Nghiên cứu phương pháp thiết kế tối ưu và bình sai hỗn hợp lưới tự do mặt đất GPS trong điều kiện việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LƯU ANH TUẤN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ BÌNH SAI HỖN HỢP LƯỚI TỰ DO MẶT ĐẤT - GPS TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LƯU ANH TUẤN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ BÌNH SAI HỖN HỢP LƯỚI TỰ DO MẶT ĐẤT - GPS TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Mã số : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ 9520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH HOÀNG NGỌC HÀ HÀ NỘI - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng thân tơi Các số liệu tính tốn kết nghiên cứu trình bày Luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Luận án LƯU ANH TUẤN ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI KHỐNG CHẾ TỌA ĐỘ TRẮC ĐỊA 1.1 Tổng quan lưới khống chế trắc địa 1.1.1 Tổng quan lưới khống chế trắc địa nước 1.1.2 Tổng quan thực trạng xây dựng lưới khống chế trắc địa Việt Nam 1.2 Tổng quan thiết kế tối ưu lưới trắc địa 12 1.2.1 Tổng quan thiết kế tối ưu nước 12 1.2.2 Tổng quan thiết kế tối ưu nước 14 1.2.3 Xu hướng giải pháp thiết kế tối ưu lưới trắc địa lớn điều kiện Việt Nam 15 1.3 Tổng quan phương pháp xử lý số liệu lưới trắc địa có chứa sai số thơ 15 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 15 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 19 1.3.3 Xu hướng giải pháp xử lý, phân tích lưới trắc địa điều kiện Việt Nam 21 Chương 2: THIẾT KẾ TỐI ƯU HỖN HỢP LƯỚI TRẮC ĐỊA TỰ DO MẶT ĐẤT - GPS 23 2.1 Bài toán tối ưu tổng quát 23 2.2 Tiêu chuẩn chất lượng lưới khống chế 25 2.2.1 Độ xác cục 25 2.2.2 Độ xác tổng thể 27 2.2.3 Tiêu chuẩn độ tin cậy lưới 27 2.3 Một số phương pháp thiết kế tối ưu 30 2.3.1 Phương pháp giải tích 30 2.3.2 Phương pháp nhờ trợ giúp máy tính 30 2.4 Đề xuất thiết kế tối ưu loại hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS theo mức đo thừa đại lượng đo 31 2.4.1 Lựa chọn mơ hình tốn thiết kế tối ưu hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS 31 iii 2.4.2 Quy trình ước tính độ xác hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS .36 2.4.3 Khảo sát vai trò đại lượng đo theo mức đo thừa thiết kế tối ưu 37 Chương 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG VỮNG ĐỂ XỬ LÝ VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU HỖN HỢP LƯỚI TỰ DO MẶT ĐẤT - GPS 45 3.1 Khái quát ước lượng vững 45 3.2 Phân tích số phương pháp ước lượng vững 45 3.2.1 Nguyên tắc ước lượng tự nhiên lớn ước lượng vững 46 3.2.2 Phương pháp thay chọn trọng số ước lượng vững 46 3.2.3 Phương pháp bình phương nhỏ lặp 49 3.3 Đề xuất sử dụng hàm trọng số ước lượng vững cho hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS 51 3.4 Xây dựng mô hình tốn ước lượng vững cho hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS có chứa sai số thô 54 3.4.1 Bình sai lưới GPS hệ tọa độ vng góc khơng gian địa tâm 54 3.4.2 Chuyển đổi ma trận hiệp phương sai từ hệ tọa độ vng góc không gian (X, Y, Z) sang hệ tọa độ phẳng (x, y, h) 57 3.4.3 Ước lượng phương sai trị đo hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS hệ tọa độ vng góc phẳng 57 3.4.4 Quy trình bước ước lượng vững hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS hệ tọa độ vng góc phẳng 58 3.4.5 Sơ đồ khối phương pháp xử lý phân tích hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS có chứa sai số thô 62 3.4.6 Khảo sát độ xác số phương pháp ước lượng vững 62 Chương 4: THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU HỖN HỢP LƯỚI TỰ DO MẶT ĐẤT - GPS 73 4.1 Xây dựng chương trình 73 4.1.1 Ngơn ngữ lập trình - VB.NET 73 4.1.2 Sơ đồ khối mudul chương trình 73 4.2 Tính tốn thực nghiệm 78 iv 4.2.1.Thiết kế tối ưu hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS theo mức đo thừa .78 4.2.2 Thực nghiệm tính tốn bình sai, phân tích hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC 101 PHỤ LỤC 117 PHỤ LỤC 129 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt ARGN CORS DGPS GALILEO GLONASS GNSS GPS IGS ITRF 10 WGS - 84 vi Bảng 2.1: Bảng 2.2: Bảng 2.3: Bảng 2.4: Bảng 3.1: Bảng 3.2: Bảng 4.1: Bảng 4.2: Bảng 4.3: Bảng 4.4: Bảng 4.5: Bảng 4.6: Bảng 4.7: Bảng 4.8: Bảng 4.9: vii Bảng 4.10: Độ lệch tọa độ sau bình sai phương pháp bình sai với trị đo Bảng 4.11: Bảng 4.12: Bảng 4.13: Bảng 4.14: Bảng 4.15: Bảng 4.16: Bảng 4.17: Bảng 4.18: Bảng 4.19: x x x x -2.14 -5.02 -0.0014 -0.0013 -0.0027 -0.0033 -0.003 -0.0037 -0.0035 0.0024 -0.0044 -0.0041 -0.003 -0.0015 -0.0023 -0.0045 -0.0035 0.0046 -0.0075 -0.0037 0.0002 -0.0039 0.0032 -0.0054 -0.0084 -0.0044 -0.0076 122 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 ΔX7 ΔY7 ΔX8 ΔY8 ΔX9 ΔY9 ΔX10 ΔY10 ΔX11 ΔY11 ΔX12 ΔY12 ΔX13 ΔY13 60 Bảng 4.13 : Ảnh hưởng số trị đo chứa sai số thô đến trị đo khác lưới đường chuyền mặt đất - GPS N0 Trị đo Gán sai số thô (X) g1 g2 g3 g4 g5 x x -0.004 -0.005 -0.002 -0.0016 -0.0029 -0.0041 -0.0027 -0.0017 -0.005 0.0007 -0.0038 -0.0034 -0.0009 -0.0046 Không chứa sai số thô 123 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 g6 g7 g8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 ΔX1 ΔY1 ΔX2 ΔY2 ΔX3 ΔY3 ΔX4 ΔY4 ΔX5 ΔY5 124 Bảng 4.14: Ảnh hưởng số trị đo chứa sai số thô đến trị đo khác lưới đường chuyền mặt đất - GPS N0 Trị đo Gán sai số thô (X) 10 11 12 13 14 15 16 g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 x Không chứa sai số thô 125 17 S9 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 ΔX1 x ΔY1 ΔX2 ΔY2 ΔX3 ΔY3 ΔX4 ΔY4 ΔX5 ΔY5 Bảng 4.15 : Phát sai số thô lưới đường chuyền mặt đất - GPS ( trị đo góc, cạnh, baseline) N Trị đo Gán sai số 6m thô (5X) vi i g1 g2 g3 g4 x 1.5v g5 x 126 g6 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 g7 g8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 ΔX1 ΔY1 ΔX2 ΔY2 ΔX3 ΔY3 ΔX4 ΔY4 ΔX5 ΔY5 127 Bảng 4.16: Phát sai số thô lưới đường chuyền mặt đất - GPS ( trị đo góc, cạnh, baseline) N0 Trị đo Gán sai số thô 5X) vi 10 11 12 13 14 15 g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 x 16 S8 128 17 S9 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 ΔX1 ΔY1 ΔX2 ΔY2 ΔX3 ΔY3 ΔX4 ΔY4 ΔX5 ΔY5 x 129 PHỤ LỤC Kết xử lý, phân tích lưới hỗn hợp tự mặt đất - GPS Hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS( trị đo 21 góc 13 baseline) Bảng 4.17: Độ lệch tọa độ phương pháp bình sai với trị đo “sạch” với mơ hình chuẩn N0 Ngun lý số bình phương nhỏ Không chứa sai số thô X1(m) 2417316.189 D II III 2416087.730 2416009.628 2415366.912 2416759.554 2416128.800 2417316.189 2416087.730 2416009.628 2415366.912 2416759.554 2416128.800 2417316.189 2416087.730 2416009.628 2415366.912 2416759.554 2416128.800 Hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS( trị đo 21 góc, 13 cạnh 13 baseline) Bảng 4.18: Độ lệch tọa độ phương pháp bình sai với trị đo “sạch” với mơ hình chuẩn N0 Nguyên lý số bình phương nhỏ Không chứa sai số thô X1(m) 2417316.187 2416087.730 2416009.629 130 D II III A B C D II III Lưới đường chuyền mặt đất - GPS ( trị đo góc, cạnh, baseline) Bảng 4.19: Độ lệch tọa độ phương pháp bình sai với trị đo “sạch” với mơ hình chuẩn N Tên điểm Nguyên Không X1(m DC1 DC2 DC3 DC4 DC5 DC6 DC7 DC8 DC9 DC10 DC1 DC2 DC3 DC4 DC5 DC6 DC7 DC8 DC9 DC10 2289659 228968 228925 228908 228887 228867 228853 228828 228810 228785 228965 228968 228925 228908 228887 228867 228853 228828 228810 228785 ... Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp thiết kế tối ưu xử lý, phân tích số liệu hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS điều kiện Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp thiết kế tối ưu, xử lý...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LƯU ANH TUẤN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU VÀ BÌNH SAI HỖN HỢP LƯỚI TỰ DO MẶT ĐẤT - GPS TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Mã số... loại hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS Giải Pháp: Nghiên cứu toán thiết kế tối ưu theo mức đo thừa đại lượng đo cho mạng lưới trắc địa lớn loại hỗn hợp lưới tự mặt đất - GPS điều kiện Việt Nam 1.3