[发明专利]精确确定区域高程异常的方法

摘要

精确确定区域高程异常的方法是一种利用神经网络技术和格网技术精确求定区域高程异常的方法，具体为：1)确定区域范围并布点、2)野外测量(数据采集)、3)二次多项式拟合、4)测量平差、5)神经网络模拟计算、6)模型精化、7)区域格网化、8)高程异常内插；使用该方法区域高程异常计算结果精度高，使得GPS高程测量成果的应用范围扩大。经过大量工程实例应用结果分析，本发明方法较之二次多项式拟合，高程异常的计算结果精度要提高20％－60％。精度提高之后，GPS高程可以代替低等级的水准测量，从而使费用高、难度大、周期长的传统低等级水准测量工作量减少到最低限度，经济效益明显。

主权项

1、一种精确确定区域高程异常的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a.确定区域经度范围和纬度范围，在区域内选取数量S应大于等于10个的“测量控制点”，并均匀分布于整个区域，b.通过野外测量，采集所有控制点的纬度Bi、经度Li、大地高HGi、正常高H0i 的信息，其中i＝1，2，…，S，c.信息处理，先计算各点的高程异常ξi＝HGi-H0i，再利用二次多项式对区域高程异常进行拟合，根据控制点信息建立S个误差方程式，误差方程式通式为：vi＝b0+b1·ΔBi+b2·ΔLi+b3·ΔBi 2+b4·ΔBi·ΔLi+b5·ΔLi 2-ξi 写成矩阵形式为：$\underset{S\times 1}{V}=\underset{S\times 6}{A}·\underset{6\times 1}{X}-\underset{S\times 1}{l}其中，$ \underset{S\times 1}{V}=\left(\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\\ .\\ .\\ .\\ v_S\end{array}\right),$ \underset{S\times 6}{A}=\left(\begin{array}{cccccc}1& \Delta B_1& \Delta L_1& \Delta B_1^2& \Delta B_1·\Delta L_1& \Delta L_1^2\\ 1& \Delta B_2& \Delta L_2& \Delta B_2^2& \Delta B_2·\Delta L_2& \Delta L_2^2\\ .& .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .& .\\ 1& \Delta B_S& \Delta L_S& \Delta B_S^2& \Delta B_S·\Delta L_S& \Delta L_S^2\end{array}\right),$ \underset{6\times 1}{X}=\left(\begin{array}{c}{b}_0\\ b_1\\ .\\ .\\ .\\ b_5\end{array}\right),$ \underset{S\times 1}{l}=\left(\begin{array}{c}{\xi }_1\\ {\xi }_2\\ .\\ .\\ .\\ {\xi }_S\end{array}\right),\Delta Bi＝Bi-B0，$ B_0=\frac{1}{S}\underset{i=1}{\overset{S}{\Sigma }}{B}_i,\Delta Li＝Li-L0，$ L_0=\frac{1}{S}\underset{i=1}{\overset{S}{\Sigma }}{L}_i,然后，按照下式计算待定参数X的估计值：$ \underset{6\times 1}{X}=\left(\begin{array}{c}{b}_0\\ b_1\\ .\\ .\\ .\\ b_5\end{array}\right)={\left(A^{T}A\right)}^{-1}·A^{T}l,d.神经网络模拟：先根据下式计算各点的多项式拟合值\xi \prime 和拟合偏差值\Delta \xi ：$ {\xi }_i^{\prime }=b_0+b_1·\Delta B_i+b_2·\Delta L_i+b_3·\Delta B_i^2+b_4·\Delta B_i·\Delta L_i+b_5·\Delta L_i^{\text{2}}\Delta \xi i＝\xi i-\xi \prime i\; 然后，将控制点的测量数据和计算数据按3\times P\times 1的网络结构构成学习样本，利用神经网络BP算法进行训练，d1.BP网络的输入层元素个数为3，分别为：B、L、\xi \prime ，d2.BP网络的隐含层元素个数为P，P值计算公式为：P＝15+INT(S/10)，d3.BP网络的输出层元素个数1，为：\Delta \xi ，神经网络训练结束后，实质上就得到了该区域\Delta \xi 的神经网络计算模型，该区域内任意点的多项式拟合偏差值\Delta \xi *均可根据该神经网络模型计算得到，e.模型精化公式为：\xi *＝\xi \prime +\Delta \xi *，式中，\xi \prime 为二次多项式计算值；\Delta \xi *为神经网络模拟值；\xi *为经过模型精化之后的高程异常计算结果，f.选择格网值，如1\prime \times 1\prime ，将区域格网化，格网化之后，计算所有格网点的大地坐标值(B、L)，然后，根据模型精化公式计算所有格网点的高程异常值\xi i\; *，最后，将所有格网点的大地坐标(Bi、Li)和高程异常值(\xi i\; *)存入到一个数据库文件中，此时，实质上，该区域的高程异常计算模型就以格网的形式建立起来了，g.格网建立起来后，编制高程异常内插软件，利用软件精确计算出该区域内任意一点的高程异常值。$$$$$$$$$