gps高程轉(zhuǎn)換在公路高程控制測(cè)量中的應(yīng)用研究

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1、ResearchontheApplicationofGPSElevationConversioninRoadVerticalControlSurveyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuMingxueSupervisor：Prof.ZhiXilanChang’anUniversity,Xi’an,China摘要公路高程控制測(cè)量為整個(gè)路線提供統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)，在路線設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)階段都起著非常重要的作用。隨著全球定位系統(tǒng)GPS（Glob

2、alPositioningSystem）技術(shù)的發(fā)展，GPS測(cè)量以高效率、高精度、不受氣候條件限制等優(yōu)勢(shì)，使得GPS技術(shù)應(yīng)用于公路高程控制測(cè)量已成為一種趨勢(shì)，其可以減輕外業(yè)工作量，從而帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。采用GPS相對(duì)定位技術(shù)可以獲得GPS網(wǎng)中觀測(cè)點(diǎn)的大地高，但在公路高程控制測(cè)量中，地面點(diǎn)的高程采用正常高，研究GPS高程轉(zhuǎn)換可以精確求定GPS點(diǎn)的正常高。本文結(jié)合公路高程控制測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最小二乘配置方法進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換研究，取得的主要成果有：（1）在收集GPS高程轉(zhuǎn)換及公路高程控制測(cè)量的大量資

3、料的基礎(chǔ)上，了解了GPS定位技術(shù)原理，高程系統(tǒng)的定義，理清了各高程系統(tǒng)之間的關(guān)系，掌握了國(guó)內(nèi)外常用的GPS高程的轉(zhuǎn)換方法及其在公路高程控制測(cè)量中應(yīng)用研究現(xiàn)狀。明確了公路高程控制測(cè)量的重要性，實(shí)測(cè)方法及精度要求。（2）在基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)GPS高程轉(zhuǎn)換模型中，為避免各轉(zhuǎn)換參數(shù)數(shù)值差異過大，必須對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使其具有同等的權(quán)重。傳統(tǒng)的歸一化函數(shù)值域?yàn)閇0,1]（函數(shù)A），為了研究數(shù)據(jù)歸一化方式對(duì)GPS高程轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響，本文提出了值域?yàn)閇-1,1]的歸一化函數(shù)（函數(shù)B），結(jié)合反向傳播（BP）、廣義回歸（G

4、RNN）和徑向基（RBF）等三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比分析，得出函數(shù)B的轉(zhuǎn)換結(jié)果優(yōu)于函數(shù)A的轉(zhuǎn)換結(jié)果；采用B函數(shù)歸一化時(shí)，基于廣義回歸（GRNN）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的GPS高程轉(zhuǎn)換結(jié)果最優(yōu)。（3）針對(duì)常規(guī)GPS高程轉(zhuǎn)換模型沒有顧及非隨機(jī)參數(shù)向量，其結(jié)果與正常高的實(shí)際值必然會(huì)有一定差異，本文在最小二乘配置模型中加入了非隨機(jī)參數(shù)向量，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，與平面轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。采用平面轉(zhuǎn)換模型，其結(jié)果的中誤差為0.039m，而采用最小二乘配置轉(zhuǎn)換模型，其結(jié)果的中誤差為0.008m，相對(duì)精度大幅度提高。針對(duì)協(xié)方差函數(shù)對(duì)最

5、小二乘配置轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響問題，采用高斯(Gauss)函數(shù)、希爾伏寧(Hirvonen)函數(shù)、似高斯(Gauss)函數(shù)分別作為協(xié)方差函數(shù)進(jìn)行了GPS的高程轉(zhuǎn)換計(jì)算分析，得出了當(dāng)采用似高斯函數(shù)作為協(xié)方差函數(shù)時(shí)，其結(jié)果優(yōu)于前二者。（4）探討了在公路高程控制測(cè)量中GPS高程轉(zhuǎn)換為正常高的精度影響因素。從數(shù)據(jù)源分析，在觀測(cè)過程中GPS數(shù)據(jù)采集誤差主要包含衛(wèi)星星歷引起的誤差、GPS信號(hào)I的傳輸誤差及GPS天線高的測(cè)量誤差；聯(lián)測(cè)誤差有水準(zhǔn)點(diǎn)本身的誤差和與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)引起的誤差。從GPS高程轉(zhuǎn)換模型分析，主要包含模型的適用范

6、圍，模型參數(shù)的選擇，GPS網(wǎng)型結(jié)構(gòu)以及已知點(diǎn)的選擇情況。最后，基于廣義回歸（GRNN）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的GPS高程轉(zhuǎn)換方法計(jì)算了一個(gè)公路高程控制測(cè)量實(shí)例，驗(yàn)證將GPS技術(shù)應(yīng)用于公路高程控制測(cè)量的可行性和可靠性。關(guān)鍵詞：公路高程控制測(cè)量，GPS，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最小二乘配置，歸一化，協(xié)方差函數(shù)IIAbstractTheroadverticalcontrolsurveyplaysaveryimportantrole,providingauniformelevationbenchmarks,inthedesignconstru

7、ctionandoperationstage.WiththedevelopmentofGPS(GlobalPositioningSystem),GPStechnologybeusedtointheroadverticalcontrolsurveybecomesinevitable,thatcanreduceworkloadandbringdirecteconomicbenefits.GPSmeasurementwiththealotofadvantagessuchashighefficiency,highp

8、recision,freeoftheclimateconditionlimit,ThegeodeticheightofobservationpointbegainedbyrelativepositioningtechnologyofGPS,Butthenormalheightismostcommonlyemployedashighofthegroundpoint.GPSelevationconversionwas