似大地水准面精化方法研究及在松原灌区中的应用

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1、似大地水准面精化方法研究及在松原灌区中的应用第1章绪论1.1研究背景及意义全球卫星导航系统（GNSS）的建立是近代测量史上的里程碑。GNSS以其精度高、速度快、经济效益好等优点广泛应用于大地测量、精密工程测量、地壳和建筑物形变监测、城市测量等领域[1]。目前，人们使用GNSS可以方便、准确的测得所需点位的平面坐标及相对于参考椭球面的大地高，而中国采用的高程系统是以似大地水准面为参考基准的正常高，而正常高通常是通过工作量大、劳动强度高的水准测量方式获得。如图1-1所示，其中H为大地高，H常为正常高，H正为正高，N为大地水准面至参考椭

2、球面之间的距离，ξ为似大地水准面与椭球面之间差距，称为高程异常[2]。区域似大地水准面精化的目的就是利用现有的测量资料，运用先进的理论和方法，提高区域似大地水准面的精度和分辨率，从而获得点位精确的高程异常ξ，将GNSS所测大地高直接转换为正常高，真正实现GNSS技术对几何和物理意义上的三维定位功能[3]。现阶段，在区域似大地水准面精化中，最严密、有效的方法是利用地球重力场模型、地面重力数据和DEM数据获得的该区域剩余重力异常，采用移去-恢复技术确定重力似大地水准面，再通过GNSS/水准数据对重力似大地水准面进行拟合，求

3、得与国家或地方高程系统定义一致的似大地水准面[4]。由于这种方法需要地面重力资料，而地面重力资料为国家保密资料，测量企业很难获得，并且内业数据处理和计算过程相当复杂，对于技术、经济实力一般的生产单位而言，很难将此精化方法应用于实际工程项目。通过近几年的发展，区域似大地水准面精化方法的研究已经取得了长足的进步。本论文主要研究在没有重力资料的参与下，如何充分利用GNSS/水准数据、EGM20008模型、DEM数据进行多源信息融合及数据挖掘，寻找一种满足松原灌区测量精度的区域似大地水准面精化方法，其意义主要是通过对区域似大地水准面精化，

4、直接将GNSS所测大地高转换为正常高，取代一定量的水准测量，且探索、总结出的区域似大地水准面精化方法对于其它地形类似区域具有一定的参考价值。.........1.2国内外研究现状20世纪90年代以来，世界各国和地区对似大地水准面精化的研究取得了长足的进步[5]。欧洲地区似大地水准面的精化始于20世纪80年代初，并从1994年开始，先后推出EGG94、EGG95、EGG96、EGG97重力似大地水准面[6]，其中，最新的欧洲似大地水准面模型EGG07采用移去-恢复法等先进技术，实现了长距离上3~5cm精度，短距离上1~2cm精度[7

5、-9]。美国在20世纪90年代先后推出了GEOID90、GEOID93、G9501、GEOID99四个大地水准面模型，随着似大地水准面精化理论的研究及其境内GNSS/水准网的扩展，美国于2009年推出最新的USGG2009大地水准面模型[10-12]。USGG2009是一个以全球超高阶地球重力场模型EGM2008为参考的1??1?重力大地水准面模型，该模型适用于美国的所有地区，检验标准差为±6.3cm[13]。我国的似大地水准面精化紧跟国际步伐，先后建立了CLQG60、2008的似大地水准面精化方法与实验....41

6、4.1EGM2008地球重力场模型....414.2基于地球重力场模型的移去-恢复法.........424.3基于EGM2008似大地水准面精化方法及实验......434.4本章小结......47第5章基于多源信息融合的似大地水准面精化方法与实验......485.1多源信息融合概述....485.2基于多源信息融合的似大地水准面精化方法研究........495.3精度检验......615.4本章小结......61第5章基于多源信息融合的似大地水准面精化方法与实验多源信息融合是研究对多源不确定性信息进行综合处理及利用的

7、理论和方法，本章主要研究基于多源信息融合的似大地水准面精化方法，探索GNSS数据、水准数据、EGM2008数据、DEM数据的数据融合、挖掘及提取，并通过实验，检验该方法是否能有效提高似大地水准面精化精度，以满足更高等级的水准测量精度要求。5.1多源信息融合概述多源信息融合技术是一种对多源的不确定性信息进行综合分析处理及利用的信息处理技术，它是利用计算机的相关技术，对从多种信息源获取或多个传感器得到的原始信息进行多层次、多级别、多方面的处理，以获得单个或单类信息源所无法获得的更有价值的综合信息，并通过此信息，最终完成相关决策和估计任

8、务[49]。多源信息融合按照技术的不同可分为滤波跟踪型、假设检验型、模式识别型、聚类分析型、人工智能型等。滤波跟踪型信息融合技术主要是应用卡尔曼滤波或其他滤波航迹的相关技术，将单一传感器扩展到多个传感器，并组成的探测网，用联合卡尔曼滤波的相关算法来