MATLAB工具箱在测绘数据处理中的应用

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业MATLAB工具箱在测绘数据处理中的应用（文献综述）1前言测绘科学是一门以大规模数据甚至是海量数据处理、分析与应用为基础的学科，其各项具体工作如测量平差、GPS高程与水准高程换算、遥感图像处理、坐标换算、开采沉陷测绘数据处理等，都涉及大量的运算。MATLAB是由美国MathWorks公司开发的科学与工程计算软件，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成于易于使用的视窗环境中，它在大规模数据处理特别是矩阵运算方面具有其他软件难以比拟的优越性。MATLAB系统主要包括以下几个部分:MATLAB开发环境、MATLAB语言、MATLAB工具箱和MATLAB的API。其中MATLAB工具箱是用MATLAB的基本语句编程的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题或实现某一类的新算法，其内容十分丰富。利用MATLAB不断推出的工具箱来跟踪国外先进的计算方法与数学模型，避免了将主要的时间、精力放在数学模型算法及计算机编程上。因此，将MATLAB工具箱应用于测绘数据处理具有一定的实际意义和广阔的前景。2国内外研究现状2.1MATLAB在测绘各领域中的应用测量信息的处理主要包括测量数据分析、预测和数据的可视化等。从测量平差理论中的平差、滤波和推估，到方差、协方差分量估计；从工程控制网解析法、模拟法优化设计，到控制网的精度、可靠性和灵敏度的估算；从变形观测数据处理中的多元回归分析、逐步回归计算，到采用灰色系统理论或时间序列分析理论建模，或者是把变形体视为一个动态系统，将一组观测值作为系统的输出，用卡尔曼滤波模型来描述系统的状态等等。测绘信息处理的核心运算是矩阵运算，包括矩阵的生成、矩阵的加减乘除、矩阵的转置、矩阵的求逆以及求矩阵的广义逆等。MATLAB正是解决此类问题较好的软件。例如，利用MATLAB进行遥感图像的处理。由于MATLAB是一种基于向量而不是标量的高级程序语言,因而它从本质上就提供了对图像的支持,这是用MATLAB进行图像处理非常有优势的一点。MATLAB支持多种图形图像文件格式,包括BMP、GIF、TIFF、PCX、JPEG、PSD、PCD和WMF等。在MATLAB中提供了大量的用于图像处理的函数,如读取图像文件的imread函数；两幅图像相减imsubtract函数；使用直方图均一化方法增强图像对比度的histeq函数；实现二维自适应噪声消除滤波的wiener2函数等,利用这些图像处理函数,可以很容易地实现对图像进行如下处理:图像的各种运算、邻域操作、图像变换、图像的卷积与滤波、图像的二值形态学操作、图像增强、图像复原、图像编码与压缩、图像分析和理解、图像的小波分析等。另外，MATLAB也可用于地理信息系统，由于MATLAB具有强大的科学数据可视化能力，能够将计算的结果以二维、三维、乃至四维的图形表现出来，并且可以通过对图形线性、立面、色彩、渲染、光线、视角等特性的处理，把计算结果表现得淋漓尽致。在MATLAB中分析三维数据，不但提供的现成函数很多，而且其灵活运用矩阵运算的方法，可以实现许多其他软件无法实现的功能。最重要且便捷的是，许多复杂的运算在MATLAB中有专门的工具箱（函数集）来实现。2.2目前应用于测绘领域的MATLAB工具箱随着MATLAB的逐步发展和功能丰富，它成为集数学、图形处理和程序语言设计于一体的著名数学软件，它包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具箱。而可以在测绘领域应用的有神经网络工具箱（NeuralNetworkToolbox)、数理统计工具箱（StatisticsToolbox)、模糊逻辑工具箱（FuzzyLogicToolbox)、小波分析工具箱（WaveletToolbox)、优化工具箱（OptimizationToolbox)、地理信息处理工具箱（MappingToolbox）、图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox）等。（1）神经网络工具箱(NeuralNetworkToolbox)：主要应用于BP网络，Hopefield、Kohonen网络，径向基函数网络，竞争、线性、Sigmoidal等传递函数，前馈、递归等网络结构，性能分析及应用，自组织网络等。现今人工神经网络(ArtificialNeuralNetworks)发展迅速,由于其具有以分布式存储知识、以并行方式进行信息处理以及自学习能力等优点,在测量数据处理中有着广泛的发展前景。而使用MATLAB神经网络工具箱非常便利。在实际使用中,我们用的最广泛的是反向传播网络(BP网络)。（2）数理统计工具箱(StatisticsToolbox)：包含参数估计函数、累积分布函数、概率密度函数、分布矩函数、逆累积分布函数等，这些函数使得测绘数据的处理更加便捷。（3）模糊逻辑工具箱(FuzzyLogicToolbox)：主要应用于友好的交互设计界面，自适应神经-模糊学习、聚类以及Sugeno推理，支持Simulink动态仿真，可生成C语言源代码等。（4）小波分析工具箱（WaveletToolbox）：主要应用于基于小波的分析和综合，图形界面和命令行接口，连续和离散小波变换及小波包，一维、二维小波，自适应去噪和压缩等。小波分析理论,是一种新的时频局部化分析方法,被认为是自傅立叶方法后的突破性进展。小波工具可以在测绘领域的许多方面应用,如GPS信号消噪、卫星遥感图像数据的压缩与处理。（5）优化工具箱（OptimizationToolbox）：主要应用于线性规划和二次规划，求函数的最大值和最小值，多目标优化，约束条件下的优化，非线性方程求解等。利用它可进行测量控制网的优化设计。（6）地理信息处理工具箱（MappingToolbox）：针对经纬度记录的以度分秒为单位的系列矩阵,提供丰富的地图投影、网格系统、专题地图制作和地图输出功能。（7）图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox）：主要应用于二维滤波器设计和滤波输入，图像恢复增强，色彩、集合及形态操作，二维变换，图像分析和统计等。在测绘领域中，它可用于遥感图像处理等。除此以外，MATLAB虚拟现实工具箱、MATLAB遗传算法工具箱均可以在测量数据处理中发挥重要的作用。3结语测绘科学发展至今,越来越显示出其以海量数据为基础的学科特点。精典水准测量数据处理到导线网控制网平差离不开数据处理；测量成果的坐标换算离不开矩阵的运算；“3S”技术的发展,带来的大量GPS定位信息数据、GIS的图形数据、RS的大量遥感影像数据就更离不开数据的处理。MATLAB工具箱功能强大,并且开发工具方便快捷。它突出的特点是简捷,指令的表达与数学、工程中常用的习惯形式十分一致,编程的特点更贴近人们的思维方式。将MATLAB工具箱与测绘领域实际问题相结合,具有一定的现实意义。参考文献：1郑阿奇.MATLAB实用教程[M].北京：电子工业出版社，20072闻新，周录等.MATLAB神经网络应用设计[M].北京:科学出版社，20003高成等.MATLAB小波分析与应用[M].北京：国防工业出版社，20074高彩云，高宁.MATLAB回归分析在测绘数据处理中应用[J].河南城建学院学报，2009,18(3):39-42.5杨建强,罗先香.MATLAB软件工具箱简介[J].永科学进展，2001,12(2)：237-2426曹先革,胡友健等.MATLAB在GPS网平差中的应用[J].地理空间信息，2007,5(4):71-737陈健.MATLAB在变形监测数据处理中的应用[J].城市勘测，2009,02:130-1338聂桂根.MATLAB在测量数据处理中的应用[J].测绘通报，2002,02:39-409周卫.基于MATLAB的灰色系统沉降预测[J].测绘通报，2002,06:23-2610黄声享等.小波分析在高层建筑物动态监测中的应用[J].测绘学报,2003.23(4):153-157.11LUO,Z.C.,CHEN,Yong-qi,LIU,Y.X.MonitoringtheDynamicCharacteristicsofTallBuildings/r/