2011届学生毕业设计说明书（论文）正文（测绘工程）郝敏

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1 绪论

1.1 概述

全球卫星定位系统(GPS)是美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大空间计划。1993年7月进入轨道可正常工作的Block I试验卫星和BlockII，和BlockIIA型工作卫星的总和已达24颗，系统已具备了全球连续导航定位能力，故美国国防部正是由于1993年12月18日正式宣布全球定位系统已具备初步工作能力。GPS系统定位精度高，不受昼夜的影响，使它在军事、交通运输、测量等诸多领域得到了广泛的应用与研究，它的建立使导航技术以及定位技术产生了根本性变革。[14]

GPS定位技术在各个方面得到了广泛的应用，尤其在测绘领域，在此领域 中GPS定位技术主要表现在建立和维持全球性的参考框架以及建立各级国家平面控制网方面，它在布设城市控制网、工程测量控制网。进行的各种工程测量中叶有较广泛的应用并且在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用也很广泛。测量工作中为了得到测区内所有GPS点的正常高，必须由一些已知点及其高程异常进行拟合以求得未知点的高程异常。GPS水准高程拟合模型研究的目的就是在于运用不同的数学模型，进行模型优选，实现GPS大地高和正常高之间的转换。通过对GPS高程拟合模型的研究，找到一种较好解决这类问题的方法，从而使GPS高程拟合问题变得简单易行。进而提高GPS水准精度，其技术意义和实用价值都是十分深远的。GPS高程测量既有优点也有缺点，优点是实时，快速，需要较少的人力，缺点是不能直接应用于实际应用中。随着现在社会的发展，科技的进步，软件的开发，GPS高程也受到了很大的关注，我们所希望得到的就是使用GPS高程测量，而不是传统的精密水准测量，这种想法为GPS高程测量带来了很大的发展空间，所以为了提高GPS高程测量精度就变得尤为重要其中要解决的关键问题就是如何提高高程系统之间的转换精度。

目前，我国的高程系统采用了似大地水准面的黄海高程系统，GPS 采用的是WGS-84 地心坐标系。由于GPS 导航定位用的参考面不同，所以研究大地高与正常高之间的转换方法，在工程测量上被广泛应用。但在高程方面由于受坐标系不一致的影响，其精度一直被认为不太可靠。对于未进行大地水准面精化的地区，为了实现GPS 高程与正常高之间的转化，满足一般工程需要，可以通过高程拟合的方法实现其转换。所以再建立高程拟合时就要选择正确的模型，才能够提高高程拟合精度。本文通过最优回归理论来建立各种拟合模型，在度昂像是的各种模型中，通过实例比较，应用MATLAB编程，选择最优拟合模型，如果选择了正确的模型，为今后的工程应用提供有益的参考。

1.2 本文研究目的和主要内容

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对于GPS定位技术现在以进行传统面控制测量。通过高程从中得出较高精度的大地高，但是由于受到种种限制我们在将大地高转换为正常高的过程中，使得得到的大地高的精度并不高。这使GPS在生产时间中的应用受到了限制。

研究最优回归理论的目的就是为了在进行GPS高程拟合时，找到最优模型来解决在高程转换中所提到的问题。那么对于不同的测区，我们就会选择不同的模型，在我们已经得到高程数据时，对高程数据通过最优回归理论进行数据拟合，使我们所得到的模型为最优模型。

本文的主要内容就是利用高程拟合中的各种方法，尤其是通过对多项式法中的各种模型的比较及不同的模型在不同的区域中的精度的大小。通过比较得到最优回归模型（对于不同的测区文章所采用的方法不同）。文章主要列举了带状区域和面状区域在多项式法中选择的最优模型。在通过阅读大量的文献的基础上，结合最优回归理论建立区域内似大地水准面模型。

1.3 国内外研究现状

GPS定位技术最近几年里在很多领域得到了广泛的应用，这主要是由于GPS的优点， GPS测量的数据具有精度较高、测量效率高，能够大大提高工作效率。GPS测量对于布设不同的控制网、建筑施工测量等方面都起到了很大的作用。使GPS测量在各个领域都显示出了它的快速、实时的优越性。对于GPS高程的缺点，国内外也给予了普遍的关注。国内外在GPS高程拟合的方法上进行了深入的研究，以便使 GPS高程能更广泛的应用到测量领域。GPS高程转换实际上就是求出大地高和正常高的高程异常。当前我们可以归纳出国内外进行GPS高程转换的方法主要有加权均值法、多面函数法、解析多项式法、移动拟合法、神经网络法、非参数回归法对于这些方法都有各自的优缺点。比如加权均值法，充分考虑了已知点和未知点之间距离对高程异常的影响若以内插点到已知点的平面距离的函数为权，则只顾及了已知点距内插点的远近的影响，不能反映出水准重合点的分布及周围地形的起伏，多项式拟合似大地水准面，拟合范围越大，高程异常的变化越复杂，削高补低的误差也越大等等。根据实际工程状况，以上这些不同的拟合模型适用于不同的GPS测区，也可以不同种模型进行组合和叠加组成新的拟合方法，但是这么多种方法最后都要归结于多项式法。通过建立不同的多项式的模型，对不同区域的点位进行高程拟合，选择一种点位精度较高的模型进行回归，从而得到最优回归模型。

1.4 本文的组织结构

本文共分6部分:

第一部分介绍GPS高程拟合技术的发展现状，本文的研究背景、研究的目的及意义。

第二部分介绍了GPS高程拟合的原理及方法，重点讨论在利用多项式法并在

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此基础上深入分析。

第三部分GPS高程拟合的误差来源和精度分析。 第四部分详细介绍了最优回归理论。

第五部分通过实际数据直接验证各种模型高程拟合的精度，得到最优模型。从而证明结论，以及MATLAB的编程。

第六部分通过之前的研究，得出本文的结论，并对以后的工作进行了展望。

2 GPS高程拟合原理及方法

2.1 GPS高程拟合原理

GPS高程转换到正常高的方法很多, 如GPS三角高程﹑ GPS重力高程、曲面拟合法等一系列方法。这一系列的方法都需要用到线性回归理论方面的知识。这些方法中最后都需要使用多项式法做最后的拟合，所以通过数学理论研究多项式法最后能获得较高精度的点位就变得十分有意义了。在进行GPS测量后，由GPS三维平差可得到各点的大地高，若网中有部分GPS点是水准联测点，则这些点的正常高h是已知的，即可求得这些点的高程异常。在一定范围内高程异常不为常数，但可以认为在此范围内变化平缓，可用一些数学函数来拟合，求得能反映GPS网控制范围中高程异常变化的函数，然后通过建立回归模型来求得高程异常，通过比较个中模型的精度从而得到最优的模型。 2.1.1 高程系统[14] 1.大地水准面与正高

重力位W为常数的面被称为重力等位面。由于给定一个重力等位面W，因而地球的重力等位面有无穷多个，在某一点处其重力值g与两相邻大地水准面W和W?dW间的距离dh之间具有如下关系：

dW?gdh （2-1）

重力等位面上点的重力值不一定相等，从式（2-1）得出，相邻近的等位面不一定平行。我们把众多的重力等位面中的一个特殊的面称为大地水准面，它是重力位为W0的重力等位面。在某些高程系统中把大地水准面当做是自然参考面，

由于地球内部质量的复杂多变，大地 …… 此处隐藏：2462字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……