1、开题报告公路勘察中的 GPS 高程拟合研究姓 名： 层 次： 硕士研究生年 级： 级指导教师： 张建军学科专业： 测绘工程撰写日期： 2011 年 10 月二一一年十月信息工程大学测绘学院一、课题研究的背景GPS在公路勘察中的应用，目前从初步设计阶段建立工程控制网，到施工图阶段的平、纵、横测量等，几乎覆盖了公路勘察设计的整个阶段，随着近几年高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，工期短等，用常规测量手段很难达到这些要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常
2、规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥隧的控制测量中，由于无需通视，可构成较强的网形，减少了常规方法中的许多中间环节，提高了点位精度。因此，GPS技术的速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。二、目的和意义目前 GPS 技术测量的平面位置的精度已相当高，可以满足许多平面控制的要求，但是 GPS 测量的高程由于其高程系统不能直接应用于生产实践，GPS 高程转换问题是目前制约 GPS 高程应用的关键技术，因此 GPS 高程拟合系统的研究对 GPS 技术的推广应用具有重要意义。本文主要对几种常用的 GPS 高程拟合模型进行了研究；从 GPS 测量的基本原理出发，分
3、析了影响 GPS 高程转换精度的因素，论述了 GPS 高程转换的过程与常用方法，特别对二次曲面模型、多面函数模型、神经网络模型、正交函数模型等进行了较深入研究；最后结合公路实例，对几种拟合模型进行分析比较，得出正交函数模型在特定狭长带状区域的拟合精度最理想的结论。三、国内外研究现状GPS获得的高程是参照WGS-84参考椭球面而言的，而传统水准测量所测得的高程则是参照于大地水准面或似大地水准面而言的。由于GPS 测高要远比传统水准测量来得便捷，故人们期望能用 GPS高程测量来逐步取代传统的水准测量，而成果又希望统一使用测站点的正常高，这就需要研究GPS大地高与正常高之间的转换关系，从而需要研究高
4、程异常的问题。纵观高程异常的确定方法，可以分为几何解析法，重力法以及几何解析法和重力法结合的混合方法。几何解析法是用一个一次或高次的解析多项式拟合出测区的似大地水准面，进而内插出GPS点上的高程异常值。重力法的出发点是利用计算点附近的地面重力测量资料求解大地水准面的非线性变化部分，应用中通常需结合地形数字模型和地球重力场模型数据，以反映地形起伏的影响和大地水准面的长、短波特性。对于一般工程单位而言，无法获得必要的重力数据，故重力方法难于普及。本文主要研究从几何观点出发推求高程异常以及正常高的方法，此类方法的基本思想如下：假设在测区内有若干个既进行了GPS测量又联测了水准高程的GPS点 (这样的
5、点称为水准重合点，后面简称其为已知点)，那么可以利用大地高和水准高之间的关系，推算出各水准重合点上的高程异常，利用这些离散点上的异常值，可以拟合出测区所在局部区域的似大地水准面，进而可以内插出未知点上的高程异常，实现椭球高向正常高的转换。四、主要研究内容 1. 在阅读文献资料的基础上，对GPS技术及高程转换的现状及发展进行综述。2. 根据GPS高程转换的过程，对影响其精度的误差源进行了分析，如测量误差、模型误差等。3. 采用稳健估计的方法，对GPS高程数据的筛选预处理工作进行了分析，提高了高程拟合的可靠性。4. 对GPS高程拟合的方法进行了细致的分析和研究。本文就加权平均模型、平面函数、曲面函
6、数、多面函数、单参数BP算法、正交函数法和球冠谐模型法等几种函数模型进行了分析研究，并得出有效结论。五、研究难点与重点1对拟合模型分析的基础上，提出了本文的研究目标：寻找公路勘察中带状区域高程拟合的优选模型，从而提高公路勘察中GPS高程拟合的精度和可靠性。2采用稳健估计的方法，对GPS高程数据的筛选预处理工作进行了分析，提高了高程拟合的可靠性。3根据公路GPS控制网的带状区域的特征，详细介绍了基于正交函数基的改进多项式拟合模型，并简单介绍了带状区域的动态拟合的方法。最后，给出了GPS高程拟合的精度的评价指标。六、软、硬件环境1.硬件 586 以上微机2.软件 Window XP 操作系统 Visual C+ 6.0 软件 MATLAB 6.5 七、进展计划1. 2011.032011.09 资料的收集与整理2. 2011.102011.12 高程拟合在公路勘察中的应用研究3. 2011.012012.03 论文初稿的撰写4. 2012.042012.06 论文的进一步修改和完善
