收藏本站
《西南交通大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于网络GPS和精华大地水准面的区域实时三维定位理论与应用

李春华  
【摘要】:近年来,GPS技术和(似)大地水准面精化技术得到了迅猛发展,GPS定位精度从米级到厘米级甚至更高,似大地水准面精化精度也进入1厘米时代,并逐渐成为替代传统测量方法的重要手段。然而,随着GPS技术的不断革新,人们对技术本身可能达到的精度、可靠性、实时性与有效性提出了更高的要求。同时,随着连续运行GPS参考站(或网络GPS)和高精度(似)大地水准面模型的逐步建立与完善,使区域测绘基准将向实时、动态方向发展,而基于这两者的定位服务又是极具潜力的应用服务,因此,研究基于网络GPS和大地水准面精化的区域三维实时定位理论与应用服务具有很高的理论价值与现实意义。 本文在深入分析连续运行GPS参考站(CORS)和精化(似)大地水准面的基础上,对区域网络GPS系统和高精度(厘米量级)大地水准面模型的建立理论和方法进行了重点研究,并成功建立了成都综合GPS服务网(Chengdu Integrated GPS Network, CDIGN)和高精度似大地水准面精化模型。同时,就精化模型与网络GPS的应用与集成展开了广泛研究,包括CORS系统性能测试与评估、区域测绘基准的快速恢复、大地水准面模型与CORS系统集成方法、大地水准面查询系统与传统高程控制网系统偏差探测等。 本文的主要内容包括以下几部分: 1.全面介绍了区域网络GPS卫星定位的关键技术,包括GPS载波相位与码伪距观测方程、GPS观测误差、网络模糊度与网络参数估计方法、网络RTK的计算模型以及CORS系统的通讯协议等主要内容。并成功建立了CDIGN服务系统,采用卡尔曼滤波和LAMBDA法求解了网络模糊度,采用ARSNet/VENUS软件实时估计了CDIGN的天顶对流层延迟网络参数,实践证明,该方法稳定可靠。 2.基于ARSNet/VENUS网络RTK服务系统的CORS系统性能测试结果表明:在CORS网内,初始化时间基本呈均匀分布,最短为2-3s,最长为103s,平均为9.2s,且初始化时间与DOP值的大小(DOP值小于3的情况下)无关;在网外30km左右范围内,平均初始化时间不大于6s,而随着网外距离的增加(30km以外),初始化时间将会越长,从几秒增加到480s以上,而在60km以外则难以完成初始化。 单历元定位的内符合精度北、东方向基本一致,其中误差约为±1.0cm,最大误差约为4-5cm;高程中误差为±1.4cm;两次初始化的坐标较差、CORS网内与CORS网外(约60km范围内)网络RTK的绝对定位精度基本一致,平面定位精度(中误差)约±3.0cm,大地高定位精度(中误差)约±5cm,即流动站自由度为零的静态测试。 短边(10~1000m之间)GPS测量中,采用同步RTK测量可以提高边长相对中误差,可以测边网(同步RTK测量边)或三维坐标差(同步RTK测量坐标差)为观测值进行进行数据处理,其中,三维坐标差平差后其边长相对中误差约为非同步观测的1/3,可以达到《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ73-97)二级GPS网的技术要求 动态RTK测量主要受通讯状况、卫星几何分布以及观测条件等因素的影响。自由度为1(动态线性)的内符合精度约为1.6cm。在地形空旷通讯信号连续的条件下,动态RTK轨迹连续平滑,其平面定位精度可以达到4cm。 3.全面研究了精化大地水准面的理论与方法,即Stokes理论与Molodensky理论,几何法、重力法和组合法,以及似大地水准面的计算方法--移去恢复法,计算了西南某地区以EGM96和WDM94为参考重力场模型的1'×1'(约2km)和2'30"×2'30"(约5km)格网重力似大地水准面模型。并对以WDM94为参考重力场模型构建的格网似大地水准面模型进行了外业检验,结果表明,该地区1'和2'30"格网似大地水准面试算结果中高程异常的外部检核精度分别为±0.009m和±0.017m,完成了高精度(1 cm)似大地水准面精化目标。研究结果还表明,1'×l'几何似大地水准面模型的内插精度约为相同格网重力似大地水准面模型的2-3倍,表明重力资料在似大地水准面精化中有着显著的作用。 详细分析了几种常用内插模型(加权平均、Shepard曲面拟合、多项式拟合及移动曲面拟合法)的拟合精度,结果表明,其内插精度基本一致。同时,在面积不大、地势较为平坦的地区,可以直接采用几何法进行内插来实现高精度(厘米量级)的GPS高程转换。 4.结合CDIGN和该地区1'和2'30"格网似大地水准面模型,成功开发了似大地水准面查询系统,并成功探测了该地区传统高程控制网的系统偏差。同时,实现了该地区5.12汶川大地震后测绘基准的快速恢复。 提出了基于NMEA0183协议或基于RTCM协议的精化大地水准面模型集成方法,用户可以实时获取某点的高程异常(或正常高)。前者以ARSNet/VENUS系统为例,定义了数据中心与用户数据通讯的交互协议,即流动站发出的GPGGA数据与返回流动站的GPGGA数据相比,唯一不同的是后者带有高程异常值,这样,流动站就可以获得其正常高。后者通过GPS观测距离的改正,即在相应卫星的VRS观测值上加上高程异常的改正值,并将其发送到流动站上,即可在流动站上直接计算出相应的正常高。 在GPS系统和Galileo系统的基础上,初步分析了GNSS星座的定位精度,结果表明,在观测卫星数及DOP值方面,GNSS系统明显优于GPS系统,当两系统组合进行导航定位时,任意时刻能见的卫星个数增加,其DOP值相对于单系统更小,突破了卫星高度角对系统定位的限制,扩展了卫星定位的范围,尤其在建筑密集的都市及山区环境中,定位具有实际应用意义。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李建成,畅毅,董兰生,赵世万;陕甘宁盆地大地水准面精化问题研究[J];物探装备;1999年04期
2 邬建耀;关于福建地区GPS网的建立及大地水准面的精化[J];福建建设科技;2001年03期
3 耿凤奎,麦照秋;海南高精度高分辨率大地水准面模型[J];辽宁工程技术大学学报;2003年01期
4 吴海涛;;拟合法在区域大地水准面精化上的应用[J];科技情报开发与经济;2007年08期
5 郭建林;王丽;;宁夏区大地水准面精化建立及检核的探讨[J];地理空间信息;2008年01期
6 张赤军;精化山区大地水准面的一种方法——GPS、测距三角高程与地形的组合[J];测绘学报;1998年04期
7 黄谟涛,欧阳永忠,陆秀平,王克平,徐广袖;南海海域岛屿高程基准确定与计算[J];海洋测绘;2002年02期
8 白贵霞;丘金宏;;面向二十一世纪的大地测量[J];测绘技术装备;2000年01期
9 李凤斌;柳光魁;王晓丽;汤少云;杜明成;;长距离跨海高程基准传递方法及精度[J];现代测绘;2007年02期
10 施养加;;泉州市新大地水准面精化研究[J];测绘与空间地理信息;2011年03期
11 刘道明;;合肥市厘米级大地水准面的确定[J];城市勘测;2011年03期
12 邵晓茹;;GPS测高的限制性与可行性研究[J];中国新技术新产品;2009年05期
13 冯雪巍;卢吉锋;;山区静态GPS控制网拟合高程精度分析[J];河北工程技术高等专科学校学报;2009年04期
14 李建成,姜卫平;长距离跨海高程基准传递方法的研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2001年06期
15 连镇华;福建省国家B级GPS网的改造和C级网建立方案的探讨[J];福建建设科技;2002年03期
16 王爱生;地形起伏对大地水准面的影响的探讨[J];现代测绘;2004年01期
17 杨元兴;应用GPS拟合高程建立和精化大地水准面[J];地矿测绘;2004年01期
18 杜国庆;龚越新;;JSCORS的基准站分布设计与试验[J];城市勘测;2007年03期
19 张项铎,谢世杰;WGS—84转换为国家实用坐标的研究[J];隧道建设;1997年01期
20 陈俊勇,魏子卿,胡建国,杨元喜,李建成,朱耀仲,许才军,孙和平,罗志才,吴斌,文汉江,查明;即将迈入新千年的大地测量学——第22届IUGG大会有关大地测量部分的技术总结(下)[J];测绘学报;2000年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 肖洪兵;郭泽荣;;旋转弹载GPS自动跟踪系统设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 许东阳;寇艳红;;GPS L5信号双分量联合跟踪[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
3 曹文涛;郭际明;;基于切比雪夫多项式的GPS轨道标准化方法[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S08卫星导航模型与方法[C];2012年
4 解祥成;丰光寅;晏黎明;;GPS水准在长江中游河道演变控制测量中的应用初探[A];中国测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
5 Hsin-Tai Hsiao;Tsai-Hsin Chang;;Algorithm Design for Long-term GPS Satellite Orbit Prediction[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
6 余涛;王云冈;毛田;曾中超;王劲松;;利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验[A];第28届中国气象学会年会——S15电离层与电波相互作用、空间天气事件数值模拟[C];2011年
7 余涛;毛田;王云冈;曾中超;;利用同化方法进行GPS数据三维电离层反演[A];第十四届全国日地空间物理学术研讨会论文集[C];2011年
8 邓志国;Michael Bender;Galina Dick1;葛茂荣;Jens Wickert;;GPS单频机在水汽层析中的应用[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 李祖洪;郑晋军;张立新;;GPS有效载荷发展对北斗系统的启示[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 沈悦;张雷;傅忠谦;王建宇;;基于符号位位并行运算的GPS信号快速处理研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 郭卫锋;芜湖建成GPS服务系统[N];中国测绘报;2008年
2 ;安华高推出完整射频模块[N];人民邮电;2008年
3 侯新军 赵迎红;GPS解水库权属纠纷[N];中国测绘报;2008年
4 记者 梁晶晶;贵阳市公安局GPS定位锁定事发现场[N];法制生活报;2008年
5 代希泽;走出选购GPS导航仪误区[N];当代汽车报;2008年
6 吴江;仅有GPS“定”不了公车滥用的“位”[N];工人日报;2009年
7 记者 张玮炜;全市出租车将免费安上GPS[N];大连日报;2009年
8 记者 杨颖;出租车免费安装GPS安全监控设备[N];鞍山日报 ;2009年
9 王涛;国测一大队出征西部开展GPS联测[N];中国测绘报;2009年
10 本报记者 宋轩;美国GPS:加速迈向第三代[N];解放军报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李春华;基于网络GPS和精华大地水准面的区域实时三维定位理论与应用[D];西南交通大学;2010年
2 李平;智能GPS天线系统中的若干关键技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
3 陈伟;基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 唐康华;GPS/MIMU嵌入式组合导航关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
5 田世君;高灵敏度GPS定位及组合导航技术研究[D];电子科技大学;2009年
6 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 白雪;基于农田特征的车载GPS运动模型辨识及定位误差研究[D];江苏大学;2011年
8 刘有贵;GPS/GPRS车辆定位网络系统及故障在线检测技术研究[D];长春理工大学;2011年
9 田云锋;GPS位置时间序列中的中长期误差研究[D];中国地震局地质研究所;2011年
10 胡锐;惯性辅助GPS深组合导航系统研究与实现[D];南京理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄昆学;GPS激光测距系统的算法研究及实现[D];山东科技大学;2010年
2 耿丽红;基于GPS的车速监测系统校准方法研究[D];天津理工大学;2010年
3 刘皓;GPS测量数据后处理方法研究[D];天津理工大学;2010年
4 肖芳;GPS拟合高程模型理论与应用研究[D];中南林业科技大学;2009年
5 李玲;基于GPS的车辆定位监控系统的研究[D];天津大学;2010年
6 郭玲娟;GPS/GPRS技术在武警作战指挥辅助决策系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
7 蔡文明;基于A-GPS的定位系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年
8 许志民;基于嵌入式计算机的GPS定位设备设计与研究[D];电子科技大学;2009年
9 刘兵;GPS技术在山区石油地震勘探测量中的应用研究[D];昆明理工大学;2008年
10 缪祥柱;工程GPS数据的实用处理技术与方法研究[D];昆明理工大学;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978