专利名称：规模化大地控制网平差的分布式计算方法
技术领域：
本发明涉及“测绘科学与技术”学科中的“大地测量学与测量工程”技术领域，特别是一种规模化大地控制网平差的分布式计算方法。
背景技术：
在局域或全球范围内建立由一系列地面控制点构成的大地控制网，通过精密测定控制点的三维位置及其时空变率，研究和测定地球形状、大小及其变化，能够为测制地图、工程设计和地球动力学等科学领域提供控制基础，为人造卫星、远程武器和各种航天器的发射和运行提供精确控制信息，为国家经济与国防建设提供控制保障。当前全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)逐步成为测定地面点位置的主要技术手段，随着越来越多的连续运行参考站(CORS，ContinuouslyOperating Reference Station)的建立和多个卫星系统的投入使用，大地控制网的数据处理面临日益突出的有限计算资源和不断增长的数据规模的矛盾。大地控制网的数据处理中涉及的平差计算不仅面临海量观测数据的事后精确计算，还要应对大型网络实时数据的实时快速解算。目前，传统的大地控制网平差的计算方法是将时空分布的测站所采集的观测数据传输到数据处理中心，数据处理中心按照一定的平差模型对观测数据进行平差处理与分析，再将成果发布给用户。然而，集中式的数据处理中心现有计算能力逐渐无法满足急剧增长的规模化大地控制网平差计算的处理需求。如当前国际GNSS服务组织(IGS, International GNSS Service)的核心CORS站已有200多个，再加上各种区域CORS网的测站，可用CORS数目已多达2000多个，而IGS数据处理中心目前限于计算能力只能同时处理100个以内的CORS站观测数据。大量的原始观测数据没有得到有效利用，造成相应的平差计算成果精度不稳定或不可靠。为了实现大地测量控制网平差的高效处理，国内外研究机构和研究人员进行了广泛的关注和研究，发表的文献主要包括:《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)),《测绘学报》的《超大规模大地网分区平差快速解算方法》。此类研究均是从降低传统集中式平差计算的算法复杂度等角度出发，对大规模大地控制网平差的快速解算带来了一定的效果。但相关的平差模型与算法多是针对单处理器体系架构编写的，没有顾及到当前多机多核硬件平台所带来的高效分布并行计算性能。近年来，随着计算机硬件平台的高速发展，以分布式计算技术为主的高性能计算成为大规模数据处理的最有效方法。针对规模化大地控制网平差的集中式计算方法的处理瓶颈，本发明利用了分布式计算技术实现了规模化大地控制网平差的分布式计算。本发明的实质是对规模化大地控制网平差计算任务的并行分解与并行计算，易于实现，便于掌握。本发明方法顾及规模化大地控制网观测数据的获取和相关计算资源(CORS站网、联网数据中心等)本身的分布特性，实现规模化大地控制网平差的分布式计算方法，不仅提高对现有计算资源的利用率，而且可以使人们在高性能的计算能力下解决更复杂的大地测量数据处理问题。发明内容
本发明的目的是克服现有大地控制网平差的集中式计算技术的不足，提供一种规模化大地控制网平差的分布式计算方法，可实现规模化大地测量数据的高效处理，使用方便，其技术方案为:一种规模化大地控制网平差的分布式计算方法，该方法包括以下步骤:
步骤1:控制网平差计算任务分解，利用现代观测技术手段获取的与大地控制网中空间分布的控制点位置信息相关的大量的距离、角度、高差、基线观测数据，具有空间分布和连续采集的特性，根据观测数据的观测条件、观测仪器型号、观测时期、控制点地理位置、控制点点数的原则综合将规模化大地控制网分成若干个区，每分区单独平差计算，然后把各分区联接成一个整体，将联结各区的控制点称为公共点，各分区内的控制点称为内部点，则规模化大地控制网平差计算任务划分为多个子计算任务，采用分区平差方法后，控制网平差计算的未知参数分为公共参数项和内部参数项两类，各个分区之间的内部参数项彼此相互独立；
所述的现代观测技术手段，是指利用电子经纬仪、电磁波测距仪、全站仪、精密水准仪、全球导航卫星系统、激光测卫、甚长基线干涉测量的一种或两种以上的组合的技术手段；
步骤2:建立观测方程，将大地控制网分区分解后共有S个分区，第i个分区的观测数据用Li表示，由于观测存在误差，其对应的改正项用Vi表示，该分区的内部参数项用爲表示，i=l，2，...，S，大地控制网的公共参数项用f表示，根据大地控制网平差中观测数据Lp观测数据的改正项Vi和内部参数项A公共参数项f存在数学函数f，有如下非线性误差方程:
权利要求
1.规模化大地控制网平差的分布式计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤1:控制网平差计算任务分解，利用现代观测技术手段获取的与大地控制网中空间分布的控制点位置信息相关的大量的距离、角度、高差、基线观测数据，具有空间分布和连续采集的特性，根据观测数据的观测条件、观测仪器型号、观测时期、控制点地理位置、控制点点数的原则综合将规模化大地控制网分成若干个区，每分区单独平差计算，然后把各分区联接成一个整体，将联结各区的控制点称为公共点，各分区内的控制点称为内部点，则规模化大地控制网平差计算任务划分为多个子计算任务，采用分区平差方法后，控制网平差计算的未知参数分为公共参数项和内部参数项两类，各个分区之间的内部参数项彼此相互独立； 所述的现代观测技术手段，是指利用电子经纬仪、电磁波测距仪、全站仪、精密水准仪、全球导航卫星系统、激光测卫、甚长基线干涉测量的一种或两种以上的组合的技术手段； 步骤2:建立观测方程，将 大地控制网分区分解后共有S个分区，第i个分区的观测数据用Li表示，由于观测存在误差，其对应的改正项用Vi表示，该分区的内部参数项用尤表示，i=l，2，…，S，大地控制网的公共参数项用f表示，根据大地控制网平差中观测数据Lp观测数据的改正项Vi和内部参数项A公共参数项f存在数学函数f，有如下非线性误差方程:
2.根据权利要求1所述的规模化大地控制网平差的分布式计算方法，其特征在于，所述的获取的与大地控制网中空间分布的控制点位置信息相关的大量的距离、角度、高差、基线观测数据，对大量的距离、角度、高差和基线观测数据采用分区平差方法进行分解后，控制网平差计算的未知参数项分为公共参数项和内部参数项两类，所述的公共参数项由所有的公共点的三维坐标参数构成，内部参数项由各分区内部点的三维坐标参数、尺度参数、旋转因子参数构成。
3.根据权利要求1所述的规模化大地控制网平差的分布式计算方法，其特征在于，所述的同时消去各个分区的内部参数项的改正项即能够在分布式计算环境下并行消去〔)\通过并行计算各分区对公共参数项的改正项的贡献矩阵Ni'和贡献向量Ui'，得到仅与公共参数项的改正项相关的线性方程组(11)，然后通过求解线性方程组得到大地控制网的公共参数项的改正项和其协方差矩阵，进而各个分区利用公共参数项的改正项，并行得到各个分区的内部参数项的改正项和其协方差矩阵。
4.根据权利要求1所述的规模化大地控制网平差的分布式计算方法，其特征在于，所述的大地控制网平差用户端或控制端计算机分布并行调用网络中多个子计算服务，是指大地控制网平差计算任务分解后，通过分布式计算技术建立控制网平差子计算服务、求解公共参数项的改正项服务的平差计算服务，并将平差计算服务发布到网络中多个计算节点，大地控制网平差用户端或控制端通过网络首先绑定计算节点，进而并行调用多个子计算服务，实现网络中多台 计算机分布协同完成规模化大地控制网平差的分布计算。
全文摘要
本发明涉及规模化大地控制网平差的分布式计算方法，可实现规模化大地测量数据的高效处理，使用方便，其技术方案为，控制网平差计算任务分解，利用现代观测技术手段获取的与大地控制网中空间分布的控制点位置信息相关的大量的距离、角度、高差、基线观测数据，每分区单独平差计算，然后把各分区联接成一个整体，各个分区之间的内部参数项彼此相互独立；建立观测方程，将大地控制网分区分解，建立非线性误差方程，对法方程进行解算，建立平差计算服务，平差计算服务分布式的实现，对解算结果进行迭代优化，直到所有未知参数的改正项达到求解精度要求，本发明具有高效的平差计算效率，提高了现有计算资源的利用效率，其经济和社会效益巨大。
文档编号G01C15/00GK103175516SQ201310059800
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日
发明者吕志平, 崔阳, 陈正生, 黄令勇, 王宇谱, 吕浩 申请人:中国人民解放军信息工程大学