.1.3 遥感实施阶段
2.4.1.4 保养、维护阶段
2.4.1.5 长距离带状区遥感接力工作模式
2.4.2 低空遥感系统研制
2.4.3 遥感试验
第3章 提高固体物质计量精度的关键问题研究
3.1 数字高程模型及其应用
3.1.1 DEM的应用现状
3.1.2 基于DEM的泥石流松散固体物质体积变化的求算
3.2 影响泥石流固体物质储量数据计量精度的关键问题
3.3 无控制点表面匹配及探测技术
3.3.1 三维自由表面无控制点匹配的LZD算法
3.3.2 LZD匹配算法应用于多时相DEM匹配的局限性
3.3.3 泥石流沟多时相DEM误差的物理模型与数学模型
3.3.4 基于信任度因子的MBLZD匹配算法
3.4 不同匹配算法的精度比较
第4章 基于遥感图像平面信息量化评价泥石流沟侵蚀程度的研究
4.1 泥石流沟侵蚀度的建模
4.2 非参数统计检验方法
4.3 侵蚀度与侵蚀速率的有效性检验
4.3.1 侵蚀度与山体剩余参考体积的相关性检验
4.3.2 侵蚀速率与固体物质年平均流失量的相关性检验
4.3.3 侵蚀速率用于泥石流趋势预测的研究
结论
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-08-02
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