基于SST地球重力场模型的GPS高程转换研究及应用

摘要

GPS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。首先，在效率、经济性、实时性甚至在精度上，GPS的挑战是明显的。在不一定要正常高的许多场合，GPS可以代替水准测量，单独完成工程和科学任务；其次，通过似大地水准面(确定高程异常)，GPS测量的大地高可以转换成正常高，从而代替水准测量。 重力卫星探测技术的发展，特别是一系列高精度的卫星跟踪卫星(satellite-to-satellite tracking，SST)地球重力场模型的研制，为GPS高程转换提供了一个优良的参考基准。比如最近释放的2190阶、空间分辨率到达5'(约9km)的高精度地球重力场模型EGM2008。然而把GPS测量大地高转换成正常高仍存在多种方法的优选和众多地球重力场模型优选的问题，本文就是针对这两方面的内容做了比较详细的探讨和分析。 本文在介绍了GPS高程转换基本理论后，进而介绍了一些常规的采用纯数学函数拟合的GPS水准拟合法，以及阐述了只利用SST地球重力场模型进行高程转换的基本原理。在引入地球重力场模型的同时，分别从中国和欧洲大区域范围与某隧道工程实例小范围区域二个方面做了重力场模型的比选分析研究。鉴于GPS水准拟合法和重力场模型法在求解高程异常中优缺点互补的特性，本文采用“移去-恢复”的思想，提出了一种顾及地形综合利用地球重力场模型和数学函数拟合进行GPS高程转换的综合算法，并且结合具体某隧道工程实例，分析比较了各种GPS高程转换方法的精度及适用性，论证了在高山区或地形起伏比较大区域GPS/水准点分布均匀情况下采用综合算法的精度要优于其它方法，论证了在山区已知GPS/水准点分布不均匀情况下采用高精度EGM2008重力场模型经系统偏差改正的算法精度要高于其它方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 GPS定位技术的兴起及其应用

1.2 GPS在高程测量中的地位

1.3 GPS高程转换方法概述

1.4本文研究的主要内容

第2章GPS高程转换的基本理论

2.1各种起算面及相互关系

2.1.1大地水准面、正高系统与正高

2.1.2似大地水准面、正常高系统与正常高

2.1.3参考椭球面、大地高系统与大地高

2.1.4垂线偏差

2.2 GPS水准测量原理

2.3不同参考椭球高程异常的转换

2.4 GPS高程转换的精度评定指标

第3章GPS高程转换的GPS水准拟合法

3.1引言

3.2曲面拟合法

3.3多面函数拟合法

3.4样条函数拟合法

3.5其它方法简介

3.5.1 BP神经网络法

3.5.2天文GPS水准法

第4章GPS高程转换的SST地球重力场模型法

4.1地球重力场模型的研究现状

4.2重力小卫星CHAMP、GRACE和GOCE

4.2.1 CHAMP卫星

4.2.2 GRACE卫星

4.2.3 GOCE卫星

4.3低轨卫星跟踪数据反演地球重力场模型的原理和方法

4.4地球重力场模型用于GPS高程转换的基本原理

4.5 SST地球重力场模型的优选评价分析

4.5.1利用大范围区域高程异常检核SST重力场模型精度

4.5.2利用小范围区域GPS/水准数据检核SST重力场模型精度

第5章GPS高程转换的“移去-拟合-恢复”法

5.1引言

5.2地形起伏对高程异常的影响

5.3“移去-拟合-恢复”法基本原理

5.4工程算例分析

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文