MATLAB工具箱在測(cè)繪數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)MATLAB工具箱在測(cè)繪數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用（文獻(xiàn)綜述）1前言測(cè)繪科學(xué)是一門以大規(guī)模數(shù)據(jù)甚至是海量數(shù)據(jù)處理、分析與應(yīng)用為基礎(chǔ)的學(xué)科，其各項(xiàng)具體工作如測(cè)量平差、GPS高程與水準(zhǔn)高程換算、遙感圖像處理、坐標(biāo)換算、開采沉陷測(cè)繪數(shù)據(jù)處理等，都涉及大量的運(yùn)算。MATLAB是由美國(guó)MathWorks公司開發(fā)的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成于易于使用的視窗環(huán)境中，它在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理特別是矩陣運(yùn)算方面具有其他軟件難以比擬的優(yōu)越性。MATLAB系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分:MATLAB開發(fā)環(huán)境、MATLAB語言、MATLAB工具箱和MATLAB的API。其中MATLAB工具箱是用MATLAB的基本語句編程的各種子程序集，用于解決某一方面的專門問題或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法，其內(nèi)容十分豐富。利用MATLAB不斷推出的工具箱來跟蹤國(guó)外先進(jìn)的計(jì)算方法與數(shù)學(xué)模型，避免了將主要的時(shí)間、精力放在數(shù)學(xué)模型算法及計(jì)算機(jī)編程上。因此，將MATLAB工具箱應(yīng)用于測(cè)繪數(shù)據(jù)處理具有一定的實(shí)際意義和廣闊的前景。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1MATLAB在測(cè)繪各領(lǐng)域中的應(yīng)用測(cè)量信息的處理主要包括測(cè)量數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)的可視化等。從測(cè)量平差理論中的平差、濾波和推估，到方差、協(xié)方差分量估計(jì)；從工程控制網(wǎng)解析法、模擬法優(yōu)化設(shè)計(jì)，到控制網(wǎng)的精度、可靠性和靈敏度的估算；從變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中的多元回歸分析、逐步回歸計(jì)算，到采用灰色系統(tǒng)理論或時(shí)間序列分析理論建模，或者是把變形體視為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，將一組觀測(cè)值作為系統(tǒng)的輸出，用卡爾曼濾波模型來描述系統(tǒng)的狀態(tài)等等。測(cè)繪信息處理的核心運(yùn)算是矩陣運(yùn)算，包括矩陣的生成、矩陣的加減乘除、矩陣的轉(zhuǎn)置、矩陣的求逆以及求矩陣的廣義逆等。MATLAB正是解決此類問題較好的軟件。例如，利用MATLAB進(jìn)行遙感圖像的處理。由于MATLAB是一種基于向量而不是標(biāo)量的高級(jí)程序語言,因而它從本質(zhì)上就提供了對(duì)圖像的支持,這是用MATLAB進(jìn)行圖像處理非常有優(yōu)勢(shì)的一點(diǎn)。MATLAB支持多種圖形圖像文件格式,包括BMP、GIF、TIFF、PCX、JPEG、PSD、PCD和WMF等。在MATLAB中提供了大量的用于圖像處理的函數(shù),如讀取圖像文件的imread函數(shù)；兩幅圖像相減imsubtract函數(shù)；使用直方圖均一化方法增強(qiáng)圖像對(duì)比度的histeq函數(shù)；實(shí)現(xiàn)二維自適應(yīng)噪聲消除濾波的wiener2函數(shù)等,利用這些圖像處理函數(shù),可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)行如下處理:圖像的各種運(yùn)算、鄰域操作、圖像變換、圖像的卷積與濾波、圖像的二值形態(tài)學(xué)操作、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像編碼與壓縮、圖像分析和理解、圖像的小波分析等。另外，MATLAB也可用于地理信息系統(tǒng)，由于MATLAB具有強(qiáng)大的科學(xué)數(shù)據(jù)可視化能力，能夠?qū)⒂?jì)算的結(jié)果以二維、三維、乃至四維的圖形表現(xiàn)出來，并且可以通過對(duì)圖形線性、立面、色彩、渲染、光線、視角等特性的處理，把計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)得淋漓盡致。在MATLAB中分析三維數(shù)據(jù)，不但提供的現(xiàn)成函數(shù)很多，而且其靈活運(yùn)用矩陣運(yùn)算的方法，可以實(shí)現(xiàn)許多其他軟件無法實(shí)現(xiàn)的功能。最重要且便捷的是，許多復(fù)雜的運(yùn)算在MATLAB中有專門的工具箱（函數(shù)集）來實(shí)現(xiàn)。2.2目前應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域的MATLAB工具箱隨著MATLAB的逐步發(fā)展和功能豐富，它成為集數(shù)學(xué)、圖形處理和程序語言設(shè)計(jì)于一體的著名數(shù)學(xué)軟件，它包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具箱。而可以在測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用的有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（NeuralNetworkToolbox)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱（StatisticsToolbox)、模糊邏輯工具箱（FuzzyLogicToolbox)、小波分析工具箱（WaveletToolbox)、優(yōu)化工具箱（OptimizationToolbox)、地理信息處理工具箱（MappingToolbox）、圖像處理工具箱（ImageProcessingToolbox）等。（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱(NeuralNetworkToolbox)：主要應(yīng)用于BP網(wǎng)絡(luò)，Hopefield、Kohonen網(wǎng)絡(luò)，徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)，競(jìng)爭(zhēng)、線性、Sigmoidal等傳遞函數(shù)，前饋、遞歸等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，性能分析及應(yīng)用，自組織網(wǎng)絡(luò)等?，F(xiàn)今人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ArtificialNeuralNetworks)發(fā)展迅速,由于其具有以分布式存儲(chǔ)知識(shí)、以并行方式進(jìn)行信息處理以及自學(xué)習(xí)能力等優(yōu)點(diǎn),在測(cè)量數(shù)據(jù)處理中有著廣泛的發(fā)展前景。而使用MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱非常便利。在實(shí)際使用中,我們用的最廣泛的是反向傳播網(wǎng)絡(luò)(BP網(wǎng)絡(luò))。（2）數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱(StatisticsToolbox)：包含參數(shù)估計(jì)函數(shù)、累積分布函數(shù)、概率密度函數(shù)、分布矩函數(shù)、逆累積分布函數(shù)等，這些函數(shù)使得測(cè)繪數(shù)據(jù)的處理更加便捷。（3）模糊邏輯工具箱(FuzzyLogicToolbox)：主要應(yīng)用于友好的交互設(shè)計(jì)界面，自適應(yīng)神經(jīng)-模糊學(xué)習(xí)、聚類以及Sugeno推理，支持Simulink動(dòng)態(tài)仿真，可生成C語言源代碼等。（4）小波分析工具箱（WaveletToolbox）：主要應(yīng)用于基于小波的分析和綜合，圖形界面和命令行接口，連續(xù)和離散小波變換及小波包，一維、二維小波，自適應(yīng)去噪和壓縮等。小波分析理論,是一種新的時(shí)頻局部化分析方法,被認(rèn)為是自傅立葉方法后的突破性進(jìn)展。小波工具可以在測(cè)繪領(lǐng)域的許多方面應(yīng)用,如GPS信號(hào)消噪、衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)的壓縮與處理。（5）優(yōu)化工具箱（OptimizationToolbox）：主要應(yīng)用于線性規(guī)劃和二次規(guī)劃，求函數(shù)的最大值和最小值，多目標(biāo)優(yōu)化，約束條件下的優(yōu)化，非線性方程求解等。利用它可進(jìn)行測(cè)量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。（6）地理信息處理工具箱（MappingToolbox）：針對(duì)經(jīng)緯度記錄的以度分秒為單位的系列矩陣,提供豐富的地圖投影、網(wǎng)格系統(tǒng)、專題地圖制作和地圖輸出功能。（7）圖像處理工具箱（ImageProcessingToolbox）：主要應(yīng)用于二維濾波器設(shè)計(jì)和濾波輸入，圖像恢復(fù)增強(qiáng)，色彩、集合及形態(tài)操作，二維變換，圖像分析和統(tǒng)計(jì)等。在測(cè)繪領(lǐng)域中，它可用于遙感圖像處理等。除此以外，MATLAB虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱、MATLAB遺傳算法工具箱均可以在測(cè)量數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮重要的作用。3結(jié)語測(cè)繪科學(xué)發(fā)展至今,越來越顯示出其以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的學(xué)科特點(diǎn)。精典水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)處理到導(dǎo)線網(wǎng)控制網(wǎng)平差離不開數(shù)據(jù)處理；測(cè)量成果的坐標(biāo)換算離不開矩陣的運(yùn)算；“3S”技術(shù)的發(fā)展,帶來的大量GPS定位信息數(shù)據(jù)、GIS的圖形數(shù)據(jù)、RS的大量遙感影像數(shù)據(jù)就更離不開數(shù)據(jù)的處理。MATLAB工具箱功能強(qiáng)大,并且開發(fā)工具方便快捷。它突出的特點(diǎn)是簡(jiǎn)捷,指令的表達(dá)與數(shù)學(xué)、工程中常用的習(xí)慣形式十分一致,編程的特點(diǎn)更貼近人們的思維方式。將MATLAB工具箱與測(cè)繪領(lǐng)域?qū)嶋H問題相結(jié)合,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)：1鄭阿奇.MATLAB實(shí)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，20072聞新，周錄等.MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社，20003高成等.MATLAB小波分析與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20074高彩云，高寧.MATLAB回歸分析在測(cè)繪數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用[J].河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,18(3):39-42.5楊建強(qiáng),羅先香.MATLAB軟件工具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