專利名稱：規(guī)模化大地控制網(wǎng)平差的分布式計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及“測繪科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科中的“大地測量學(xué)與測量工程”技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的分布式計算方法。
背景技術(shù)：
在局域或全球范圍內(nèi)建立由一系列地面控制點構(gòu)成的大地控制網(wǎng)，通過精密測定控制點的三維位置及其時空變率，研究和測定地球形狀、大小及其變化，能夠為測制地圖、工程設(shè)計和地球動力學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域提供控制基礎(chǔ)，為人造衛(wèi)星、遠程武器和各種航天器的發(fā)射和運行提供精確控制信息，為國家經(jīng)濟與國防建設(shè)提供控制保障。當(dāng)前全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS,Global Navigation Satellite System)逐步成為測定地面點位置的主要技術(shù)手段，隨著越來越多的連續(xù)運行參考站(CORS，ContinuouslyOperating Reference Station)的建立和多個衛(wèi)星系統(tǒng)的投入使用，大地控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理面臨日益突出的有限計算資源和不斷增長的數(shù)據(jù)規(guī)模的矛盾。大地控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中涉及的平差計算不僅面臨海量觀測數(shù)據(jù)的事后精確計算，還要應(yīng)對大型網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)的實時快速解算。目前，傳統(tǒng)的大地控制網(wǎng)平差的計算方法是將時空分布的測站所采集的觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心按照一定的平差模型對觀測數(shù)據(jù)進行平差處理與分析，再將成果發(fā)布給用戶。然而，集中式的數(shù)據(jù)處理中心現(xiàn)有計算能力逐漸無法滿足急劇增長的規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差計算的處理需求。如當(dāng)前國際GNSS服務(wù)組織(IGS, International GNSS Service)的核心CORS站已有200多個，再加上各種區(qū)域CORS網(wǎng)的測站，可用CORS數(shù)目已多達2000多個，而IGS數(shù)據(jù)處理中心目前限于計算能力只能同時處理100個以內(nèi)的CORS站觀測數(shù)據(jù)。大量的原始觀測數(shù)據(jù)沒有得到有效利用，造成相應(yīng)的平差計算成果精度不穩(wěn)定或不可靠。為了實現(xiàn)大地測量控制網(wǎng)平差的高效處理，國內(nèi)外研究機構(gòu)和研究人員進行了廣泛的關(guān)注和研究，發(fā)表的文獻主要包括:《Journalof Geodesy》的《A new data processingstrategy for huge GNSS global network》，《Journal of Geophysical Research》的((Fixed point theorems of GPS carrier phase ambiguity resolution and theirapplication to massive network processing:Ambizap)),《測繪學(xué)報》的《超大規(guī)模大地網(wǎng)分區(qū)平差快速解算方法》。此類研究均是從降低傳統(tǒng)集中式平差計算的算法復(fù)雜度等角度出發(fā)，對大規(guī)模大地控制網(wǎng)平差的快速解算帶來了一定的效果。但相關(guān)的平差模型與算法多是針對單處理器體系架構(gòu)編寫的，沒有顧及到當(dāng)前多機多核硬件平臺所帶來的高效分布并行計算性能。近年來，隨著計算機硬件平臺的高速發(fā)展，以分布式計算技術(shù)為主的高性能計算成為大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的最有效方法。針對規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的集中式計算方法的處理瓶頸，本發(fā)明利用了分布式計算技術(shù)實現(xiàn)了規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的分布式計算。本發(fā)明的實質(zhì)是對規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差計算任務(wù)的并行分解與并行計算，易于實現(xiàn)，便于掌握。本發(fā)明方法顧及規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)觀測數(shù)據(jù)的獲取和相關(guān)計算資源(CORS站網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心等)本身的分布特性，實現(xiàn)規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的分布式計算方法，不僅提高對現(xiàn)有計算資源的利用率，而且可以使人們在高性能的計算能力下解決更復(fù)雜的大地測量數(shù)據(jù)處理問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有大地控制網(wǎng)平差的集中式計算技術(shù)的不足，提供一種規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的分布式計算方法，可實現(xiàn)規(guī)模化大地測量數(shù)據(jù)的高效處理，使用方便，其技術(shù)方案為:一種規(guī)模化大地控制網(wǎng)平差的分布式計算方法，該方法包括以下步驟:
步驟1:控制網(wǎng)平差計算任務(wù)分解，利用現(xiàn)代觀測技術(shù)手段獲取的與大地控制網(wǎng)中空間分布的控制點位置信息相關(guān)的大量的距離、角度、高差、基線觀測數(shù)據(jù)，具有空間分布和連續(xù)采集的特性，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)的觀測條件、觀測儀器型號、觀測時期、控制點地理位置、控制點點數(shù)的原則綜合將規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)分成若干個區(qū)，每分區(qū)單獨平差計算，然后把各分區(qū)聯(lián)接成一個整體，將聯(lián)結(jié)各區(qū)的控制點稱為公共點，各分區(qū)內(nèi)的控制點稱為內(nèi)部點，則規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差計算任務(wù)劃分為多個子計算任務(wù)，采用分區(qū)平差方法后，控制網(wǎng)平差計算的未知參數(shù)分為公共參數(shù)項和內(nèi)部參數(shù)項兩類，各個分區(qū)之間的內(nèi)部參數(shù)項彼此相互獨立；
所述的現(xiàn)代觀測技術(shù)手段，是指利用電子經(jīng)緯儀、電磁波測距儀、全站儀、精密水準(zhǔn)儀、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、激光測衛(wèi)、甚長基線干涉測量的一種或兩種以上的組合的技術(shù)手段；
步驟2:建立觀測方程，將大地控制網(wǎng)分區(qū)分解后共有S個分區(qū)，第i個分區(qū)的觀測數(shù)據(jù)用Li表示，由于觀測存在誤差，其對應(yīng)的改正項用Vi表示，該分區(qū)的內(nèi)部參數(shù)項用爲(wèi)表示，i=l，2，...，S，大地控制網(wǎng)的公共參數(shù)項用f表示，根據(jù)大地控制網(wǎng)平差中觀測數(shù)據(jù)Lp觀測數(shù)據(jù)的改正項Vi和內(nèi)部參數(shù)項A公共參數(shù)項f存在數(shù)學(xué)函數(shù)f，有如下非線性誤差方程:
權(quán)利要求
1.規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的分布式計算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:控制網(wǎng)平差計算任務(wù)分解，利用現(xiàn)代觀測技術(shù)手段獲取的與大地控制網(wǎng)中空間分布的控制點位置信息相關(guān)的大量的距離、角度、高差、基線觀測數(shù)據(jù)，具有空間分布和連續(xù)采集的特性，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)的觀測條件、觀測儀器型號、觀測時期、控制點地理位置、控制點點數(shù)的原則綜合將規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)分成若干個區(qū)，每分區(qū)單獨平差計算，然后把各分區(qū)聯(lián)接成一個整體，將聯(lián)結(jié)各區(qū)的控制點稱為公共點，各分區(qū)內(nèi)的控制點稱為內(nèi)部點，則規(guī)模化大地控制網(wǎng)平差計算任務(wù)劃分為多個子計算任務(wù)，采用分區(qū)平差方法后，控制網(wǎng)平差計算的未知參數(shù)分為公共參數(shù)項和內(nèi)部參數(shù)項兩類，各個分區(qū)之間的內(nèi)部參數(shù)項彼此相互獨立； 所述的現(xiàn)代觀測技術(shù)手段，是指利用電子經(jīng)緯儀、電磁波測距儀、全站儀、精密水準(zhǔn)儀、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、激光測衛(wèi)、甚長基線干涉測量的一種或兩種以上的組合的技術(shù)手段； 步驟2:建立觀測方程，將 大地控制網(wǎng)分區(qū)分解后共有S個分區(qū)，第i個分區(qū)的觀測數(shù)據(jù)用Li表示，由于觀測存在誤差，其對應(yīng)的改正項用Vi表示，該分區(qū)的內(nèi)部參數(shù)項用尤表示，i=l，2，…，S，大地控制網(wǎng)的公共參數(shù)項用f表示，根據(jù)大地控制網(wǎng)平差中觀測數(shù)據(jù)Lp觀測數(shù)據(jù)的改正項Vi和內(nèi)部參數(shù)項A公共參數(shù)項f存在數(shù)學(xué)函數(shù)f，有如下非線性誤差方程:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的規(guī)模化大地控制網(wǎng)平差的分布式計算方法，其特征在于，所述的獲取的與大地控制網(wǎng)中空間分布的控制點位置信息相關(guān)的大量的距離、角度、高差、基線觀測數(shù)據(jù)，對大量的距離、角度、高差和基線觀測數(shù)據(jù)采用分區(qū)平差方法進行分解后，控制網(wǎng)平差計算的未知參數(shù)項分為公共參數(shù)項和內(nèi)部參數(shù)項兩類，所述的公共參數(shù)項由所有的公共點的三維坐標(biāo)參數(shù)構(gòu)成，內(nèi)部參數(shù)項由各分區(qū)內(nèi)部點的三維坐標(biāo)參數(shù)、尺度參數(shù)、旋轉(zhuǎn)因子參數(shù)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的規(guī)模化大地控制網(wǎng)平差的分布式計算方法，其特征在于，所述的同時消去各個分區(qū)的內(nèi)部參數(shù)項的改正項即能夠在分布式計算環(huán)境下并行消去〔)\通過并行計算各分區(qū)對公共參數(shù)項的改正項的貢獻矩陣Ni'和貢獻向量Ui'，得到僅與公共參數(shù)項的改正項相關(guān)的線性方程組(11)，然后通過求解線性方程組得到大地控制網(wǎng)的公共參數(shù)項的改正項和其協(xié)方差矩陣，進而各個分區(qū)利用公共參數(shù)項的改正項，并行得到各個分區(qū)的內(nèi)部參數(shù)項的改正項和其協(xié)方差矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的分布式計算方法，其特征在于，所述的大地控制網(wǎng)平差用戶端或控制端計算機分布并行調(diào)用網(wǎng)絡(luò)中多個子計算服務(wù)，是指大地控制網(wǎng)平差計算任務(wù)分解后，通過分布式計算技術(shù)建立控制網(wǎng)平差子計算服務(wù)、求解公共參數(shù)項的改正項服務(wù)的平差計算服務(wù)，并將平差計算服務(wù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中多個計算節(jié)點，大地控制網(wǎng)平差用戶端或控制端通過網(wǎng)絡(luò)首先綁定計算節(jié)點，進而并行調(diào)用多個子計算服務(wù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中多臺 計算機分布協(xié)同完成規(guī)模化大地控制網(wǎng)平差的分布計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及規(guī)?；蟮乜刂凭W(wǎng)平差的分布式計算方法，可實現(xiàn)規(guī)?；蟮販y量數(shù)據(jù)的高效處理，使用方便，其技術(shù)方案為，控制網(wǎng)平差計算任務(wù)分解，利用現(xiàn)代觀測技術(shù)手段獲取的與大地控制網(wǎng)中空間分布的控制點位置信息相關(guān)的大量的距離、角度、高差、基線觀測數(shù)據(jù)，每分區(qū)單獨平差計算，然后把各分區(qū)聯(lián)接成一個整體，各個分區(qū)之間的內(nèi)部參數(shù)項彼此相互獨立；建立觀測方程，將大地控制網(wǎng)分區(qū)分解，建立非線性誤差方程，對法方程進行解算，建立平差計算服務(wù)，平差計算服務(wù)分布式的實現(xiàn)，對解算結(jié)果進行迭代優(yōu)化，直到所有未知參數(shù)的改正項達到求解精度要求，本發(fā)明具有高效的平差計算效率，提高了現(xiàn)有計算資源的利用效率，其經(jīng)濟和社會效益巨大。
文檔編號G01C15/00GK103175516SQ201310059800
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者呂志平, 崔陽, 陳正生, 黃令勇, 王宇譜, 呂浩 申請人:中國人民解放軍信息工程大學(xué)