GPS精密高程测量理论与方法及其应用研究

【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。