GPS高程拟合及其在交通工程中的应用研究

论文摘要

长期以来,解决高程测量的主要方法是水准测量,其优点是精度较高,缺点是劳动强度大,成本高、效率低,尤其是对于测区大、线路长、沿线地形复杂多样的交通工程。近来年,GPS以其提供全天候、全球性、高精度、高速度、高效益的实时导航定位服务等优点被广泛应用于各个领域。然而令人遗憾的是GPS在高程定位精度方面还不尽人意,由于似大地水准面是一个不规则的曲面,它无法用一个精准的曲面来模拟,这就使得GPS只能提供给我们高精度的大地高,而不是我们工程中需要的正常高。因此如何有效利用GPS测量的高程信息把大地高转换成正常高,直接为测绘生产服务,实现GPS观测时能同时获得实用的三维坐标,是一个非常实际而又有意义的课题。目前针对面状测区利用GPS转换高程拟合方法把GPS高程信息转换成工程项目需要的正常高这种方法比较常见,技术也较为成熟。而针对长达几十公里甚至几百公里且穿越崇山峻岭的交通工程,如何有效利用大量的GPS高程信息使其成为工程项目需要的正常高,是测量工作者非常关心的问题,也正是本文所研究的问题。本论文介绍了大地高、正常高和正高等高程系统的概念及其相互关系,阐述了GPS测高的相关理论以及GPS水准（GPS高程拟合）的原理,并将GPS高程拟合模型分为函数模型、统计模型、组合模型、重力模型四类,详细阐述了各种模型的拟合方法,并对GPS高程拟合的可行性和各种模型的适用性进行了深入分析,给出了GPS水准拟合精度的评定方法和指标。结合杭州湾跨海大桥工程实例,用Matlab语言编程实现不同的GPS水准拟合方案,对结果进行综合比较、分析和研究,给出了不同拟合模型的精度评价。本文还着重讨论了顾及地球重力场模型的GPS高程拟合方法,从理论上讲,实现GPS大地高向正常高转换的最好方法是综合利用GPS测量数据和地球重力场模型,但对一般工程单位而一言,不具备获得地球重力场模型的能力。文中还结合某高速公路工程数据,利用“移去-恢复”法进行高程转换,采用不同拟合模型与直接拟合结果进行综合比较和分析研究,给出了不同拟合模型的精度评价,并提出了具体的结论和建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的研究内容
• 第二章 GPS高程的理论基础
• 2.1 国家高程基准
• 2.1.1 高程基准面
• 2.1.2 水准原点
• 2.2 高程系统及其相互关系
• 2.2.1 大地水准面、正高系统与正高
• 2.2.2 似大地水准面、正常高系统与正常高
• 2.2.3 参考椭球面、大地高系统与大地高
• 2.3 GPS测高原理
• 2.4 GPS测高的限制性
• 第三章 GPS高程拟合常用方法及模型
• 3.1 拟合原理
• 3.2 常用拟合方法
• 3.2.1 函数模型
• 3.2.2 统计模型
• 3.2.3 组合模型
• 3.2.4 重力模型
• 3.2.5 其他方法
• 3.3 影响GPS高程拟合精度的因素
• 3.4 GPS高程拟合的可行性分析
• 3.4.1 适用范围
• 3.4.2 选择合适的拟合已知点
• 3.4.3 高程异常已知点的数量
• 3.5 GPS高程拟合模型的适用性分析
• 3.6 GPS高程拟合精度评定
• 3.6.1 内符合精度
• 3.6.2 外符合精度
• 3.6.3 GPS水准拟合精度评定
• 第四章 GPS高程拟合应用于杭州湾跨海大桥工程数据分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 实验一:杭州湾跨海大桥南北航道桥几何状态测试数据分析
• 4.2.1 杭州湾跨海大桥高程拟合数据
• 4.2.2 GPS高程拟合实验数据计算
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 实验二:杭州湾跨海大桥工程控制网高程异常数据分析
• 4.3.1 实验数据来源
• 4.3.2 GPS高程拟台实验数据计算
• 4.3.3 结果分析
• 第五章 顾及地球重力场模型的GPS高程转换
• 5.1 引言
• 5.2 引入重力场模型改正的"移去-恢复"法
• 5.2.1 "移去-恢复"的方法原理
• 5.2.2 "移去-恢复"法算例数据
• 5.2.3 结果分析
• 结论总结及建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢