GPS高程拟合方法研究及其应用文献综述

 2021-09-27 20:36:56

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本课题主要讨论的是GPS高程拟合方法研究及,通过相关资料的阅读,现将资料做如下总结:

一、本课题研究的意义

GPS定位技术最近几年里在很多领域得到了广泛的应用,这归功于GPS有诸多优点,其中GPS测量数据精度高、测量速度快、节省大量的人力和物力等优点被人们普遍认同。传统的几何水准测量方法,是测绘领域中测定正常高的主要方法,这种方法虽然精度较高,但费时、费力、效率低,而且作业条件要求苛刻,野外工作强度大。而GPS测量具有全天候、快速、经济等诸多优点,不仅可以节省经费,更重要的是高效率和实时性。然而如今虽然可以解算出GPS相对定位的基线向量,从中得出高精度的大地高,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的应用受到了限制。所以,研究GPS高程的意义在于研究GPS高程在测量过程中的精度究竟与哪些因素有关,如何提高GPS高程测量的精度,在数据处理过程中,将大地高转换为正常高又与那些因素相关,得到的正常高能否在实际应用得到广泛的应用,怎样才能真正的体现GPS测量的三维优越性。另外。提高GPS的定位精度以及GPS高程转换精度,可以得到较高精度的GPS水准高程。实践证明根据实际情况选择正确的转换方法获得的GPS水准高程的精度可以广泛地应用到工程、变形监测等各个方面中去,这将拓宽GPS的应用领域,真正的实现GPS的三维优越性。对于GPS高程的应用与精度分析的研究不仅有着其重要的理论意义,更重要的是具有非常重要的现实意义,并且有着广阔的应用前景。

二、研究现状及水平

近十多年来,GPS以其精度高、速度快、自动化程度高、经济效益高等优点广泛用于大地测量、精密工程测量、地壳和建筑物形变监测、石油勘探、资源调查、城市测量,并开始用于交通运输、军事、海洋、航道、航测遥感、通讯、气象等领域。GPS的出现对许多常规测量技术产生了极大冲击。在不一定必须要正常高的许多场合,GPS高程可以单独完成工程和科学任务,如地面沉降监测、水面运输监控、防灾与地震监测等。其次,通过似大地水准面(高程异常)的确定,GPS测量的大地高可以转换成正常高,从而代替水准测量。相对传统的几何水准,GPS高程测量不仅可节省经费,而且更重要的是高效率和实时性。GPS测量的大地高通过似大地水准面得到正常高,是高程测量方法的创新。由于人们在布设不同形式不同等级的控制网、建筑施工测量及放样以及建(构)筑物变形监测等方面都不约而同的给予了GPS测量大量的关注。使得GPS测量在各个领域都显示出了它的三维、快速、实时的优越性能。对于GPS高程的不便性,国内外也给予了普遍的关注。国内外在GPS高程转换的方法上进行了深入的研究,以使GPS高程能更广泛的应用到测量领域。

在国内外常用的高程异常拟合函数模型有平面拟合法,曲面拟合法和多面函数法。都是利用GPS水准点的高程异常与点的平面坐标函数关系式,构建相应的误差方程,根据最小二乘原理求得模型的最参数,从而实现区域似大地水准面的逼近。如果测区比较小,且地势平坦,可采用三点拟合法(即平面拟合)。曲面拟合法,当GPS点布设成一定区域面时,可以用数学曲面拟合法求定待定点的正常高。多面函数拟合法,此法由美国Hardy于1971年提出。它是从几何观点出发,解决根据数据点形成一个平差的数学曲面问题。其基本思想是,任何数学表面和不规则的圆滑表面,总可以用一系列有规则的数学表面的总和,以任意精度逼近之。平面拟合法在120km的平原地区,拟合精度可达3㎝~4㎝。在小区域内,曲面拟合精度可优于3㎝。多面函数法适于比较复杂的地区。

把综合利用GPS测量和水准测量资料,确定高程异常的方法,称为GPS水准法。实际上,很难获得高精度的高程异常值,而GPS单点定位误差又较大,一般测区内缺少高精度的GPS基准点,GPS网平差计算后,很难得到高精度的大地高程。所以很难应用上式精确地计算各GPS点的正常高。

为了描述区域性高程异常的变化规律,目前普遍采用的方法主要有等值线图示法和解析法。在一个区域性的测区内,我们可以根据地形情况,选取一些分布适宜、密度充分的GPS观测点,并进行水准联测,以精确获得这些点的高程异常,从而求得各点的正常高。

三、拟合方法

1.等值线图示法

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