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全球定位系统(GPS)从建成至今已经发展了十多年,软件和硬件技术也不断更新,其平面相对定位精度能满足各种工程要求,但是GPS高程的精度问题还相对滞后。尽管目前国内外对于GPS高程转换为正常高方面的研究成果很多,但至今为止,国内外还没有一种完全可靠的计算方法能够保证高精度的解决各种情况下GPS高程转换为正常高的问题。
随着社会的发展、城市建设步伐的加快,一个地区选择一个合适的模型来较高精度地解决GPS高程转换为正常高的问题将会产生很大的经济效益。为了更好的为文中试验地区GPS高程拟合模型的选择提供可靠的参考意见,本文以试验地区的数据为基础采用了几个常用的数学模型进行了研究讨论,通过对试验数据进行分析和对比,最终确定最适合本试验区域的GPS高程拟合模型。
本文阐述了GPS水准高程的测量原理,详细的介绍了几种GPS高程拟合模型。同时为了更好的评定GPS高程拟合精度,给出了评定的方法,然后采用MATLAB、VC对文中选取的六个模型进行了编程建摸,并结合南昌市某地区的数据进行计算分析,逐个模型进行研究,总结了一些经验和结论,通过对各个模型的最优拟合结果的比较,得出了最适合此试验区域的GPS高程拟合的数学模型。
通过分析研究各模型的拟合结果,得出了如下几点结论:
1.在选用的拟合模型中,移动二次曲面拟合为本试验地区的最佳数学模型。
2.多项式拟合当阶次大于三次时,适用性不高;对于较平坦地区,多项式曲面拟合的阶次在三次以内,三次曲面拟合精度最高;多项式拟合只要点位分布均匀,拟合点平均边长的大小对拟合的精度影响不大。
3.对于较平坦地区,移动曲面拟合中二次曲面拟合适用性较好;移动曲面拟合只要选取的拟合点分布均匀,拟合点平均边长的大小对拟合的精度影响不大;
4.多面函数拟合核函数为正双曲面时,平滑因子选择两倍拟合点平均边长时精度较高;多面函数拟合核函数为倒双曲面时,平滑因子选择三倍拟合点平均边长时精度较高;多面函数拟合核函数为锥面时,在选择常数C时宜大于100000;
5.对于平坦地区,在一定的条件下,采用多项式拟合、移动曲面拟合、加权平均拟合、多面函数拟合、曲面样条拟合均能达到图根水准的精度要求,部分可以达到四等水准要求;
6.对于本试验数据,采用移动二次曲面拟合精度最高,曲面样条拟合、多面函数拟合(核函数:锥面)次之,二次曲面拟合精度第三,以上四种拟合方法精度均比较接近,加权平均法拟合精度最差。
本文的组织安排如下:
第一章是绪论部分。介绍本文研究的意义,阐述了GPS高程拟合的发展和国内外研究现状,介绍了GPS高程拟合方法目前面临的主要问题,并对本文的内容进行简要的说明。
第二章从基础理论出发,介绍了高程水准面、大地水准面、似大地水准面的概念;介绍了大地高系统、正高系统、正常高系统及三者之间的关系;介绍了高程异常的获取原理及几种获取的方法。
第三章比较详细的介绍了平面拟合法、多项式曲面拟合法、移动曲面拟合法、加权平均拟合法、多面函数拟合法、曲面样条拟合法等几种GPS高程拟合模型,并简要的阐述了GPS高程拟合精度的适用性和精度的评定方法。
第四章根据本试验区域内地形情况及所掌握的高程点情况选取了几个主要模型,采用MATLAB、VC软件进行编程,在分析了影响数学模型拟合精度因素的基础上,利用本试验地区数据按不同方案对各模型进行计算,根据计算的拟合结果与已知水准数据进行比较,分析拟合的精度,得出一些有益的结论,并通过各模型的拟合结果分析出本试验地区最适合的拟合模型。
第五章是对全文研究工作的总结,提出了总结的结论及后续工作。