基于区域椭球法的似大地水准面精化研究与实践

GPS技术已经非常成熟,但是GPS高程属于大地高系统,而我国实际水准数据采用的是正常高系统。导致GPS高程不能直接运用,降低了GPS数据的利用效率。本文应用区域椭球的定位定向拟合方法,通过对椭球的定向进行调整,以消除椭球面相对于投影面的倾斜异常,并应用软件实现该转换。经在某工程应用中对比,得出区域椭球法具有可观的应用前景。     

基于多点的区域性椭球确定

为了限制面积较大测区(>10 000 km²)的长度综合变形,提出一种区域性椭球面的构造方法。首先,将参考椭球沿位置基准点法线方向平移,使区域性椭球面和投影面在该点处重合;然后,以位置基准点为旋转中心进行旋转,消除区域性椭球面和投影面的倾斜误差。实测算例表明,各点相对于区域性椭球面的大地高和正常高的偏差达到厘米级精度,说明本文算法具有一定的实用价值。     

地心笛卡尔坐标系中地面点到旋转参考椭球面的投影

本文提出了一种钭地心笛卡尔坐标系中一地面投影到旋转椭球面的快速迭代解法。并由此点的地心笛片尔坐标协因数阵导出此点及其到椭球面投影响的坐标全向量协因数阵，用以计算椭球高及相关方差。     

我国新旧坐标系与高程系

测绘工作的基本任务之一就是测定地面点的位置,包括地面点在基准面(参考椭球面)上的投影位置和地面点沿投影方向到大地水准面的距离。为此,必须建立相应的大地坐标系和高程系。这是大地测量的基本建设,也是地图制图的基础。建立大地坐标系又包括确定参考椭球的参数、它的中心位置(定位)和坐标轴向(定向)三个方面的问题,即建立起一个大小、位置和轴向完全确定的椭球,从而为大地测量和整个测绘工作提供确定的地球数学模型、提供测量和投影计算的基准面以及大地原点的大地起算数据。     

区域性椭球元素的最佳确定

提出了一种确定区域性椭球元素的新方法,与现有的确定方法相比,它不再是仅在单点上使区域性椭球面与城市平均高程面相交,而是充分利用多个点上的已知高程使两个面充分地接近,从而减少ＧＰＳ网与原有地面网因边长归算基准面不一致而产生的尺度差异。     

区域性椭球元素确定方法的比较

介绍目前常用的3种椭球变换方法并分析其特点,归纳E1-E6区域椭球元素及大地坐标变动量的公式.利用实测数据对多点法确定的E5椭球和定向定位调整法确定的E6椭球进行比较,结果表明:E6椭球面与投影面更加密切吻合,优于E5椭球.     

杭州市城东三等导线网精度分析

在杭州市城东控制网平差过程中，由于缺少测区高程异常值（即大地水准面与参考椭球面差距），测距边长只归算到大地水准面上，而不是参考椭球面上，因此降低了控制网的精度。本文拟采用61．5m作为大地水准面到参考椭球面的距离的参考值，对测距边长进行高程异常值改正，来分析城东三等导线网的精度。     

区域椭球面上数字高程模型的建立

提出了在局部区域的椭球面上建立数字高程模型的原理和方法。这种椭球面的DEM是在区域性椭球面上基于新大地坐标系建立的,不同于现有的基于投影平面的DEM。由于未经过从椭球面到平面的投影,从而杜绝了投影变形,也消除了平面位置与水准高程之间作为3维坐标的不兼容性。在具体建模中,直接基于与测区平均高程面最优拟合的区域性椭球面,采用格网DEM的建模方法来建立椭球面DEM。     

斜轴墨卡托圆柱投影及其在高速铁路控制网中的应用

为了有效控制高速铁路全球定位系统(GPS)控制网投影变形,利用椭球变换、椭球面向球面投影以及球面圆柱投影基本理论,探讨了斜轴墨卡托投影的处理方法。通过算例分析表明,斜轴墨卡托投影与高斯投影相比,可有效控制长度变形,避免高斯投影分带过多的问题,因此该投影在高铁以及其它线路工程控制网中具有一定的优越性。     

GPS桥梁平面控制网的坐标转换

针对桥梁施工控制网建立的特点,详细介绍了利用工程椭球进行高斯投影的一种实用GPS坐标转换方法,并通过天兴洲大桥GPS控制网的实例,证明了这种转换方法的可靠性。     

建立区域坐标系问题的我见

讨论了城市及工程控制网所属的区域坐标系的实质,指出设置抵偿高程面的方法所存在的种种缺陷,尤其是对大面积测区及精密工程控制不家采用,而任意带坐标系则较少受到限制,更能满足应用需要,采用亲折椭球,正是在ＧＰＳ技术应用日益普及和深入的条件下的必然做法,亦可使建立区域坐标系理论趋于严密,但目前所采用的区域性椭球尚有待于研究和改进。     

一种基于CGCS2000框架的单椭球七参数转换法

针对RTK三维水深测量技术中GPS大地高需拟合成正(常)高的问题,该文在常规七参数转换法的基础上提出一种基于CGCS2000框架的单椭球七参数转换方法,有效弥补了二次曲面法在外推拟合GPS高程时精度衰减的不足。该文重点阐述了单椭球七参数转换法的构造原理、流程及其特点,最后通过椒江出海口水下地形测量项目实例证明:该文算法在拟合精度的内插方面不低于经典的二次曲面法;外推方面,在椒江口向东海外推超过20km时,仍能保证厘米级的拟合精度,且相比二次曲面法精度高出一个数量级。     

GPS高程拟合方法比较

从GPS高程测量应用问题入手,简述了GPS高程拟合的原理,介绍了曲面拟合法、最小二乘配置拟合法和基于kriging统计的移动曲面法3种高程拟合方法,并通过某地区GPS/水准点数据进行了实验比较,得出了一些有益的经验结论。     

基于Visual Studio的总体最小二乘高程拟合研究及实现

GPS水准主要根据测区内若干基准点上的高程异常构建曲面来逼近似大地水准面,由GPS测出基准点的大地高即可求出该点的正常高。本文主要研究一片小区域且较为平坦,应用最小二乘和总体最小二乘对平面拟合法、二次曲面拟合法和三次曲面拟合法进行探讨,并在Visual Studio平台上用Cshape语言实现高程拟合的过程。结果显示,三次曲面拟合法的总体最小二乘相比于其他方法效果最好。     

建立公路控制测量坐标系方法的探讨

近年来,公路控制测量中普遍采用GPS测量,多数测绘单位都是按照国家控制测量的方法和要求进行布设、测量,没有考虑公路测量的特殊性。这样就存在一个问题:施工单位现场用全站仪实测某两点之间的距离与用坐标反算的距离相差很大,无法满足作为工程施工的要求。针对这一问题,本文就如何建立公路控制测量坐标系的方法进行探讨。     

顾及 EGM2008重力场模型的 GPS 高程拟合研究

G PS高程拟合多采用数学拟合法,需要点位分布合理且足够数量的G PS/水准点。采用二次曲面结合EGM2008地球重力场模型进行GPS高程拟合的方法。工程实例显示：该方法使用较少的G PS/水准点即可达到厘米级精度。     

GPS变形监测的位移显著性检验方法研究

目前普遍采用的位移显著性检验方法,是人为地将客观上的空间位移问题转化为地方(局部)坐标系中的1维或2维位移问题来进行检验,既使位移检验在理论上的严密性受到损害,又使GPS能够在协议地球坐标系(ITRF或WGS-84)中同时精确测定空间3维位移的优越性得不到充分利用。由于在位移转换过程中会引入误差,可能导致位移显著性检验结果不可靠,尤其是当位移量小而坐标转换误差大时可靠性更低。为了避免由于位移转换存在误差而影响位移显著性检验结果的可靠性,本文提出了用GPS进行变形监测时,直接在ITRF或WGS-84空间坐标参考框架下进行位移显著性检验的新方法—"变形误差椭球检验法",严密地推导了有关理论公式,给出了具体的检验方法,并进行了实例计算和分析。