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GPS高程拟合及其在交通工程中的应用研究

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文的研究内容

第二章GPS高程的理论基础

2.1国家高程基准

2.1.1高程基准面

2.1.2水准原点

2.2高程系统及其相互关系

2.2.1 大地水准面、正高系统与正高

2.2.2似大地水准面、正常高系统与正常高

2.2.3参考椭球面、大地高系统与大地高

2.3 GPS测高原理

2.4 GPS测高的限制性

第三章GPS高程拟合常用方法及模型

3.1拟合原理

3.2常用拟合方法

3.2.1 函数模型

3.2.2统计模型

3.2.3组合模型

3.2.4重力模型

3.2.5其他方法

3.3影响GPS高程拟合精度的因素

3.4 GPS高程拟合的可行性分析

3.4.1适用范围

3.4.2选择合适的拟合已知点

3.4.3 高程异常已知点的数量

3.5 GPS高程拟合模型的适用性分析

3.6 GPS高程拟合精度评定

3.6.1 内符合精度

3.6.2外符合精度

3.6.3 GPS水准拟合精度评定

第四章GPS高程拟合应用于杭州湾跨海大桥工程数据分析

4.1工程概况

4.2实验一:杭州湾跨海大桥南北航道桥几何状态测试数据分析

4.2.1 杭州湾跨海大桥高程拟合数据

4.2.2 GPS高程拟合实验数据计算

4.2.3结果分析

4.3实验二:杭州湾跨海大桥工程控制网高程异常数据分析

4.3.1实验数据来源

4.3.1 GPS高程拟合实验数据计算

4.3.3结果分析

第五章 顾及地球重力场模型的GPS高程转换

5.1引言

5.2引入重力场模型改正的“移去-恢复”法

5.2.1“移去-恢复”的方法原理

5.2.2“移去-恢复”法算例数据

5.2.3结果分析

结论总结及建议

参考文献

附 录

致谢

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摘要

长期以来,解决高程测量的主要方法是水准测量,其优点是精度较高,缺点是劳动强度大,成本高、效率低,尤其是对于测区大、线路长、沿线地形复杂多样的交通工程。 近来年,GPS以其提供全天候、全球性、高精度、高速度、高效益的实时导航定位服务等优点被广泛应用于各个领域。 然而令人遗憾的是GPS在高程定位精度方面还不尽人意,由于似大地水准面是一个不规则的曲面,它无法用一个精准的曲面来模拟,这就使得GPS只能提供给我们高精度的大地高,而不是我们工程中需要的正常高。 因此如何有效利用GPS测量的高程信息把大地高转换成正常高,直接为测绘生产服务,实现GPS观测时能同时获得实用的三维坐标,是一个非常实际而又有意义的课题。 目前针对面状测区利用GPS转换高程拟合方法把GPS高程信息转换成工程项目需要的正常高这种方法比较常见,技术也较为成熟。而针对长达几十公里甚至几百公里且穿越崇山峻岭的交通工程,如何有效利用大量的GPS高程信息使其成为工程项目需要的正常高,是测量工作者非常关心的问题,也正是本文所研究的问题。 本论文介绍了大地高、正常高和正高等高程系统的概念及其相互关系,阐述了GPS测高的相关理论以及GPS水准(GPS高程拟合)的原理,并将GPS高程拟合模型分为函数模型、统计模型、组合模型、重力模型四类,详细阐述了各种模型的拟合方法,并对GPS高程拟合的可行性和各种模型的适用性进行了深入分析,给出了GPS水准拟合精度的评定方法和指标。 结合杭州湾跨海大桥工程实例,用Matlab语言编程实现不同的GPS水准拟合方案,对结果进行综合比较、分析和研究,给出了不同拟合模型的精度评价。 本文还着重讨论了顾及地球重力场模型的GPS高程拟合方法,从理论上讲,实现GPS大地高向正常高转换的最好方法是综合利用GPS测量数据和地球重力场模型,但对一般工程单位而一言,不具备获得地球重力场模型的能力。 文中还结合某高速公路工程数据,利用“移去-恢复”法进行高程转换,采用不同拟合模型与直接拟合结果进行综合比较和分析研究,给出了不同拟合模型的精度评价,并提出了具体的结论和建议。

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