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1、毕 业 论 文GPS在水下地形测量中的研究与应用摘 要水下地形测量是许多水利工程的基础性工作，在江河湖泊、海洋的开发利用中非常重要。水下地形测量一般是在船上进行的，水面上测量点的平面坐标，水面下使用测深仪测定水深，两者结合起来获得水底地形点的三维坐标，进而获得最终需要的水下地形图。水面上测量点的平面坐标其方法很多，值得关注的是采用GPS定位的方法。因为GPS定位与其它定位方法相比，具有实时性、全天候、精度高等优点，其定位技术业已成熟，被广泛应用于导航、测绘、通讯等众多领域。在水下地形测量中GPS的应用也已相当普与，因此本文就GPS与测深仪组合的水下地形测量模式展开了若干问题的深入研究。GPS定
2、位的结果属于WGS-84坐标系，而水底地形点坐标属于工程中的施工坐标系。因此，需要对GPS定位数据进行转换。本文研究了相关的转换计算，整理了相关的理论、公式。对某些计算公式、方法进行了改进对某些迭代公式还证明了其收敛性，丰富了GPS定位计算的理论。 为获得水底地形点的坐标，需要根据测量船上GPS天线的坐标计算出测深仪换能器的坐标，可称此类问题为坐标传递。本文中，在测量船上引入了船体坐标系，将坐标传递的问题归结为坐标系的转换问题。同时，本文就几种常见的坐标传递问题进行了研究，并推导出了相应的计算公式 水下地形测量前，测量船可能不在测量区域。此时，需要计算出导航信息，以协助作业人员将测量船正确、快
3、速地驶入测量区域。本文就航点航线的导航计算进行了研究，并提供了计算方法。 本文还研究了时间和数据处理问题。GPS的定位数据与测深仪的测深数据在时间上并不统一，因此必须谨慎的处理时间。首先要保证定位数据测深数据是同步的，其次要保证时间的精确度足够高。在数据处理方面测深仪输出的测深数据并不稳定，错误数据出现的概率较大。为保证水下地形测量的准确、高效，自动剔除这些错误数据就显得非常重要。 在以上研究工作的基础上，开发了一套水下地形测量软件。经实践测试，所开发软件可有效地服务于实际水下地形测量工作。关键词：水下地形测量 GPS 测深 坐标转换 数据处理目 录第1章引言.1 1.1水下地形测量的重要性.
4、1 1.2水下地形测量技术与发展现状.1 1.3课题来源与研究意义.3 1.4研究背景与现状.4 1.5本文的主要容与章节安排.6第2章GPS定位.7 2.1地球椭球.72.1.1基本几何量.72 .1.2常用的地球椭球.82.1.3法截线曲率半径.8 2.2地球椭球的常用坐标系与相互关系.92.2.1坐标系.92.2.2空间直角坐标系.92.2.3子午面直角坐标系.102.2.4子午面直角坐标系同空间直角坐标系的关系.112.2.5坐标转换为空间直角坐标.122.2.6空间直角坐标转换为坐标.132.3空间相似变换.152.3.1旋转矩阵.152.3.2七参数与其模型.12.3.3求解七参数
5、时的病态问题.12.3.4最小二乘约束.22.3.5求解七参数示例.22.4地图投影.22.4.1高斯克吕格投影.22.4.2子午线弧长计算.22.5高程异常拟合、插值.32.5.1多项式模型.32.5.2距离加权平均模型.32.5.3格网模型.32.5.4双线性插.32.5.5双三次多项式插.32.5.6小结.32.6 GPS坐标转换.3第3章GPS坐标传递.33.1一台GPS.33.2两台GPS. .33.3两台GPS、有倾斜仪.43.4姿态仪.43.4.1天线坐标系.43.4.2站心坐标系.43.4.3欧拉姿态角.43.4.4姿态仪定位计算步骤.4第4章导航.44.1航点.44.2航线.
6、44.2.1有向线段相关计算.44.2.2航线计算.5第5章数据处理.55.1串口数据处理.55.1.1接收、解析.55.1.2处理方案.55.2时间.55.2.1时间系统.55.2.2 C+时间类.55.2.3计算机时间的获取.55.3测量数据的处理.55.4验潮水面高程的计算.5第6章软件实现.56.1软件目的和功能.56.2开发平台.56.3软件功能框图与界面.66.3.1设置.66.3.2设计.66.3.3图形显示.66.3.4数据实时处理.66.3.5窗口信息显示.66.3.6数据后处理.66.4软件测试.7第7章总结.77.1本文所做的工作.77.2有待完善的问题.7参考文献.7致与声明.
