道路工程平面直角坐标系下GPS工程控制网平差建模及软件研制

论文摘要

随着GPS技术的普及与推广,GPS已越来越多的应用于工程测量。目前建立工程控制网常用的方法是：首先用GPS建立首级平面控制网,然后再用全站仪加密控制网。GPS是典型的大地测量手段,其控制成果属于法线系统,全站仪观测值则是属于垂线系统。这两种坐标系统间水平方向值与距离值均存在两化改正。如若忽略这些改正则将产生系统误差。这种误差对精度要求越来越高的大跨度、高精度精密工程测量来说,其影响愈发不容忽视。为了解决这个问题,本文首先从GPS工程控制网平差基本原理出发,详细总结了4种常用的GPS工程控制网平差数学模型,包括：以空间直角坐标为未知参数和以大地坐标为未知参数的三维约束平差以及以平面二维基线向量为观测值和以平面坐标之差为虚拟观测值的二维约束平差。然后,本文详细了解了道路工程渐变平面直角坐标系这个概念,以及如何在道路工程渐变平面直角坐标系下实现GPS工程控制网平差这一系统理论,建立并完善了其数学模型与随机模型,并推导了相应的数学公式。最后,基于道路工程渐变平面直角坐标系这一系统理论,以Visual studio2008.NET为开发平台,Visual C#语言为开发工具,独立研制了一套道路工程渐变平面直角坐标下GPS工程控制网平差软件。该软件界面友好,实现了在道路工程平面直角坐标系下GPS工程控制网平差的功能。通过算例验证分析,本软件能达到一定精度要求,为大跨度、高精度线状精密工程GPS平面控制提供一种解决思路。此外,本软件特色之处还在于包括了常规的三网平差模块、重力场正演计算模块、高程拟合模块、高斯投影坐标正反算计算模块以及坐标转换模块。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 GPS工程控制网的平差方法
• 1.2.2 GPS数据处理软件
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 GPS工程控制网坐标系统转换及平差模型
• 2.1 GPS工程控制网平差的几种常用坐标系
• 2.1.1 空间直角坐标系
• 2.1.2 大地坐标系
• 2.1.3 站心坐标系
• 2.1.4 高斯平面直角坐标系
• 2.2 不同坐标系间转换
• 2.2.1 空间直角坐标系与大地坐标系之间的转换
• 2.2.2 站心坐标系与空间直角坐标系之间的转换
• 2.2.3 空间直角坐标系间的相互转换
• 2.3 GPS工程控制网平差模型
• 2.3.1 GPS基线向量网三维无约束平差
• 2.3.2 GPS工程控制网三维约束平差
• 2.3.3 GPS工程控制网二维约束平差
• 第3章 道路工程渐变平面直角坐标系下GPS网平差处理
• 3.1 引言
• 3.2 GPS平面坐标系
• 3.3 道路工程渐变平面直角坐标系
• 3.4 EGM 2008地球重力场模型简介
• 3.5 道路工程平面坐标系统一性理论
• 3.5.1 顾及地球重力场模型法
• 3.5.2 逆向两化改正法
• 3.5.3 顾及GIS软件平台法
• 3.6 算例分析
• 3.6.1 顾及地球重力场模型法算例分析
• 3.6.2 逆向两化改正法算例分析
• 第4章 渐变平面直角坐标系下GPS网平差软件的研制
• 4.1 软件设计的总体思想
• 4.1.1 软件开发的目标与原则
• 4.1.2 网平差软件开发工具
• 4.2 网平差软件总体结构设计
• 4.2.1 网平差软件功能设计
• 4.2.2 软件数据处理流
• 4.2.3 软件辅助功能菜单设计
• 4.2.4 软件主程序界面
• 4.3 软件主要功能模块设计
• 4.3.1 坐标转换功能模块
• 4.3.2 地球重力场模型正演计算功能模块
• 4.3.3 高程异常拟合计算模块
• 4.3.4 软件网平差计算功能模块
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文