大型精密工程GPS控制网数据处理及投影变形研究

论文摘要

随着我国高速铁路的迅速发展,原有的控制测量精度和数据处理方法已不能满足高速铁路的要求。鉴于大型精密工程的高精度特点和GPS技术在建立、改造大型工程控制网方面的优越性,本文详细叙述和探讨高精度大型工程GPS控制网建立中的网平差、投影变形和投影面与线路修建面的差异处理等问题。首先,本文从大地测量学的基本理论出发,详细论述GPS工程控制网在地心坐标系中三维约束平差、参心坐标系中三维约束平差、高斯平面上二维约束平差和严密的一点一方向平差的数学模型。具体包括：以空间直角坐标为参数的三维约束平差、以大地坐标为参数的椭球面三维约束平差、以工程投影面上二维坐标差为基线向量的二维约束平差、以二维虚拟观测值为基线向量的二维约束平差、严密的一点一方向平差。并以某高速铁路段GPS实测数据进行各种平差方法计算与比较分析。其次,本文介绍工程投影变形的基本概念以及如何根据投影变形值计算投影面高程和中央子午线。在此基础上总结出高斯投影、割体高斯投影、兰勃脱投影、斜圆柱投影等常用的投影模型的算法及各自的适用范围。其中重点讨论了斜圆柱投影,总结出斜圆柱投影相对于其它的投影模型在控制工程控制网投影变形方面的特点。并以某高速铁路实测数据进行验证。第三,提出线路修建面和工程控制网投影面差异的处理方法。最后,以GPS工程控制网平差理论和投影变形理论为基础,采用Visual C#语言独立研制能满足精密工程测量需要的GPS平差软件(MGPS)。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 GPS工程控制网坐标系转换与投影模型
• 2.1 2000中国大地坐标系
• 2.1.1 CGCS2000定义
• 2.2 坐标系之间转换
• 2.2.1 空间直角坐标与大地坐标之间转换
• 2.2.2 大地站心坐标系与空间直角坐标系之间的转换
• 2.2.3 两个空间直角坐标系之间的转换
• 2.3 GPS工程控制网投影模型
• 2.3.1 高斯投影
• 2.3.2 割体高斯投影
• 2.3.3 墨卡托投影
• 2.3.4 兰勃脱投影
• 2.3.5 斜圆柱投影
• 第3章 GPS工程控制网平差
• 3.1 GPS网平差的要点
• 3.1.1 GPS网在地面坐标系中平差的特点
• 3.1.2 附合网和独立网进行平差定位的异同点
• 3.1.3 坐标反算边长与实测边长的一致性
• 3.2 GPS网平差模型
• 3.2.1 地心坐标系中三维约束平差
• 3.2.2 参心坐标系中三维约束平差
• 3.2.3 严密的一点一方向平差
• 3.2.4 二维约束平差
• 3.3 算例分析与结论
• 第4章 GPS工程控制网投影变形
• 4.1 投影变形的概念
• 4.1.1 长度归化与高斯投影改化
• 4.1.2 相对变形与独立坐标系采用
• 4.2 常用投影模型变形分析
• 4.2.1 高斯投影的变形分析
• 4.2.2 割体高斯投影的变形分析
• 4.2.3 墨卡托投影变形分析
• 4.2.4 兰勃脱投影变形分析
• 4.2.5 斜圆柱投影变形分析
• 4.3 算例分析与结论
• 4.4 线路修建面和工程控制网投影面差异的处理方法
• 第5章 GPS数据处理软件研制
• 5.1 软件设计总体思想
• 5.1.1 软件开发工具
• 5.1.2 软件开发的目标
• 5.1.3 软件开发的技术要求
• 5.1.4 软件开发的原则
• 5.2 软件功能设计
• 5.3 软件数据处理流程
• 5.4 软件的功能菜单设计
• 5.5 软件的主程序界面
• 5.6 软件的特点
• 结论与展望
• 主要结论
• 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录
• 附表1 重心基准条件下的秩亏自由网平差
• 附表2 三维约束平差结果比较
• 附表3 两种二维约束平差比较表
• 附表4 二维约束平差模型—与cosaGPS的计算比较表
• 附表5 GPS三维坐标值（CGCS2000）
• 附表6 投影圆球的空间直角坐标和大地坐标结果
• 附表7 改正后投影圆球的空间直角坐标和大地坐标结果
• 附表8 斜圆柱投影结果