基于椭球体理论粘性土层隧道松动土压力研究

准确预测隧道上覆土压力对隧道支护结构的设计和开挖方式的选择具有重要意义.Terzaghi土拱效应理论是基于滑移面为垂直面这一假设建立的,但实际情况中由于受到地层扰动的影响,滑移面呈现出曲面形状.为研究粘性土层滑移面演化规律及松动土压力分布规律,首先,采用数值模拟软件计算隧道开挖后上覆土压力,并分析粘性土下土拱效应演化规律;其次,根据隧道拱的破裂面规律,从椭球体理论出发,并考虑粘性土层中主应力轨迹线为圆弧对Terzaghi松动土压力进行修正;最后,将理论计算结果与已有的实验数据及有限元计算结果进行对比,验证了本文公式在粘性土层中应用的合理性,并进一步研究了地层损失率S_(L)、内摩擦角φ、黏聚力c与隧道松动土压力的关系.研究结果表明:相较于无粘性土层,粘性土层滑移面的破坏程度更大,但两者滑移面变化规律基本一致.当隧道埋深比H/D≤1.5,出现三角形状滑移面,随着隧道埋深的持续增大,地层逐渐向内形成剪切面,最终形成塔形状滑移面;松动区内部侧土压力系数K_(v)在任意位置处都是不同的,且在Terzaghi建议的1.0上下浮动.对比浅埋隧道,深埋隧道的松动土压力受地层损失率S_(L)的影响更大.粘性土层隧道上覆荷载呈“半葫芦形”分布,表现为从拱顶附近向拱腰逐渐减小;同时,在内摩擦角φ较小的地层中,提高黏聚力c有利于减小隧道上覆土压力.

从Google Earth上获取精确定位DOM的探求

随着社会生产力的飞速发展,各行各业对正射影像(DOM)的需求越来越大,但传统的正射影像制作成本较高,工期也相对较长。而Google Earth上的影像几乎覆盖了全球所有大中城市及周边地区,且局部地区的有效分辨率可达0.5 m以上,但其定位偏差较大。本文着重研究了如何从Google Earth上获取精确定位的DOM。

《GJB2000中国大地测量系统》中的韦森特公式计算误差及其应用改进

文章首先提出一种准确计算地球椭球面上两点间弧长的方法,并且验证了该方法的正确性;进而利用此方法来核对国军标的韦森特公式计算弧长结果,发现跨越地球赤道的两点且接近韦森特公式适用边界时,计算弧长有不可容忍的误差。针对这种情况(国军标中韦森特公式的计算实例4),提出了分赤道南北两段按韦森特公式计算两段弧长之和,作为两点间的弧长,与准确算法相比,误差比原来减小了84.3%。所以这种应用改进方法非常有效,能够满足某些应用。

DQM2022系列超高阶地球重力场模型构建及其精度评估

本文基于椭球谐分析,提出了超高阶地球重力场模型构建的局部积分改进迭代法和全球积分改进迭代法,解决了传统的局部积分改进法存在的局限性,有效提高了改进模型在中国地区的适用精度。选择EGM2008、EIGEN-6C4地球重力场模型作为初始模型,利用中国及周边地区最新的5′×5′实测格网平均重力异常数据,构建了DQM2022系列超高阶地球重力场模型,其完全阶次均为2190。采用地面实测重力异常、GNSS/水准、天文大地垂线偏差等数据对改进模型进行精度评估。结果显示:①相对于初始模型,改进模型表示中国地区重力场的精度显著提高,重力异常精度提高了2.4~2.8 mGal,高程异常精度提高了1.0~2.4 cm,垂线偏差精度提高了0.07″~0.15″;②在表示中国地区重力场时,基于EIGEN-6C4初始模型构建的改进模型精度最高,高程异常精度约为10.6 cm,垂线偏差精度约为2.1″。

基于椭球模型的斜视星载SAR距离模糊仿真

距离模糊比是星载SAR图像的一项重要指标,与正侧视成像相比,大斜视成像星地几何关系更为复杂,传统距离模糊计算与仿真中将地球视为球体的假设会对计算结果造成较大偏差,不能准确评估SAR图像质量。本文采用更为准确的地球椭球模型代替球体模型,并提出了一种基于斜视天线坐标系的模糊区计算方法,利用此方法对距离模糊比沿距离向测绘带的变化进行仿真,同时对距离模糊比沿方位向的空变性也进行研究。本文研究成果对星载SAR系统设计具有重要参考价值。

基于颗粒椭球体理论的隧道松动土压力计算方法

基于颗粒椭球体理论认为隧道上部松动区滑动面为椭圆形,据此推导出受滑动面倾角影响的侧土压力系数计算方法;在椭圆形松动区内竖向荷载沿水平向呈梯形分布,推导出隧道松动土压力计算方法。结果表明:当埋深低于极限椭圆高度时,松动区域为地面线以下的极限椭圆区域;当埋深达到极限椭圆高度时,松动区为整个极限椭圆,松动土压力不再增加。滑动面侧土压力系数是变化的,与滑动面倾角和土的摩擦角有关,随着内摩擦角增大而减小,随着滑动面倾角增大而增大。取值范围为0.2~0.8,介于主动土压力系数和Krynine侧土压力系数之间。本模型计算结果与实测数据较为吻合,可以用于隧道设计和施工中。

基于横向地球坐标的惯性导航方法

针对极区经线迅速收敛于极点造成的传统惯导机械编排在极区不适用问题,提出了CGCS2000地球椭球体模型下基于横向地球坐标的惯性导航方法。在构建横向坐标系及伪经纬网的基础上,给出了横向惯导与传统惯导间导航参数的转换关系,推导了横向地理坐标系机械编排,建立了系统误差模型,并以某型船舶为例,通过系统性能的静基座、动基座仿真分析,研究了基于横向地球坐标的惯性导航方法在极区的适用性。仿真分析表明,基于横向地球坐标的惯性导航方法可以克服传统惯导在极区存在的问题,在极点处不存在计算溢出,并可为载体穿越极点时提供高精度的姿态、位置信息,适用于极区。

星载SAR距离-多普勒定位算法中地球模型的修正

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)距离-多普勒定位算法(R-D算法)模型基于严格的成像几何构建,不需在视场中设置任何位置确知的特征点。但对具有一定高程的目标,以往的研究将目标高程直接加在平均赤道半径上对地球模型进行修正。由于地球体的椭球特征,这种修正并不能完全消除高程对定位误差的影响,会产生随纬度和目标高程变化的定位误差。本文介绍R-D定位算法的原理,推导将目标大地高归算至地球赤道半径的公式,给出地球模型合理的修正公式。最后根据实例和仿真分析,表明在低纬度的定位研究中,以往的修正方式仍然可以达到很高的精度;而在高纬度和高海拔地区,则会产生较大的定位误差,应使用更为合理的地球模型。

基于地球椭球体的缓冲区构建技术研究

从分析基于平面的缓冲区存在的不足入手 ,提出建立基于地球椭球体的点、线、面和复合要素缓冲区的设想 ,并详细论述了基于地球椭球体的点和线要素缓冲区构建技术。在此基础上 。

基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型导航方法

针对现有横向坐标系惯导编排在极区导航应用中导航参数转换复杂、不同导航系统间信息交联困难等问题,提出了一种基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型惯导编排方案,由传统地球坐标系绕y轴旋转-90°定义横向坐标系,实现横向地理坐标系和格林尼治格网坐标系的统一,解决参数转换与信息交联问题。在此基础上,推导了基于地球椭球模型的惯导编排方案,并解决了统一横向坐标系下横向经纬线不正交的问题。最后,通过中高纬度地区进行惯导实测数据解算与极区仿真试验,验证了坐标系在极区的正确性和适用性。极区仿真所得误差结果 48 h内各项误差符合惯性元件引起的系统误差发散规律,满足极区导航要求。

基于地球椭球的离轴式双线阵相机像移补偿

离轴反射式双线阵立体测绘相机的视轴和光轴分离,由于地球为椭球体,视轴和光轴对应的地物点的距离随星下点与升交点的地心角而变化。而成像传感器与光轴垂直,对视轴对应的地物点成像,这些因素导致离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角随离轴角等变化。在对离轴反射式空间相机的成像原理进行分析的基础上建立其等效简化模型,推导了基于地球椭球的离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角计算公式。并以某离轴反射式双线阵立体测绘相机为例,对正视相机和后视相机统一调整行周期与偏流角对成像质量的影响进行分析。分析结果表明,以调制传递函数下降不超过5%为约束,当积分级数大于4时应分别调整正视相机和后视相机的行周期。统一调整偏流角时应以正视相机和后视相机偏流角的均值为准,积分级数应取89以内。

基于地球椭球的空间相机侧摆摄影像移补偿

高分辨率空间相机采用侧摆摄影模式来提高时间分辨率,而地球椭球等因素会使空间相机在侧摆摄影时不同视场位置的像移速度和偏流角不同。针对这一问题,推导了基于地球椭球的空间相机在侧摆摄影时不同视场位置的像移速度和偏流角计算公式。以某立体测绘卫星上携带的高分辨率相机为例,分析了侧摆摄影时统一和分片调整行周期与偏流角对调制传递函数的影响。分析和在轨测试实验表明,以传递函数下降5%为约束,侧摆10°摄影时,若积分级数大于22级,则应分片调整行周期。和统一调整行周期相比,积分级数为32级时,分片调整行周期沿轨方向的传递函数下降从10.28%减少到0.11%。而积分级数固定为16级时,统一调整行周期时的侧摆角不应超过13.2°。

应用地球椭球的三线阵立体测绘相机像移补偿

分析了三线阵立体测绘相机成像原理,针对三线阵立体测绘相机在对地成像过程中存在的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角的差异,推导了基于地球椭球的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角计算公式。以某三线阵立体测绘相机为例,选取WGS84地球椭球模型,分析了前视相机和后视相机都以正视相机为准调整行周期和偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角残差对像质的影响。分析及实验结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数>2时,应分别调整前视、正视和后视相机的行周期;按正视相机调整前视相机和后视相机的偏流角时,积分级数应取40级以内。

正常重力和椭球地表对弹道计算的影响

为了更精确地考虑地球对超远程弹道计算的影响,提出了一个计入精确正常重力的椭球地表弹道模型。讨论了在椭球地表情况下火箭落点以及飞行高度的计算方法,推导出精确正常重力的计算公式,得到了椭球地表弹道模型,最后计算和分析了采用平面地表模型所产生的射程误差。分析结果表明:对于射程较大的远程弹道,与使用平面地表弹道模型相比,采用该文的椭球地表弹道模型的误差较小。

基于椭圆轨道的Geo-SAR精确多普勒参数解析计算方法

该文综合考虑了轨道偏心率、地球扁率和地球自转三方面的因素,推导得出高精度星载SAR多普勒中心频率和多普勒调频率解析式。鉴于2维姿态导引对于Geo-SAR的必要性,进一步分析了姿态导引后和零姿态导引两种情况下的多普勒参数,为Geo-SAR的多普勒参数计算提供了实用且有效的方法。该文得到的多普勒参数解析计算式适用于任意轨道高度和任意姿态的星载SAR,且具备很高的精度。基于该结论,研究了运行于椭圆轨道的Geo-SAR多普勒中心和多普勒调频率特性。

地球格网化剖分及其度量问题

地球剖分网格(或全球位置定位框架)系一种科学简明的空间参考系统,是地球信息数据的离散化、准确化、系统化的表现,这是地理信息科学和数字地球中重要的基础性问题,是全部地理计算的源头和归宿。近年来,随着GPS、北斗等卫星系统日趋发展和全球化应用,此相关于全球三维位置准确性、度量和全部空间分析准确性等基础问题受到人们高度重视。本文首先针对多年来地球剖分网格研究的进展和不足,提出和分析了网格数据的质量的若干问题,即剖分的完整性、逻辑一致性、准确度和一些相关问题;然后面向剖分中的定位和度量,指出了剖分对象及其度量空间特征,剖析了"3维结构及厘米级准确度"的革命性需求将对GIS体系和剖分科技体系发展产生重大的影响;接着,着重指出地球剖分的椭球三维途径的主体和剖分途径,论述了加强剖分基础理论阐述的内容和意义,并介绍了地图代数在地球剖分基础对象、椭球三维剖分和理论途径和相应试验。最后,课题组认为椭球型、(B,L,H)三组正交曲面剖分是地球剖分工作的正确途径,建议大力强化剖分理论基础研究,发展和完善剖分的标准体系,迅速创建地球剖分试验平台。

地图投影设计中地球椭球基本元素的计算及应用

不同的坐标系使用不同的地球椭球参数。对不同的椭球同一点的地球椭球基本元素M、N、r、R、S、L、F、U有不同的数值,地图投影设计中的投影常数,坐标和变形的计算等,都需要获得上述基本元素中的部分元素。给出了一个用CASIOfx-4800P计算器计算M、N、r、R、S、L、F、U的程序,以及IU-GG75椭球和GRS80椭球等的椭球参数,因此可以对不同的地球椭球快速计算上述所有元素,从而为地图投影的设计提供了方便。

一种简易的双星定位系统定位解算方法

双星导航定位系统采用双星定位体制,其定位基本原理为三球交会测量原理,其中2颗量测量与用户到2颗卫星的距离有关,与用户高程有关的第3个量测量是决定系统定位精度的关键因素。为此,为了简化定位算法,文章根据地球椭球几何及大地纬度的相关知识,推导了与用户高程有关的第3个量测量的精确模型,进而建立了用户的定位算法。该算法具有简单易懂的特点,并且仿真试验证明,该算法具有收敛速度快,定位准确的特点。

斜圆柱投影及其对GPS空间坐标的转换模型

用GPS布设大面积工程平面控制网时 ,测得的空间直角坐标通常按等角横切椭圆柱投影方式来转化至独立平面坐标 ;当东西跨度较大时 ,往往长度变形难以控制 .为此介绍了斜圆柱投影的计算方法 ,对于呈近似直伸型的线路工程来说 ,使斜圆柱投影相切中心线沿工程区域中心线 ,从而保证任何点位均在投影中心线的附近 ;

地理空间的数学定义及定位型地图符号的制约因素分析

给出了地理空间的数学定义 ,推导了制图区域、地图投影、制图物体及其在椭球面和地图平面上的定位等概念 ,揭示了同一平面位置上可以依制图目的的不同而分别表示多种事物的性质或量值的基本原理 ,阐释了对同一制图区域进行多专题制图的客观条件和物理基础。