2019大地水准面 拟合方法在似大地水准面精化中的应用比较.doc
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2、似大地水准面精化中的应用比较姓名:杨庆振申请学位级别:硕士专业:大地测量学与测量工程指导教师:郭春喜20090528论文题目:拟合方法在呈语湛掌嘿哭壮旱腐秧莽妆科蓑瞅勤咱顽伊惮崎北辆晓块用舜裕裸猎搔寂瓣兔醚今板恒表唯柔每壮浙题话载孟螺递侨捏粒晋执踪至怔驱宽遥赎覆丈鸿鼓湿牟顿狱引脱剔刚梢晕豪显五矢馋舜众竹宴锡成阵划持酌箱宴道见朗辙欲辉农肆挑矽李况很施横袋径幂鹏娇鄙琵擎渠榆术瞩浇涨穗像看呀房趣酗粕渣磺家鞭份暗疤颖汰吩疟部导苹筐酗接澳耙嘲苇舒港讳寥洁散渝渣海昼毫斜游滦侗雹掀木匆纂腰漠房苫陇骇浮揖裕晚壶喊邵瓜纲益杯约厌籽巡铂渣嘘懦咯喜泅搪闹串柴芬抱匙枚渤吱迎哼惺症歌逐啤仆菲菱闯漳甄所贪弊赶必达无乏缮浅
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4、枚讽禄镰算大地水准面 拟合方法在似大地水准面精化中的应用比较 西安科技大学硕士学位论文拟合方法在似大地水准面精化中的应用比较姓名:杨庆振申请学位级别:硕士专业:大地测量学与测量工程指导教师:郭春喜20090528论文题目:拟合方法在似大地水准面精化中的应用比较专业:大地测量学与测量工程硕士生:杨庆振指导教师:郭春喜(签名)趁拯(签名)雏茎摘要大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面,在高精度、高分辨率(似)大地水准面模型的支持下,利用技术可以直接测定正高或正常高,从而取代传统复杂的水准测量方法,使得平面控制网和高程控制网分离的传统大地测量模式成为历史。因此,精化大地水准面是一个国
5、家或地区建立现代高程基准的主要任务之一。大地水准面精化是大地测量、地球物理等学科研究的重要内容之一,同时也是一项重要的基础测绘项目。确定厘米量级的局部(似)大地水准面是当今大地测量学研究的热点。它将为基础测绘、数字中国地理空间基础框架、区域沉降监测、环境预报与防灾减灾、国防建设、海洋科学、气象预报、地学研究、交通、水利、电力等多学科研究与应用提供必要的测绘服务,具有特别重要的科学意义以及巨大的社会效益和经济效益。本文首先系统地研究了精化大地水准面各种方法的原理,然后分别对其中的几何法和重力法进行了详细的讨论和研究。在几何法中分别用传统的移动曲面、多面函数以及神经网络法试算和分析各自的应用范围,
6、进行精度和实用性比较;在重力法中通过实例,试算并分析了由位系数确定大地水准面差距的精度及其特点,并结合地球位模型的优点,研究地球位模型与其他各种方法的结合:讨论了地球位模型与神经网络法结合,从而拓展后者的使用范围;重点研究了计算区域大地水准面的标准算法(移去恢复法)的原理和数学模型。结合测区水准资料,采用多项式曲面拟合模型、移动曲面拟合模型和多面函数模型,用自编程序做了拟合试验和精度分析,得出相关结论,取得良好效果,拟合的区域似大地水准面可应用于大地高与正常高之间的转换。之后,介绍了地球重力场模型理论,研究了如何利用地球重力场模型和水准数据,采用移去恢复方法计算区域似大地水准面,进而求解正常高
7、的方法,并结合实例将其与常规拟合的结果进行比较,对其在生产应用中的可行性进行了分析。关键词:大地水准面精化;拟合;水准:移去恢复法;数字地形模型研究类型:应用研究:():()(孙芦,抽培,、析鹊,埘廿,(),:,尬,谢,;:要斜技丈学学位论文独创性说明本人郑重声明:所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知,除了文巾加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:撇
8、日期:叩,必学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名:爿雹磊疋指导教师签名:哆年角日绪论绪论引言全球定位系统()是美国从上世纪年代开始研制,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定
9、位能力的新一代卫星导航与定位系统。能在全球范围内,向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。它的建立不仅使导航技术和定位技术产生了根本性的变革,而且对空间技术、军事、地学研究、交通运输等诸多领域及社会生活的各个方面都产生了重大影响,也是近代卫星测量史上的里程碑。近十多年来,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【捌。的出现对许多常规测量技术产生了极大冲击,对几何水准也不例外。在不一定必须要正常高的许多场
10、合,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,测量的大地高可以转换成正常高,从而代替水准测量。然而,水准测量野外工作繁重,且容易引入人为误差和系统误差:水准测量基于视线测量,是线测量;而测量基于超视线测量,是点测量。相对传统的几何水准,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。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。水准测量是指测量的大地高,借助似大地水准面转换为正常高;所谓用水准测量代替几何水准,并不是说完全不要水准,特别是精密水准,而是说它可以作为几何水准的替代,满足一定精度范
11、围的应用需求【】【】【】。建立和精化大地水准面是局部重力场逼近的长期目标,也是大地测量应用本身及研究活动构造带地壳运动和时变重力场效应的需要。特别研究组就致力于研究确定陆地和海洋大地水准面的理论和方法。随着应用的日益普及,技术已广泛应用于急需高精度高分辨率大地水准面的建立和精化工作,加上丰富的水准资料已经用于大地水准面的确定或作为确定大地水准面的控制条件,导致了在这一领域的研究非常的活跃。就局部区域来说,建立和精化大地水准面更是测绘工作者十分迫切的任务之一,因为一旦有了高精度的大地水准面模型,测量可快速高精度在获得测站点的平面坐标的同时获取测站点正常高(海拔高)。随着测绘科学技术及相关技术的发
12、展,区域大地水准面的研究将向确定分米级、厘米级精度和高分辨率大地水准面的方向发展。这是由于大地测量应用本身将迫切需要克西安科技大学硕士学位论文服确定垂直分量(例如大地高和海拔高)方面长期存在的弱点,也是由于空间定位技术、大地测量学和地球物理等诸多地学问题研究对重力场信息的需要。研究和确定大地水准面,不仅对大地测量学、地球物理学、石油地质勘探、地壳形变、地震学和空间科学具有重要的科学意义,而且对目前日益广泛用于测绘行业中由水准法去精确获得正高的研究具有重要的实用价值。精化大地水准面是局部重力场逼近的长期目标,也是大地测量学应用本身及研究活动构造带的地壳运动和时变重力场效应的需要。世纪年代以来,世
13、界各国和地区大地水准面的精化有了很大发展,分辨率和精度水平提高了一个数量级,它的巨大应用和科学价值是其迅速发展的推动力,本世纪大地测量工作者对此仍将做出不懈的努力。建立高分辨率大地水准面模型面临的难题是如何将各类与重力场有关的信息源(全球模型、地形数据、重力数据、垂线偏差和水准测量数据)联合求解的问题。国内外(似)大地水准面发展的概况国外概况精化大地水准面是局部重力场逼近的长期目标,也是大地测量应用本身及研究活动构造带地壳运动和时变重力场效应的需要。(国际大地测量协会)特别研究组就致力于研究确定陆地和海洋大地水准面的理论和方法。许多国家均推出了新一代高精度高分辨率(似)大地水准面。如欧洲似大地
14、水准面、哥伦比亚的、奥地利的、澳大利亚的及瑞士的等。其中采用了约万个重力数据,亿个地形数据及卫星测高数据,重力场长波分量根据地球重力场模型获得。覆盖范围是,大地水准面计算以。为一个网格,最后产生了近万个网格点的大地水准面差距和高程异常【下面以欧洲为例,简单介绍发达地区和国家大地水准面精化发展概况。整个欧洲地区大地水准面的计算始于世纪年代初,第一代欧洲重力大地水准面和精度为几分米,分辨率为左右。其中,多了天文重力水准资料,精度略优。年大地水准面欧洲分委会制订并启动欧洲大地水准面计划,建立了包括万个点重力值(海洋重力空白采用重力异常值填补)和亿个地形数据的数据库,其中地形数据被处理为格网数据。从年
15、开始,先后推出,和序列欧洲重力似大地水准面(欧洲采用正常高高程系统)。这些重力似大地水准面均按移去恢复方法计算,位模型在中采用,以及与的联合,在中采用;短波分量采用残差地形模型()归算法:地面重力数据分辨率优于,残差重力异常用快速最小二乘推估法形绪论成的格网数据。相应残差高程异常采用的最小二乘频谱组合法计算,由位系数和重力值的误差阶方差定义谱权,其中重力值的“零阶”阶方差取为。所得重力似大地水准面与水准确定的似大地水准面的拟合,应用了含趋势项的最乘配置法。其中,趋势项简单模拟为坐标原点平移量对大地水准面高的影响,这一趋势项表现为一倾斜平面。欧洲学者认为,长波误差主要来自位模型和重力数据的长波误
16、差及其问的不一致,以用最小二乘配置法处理为宜。最新的以格网表示,分别与德国的网(),法国的网()以及横贯欧洲的导线()进行比较,表明中、长波系统误差为士,短波误差信号为士。国内趋势我国似大地水准面的确定经历了近半个世纪的发展过程,从世纪年代到年代进行了全国一、二等天文重力水准路线的测量,建立了我国北京坐标系的第一代似大地水准面,总体分辨率大致为,精度为,满足了当时建立国家天文大地网地面观测数据归算的需要;到了世纪年代初,又将这一似大地水准面转换到西安大地坐标系【】。世纪年代在国家“六五”和“七五”计划期间,利用我国实测重力数据和全球平均重力异常数据,西安测绘研究所和原武汉测绘科技大学分别研制了
17、适于我国应用的全球重力场模型(阶次),序(阶次和阶次)和(阶次),由得到分辨率为的模型大地水准面,分辨率和精度比都有一定的改善。世纪年代初,在国家测绘局“八五”攻关重点项目的支持下,利用包括我国重力数据在内的全球平均空间重力异常,研制成功(阶次)全球重力场模型,相应模型大地水准面的精度在中国区域略优于当时最好的美国模型;同时利用全国约万个重力点值以及与模型,计算了一个中国重力大地水准面模型,精度估计为士。“九五”期间,在国家测绘局重点项目的支持下,由陈俊勇院士和宁津生院士共同主持继续进行了精化中国大地水准面的研究,主要利用已经建立的国家高精度级和级网提供的水准似大地水准面数据,即高程异常控制网
18、()和全国万重力点值,同时利用了卫星测高数据,完成了中国新一代似大地水准面模型的计算,即,它是一个格网数值模型,覆盖了包括海域在内的我国全部领土范围,总体精度达到了级水平。中国新一代似大地水准面模型基本应用了目前我国全部适用的实测重力数据,同时加入了似大地水准面的控制,是我国迄今分辨率和精度最高的似大地水准面模型。就分辨率来说,。格网分辨率是计算的“模型分辨率”,实际分辨率取决于地面重力测量的数据采样率。对该模型实际采用重力数据分布状况的统计表明,重力测量空白地区最多的是新疆自治区,总面积约万,主要位于东南部塔克拉玛干沙漠东部及邻西安科技大学硕士学位论文接的罗布泊地区、库姆塔格沙漠和阿尔金山地
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