精细导航中的地理坐标投影技术研究及应用

论文摘要

随着我国国民经济的快速增长,各类物资的快速、高效的运输成为推动经济高速发展的重要因素,以GPS和GIS技术为基础的各类车辆导航、调度、监控系统得到了许多工程技术人员的广泛重视,并在各行业中得到广泛使用。在各类车辆导航、调度、监控系统中, GPS终端设备测出的车辆位置信息与我国地理坐标系统中GIS信息间的相互转换算法成为GPS与GIS技术融合的关键之一。本论文正是针对上述实际需求,以“伊敏河露天矿卡车自动化调度系统”为主要的研究对象。系统可以实时跟踪车辆位置及工作状态,准确统计各车辆的作业量,辅助车辆调度操作人员实现电铲、卡车等主要生产设备的自动调度,提高车辆的工作效率,降低生产成本,提高矿山经济效益;系统可以及时、准确、全面地采集生产信息,并建立详细准确的生产数据库,实现查询统计的自动化,避免了人为统计的误差,为进一步深入分析生产过程、优化生产计划、挖掘生产潜力、提高矿山经济效益做出贡献。进行系统软件设计之前,深入了解GPS的定位原理和我国地理信息系统的现状以及伊敏河露天矿区的地理信息的特点,对GPS使用的WGS-84坐标系、我国使用的BJ-54坐标系、“伊敏河露天矿”使用的矿区坐标系之间的坐标变换及反变换算法及地图投影的坐标变换及反变换算法作了探索性的研究。详细研究了国内通用的WGS-84坐标系与BJ-54坐标系转换算法的模型特点。在无法获得坐标转换参数时,通过四个以上的两套WGS-84、BJ-54坐标的公共点计算坐标转换参数的方法。BJ-54坐标系与BJ-54平面直角坐标系,坐标投影的正、反解方程。BJ-54平面直角坐标系与地区坐标系之间的换算关系。在通用算法的基础上,结合露天矿调度系统的特点——矿区的范围较小、系统的实时性要求较高,探索性的研究了另一种WGS-84坐标系与地区坐标系（矿区坐标系）转换的简便算法——任意带坐标投影法。根据露天矿运输系统与城市交通或一般公路交通系统的区别,分别对常用路段运行时间预测方法分析。使用神经网络模型预测最优路径的优势有:（1）车载终端上报的许多相关数据可以作为神经网络的输入;（2）与卡尔曼滤波不同,神经网络可以离线训练,减少了在线预测的计算量;（3）该模型具有较好的动态响应特性,在高峰小时可以取得更好的结果。简述了矿区精细导航中神经网络法在露天矿调度系统中最优路径决策中的应用。作为系统软件的一部分——坐标转换模块,软件设计经过了系统设计、系统开发、系统模拟试验、系统小规模工业试验、系统安装调试、系统试运行与系统培训等几个阶段,基本完成了调度中心应用软件系统中的基础数据准备功能、信息采集与指令发送、车铲状态识别与动态显示、自动调度、现场状态模拟等功能的系统开发与联调工作,现有53台设备在系统中运行,经过几年的实际运行,表明完全满足系统的各项指标和调度要求,收到良好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题缘起
• 1.2 GPS 定位技术的原理及在导航系统中的应用
• 1.3 地理坐标投影技术在大地测量学中的理论基础
• 1.4 我国导航系统研制中地理坐标投影技术的应用
• 1.5 本论文的选题和研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 地理坐标投影技术的研究和应用
• 2.1 通用的坐标转换及逆转换方法的研究
• 2.1.1 WGS-84 大地坐标系与WGS-84 空间直角坐标系转换及逆转换
• 2.1.2 WGS-84 空间直角坐标系与BJ-54 空间直角坐标系转换及逆转换方法
• 2.1.3 BJ-54 空间直角坐标系与BJ-54 大地坐标系转换及逆转换
• 2.1.4 BJ-54 大地坐标系与BJ-54 平面直角坐标系转换及逆转换
• 2.2 BJ-54 平面直角坐标与矿区坐标转换及逆转换
• 2.3 本章小结
• 第三章 特殊情况下地理坐标投影技术的研究和应用
• 3.1 任意带投影方法的研究及应用
• 3.1.1 任意带高斯投影变换正算算法
• 3.1.2 任意带高斯投影变换反算算法
• 3.2 WGS-84 平面直角坐标与矿区坐标变换及反变换
• 3.3 本章小结
• 第四章 矿区精细导航中神经网络法的研究和应用
• 4.1 矿区内任意两点间距离的算法
• 4.2 神经网络法在露天矿区最佳路径决策中的应用
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录