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GPS精密高程测量理论与方法及其应用研究

胡伍生  
【摘要】: 本文系统地研究了在地壳形变监测中GPS的精密高程测量技术及信息处理的有关理论和方 法。主要研究内容概述如下: (1)简要介绍了GPS定位的基本原理、GPS精密定位的方法及其误差来源分析。差分GPS 技术能有效地消除很多物理因素对GPS测量结果的误差,但却不能十分有效地消除大气对流层折 射对GPS高程测量的影响。因此,如何处理对流层折射影响就成为提高GPS高程测量精度的关键。 作者详细研究了模拟对流层折射影响的随机过程方法:一阶高斯马尔可夫模型和分段线性模型。 这两种方法能十分有效地模拟对流层折射的影响,从而使GPS高程测量的精度大大提高。分段线 性方法的结果与附加参数的选取个数有关,经过某工程实例的试验研究发现,取2h~4h附加一个 参数来模拟对流层折射的影响,效果比较理想。 (2)详细介绍了神经网络及BP算法的基本理论,并针对BP算法存在的问题,作者提出了 相应的改进措施。以一个简单的三层BP网络模型“Model[2×2×2]”为例,推出了BP算法正向、 反向过程中的所有计算公式。作者提出了用神经网络方法来转换GPS高程的五层BP网络结构, 并对该BP网络的具体结构模型进行了详细的试验研究,得出了一个最佳的BP网络结构模型。转 换GPS高程通常使用二次曲面拟合法和神经网络方法,但这两种方法各有优缺点。在二次曲面拟 合法和神经网络方法的基础上,作者创新了一种转换GPS高程的新方法——“混合转换法”(简 记为CF&NNM方法),该方法思路独特新颖,在工程实践应用中效果良好。作者还对该方法的实 质进行了解析,与二次曲面拟合法相比,利用CF&NNM法转换GPS高程,其转换结果精度大约可 提高20%,具有推广价值。另外,作者又创新了一种对BP网络计算的改进算法——“误差分级 迭代法”,采用该法能加快BP网络训练的收敛速度,能有效地克服初始权值对模拟结果的影响, 还能有效地减弱样本次序对BP网络训练结果的影响,从而改善了BP网络的性能。 (3)在地壳形变动态模型的研究中,作者建立了动态间接平差模型,推导了其主要平差计 算公式,并讨论了它与静态分期平差之间的关系。作者还推导出了水准网和GPS网进行联合动态 平差的观测值误差方程式的通用公式,经实例检验,该公式方便实用。与此同时,还对Helmert 验后方差迭代定权的严密公式进行了简化,简化后的公式计算简单,迭代定权收敛速度快,并对 动态平差模型下形变显著性的统计检验作了详细研究。 (4)介绍了作者开发的基于Access2000和Visual Basic 6.0的地壳垂直形变监测信息管 理系统。利用该系统可自动生成各类成果报表、自动绘制沉降曲线图等。


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