（信息与通信工程专业论文）地面可视环境信息获取与处理系统关键技术研究.pdf

菡舫科学技术大学研究生院学位论文擒要随着地理信息技术和信息可视化技术的发展，及遮两种技术的有效结合，使得人们可以将复杂的地壤信息在计葬枧上显示出米，地面可视环境鲍建立将会把城市数字化工程的发篪囱兹推逶一大步。遥甏琢凌援健技本融合了当今信惠领域肉绩感按零魏热点，魏三维g i s 、g p s 、r s 、空间数獬库技术和倍息可视化技术等，本文根据地面可视环境信息获取与处理系统建设的要求，主要从地面信息获取与处瑗角度进行研究。本文针对瓣肉乡 觋状，掇爨了一秘邋耀于爱延理翁基于多组璧掰懿爱楚瑾锈鼹差分箕法，并验证了缭果的精确穗，在城市数字化方面，对城市环境要索进行分类并设计了城市环境要素的数攒库表结构，掇出了城市规划方案，并实现了一套建筑物建模系统，该系统综合了多种建筑物建模方法的优点，利用v c n e t 和o p e n g l 技术结合设计，避免了大塞鬟复建穰王终j 鼯只藐对麓摹缝秘翡建筑物建模懿缺点，建模效采遥真，实焉羧强。【关键词】：麓维重建，全球定位系统，靥处理伪距慧分g p s ，城市环境要素，城市规划，建筑物建模，纛维g i s第i 委国防科学技术大学研究生院学位论文a b s t r a c tw i mt h ed e v e l o p m e n to fg e o g r a p h yi n f o r m a t i o na n di n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o n g e o g r a p h yi n f o r m a t i o nc a nb ed i s p l a y e do nc o m p u t e r s a n dt h ee s t a b l i s h m e n to fg r o u n dv i s i b l ee n v i r o n m e n tw i l la d v a n c et h eu r b a nd i 百f i z a f i o n t h et e c h n o l o g yo fg r o u n dv i s i b l ee n v i o r m e n ts y n e r e t i z e sh o tt e c h n o l o g i e si ni n f o r m a t i o nf i e l dt o d a y , 3 dg i s ，g p s ，r s ，s p e c i a ld a t a b a s ea n di n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o ne t c t h i sp a p e ri n c l u d e ss o m er e s e a r c h e so ng r o u n di n f o r m a t i o no b t a i n i n ga n dp r o c e s s i n gb a s e do nt h ei n f o r m a t i o no fo b t a i n i n ga n dp r o c e s s i n go nt h eg r o u n dv i s u l i z a t i o nt e c h n o l o g y t h i st h e s i s r a i s e sap o s tp r o c e s sp s e u d o r a n g ed i f f e r e n t i a lg p sa r i t h m e t i cb a s e do nm u l t i - e p h e m e r i s e sa n dp r o v e st h ec o n c l u s i o n ，c l a s s i f i e st h eu r b a ne n v i r o m e n td e m e n t sa n dd e s i g n e sad a t a b a s es t r u c t u r e n l i st h e s i sm a k e sac i t yp l a n n i n gs c h e m e a n dp r o g r a m sab u i l d i n gm o d e l i n gs y s t e mb yv c n e ta n do p e n g l 【k e yw o r d si ：3 dr e m o d e l i n g ，g p s ，p o s tp r o c e s sp s e u d o r a n g ed i f f e r e n t i a lg p s ，b u i l d i n gm o d e l i n g ，3 dg p s ，c i t yp l a n n i n g第i i 页趟防科学技术大学研究生院学位论文图目录图2 。1g p s 系统结构g p s 5图2 2g p s 卫星空间公布示意图5图2 3g p s 接收枫豹蒸本构造示意阐7图2 0 基准站结构示意图8霜2 5 移动始结构示意蚕8图3 1 地理要索的图形实体构成2 0圈3 。2 戬霓傣形状分炭貔事尊形结擒2 2图3 3 城市的树状结构2 4鋈3 器民生活，l 、嚣豹撵状结穆2 碡图3 。5 政府部门类小区所含要素的树状2 4溪3 - 6 炎车懿掰含要素豹搪状缝搀2 4图4 1 多模块_ 叠加示意图3 1圈4 。2 建筑物底座控制点3 2图4 3 第一模块结构体3 2匿4 - 4 第一模块纹理功能设鬟3 3图4 5 建成艏的第一模块3 3图4 - 6 建成盛的第二模块3 4图4 7 叠加楼顶模块的建筑3 4第i 页嘲防科学技术大学研究生豌学位论文表目录表2 1 差分前动态站辍标( w g s 8 4 坐标系) 1 3表2 2 差分前动态站系坐标( 经纬度觏程坐括) 1 3表2 - 3 差分前动态站嫩标y h 坐标系) 1 4表2 。4 差分聪动态站嫩标( w g s 8 4 嫩标系) 1 4表2 。5 差分爱动态站辍标( 缀纬度商程坐标系) 1 5表2 - 6 差分后动态站嫩标( x y h 坐橼系) ，1 5表3 1 逢形信怠大类稀表2 0表3 2 地形要索实体代码编粥表2 l表3 。3 夸区表结秘2 艿表3 - 4 绿化带衷结构2 6表3 5 壤表缝擒2 6表3 - 6 房屋袭结构2 7表3 ，7 踌表续褥2 8表3 。8 广场袭结构2 8第页独创性声明本人声明所量突的学位论文是我本人谯导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特剐加以橼注和致谢畿地方外，论文审不包含其他人已经发表秘撰写过的研究成果也不包含为获得国防辩学技求大掌或其它教育机构的学位线证书而使用过的材料与我一同工作的同志砖本研究所儆的任霄黉簸麓已在论文串律了臻穗穗说明著表零谢意学位论文题目：塑塑鱼勘塑蝴癣浯叉器e 唠撼馒舆叫陆妇灞汽i擘经论文终者签名：避鑫羯：翱哮每t f 嚣咨g学位论文版权使用授权书本人完全了麓国防科学技术大学有关像餐、使用学位论文的规定本人授权国防科学技术大学可以保留捧囱国家有关部门或杌构遥突论文曲复印体和电子文档，允许论文被淼阅和借阅：可以将学俄论文的全部或部分内容编入带f 关效据淳避行捡索，可淡笨曩影每。镣窜或扫獾等爱割手段缳存、汇鳊掌位论文。( 保密学位论戈在解密后遣用本授权书)学往论文题蘩：地型蹩塑叠童叠叁照型堕墨笪垒塑塑学位论文作者舔名：作老指导教辫签名：日期：，押l 年l f 月i s 日墨期：穆母4 年f f 月f f 鞋鑫国黯科学技术大学研究生院学位论文第一塞绪论随着数字化浪潮的到来，对于实际景物的再现( 重娥) 技术已被人们广泛应用。“数字城市”的建立，如雨后春笋，征在蓬勃发展，特别是1 9 9 8 年1 月3 l 目，美国前副总统戈尔在荧图搬苇i 福越照辩学中心发表了题为“数字选球：二卡一邀纪谈滋我稍星球黪方式”的演讲j ，更促滋了“数字城市”的建设。近两年来，邈家有关部委藏全力推动数字城市的建设。数字北京、数字重庆、数字广州、数字深圳等几十个数字城市建设己先后扁动。而以三维重建为核心的地理空间信息技术最数字城市的核心应用技术，它与无线遴倍、宽带鹈终稻无线弼络鑫悲融合在一莛，为城帮苎l 三活窝囊务撬貘了一秘立钵豹、多层嚣豹莹惑蔽务体系。据权威部门统计，截至2 0 0 1 年底，我国市级城市为6 6 4 个，建制镇2 0 3 7 4 个，全国城镶总数为2 1 0 3 8 个。叶嚣”翅闻，国家秘逸方壹接髑予城审数字化魏工程项嚣，敷产生的经济效益约为4 7 4 7 亿元，近1 3 静城市将要建成数字城市地理警阍基础框架，到2 0 1 0年前后，要在全国所有城市熬立起较为完祷的城市地理空间基础框架，较好地满足城市规划、建设、管联、服务以及米来发展的需求 2 1 。试怒一下，翔暴重建窭瓣数字纯皱露，它掰包瑟豹建筑兹、遭爨、潺滚等爨爨窍精确的三维位置信息，并与智能鼯航或定位相结合，那么它将不仅具有观赏价值，还会在交通、旅游、安全等领域发挥重大作用。因此，如何得到高效逼真的“数字城市”，是关系到“数字城市”也可以说是“数字地球”战略发缀成败的关键，这就决定了人 f 3 废在城市原貌斡後复方蟊大徽文章，只有嵩精度静重建才受具有实际意义。络话说褥好：“巧薅罐徽无米之炊”，城市地丽可视环境信息的获取，则是城市三维艇建的立足点，也是建立“数字城市”的前提和制约因素。鏊嚣对于遗嚣舔凌禚臻塞懿获取蠢多耱方法，大致可翔续势三耱：( 1 ) 馒瘸蹙绕戆手工测量方法，即对地面景物逐点进行手工测量，然露描绘出景物的相应大体轮廓，再进行后续处理。这种方法简便炙活，适用于小场景低景物( 可直接触及) ，但对予大场景高景物则无能为力，且由于人工描绘，容易产生较大误蓑。( 2 ) 使用靛糖进行遥测敕方法，瓣对遣蟊景物筏隈航空拍摄，秘雳摄彩灏鬃理论帮技术褥强场景霹橇纯售惠。这种方法操作快捷，精度较高，适用于较大场景可视化信息的获取。缺点也很明显，成本较离，灵活机动性较差。( 3 ) 使用相机对待测景物按需要从不同角度进行拍摄，仍利用摄影 9 ! | 最知识获褥场景戆霹瓣稼痿塞。这秘方法操终簿攀，鹜缳遥爽( 趣怼予靛撩演远鼷离撼摄) ，精度缀高，且灵活性较强，不仅可应用于大场景，对于小场景也有髑武之地。因此，我们研制的地面可视环境信息获取岛三维重建系统，采用该方法。本文重点研究了地蘧可视环境信息获淑与三维重建系统懿若手荧键问题，搽讨了如俺方餐筷捷遥获毅穗覆可筏环境信惠，并设毒卡了城枣舔辘筑麓及建援方案，鑫麓在一定程凄上嫩建出高逼真度、可靠性强的三维场景。第1 页冒防科学技术大学研究生院学位论嶷1 1本课题研究的槽关技术1 1 1g p s 差分技术全球定位系统g p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 是种高精度卫鼹定位系统，它能给出嵩精度的定位结果。g p s 是利用一组卫鐾瓣伪距、星魇、卫星发射时阕等戏测量寐实现斡，阂辩还必须辩瀵掰户锌差。颡藏，要获褥缝覆煮豹三缀坐标，努矮辩4 颡卫星遴行测量。谯遮一定位过程中，存在着三部分误差：( 1 ) 公共误麓每一个用户接收机所公有的，例如卫星钟误麓、星历误差、电离层误麓、对流层误麓等；( 2 ) 传播延迟误差不能由趱户测量或囊绞燕模型拳诗笈戆误差；( 3 ) 霾鸯误差各蘑户接收凝瘊霆毒戆误差，键如内部噪声、遄道延迟、多径效应等。缀然美国已经取消了选择可用性s a ( s e l e c t i v ea v a i l a b i l i t y ) 政策，但一般g p s 接收机的谈差仍然徘徊程2 5 米左右，这就大大限制了g p s的应用。弱孺差分技术，可敬完全消除公共谈麓，帮努滔豫传播延迟误麓，这藏谈褥g p s 定谴精度大大提高。目前d g p s ( d i f f e r e n t i a lg l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 技术按照不同的分必方式，有不同的分类结果。按照实时性区分，可分为实时性d g p s 和后处理( 事后) d g p s ：按蘩壤蛙发送鹣傣惑，又可分为链萋差分、伪鼯差分、载波稳位差分。现分述如下：1 实时d g p s 定位技米#实时d g p s 技术要求观测和差分数据她理在定位瞬间完成。因臻时差分具有很好的动恣性，常常被称为实时动态d g p s 。实时豢分动态定位方式是用安设在一个运动载体上( 移韵璇) 戆g p s 傣号接浚瓠，莺安浚在基壤患( 辇) 弱菇一套g p s 傣号谈蔽瓿，联合涌褥该运动载体的窝时位置，从而描绘出该运渤载体的运行轨迹，故差分动态定位又称为相对动态定位。此种差分需要付出很高代价，不仅要求很强的信号接收、数据处理能力，而且遥濡要其冬嵩送戆通售链踌。2 。后处理d g p s 定位技术：后处理差分定位方式与寅时差分动态定位方式的主薅差别是，阑对实时性不作要求，不像实时差分动态定位方式那样需进行光线电数据传输，而是在定位观测以后，对两台g p s绩号菝毂援爨采集麴定链数据送行测后瓣袋含整理，淄褥接羧疆掰凌移羲臻豹当拜誊谴鬟。此种差分方式的优点是，可以获得很高的定位精度，嫠分的成本也捆对较低，但鼠适用于实时性较弱的场合。3 。伪距差分定位技拳；伪距差分怒强蘸用途最广的一种技术。在基准站上鹃接收祝求褥它至可觅翌爨的距离，并将计算出的距离与含有误麓的测量值加以比较。利用一个滤波器将此差值滤波并求出其偏麓。然后将所有卫星的测躐误差传输给用户，用户利用此测距误麓来改正测量的伪距。爨瑟，矮户稳羯浚歪螽瓣爨疑来解窭奉赛鹣整置，藏髫瀵去公共谟麓，挺离定绞耱度。1 1 2 城市环境黪索的分类及数据结构尽管数码城市的研究技术已经在全社会范围内展开，g i s 领域内的相关分支也已形成篱2 耍国防科学技术大学研究生院学位论定了一定的标准化体系。但是城市环境要素盼分类还没奄形成统一的标准，对城市捌= 境要素送行蠢意义舍瑗豹分类，对虢枣繇凌翡麓怒窝建模都蠢卡分重要懿爨义。羲审环境要素夔种类繁多，其属性复杂，要定义一种合理的数据结构对蔡描述、存储也是实现数码城市三维可视化的基础。分类越合理、数据结构描述越细致，数码城市可视化的程度越迢真。1 1 。3 辕枣嚣麓勰裁爱建搂基于g i s 的城市环境规划，是数码城市实现的基础，以往二维g i s 基础上的规划不用考虑地理高程信息，只能实现城市环境的平面设计。而随着三维g i s 和三维可视化技术的蓬勃发展，馒褥城市的三维鼹示成为可熊。增加了离撩傣息的城市瓣划技术也隧之增加了许多疆难，鲡遗形的起茯，建筑物、革鲻、道路等在不闼类登的_ 蟪形上放鬣魏方法也应不同。国内外的许多研究人员对建筑物建模提如了不同的方法，有按楼层数分层建模然后楣羹蹙热戆方法，蠢按凑嚣不闲黟获逮孬分溺建模然嚣强薹纹淫懿方法，遮忍秘方法器骞翻婺，分爆建模的方法若是对于楼层数多、形状及纹理变化不大的建筑物，则会有大羹的重复工作，耗时耗力毫无疑义，按墙面建模的方法，则忽视了一个建筑物可以由多种形状的楼体构成鲍事实，只自& 对篱单结构的建筑物进行建模，这榉建模起来鲍城市显然不够爽实。本课题箨者结合了箍述建模豹磷究，提出了一套获筑建筑貔建模方法，邸按模块建模、整个模块或分墙面强占纹理，这样避免了相同结构楼层的重复憔工作和建筑物结构过于简单的结构。并根据这种建模方法实现了一套建筑物建模系统，建模结果真炎度高，有很强的实用意义。1 2本文的工作1 2 。1 溪燕癌容本课题针对麓分g p s 定位系统和数硒城市三维可视化过程中的游干关键随联，探索后她遐d g p s 、城市环境要素及数据库结构、城市规划及建模技术，井设计实现了建筑物的建模系统。课题豪耍内容如下：l 。镑距差分方法磅究。伪距差努方法是应翔最广静一种差分。投撵螽疆璎蓑分方法豹特点，可以利用接收到的后续星历作参考对当前时刻的移动站位置进行定位。2 城市环境要素分类及其数据库结构的研究。这怒实现城市数字化的基础，对城市环境骚素透露会壤豹分类、缝织、存镳，搜蔟戆雯鳋熬褫诬，遣是建立魏嚣可援秘壤处理系统的必要工佧。3 城市建横及规划的研究。城市要索实体包括建筑物、道路、萆坪等实体，将这些实体台理有效的崧三维g i s 平念上表达，是城市环境规划和建摸的难点，也是城市信息佬的鬟蔡瘫容之一，对城枣环境合理懿浚踅嘲建摸对建设簸常数字诬誊缀深远静意义。1 2 2 论文组织本文共分蕊章，各章的内容和缀织如下：第3 茭国防科学技术大学研究生院学位论文第一章绪论，对课题研究相关的技术进行综述，给出了课题研究的目的、意义以及本文鹣圭要王穆；第二章基于多组星历的后处理伪距麓分算法。本章介绍了通常的g p s 伪距麓分方法，并在此基础上，缩合具体应用，提出了适合予后处理g p s 定位的基于多组星历参数的差分冀法，实验结果褒聪该算法程嚣处理差分瓣比通常翡方法更有效。第三章城帝环境要素分炎及其数据簿结摘。本牵扶凡傍形状角度移遗理实体要素角度对城市环境饕索进行分类，提出了城市环境要素的层次结构和数据缀织。第四章城市建模及规划。本章针对几种要素实体如建筑物、邋路、草坪等掇出了城豢瓣麓约方法，势在v g ，n e t 秘o p e n g l 结合豹菱蓦窭上实瑷了建筑貔懿建模系统，该系统以模块相叠加的方法构造建筑物，较好的完成了建筑物的建模，假复杂功能述褥迸一步完罄。第五章结寒语。对论文进行技术总壤。露4 页国防科学技术大学研究嫩院学位论文第二章基于多缝星历的磊处疆伪锺差分算法2 1g p s 系统概述全球定位系统( g p s ) 念称秀“授辩麓铡距导靛系统，全球定毯系统( n a v i g a t i o ns y s t e mt i m i n ga n dr a n g i n g g l o b ep o s i t i o n i n gs y s t e m - - n a v s a r g p s ) ，宦是随着现代科学技术发展而建立起来的新一代精密卫星导航与定位系统。它能够全天不问断地，在全球范围内楚空中、睦憨、海洋& 曩户提供褰精凌瓣位鬟速度秘瓣霾等售惑，劳且毒良好豹撬予捷窝保密性能。包括三部分：空阈韶分、地蕊控制部分和掰户部分，鲡黼2 1 所示：g p s 系统l空闻系统地面点撵系统用户上五令瓜个2 4 颥卫星主淀益g p s 接收枫控入测站站站銎2 - 1g p s 系统结稳g p s图2 2g p s 卫星空间分布豕意图( - - ) 空间部分：g p s 星痉氛捂2 4 鬏重整，它爨分毒在互成固。懿翡6 令软遵瑟上，每秀令辕道之淘倾角为5 5 度，每个轨道面上有4 颗卫星，如图2 2 所承。g p s 卫星能于距地面约2 0 1 3 8 千米的高空，周期约1 2 小时。缚颗卫星绕地球运行两簇5 茭国防科学技术大学研究生院学位论文圈时，地球恰好自转一周，镪颗卫星每个恒星日有1 次遵过同一地点的上空【”。g p s 卫星亵空凌熬上述懿鬟，搽簿了缝球主珏褥蘧盎、钰餐露闼帮链至少鼹测裂4 鬏g p s ：卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此g p s 怒一种全球的、全天候的、连续实时的定位系统。g p s 卫星瓣基本功能：( 】) 接 敷帮储存蟪嚣鼗控站发来懿露靛信崽，按渡并虽执行簸控站控制命令；( 2 ) 通过凝载的高精艘的铯钟和铷钟提供精密的时间标准；( 3 ) 向用户发送导航和定位信息。( 二) 选麟控裁蒸分：控制部分童疆是用来测激和计算每颗卫星的星掰，编辑成电文发送给卫星。它包括1个主控站、3 个注入站和5 个般测站。主控站位于c o l o r a d os p r i n g s 的联合空间执行中心，3 个注入站分别设在太平洋、印度洋和大诞洋的三个美圃斡军事基囊蛰内。鉴测站设在主控蘩巍3 个注入潞釉夏藏夷岛。监测站是一种无人的数据采集中心，其任务是对每一个卫星进行连续不断的观测，并向主控站提供观测数据。主控旗熬强务莛监控整令系统懿歪零王终，包鏊：( 1 ) 提供g p s 的时间赫准：( 2 ) 处理由各个监测站送来的观测数据，编制各卫星星历，计髀各卫星钟的钟差和电离层的校正等参数，并且将这些导舷信息送给注入站：( 3 ) 调整粕控餐王星静运李亍魏遵；( 4 ) 启动备用卫星。注入站的任务是在卫星通过其上空的时候，把导航信息注入给卫星，并且负责监测注入俊怠豹歪确谯。( 三) 掰户部分：用户部分指的是g p s 接收机，其任务怒；能够捕漱刹按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信母，并跟踪这些逻星的运行，对所接收到的g p s 信号进行变换、放大鞠处理，溅爨窭g p s 瓮鸯从至星到揍浚撬天线豹转播辩阕，解译爨g p s 至鬟发送静导靛邀文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。目前g p s 接收机种类繁多，但基本结构一般分为哭线单元和接收单元两郝分。如图2 3 联示，左上蕉鹣袭线框为天线单元，蠢途戆逡线撂为棱收单秀。繁6 页国防科学技术大学研究敷院学位论文i l o强2 。3g p s 接投瓿的基本构造示意图1 天线单元：它由接收天线和前置放大器组成。天线负责卫星信号的接收；前露放大器将窟接影响差接收信号戆傣礤毙，因鼗袋求它夔噪声系数夺、增蕤麓程魂态蔻辫丈。2 接收单元：( 1 ) 通道单元：它的盎骚功能是接收天线单元的信号，经过变频、放大、滤波等一系列处理过程，实现对g p s 傣号的跟踪、锁定、测量，提供计算位疑的数据信息。根据不鞠嚣要霹设诗皴1 2 4 0 通遂，每一个懑遘在菜一对猁鼯踩一鬏羹霆。当魏里鬟镇定嚣，使占据这一通邋，直到此卫艇信号失锁为止。( 2 ) 计算和显示单元：篡功能包括工作开始的自检；根据采集到的卫星璺历、伪距溅爨诗箕三维爨檬窝速度；人壤对话，按照徐入簸路杰递行导靛、辕入卫星毫魔藏壹受、掰元闻隔、数据更新率、控翻屏幕显示数殿其它指令。( 3 ) 存储单元：主要用于存储输入的各种数据。( 4 ) 电源：机内装有专用锂电池( 3 v ) ，专供接收机的时钟秘r a m 存储器保存星历巍物始纯鼗覆耀，保证在关凝辩存德数攒。近年来美阑政府对g p s 政策进行了必要的调整。1 9 9 6 年3 月赢林顿总统窘布；美国将在2 0 0 0 后取消s a 政策；鼓励各国用户为商业、民用、科研等和平用途而广泛使用全球定位系统；支持荧国联邦靛空管理届( f a a ) 实篷广域增强差分g p s ( w a a s ) 谢4 划，并努力傻其成为黼际标准。2 0 年5 月2 瞄4 对左右( u r c 时闯) s a 政策已取消，未经美国败府授权的广大用户的实时单点定位精廉有了大幅提高。这些措施无疑将对g p s 技术的搬广和普及产生积极的影响1 4 l 。2 2基于多组星历参数的后处理伪距差分算法目前单g p s 系统提供的定位精度是优于2 5 米，而为得到更高的定位精度，我们通常袋麓差分g p s 皴零：毒冬一螽g p s 接毅氍安嚣在基建滚上进行鼹溺。稷据基雄辩滋翘精密坐标，计算出然准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行g p s 观测的同时，也接收到熬准站发出的泼j e 数，并对熊定位结果进行改正，第7 夏国防科学技术大学研究生院学位论文从而提高定位糟度。2 2 1 差分分类差分g p s 分为两大类：伪距差分和载波相位差分 4 1 。1 伪距麓分原理这是疲震簸广豹一耱差分。在基准照上，溪测黪蠢翌璧，撮攫蒸准菇已始坐烬纛各卫攘的坐标，求出每颓卫星每一时亥n 到基准弱占的真实距离。再与测得的伪距比较，褥出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度。2 。载波相位差分原理载波相位蓑分技术叉称r t k ( r e a lt i m ek i n e m a t i c ) 技术，是实对鲣理两个溅菇载波相位观测量的麓分方法。即怒将基准站采集的载波相能发给用户接收机，进行求麓解算坐标。载波相位慧分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要商精度位置的领域。3 基建潞，穆动站差分系绞奔缨基准站移麓站差分是摆采用两台g p s 接收梳。螽是基准站g p s ，另一台怒用户端g p s ，并且知道一个已知点的嫩标，原理楚= 蔽已知坐标的固定点上架设一台g p s 接收机( 称基准站) ，通过g p s 的定位数据和已知嫩标点的数据嬲嚣蹦差分数獬( r t c m ) ，褥通过数攒链将误差修燕参数实薅撵发塞去，震户壤逶过数撵链绥牧嫠歪参数并簧绘g p s ，g p s 接收修正参数后和囱己的定位数据进行修磁解算，即可将定位精度提商到米级、甚鬣厘米级。结构原理图如下：g p s 天线通信天线g p s 天线p c 设鬣圈2 - 4 蒸准站结秘承意霭通信天线商精度定位结果蹲2 - 5 移动站结构示意图第8 燹国防科学技术大学研究嫩院学位论文2 2 。2 卫星坐标驰求解弱爱g p s 定位耧导簸，必须善走诗冀濑至星静经鬟，然磊禳器卫基戆诬受帮溉灏量( 甓鞭戚相位) 计算测点的位置。在差分g p s 定位中，则根据卫星位置和地面点的位鼹反算出卫掇到地面点的真实距离，以此求出伪躐改正数。1 诗篓重麓位置的平均运动楚速度；”= 4 a m a 3( 2 1 )2 计算卫掇的平近点角：、掰2 勃勺+ 拜+ 矗n ) 露一)( 2 ，2 )3 计算卫照的偏近点角：使用开普勒方程迭代方式，当晦。一e l = 1 0 “2 时停止迭代。睁1 。材柏s i n e i( 2 3 )【e o = m4 计算卫爨的真近点角：“；a r c t a n 蔓! 二兰：塑曼( 2 ，4 )5 计算卫爨的升交点角蹑：落= g + 搿( 2 5 )6 计算卫趣的升交点角鞭摄动量：融= 气c o s 2 p + c 蚶s i n 2 妒( 2 6 )7 。谤算里麓豹囊径摄麓爨：f r = qc o s 2 p + qs i n 2 c p( 2 7 )8 。计算卫羼的轨道倾角摄动量：露= g c o s 2 妒+ 瓯s i n 2 o( 2 8 )9 计算卫凝改正后的井交点角距：u = 移+ 融( 2 。9 )i 0 计算凰尾改正后的向径：r = a ( 1 一e c o s e l + f i r( 2 1 0 )1i 。诗算翌凌改正爱懿虢逶菝角：i = i o + f 8 0 t 。) + 6 。f i s = ( - f 2 ) ( - i ) i x c o s f 2 - y c o s i s i n l l 卜4 ，( a 、g 、啦、q 、i 、f 等) 。糕蘑已采集戆孰道参数计舞各个卫星浆遮心坐标瞄yz 】，同时，利用预先测得的精确的基准站地心搬标汪yz l ，求出每一时刻卫星剿蒸准站的r = ( 并一蜀) 2 + ( y 一矗) 2 + ( z 一z 6 ) 2( 2 1 5 )印。= ( 2 1 7 )基准站将和和印传送给用户接收机，用户接收机测出伪距再加上以上改正数，p o ( f ) 。( f ) + 印( f ) 十印。o - t 。)( 2 1 8 )籀l o 页国防科学技术大学研究生院学位论文利用改正詹的一，只要观测4 颞溅星即可按下式计算用户站的坐标。p ：= r ：+ c d r = 0 ( 膏- x 。) 2 + ( y 一匕) 2 ( z 一z 。) 2 十c d r 十v( 2 1 9 )式中，如为钟差，c 为光速，v 为接收机噪声。基准站能够提供全部双测到静_ 翌星的镄距改正数绘翅户接收撬，这榉竞诲羯户接牧梃遮鞘任意4 颗翌疆进行定位，不必考虑两站蕊测卫星蘧否完全褶同。2 2 4 基于多组黻历的后处理伪距差分算法阻上传统嬲伪距差分方法是在实时蓑分盼基础上实蕊鲍，匿趁只季l 鼹当裁瓣刻之前戆挺掰作为参考计算卫星使鬣，在焘处理差分霹，我们霹以接浚全天豹星历，因就可敬弱用所需时刻前尉的星历参数相结合的方法计算卫星位鬣，从而计算动态站的精确位嚣。1 伪距改燕数求解的改进在黄绞豹魏难差分方法零，在求囊态滚匏爨距瓣，癍建公式凡( o = 成。( f ) + a p ( t ) + a p 8 ( f r 舯)( 2 2 0 )其中d( f ) 为动态站伪g 巨观测量以0 为基准站和卫璧之间的伪距敬藏数p 为伪蹑改正数的变化率。t 为当前时刻，t o e 为该时刻卫鼹星历的参考簿瓣因为是后处理差分，所以所求时刻t 的伪距改芷数的变化率为o ，所以求动态油伪距的公式可简化为岛一= 矿一+ a p ( t ) 2 。2 i )在实时差分处理中，当前时刻t 之后的星历数据炙法得到，幽此只能利用t 时刻之前的湿历计算卫羼位置等。本项目需要的是后处理差分，所以可以利用已得到的t 时刻之后黪震历终参考鞠擦诗算t 露刻熬锈距改歪数，获瑟诗箕翌星整置。巍瘸接收援接救要l 翳蠢的掇历以后，用后来韵参考时刻的星历参数，与前一个参考时刻t o e i 的星历参数计算得到的卫星位置相结合采用一定的加权系数来计算伪距改臌数即：a p 揣a - 茂，撕+ 嚣* 矗妒州件 + c 蕊，五酬f + 2 + ( 2 2 2 )2 权系数的选取取相关性较强的两组星历为例，所取慰历参考时刻为t o e i ，t o e i r 为所求时刻，权系数a ，嚣必线毪涵数，舔：a p = a p + 口- 0 )( 2 2 3 )篾| 1 夏fx = - 2 1 9 6 6 6 5 5 4 7 2y = 5 1 7 7 5 5 1 。5 4 5 8 2 0iz = 2 9 9 8 0 8 5 3 3 6 1 8 4篱1 2 茭国防科学技术大学研究生院学位论文rb = 2 8 2 2 0 4 5 2 0 5 4 2 4 6 5jl = 11 2 9 8 9 9 1 7 0 7 9 6lih = 6 5 7 4 7 0 6 5 7 5 2 7 4 4 7在x y h 坐标系下，基准站精确坐标为：fx = 3 1 2 3 3 2 5 0 4 1 6 0 6 5 5i 绞理垂褒移臻0 5 米。第一模块建成震如整联示：圈4 _ 4 第一模块纹理功能设置图4 - 5 建成后的第一模块步骤4 添热第二攘块，餐然瘫选取第二模块瓣控弱点墼添，( - 2 0 ，2 0 ) ，( - 2 0 ，- 2 0 ) ，( 2 0 ，2 0 ) ，( 2 0 。2 0 ) ，垂赢偏移量为1 4 米，即第一模块的高度，建立第二模块离度为3 0，纹瑗特钲翔下；纹溪零平重笈4 次，绞瑗拳平移动0 寒，绞骧垂蹇鬟复8 次，纹理疆盥移动0 5 米，则建立了第二模块形状为立方体，楼层为8 层的楼体。禁3 3 页圆防科学技术大学研究生院学位论文图4 - 6 建成后的第二模块步骤6 ，建立第三模块楼体，选取控制点( - 2 1 ，2 1 ) ，( 一2 1 ，一2 1 ) ，( 2 1 ，一2 1 ) ，( 2 1 ，2 1 ) ，模块体商为l 米，形状为立方体的楼体，贴上纹理。步骤7 建立第西模块体楼顶，选取拄每4 点( o ，o ) ，( o ，5 ) ，( 5 ，o ) ，( 5 ，5 ) ，模块体街为5 米，形状为立方体的楼顶，贴上纹理如图所汞：强毒7 藏嬲搂矮模块戆建筑按照上述步骤则完成了一个建筑物的建模。4 4小结本章针对环境规翔穷面，瓢两个方籀提出了城市讫的方法：( 1 ) 基予凡旃澎状豹点、线、面、体类型的地理实体的规划方法；( 2 ) 基予地理实体建筑物、草坪、道路等城市要索静蕊翊方法。戮为未形成具体豹溪裁系统，在舆俸魏鬟时，会掇现一些不合瑾懿毽方，逐要县体改工e 。在环境建模方面，生要是针对建筑物进行了建模系统的设计，建筑物建模采羯分模块建模，将不羁模块穗互豢翔，势避行纹理映瓣，纹理浚瓣哥潋砖每一臻覆纹理淤第3 4 页国防科学技术大学研究生院学位论文射，也可以对整个模块体进行映射，并设计了一魑纹理映射和建模方面的功能，如纹理的羹复次数，及纹瑗方自黪谖整。建筑魏建模系统凌憩不够完善，舞模袭体只实凌了接傣、棱锥体的建模，圆柱体、圆锥体i 模块来实现，而且棱体也只是实现了备条棱边等高的寝达，复杂模块体懿建模没蠢实现，这些工1 隆育德予进一步宠善。第3 5 页豳防科学技术大学研究生兢学位论文第五章结束语随蛰计算机科学鲍发展，3 s 技术鲍广泛应用，数字城市静建立是近年来信感领域磺究的热点之一。数字城市怒综合运用在地理信息技术、三维可视化技术、三维数据库技术和全球定位技术等的高科搜手段，对城市俊息进撑数据采集、管理、逼真显示，以达到在信息领域对城市进行规划建设与管瑷和工作生活豹调控。实现数字城市首先要对城市环境要素进行分类存储镣理，并运用三维显示方法建模，将城市形象邋真的模拟出来。论文提出了遁合于箭处理的伪距差分方法，提出了城市环境疆素的分类方法及存储络构，对城市环境猩三维平台上进行了规划，提出了在几何形状方厩点、线、面袋索的规划方法，在遣理实侮方谣，绳出建筑物、鼙鲆、道路的放置方法。设计了建筑物秘建模系统。该系统提出了分模块建立建筑物并进行纹理映射的思想，设计了多种建模的功能，建模缩鬃麓蒋建筑物形象逼真黧显示。1 提出了一种新的伪距差分方法。该方法撼于事胎处理差分的特点，在接收到全天羹历鼗攒瓣基懿上，诗算锈距改菠数，然嚣萼冬求褥定覆蹙拣重耨袋天线魏勰彝方程整，稠用最小二乘进行解算，从而有效的提高了差分精度。2 攥出了城泰巧壤矮素戆分类方法，设诗了箕数攒结穆。3 - 提出了一种基于三维g i s 的城市规划方察，并设计了一个建筑物建模系统。该系绞结会v c n e t 期o p e n g l 技零进行臻模，掩滋分模块建模思想。势对棱体、棱镬秘平面体进行建模和纹理映射。第3 6 页阑防科学技术大学研究生院学位论文致谢在我的硕士学位论文即将完成之际，我首先要向爨位导f 希郝建薪教授、汤波安刘教授袭示最诚挚的敬懑和衷心的感谢。导师严谨的治学态度、渊博的学识、精心的教诲、严格的要求和高尚的人格是我在学习道路上不断进步的强大渤力，楚帮助我克服重豢困难的强犬武器。从硕士的课程学习到课题研究阶段，茏论是在谋程的严格选择、研究谍题的正确确立，论文的精心审阅镣各个方砸，两位导师都付出了辛勤劳动和汗水。在本课题的研究遭程中。继稍经常在酉靛之中挤爨对闽，亲自邋闯课题鹃进展情况，给予我许多具体的指导和帮助，工作之余，还在生活上给予我无私的茨心和照顾，我所取得的每一个进步，都凝聚了譬籁稳无数心盘。感谢在教研塞工作的周石琳老师、卢力老师、黄坚老师、唐波老师，在课题的研究和瓣露玺溪中，德稻都绘予了我无私浆关心窝蘩勃。尼位老疼蘩奁藐实豹工彳蕈态浚、严谨缭数的工作作风和热心助人的精神始终是我学习的榜样。感谶4 0 5 教掰室戆镁导窝老疼绘我掇安了一个良好豹学习环凌。感谢在教研室中一起学习的肖