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1、基于MATLAB的GPS水准拟合方法及应用摘要 GPS高程拟合是GPS研究领域的一个热点。提高GPS的定位精度以及GPS高程转换精度，可以得到较高精度的GPS水准高程。实践证明根据实际情况选择正确的转换方法获得的GPS水准高程的精度可以广泛地应用到工程、变形监测等各个方面中去，这将拓宽GPS的应用领域，真正的实现GPS的三维优越性。使备受青睐的GPS有更好的应用前景。本文系统的研究了GPS高程拟合原理，分析了各种拟合模型，论述了影响GPS高程的误差源和改正方法，以及精度评定的标准。论文首先介绍了高程系统起算边及相互关系，其中分别介绍了大地水准面、正高与正高系统，似大地准面、正常高与正常高系统，
2、参考椭球面、大地高与大地高系统，并用作图形象的表示出正高、正常高与大地高之间的关系。其次分析和探讨了GPS高程拟合的方法，将其分为三类：多项式曲线拟合，多项式曲面拟合和多面函数拟合，然后分别介绍了这三种方法的基本原理和计算步骤。最后通过实例分析了这三种拟合方法的优缺点。关键词：高程系统；GPS高程拟合；多面函数拟合；精度分析 GPS Leveling Fitting Method and Application Based on the MATLAB ABSTRACTGPS elevation fitting is a hot research field about GPS.Improvin
3、g GPS positioning accuracy of GPS elevation conversion and precision, and can get a high accuracy of GPS level elevation.Practice has proved according to the actual situation of choosing the right method for the conversion of the accuracy of GPS level elevation can be widely applied to engineering,
4、deformation monitoring and other aspects, this will broaden the application field of GPS, really realize the GPS 3 d superiority.Make very exciting and popular better application prospect of GPS. This paper studies the elevation of the system GPS fitting principle and the analysis of the various fit
5、ting model, discusses the influence of the error sources and GPS elevation correction method, and evaluate accuracy standard.It firstly introduces vertical system date edge and mutual relationship, which respectively introduces the geoid, ortho metric height and ortho metric height system,Like the e
6、arth must face, normal high and normal high system,reference ellipsoid, like the earth must face, normal high and normal high system reference ellipsoid, the earth and the earth high high system, and the image of the drawing showed ortho metric height normal high and the earth, the relationship betw
7、een the high.Secondly analyzed and discussed on GPS elevation fitting method, which is divided into three categories: polynomial curve fitting, polynomial fitting of surface and many-sided function fitting, then respectively introduces the three basic principle and method of the calculation procedur
8、e.Finally the example analyzed the three kind of fitting and the advantages and disadvantages of the methods.Keywords: vertical system; GPS elevation fitting; The function fitting; Precision analysis 目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1背景及意义11.1.1本课题的背景11.1.2本课题的意义11.2国内外研究现状、水平21.3本课题研究的主要内容3第二章 GPS高程的基本
9、理论52.1高程系统52.11.大地水准面、正高与正高系统52.1.2.似大地准面、正常高与正常高系统52.1.3参考椭球面、大地高与大地高系统62.1.4 正高、正常高与大地高之间的关系62.3本章小结7第三章GPS高程拟合的方法研究83.1 GPS水准高程拟合的基本原理83.2多项式曲线拟合法83.3多项式曲面拟合法103.4多面函数拟合法113.4本章小结13第四章 案例分析154.1精度评定154.1.1适用范围154.1.2选出合适的高程异常已知点154.1.3 高程异常已知点的数量154.1.4 GPS拟合精度分析154.2MATLAB软件特点及应用164.3狭长线性区域拟合实例1
10、74.4丘陵地区高程异常拟合实例204.5本章小结26第五章 总结与展望275.1总结275.2展望27致谢29参考文献30附录32多项式曲线拟合MATLAB程序32多项式曲面拟合MATLAB程序32多面函数拟合MATLAB程序33第一章 绪论1.1背景及意义1.1.1本课题的背景传统的高程测量采用几何水准测量的方式，但是在地形复杂、高差较大的地区进行水准测量非常困难，大面积水准测量往往要耗费巨大的人力、物力，且效率极低，在大量的手工记录过程中难免出现漏记、错记等情况。在电子测角、电子测距技术，尤其是全站仪出现之后，三角高程测量得到广泛应用，一定程度上提高了工作效率，节省了人力、物力，可是三角
11、高程测量法仍然受到通视情况、每一测站测程、天气状况等条件的限制，并且在长距离测量时难以达到较高的测量精度。GPS技术的出现为高程测量提供了全新的途径。GPS是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中进行精密授时、高精度导航和定位的要求而建立的新一代精密卫星定位系统。它具有全球性、连续性、全天候和高精度的二维导航和定位能力，以及良好的抗干扰性和保密性。GPS定位技术为测绘行业带来一场划时代的革命，己经广泛地应用于国家坐标系统的建立、大地板块监测、地形测量、施工放样、工程变形监测和海洋地形测量等，由于其具有巨大的发展潜力，因而对GPS技术的应用理论、数据处理与分析技术等方面的研究已成为当今测绘领
12、域的一个重点。但是GPS高程成果没有像平面成果那样被广泛关注和应用，这主要是因为GPS高程测量是在WGS-84地心坐标系上进行的，它所测得的高程是测站点相对于WGS-84椭球面的大地高，而在普通测量和城市测量系统中，地面点的高程采用的是正常高系统，即地面沿铅垂线到似大地水准面的距离，因此GPS高程数据不能直接得到应用。若能求出测量点在两种高程系统中的高程异常，就可以将高程异常加入到大地高，从而确定测量点的正常高，这样就可以利用GPS技术来进行高程测量，从而在三维测量上能够充分发挥GPS精度高、速度快、能够全天候作业等优势。1.1.2本课题的意义GPS定位技术最近几年里在很多领域得到了广泛的应用
13、，这归功于GPS有诸多优点，其中GPS测量数据精度高、测量速度快、节省大量的人力和物力等优点被人们普遍认同。传统的几何水准测量方法，是测绘领域中测定正常高的主要方法，这种方法虽然精度较高，但费时、费力、效率低，而且作业条件要求苛刻，野外工作强度大。而GPS测量具有全天候、快速、经济等诸多优点，不仅可以节省经费，更重要的是高效率和实时性。如果GPS水准方法在一定范围内代替了低等级的几何水准测量，不仅可以获得可观的经济效益，而且也为通过GPS测量确定大地水准面的研究提供了参考。然而如今虽然可以解算出GPS相对定位的基线向量，从中得出高精度的大地高，但是由于受到种种限制我们在将大地高转换为正常高的过
14、程中，使得得到的大地高的精度并不高。这使GPS的应用受到了限制。所以，研究GPS高程的意义在于研究GPS高程在测量过程中的精度究竟与哪些因素有关，如何提高GPS高程测量的精度，在数据处理过程中，将大地高转换为正常高又与那些因素相关，得到的正常高能否在实际应用得到广泛的应用，怎样才能真正的体现GPS测量的三维优越性。另外。提高GPS的定位精度以及GPS高程转换精度，可以得到较高精度的GPS水准高程。实践证明根据实际情况选择正确的转换方法获得的GPS水准高程的精度可以广泛地应用到工程、变形监测等各个方面中去，这将拓宽GPS的应用领域，真正的实现GPS的三维优越性。对于GPS高程的应用与精度分析的研
15、究不仅有着其重要的理论意义，更重要的是具有非常重要的现实意义，并且有着广阔的应用前景。1.2国内外研究现状、水平近十多年来，GPS以其精度高、速度快、自动化程度高、经济效益高等优点广泛用于大地测量、精密工程测量、地壳和建筑物形变监测、石油勘探、资源调查、城市测量，并开始用于交通运输、军事、海洋、航道、航测遥感、通讯、气象等领域。GPS的出现对许多常规测量技术产生了极大冲击，对几何水准也不例外。在不一定必须要正常高的许多场合，GPS高程可以单独完成工程和科学任务，如地面沉降监测、水面运输监控、防灾与地震监测等。其次，通过似大地水准面(高程异常)的确定，GPS测量的大地高可以转换成正常高，从而代替水准测量。相对传统的几何水准，GPS高程测量不仅可节省经费，而且更重要的是高效率和实时性。GPS测量的大地高通过似大地水准面得到正常高，是高程测量方法的创新。由于人们在布设不同形式不同等级的控制网、建筑施工测量及放样以及建(构)筑物变形监测等方面都不约而同的给予了GPS测量大量的关注。使得GPS测量在各个领域都显示出了它的三维、快速、实时的优越性能。对于GPS高程的不便性，国内外也给予了普遍的关注。国内外在GPS高程转换的方法上进行了深入的研究，以使GPS高程能更广泛的应用到测量领域。自20世纪70年代美国国防部建立全球定位
