带状工程GPS控制网数据处理方法研究及其软件研制

论文摘要

目前,我国正在大规模建设铁路客运专线。为了适应高速行车的需要,解决线路维修的困难,高平顺性、少维修的无砟轨道得到了广泛的应用。无砟轨道与有砟轨道的最大区别是无砟轨道铺板、铺轨要求的精度高,轨道板和轨道安装的可调量较小,这就对高速铁路GPS控制网提出了更高的要求。采用国家坐标系统的普速铁路勘测设计,允许的长度变形误差为25mm/km,难以满足高速铁路长度变形误差<10mm/km的高精度要求。尽管有部分线路为了达到长度变形小于10mm/km的要求而把带宽变窄,但是这就带来了一条线路分带及坐标系过多、换带计算繁琐、换带后相邻点间相对精度降低等一系列问题,给后续的勘测设计、施工和运营检测带来极大的不便。基于上述问题,本文首先探讨了GPS工程控制网数据处理的常规算法,系统分析了GPS工程控制网的长度变形特点与处理手段。然后结合高速铁路GPS控制网控制范围长、投影变形要求小的特点,提出了采用分区代替分带、利用全网整网平差的方向实现全网坐标轴系的唯一和进行方向控制、从线路一端到另一端顺序平差的分区定向序贯平差新方法。对高速铁路CPI控制网采用分区定向序贯平差的方法建立坐标系和进行网平差,通过理论分析和与全站仪实测边长的比较,证明其投影变形能够控制得更好,控制网的投影面更贴近地面,因而更符合建立工程独立坐标系的要求。对GPS带状工程控制网采用分区定向序贯平差,实现了全线一个坐标系统,没有换带计算,这就为实现高速铁路GPS控制网小变形、无换带的目标奠定了基础,为集勘测设计、施工和运营于一体的“三网合一”的高精度GPS平面控制网的建立创造了条件。最后,根据所提出的分区定向序贯平差原理,基于微软公司发布的Microsoft Visual Studio2008平台,使用C#语言研制了精密工程GPS控制网通用数据处理软件(简称SOSA GPS软件)。SOSA GPS软件支持了多种基线格式和椭球参数,既有验前精度检查又有验后精度评定,除具有常规GPS控制网数据处理的全部功能外,还具有GPS控制网分区定向序贯平差的功能,能够实现在较大范围内高速铁路CPI GPS控制网的高精度、小变形、全线没有换带计算的数据处理目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 带状工程GPS控制网建网与数据处理方法现状
• 1.3 问题的提出及本文的主要研究内容
• 第2章 GPS数据处理常用方法及其长度变形分析
• 2.1 GPS数据处理常用坐标系统及其坐标转换
• 2.1.1 空间直角坐标系
• 2.1.2 空间大地坐标系
• 2.1.3 高斯投影与UTM投影平面直角坐标系
• 2.1.4 不同坐标系的坐标转换
• 2.2 典型GPS工程控制网平差方法
• 2.2.1 GPS工程控制网三维向量网平差
• 2.2.2 GPS工程控制网二维约束平差
• 2.2.3 GPS工程控制网一点一方向平差
• 2.3 GPS工程控制网的长度变形分析与处理
• 2.3.1 高程归化与高斯投影引起的长度变形分析
• 2.3.2 GPS工程控制网的工程椭球建立方法
• 2.3.3 GPS工程控制网独立坐标系的建立与变形分析
• 第3章 分区定向序贯平差原理及其特点
• 3.1 高速铁路GPS控制网坐标系统的设计方法
• 3.2 GPS工程控制网分区定向序贯平差原理
• 3.3 分区定向序贯平差实测数据计算试验与分析
• 3.4 分区定向序贯平差在CPI控制网中的应用特点
• 第4章 精密工程GPS控制网通用数据处理软件研制
• 4.1 开发平台、语言与运行环境
• 4.1.1 开发平台简介
• 4.1.2 开发语言简介
• 4.1.3 运行环境
• 4.2 功能设计模块与处理流程
• 4.2.1 功能设计
• 4.2.2 功能模块
• 4.2.3 数据处理流程
• 4.3 软件的测试情况
• 4.4 软件的主要特点
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附表一 整网二维约束平差与整网分区定向序贯平差坐标结果对比表
• 附表二 整网二维约束平差与整网分区定向序贯平差方位角及距离对比表
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果