利用ＧＰＳ水准建立似大地水准面及其精度分析开题报告

1. 研究目的与意义

似大地水准面是大地测量的重要研究内容之一,也是一项重要的基础测绘项目。随着gps技术的发展，由gps定位获取的大地高直接解求厘米级精度的正高或正常高已成为一种趋势，其实现可以减轻外业工作量，大大提高工作效率，从而带来直接的经济效益。而实现这一目标的前提条件是确定一个达到足够精度的大地水准面。

gps技术结合高精度大地水准面模型可应用于取代传统的高程测量(如三角高程测量和低等级水准测量),这是当前精化我国省市级大地水准面在测绘领域的主要目的之一。宁津生等人在《我国省市级大地水准面精化的现状及技术模式》一文中总结和分析了我国目前省市级大地水准面精化的现状、技术模式及特点，并在此基础上提出了今后精化我国省市级大地水准面的若干建议；另外，崔英良等人在《大地水准面精化》中阐述了通过gps技术快速、精确地获取地面点高程，取代了传统的低等级水准测量模式，极大的改善了传统的高费用、高体力、高消耗的高程测量的作业模式，并通过实际项目的应用得以实现。

确定厘米级的区域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、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。随着全球地球重力场模型、地面的实测重力数据、gps水准数据和数字地形模型等数据的丰富,为确定厘米级大地水准面提供了必要条件。确定区域高精度大地水准面的目的,一方面是大地测量学科发展的需要,另一方面是用gps测量手段代替低等级的水准测量,在用gps确定平面位置的同时,也能获得正常高,可以大幅度减少外业工作量和降低生产成本,加快成图周期,具有特别重要的科学意义和经济效益。

2. 研究内容和预期目标

课题主要研究利用GPS水准建立似大地水准面的建立方法：在几何法中，介绍天文水准、卫星测高和GPS／水准三种方法，并着重研究GPS／水准拟合法：常数拟合、曲线拟合和曲面拟合；在组合法中：结合测区GPS／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C#自编程序做拟合试验和精度分析，得出相关结论。针对大地水准面精化的误差来源，总结不同情况下区域大地水准面精化的方法和改进办法。

预期目标是通过沿江区部分GPS高程重合点的数学拟合，建立局部似大地水准面模型，利用其他数据获得精化大地水准面，对大地水准面检测结果进行比较与分析。

3. 研究的方法与步骤

确定大地水准面的方法可归纳为:几何方法(如：天文水准、卫星测高及gps水准等)、重力学方法及几何与重力联合方法(或称组合法)。目前,陆地局部大地水准面的精化普遍采用组合法,即以gps水准确定的高精度但分辨率较低的几何大地水准面作为控制,将重力学方法确定的高分辨率但精度较低的重力大地水准面与之拟合,以达到精化局部大地水准面的目的。大地水准面计算的最终成果的分辨率和精度主要取决于数据的质量、分辨率和精度。国内外目前在计算局部或区域大地水准面中主要采用移去-恢复技术、fft/fht技术、最小二乘配置法、最小二乘谱组合法及输入/输出算法等。

大地水准面的精化主要采用移去-恢复技术,辅以多项式拟合法或其它拟合方法，计算重力大地水准面,然后以高精度的gps水准数据作为控制。其方法主要是建立一个拟合曲面方程，求出方程中的系数，最后获得结果。其中的曲面拟合法步骤为：

（1）通过坐标转换等方法获得区域内各点的大地高（一般来自gps观测结果）； （2）获得这些点上的正常高（一般来自水准观测结果）；（3）同一点大地高减去正常高即得该点高程异常。（4）确定数学模型，用数学曲面拟合法求出模型中的系数（编程实现），建立起拟大地水准面模型。（5）对该模型进行检验，评定精度，分析结果；

4. 参考文献

[1]胡伍生gps原理与应用人民交通出版社 2011

[2]李庆海陶本藻概率统计原理和在测量中的应用测绘出版社1982

[3]覃锋等gps高程应用的关键在于精华大地水准面测绘与空间地理信息2006（1）

5. 计划与进度安排

（1）2022.1.14-2022.2.29：接受任务，了解指导教师对论文的要求和工作内容，根据论文内容查找和阅读有关文献，通过网络、期刊、专业书籍等进行相关背景资料了解。并通过在相关单位实习初步了解写作内容。

（2）2022.3.1-2022.3.12：整理和总结参考文献，撰写文献综述，阅读、翻译英文文献，撰写开题报告。

（3)2022.3.13-2022.3.27：了解国内大地水准面基本情况，学习建立大地水准面的基本理论与方法。写作论文的1-2部分。