BP神经网络及其在跨海大桥高程传递中的应用 ——以厦门集美大桥为例

论文摘要

GPS测量提供的是三维坐标,即在精确测定地面观测点平面位置的同时,可以精确测定观测点的大地高,而我们在实际工作中使用的是正常高。如何直接利用GPS大地高来获得满足工程需要的正常高,以便节省人力、物力和时间,一直是测量界关注和研究的一个重点。本文介绍了一些与GPS高程拟合相关的概念,如:大地水准面、似大地水准面、大地高、正高及正常高等;分析了确定(似)大地水准面的一些基本理论和方法;然后分析了GPS高程转换的现状。拟合方法目前仍是一般单位进行GPS高程转换的主要方法,根据数学模型的不同,常用的拟合方法主要有平面拟合法、多项式拟合法、多面函数拟合法、样条函数法及神经网络法等。常用的高程拟合方法,如二次曲面函数等对似大地水准面(大地水准面)作了某种人为假设,不可避免地存在模型误差。基于BP神经网络的GPS高程转换方法是一种自适应的映射方法,没有作假设,能避开未知因素的影响,提高GPS高程转换的精度。论文详细研究了神经网络及BP算法的基本理论,针对BP神经网络模型进行了多种试验研究,最后给出了GPS高程拟合的BP神经网络模型结构。根据厦门集美大桥的实际情况,提出了沿大桥轴线的直线方向分别布设高精度GPS水准网,并用二等水准精确测量控制点的正常高,然后用BP神经网络方法进行高程拟合,经过与二次多项式拟合法及平面拟合法的计算结果的比较分析,认为拟合结果达到了预期的效果。最后,利用COM生成器,在Matlab与VB综合编程的基础上开发了厦门集美大桥GPS高程转换系统,很好的满足了施工单位在实际工作中直接将大地高转换为正常高的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.2 国内外技术现状、发展趋势的分析和评价
• 1.3 问题的提出及本文的研究内容
• 第二章 大地水准面精化原理、方法及分析
• 2.1 重力位与水准面
• 2.2 各种高程起算面及相互关系
• 2.2.1 参考椭球面、大地高系统与大地高
• 2.2.2 大地水准面、正高系统与正高
• 2.2.3 似大地水准面、正常高系统与正常高
• 2.3 确定大地水准面的基本理论
• 2.3.1 由位系数确定大地水准面差距
• 2.3.2 Stokes 理论
• 2.3.3 Molodensky 理论
• 2.3.4 Stokes 与Molodensky 解的比较
• 2.4 确定大地水准面的基本方法
• 2.4.1 GPS 水准法
• 2.4.2 移去恢复法
• 2.4.3 组合法
• 2.5 GPS 高程拟合的方法
• 2.5.1 平面拟合法
• 2.5.2 多项式拟合法
• 2.5.3 多面函数拟合法
• 2.5.4 样条函数法
• 2.5.5 移动曲面法
• 2.5.6 神经网络方法
• 第三章 神经网络及BP算法基本理论
• 3.1 神经网络的发展历史
• 3.2 神经网络的基本原理
• 3.2.1 人工神经网路的基本概念
• 3.2.2 简化的神经元数学模型
• 3.2.3 人工神经元网络的基本特征
• 3.3 神经网络BP 算法
• 3.3.1 BP 网络算法的思路
• 3.3.2 BP 算法的数学描述
• 3.4 BP 网络算法的计算机实现流程
• 3.5 基于BP 算法的神经网络结构
• 3.5.1 隐含层层数的选择
• 3.5.2 隐含层内节点数的确定
• 3.5.3 激活函数的确定
• 3.5.4 BP 神经网络的生成
• 3.5.5 训练函数的确定
• 3.6 基于BP 神经网络的GPS 高程拟合模型的实际建立
• 第四章 BP 神经网络在厦门集美大桥高程传递中的应用
• 4.1 厦门集美大桥概况
• 4.2 集美大桥GPS 控制测量
• 4.3 集美大桥高程控制测量
• 4.3.1 二等水准路线布设
• 4.3.2 二等水准标石的埋设
• 4.3.3 二等水准观测
• 4.3.4 二等水准成果计算
• 4.3.5 精度统计
• 4.4 GPS 水准网的布设
• 4.5 GPS 高程拟合的神经网络模型
• 4.5.1 数据的比较分析
• 4.5.2 输入及输出数据的归一化处理
• 4.5.3 样本的分配与选择
• 4.5.4 隐层节点数的选取与确定
• 4.5.5 学习集和工作集的不同处理方法对结果的影响
• 4.5.6 综合论述
• 4.6 与其他拟合方法的结果比较
• 第五章 基于MATLAB与VB的GPS高程转换系统设计与实现
• 5.1 MATLAB 与VB 语言
• 5.2 VB 和MATLAB 编程接口技术
• 5.2.1 VB 与MATLAB 混合编程的方法
• 5.2.2 COM 接口技术
• 5.2.3 COM 生成器的编译
• 5.2.4 编译对象及M 函数文件的优化
• 5.3 MATLAB 编译环境的设置及COM 组件的生成与调用
• 5.3.1 编译环境的设置
• 5.3.2 使用MATLAB COM Builder 制作需要的COM 组件
• 5.3.3 在VB 中调用生成的MATLAB COM 组件
• 5.4 用VB 设计软件界面与系统实现
• 5.4.1 数据输入模块
• 5.4.2 计算模块
• 5.4.3 结果显示模块
• 5.4.4 其他模块
• 总结
• 参考文献
• 硕士在读期间发表论文情况
• 致谢