地球重力场模型在工程控制网中的应用

论文摘要

GPS技术已经广泛应用于大地测量、工程测量、摄影测量与遥感、地壳运动监测、工程变形监测、地球动力学等多学科领域,它可同时精确测定三维大地坐标,并且通过精密似大地水准面,可将GPS点的大地高转换为正常高,从而代替普通水准测量。地球重力场模型和大地水准面的确定是重力卫星研究的主要内容,因此重力卫星研究的成就是继GPS技术之后的又一次革命性突破,它不仅带动了现代大地测量学的变革,还推动了其他相关学科的发展。在精密工程测量中,将高分辨率的地球重力场模型与高精度的GPS相结合,可以提高GPS高程转换精度。不同地球重力场模型的优选及不同拟合方法的合理选择是GPS高程转换所需考虑的关键问题。随着以卫星重力梯度为主要观测值的GOCE重力卫星的发射成功及其相关重力场模型的推出,使得地球重力场模型的精度及分辨率有了较大提高,有必要将其应用于GPS高程转换的研究；现在精密工程测量中GPS与全站仪的共用是普遍存在的事实,这必然存在法线系统与垂线系统的转换问题,以往由于重力场模型精度较低,未能充分顾及到这种差别,而利用现有最新的地球重力场模型,能较精确地计算垂线偏差并将其应用于精密工程测量。针对以上问题,本文提出了用目前具有较高精度的EGM2008和SGG地球重力场模型来代替以往较低精度地球重力场模型的策略,计算分析了这两种模型解算全球高程异常的精度,并将这两种模型应用于“移去-拟合-恢复”法的GPS高程转换中,可较好地移去高程异常的系统偏差,在此基础上分析了平面法、二次曲面法、正双曲面法、倒双曲面法及样条函数法用于高程异常拟合的精度,并通过某实际隧道工程算例验证了各种方法的精度。针对精密工程测量的特点,本文提出了顾及垂线偏差的GPS与全站仪的精密数据处理方法,通过“三差改正”将全站仪观测值转化为法线系统下的观测值,与GPS数据统一处理,利用某隧道算例验证了地球重力场模型对平面控制网数据处理的影响不容忽视。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 地球重力场模型研究进展和现状
• 1.2 地球重力场模型的应用
• 1.2.1 地球重力场与测绘学
• 1.2.2 地球重力场与地球学
• 1.2.3 地球重力场与工程技术
• 1.2.4 地球重力场与军事科学
• 1.3 地球重力场模型的研究意义
• 1.4 本文主要的研究内容
• 第2章 地球重力场的基础理论
• 2.1 地球重力场的基本概念
• 2.1.1 引力
• 2.1.2 离心力
• 2.1.3 重力
• 2.1.4 重力场
• 2.2 地球重力场的位理论基础
• 2.2.1 重力位
• 2.2.2 重力等位面
• 2.3 确定地球重力场的基本理论
• 2.3.1 地球扰动位的计算
• 2.3.2 地球重力场模型理论及其确定
• 2.4 SGG地球重力场模型的评价分析
• 第3章 似大地水准面精化的理论及方法
• 3.1 概述
• 3.2 似大地水准面精化方法
• 3.2.1 几何法
• 3.2.2 重力法
• 3.2.3 组合法
• 3.3 似大地水准面精化设计
• 3.3.1 设计原则
• 3.3.2 GPS水准边长的确定
• 3.3.3 GPS水准点大地高测定精度
• 3.4 控制网建设和数据处理
• 3.4.1 控制网的选建
• 3.4.2 外业观测与数据处理
• 3.5 似大地水准面精化计算
• 3.5.1 似大地水准面计算流程
• 3.5.2 重力归算与格网平均重力异常的计算
• 3.5.3 重力似大地水准面计算
• 3.5.4 重力似大地水准面与由GPS水准计算的似大地水准面拟合
• 3.5.5 似大地水准面的检验
• 第4章 地球重力场模型在高程控制网中的应用
• 4.1 概述
• 4.2 移去-恢复法的基本原理
• 4.3 工程实例分析
• 第5章 地球重力场模型在平面控制网中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 将全站仪观测的水平方向值归算至椭球面
• 5.2.1 垂线偏差改正
• 5.2.2 标高差改正
• 5.2.3 截面差改正
• 5.3 将全站仪观测的长度归算至椭球面
• 5.4 工程实例分析
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文