1985国家高程基准相对于大地水准面的垂直偏差

局部高程基准通常由一个 (或多个 )验潮站所测的当地平均海面确定。由于海面地形的客观存在 ,人们已经认识到当地平均海面与大地水准面的差异可能达 2m之多。为了获得这一垂直偏差 ,很有必要确定当地平均海面和全球大地水准面上的重力位值。提出了利用全球重力场模型和GPS/水准资料计算局部高程基准相对全球大地水准面垂直偏差的 2种不同方法。我国目前采用的 1 985国家高程基准 ,由青岛验潮站所处黄海平均海面 1 95 2～ 1 979年的验潮记录计算得到。利用全球重力场模型和分布全国大陆范围的GPS/水准数据 ,计算了 1 985高程基准与大地水准面的垂直偏差。结果表明 1 985国家高程基准点的重力位值为( 62 63685 3.40± 0 .1 3)m2 s- 2 ,这比重力位W0 =( 62 63685 6.0± 0 .5 )m2 s- 2 隐含的大地水准面高 ( 0 .2 6± 0 .0 5 )m。     

1985国家高程基准与全球似大地水准面在广东地区的垂直偏差

利用重力位差原理,采用广东地区201个GPS水准点计算该地区1985国家高程基准与全球似大地水准面之间的垂直偏差。结果表明,该地区1985国家高程基准验潮站的重力位最或然值为62 636 852.842 m2/s2,垂直偏差的最或然值为32.3 cm,可为该地区实施跨海高程传递提供参考。     

基于重力场模型统一亚太高程基准的方法研究

针对不同国家和地区高程基准不一致的问题,该文采用GOCE重力场模型和GPS/水准数据对高程基准统一的方法进行了研究,分析了基于GOCE的不同重力场模型用于计算亚太区域(110°E~180°E,50°S~50°N)高程基准偏差的差异,基于重力场模型GECO,利用亚太区域36个验潮站附近的GPS/水准点数据计算的平均海平面与大地水准面垂直偏差的平均值为0.416m,利用日本沿岸5个GPS/水准点数据计算的高程基准与大地水准面垂直偏差的平均值为0.185m,利用澳大利亚沿岸4个GPS/水准点数据计算的高程基准与大地水准面垂直偏差的平均值为0.41m。     

1985国家高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差

利用不同重力场模型(EIGEN-6C4、EGM2008)和海面高模型(DNSC08、DTU10、DTU13)确定了全球平均海面重力位均值62 636 856.550 7 m~2s~(-2),加入海面地形改正后得到全球大地水准面重力位均值62 636 858.179 0 m~2 s~(-2)。联合EGM2008模型与全国均匀分布的649个GPS/水准数据,根据异常位法、正常高反算法以及高程异常差法,分别计算了我国1 985高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差,并对3种垂直偏差结果通过加权方法进行了改善。最后,利用两种方法对垂直偏差结果的合理性与正确性进行验证。结果表明我国高程基准面高于全球平均海面0.298 0 m,高于全球大地水准面0.464 2 m。     

联合GRACE/GOCE重力场模型和GPS/水准数据确定我国85高程基准重力位

GRACE、GOCE卫星重力计划的实施,对确定高精度重力场模型具有重要贡献。联合GRACE、GOCE卫星数据建立的重力场模型和我国均匀分布的649个GPS/水准数据可以确定我国高程基准重力位,但我国高程基准对应的参考面为似大地水准面,是非等位面,将似大地水准面转化为大地水准面后确定的大地水准面重力位为62 636 854.395 3m~2s~(-2),为提高高阶项对确定大地水准面的贡献,利用高分辨率重力场模型EGM2008扩展GRACE/GOCE模型至2190阶,同时将重力场模型和GPS/水准数据统一到同一参考框架和潮汐系统,最后利用扩展后的模型确定的我国大地水准面重力位为62 636 852.751 8m~2s~(-2)。其中组合模型TIM_R4+EGM2008确定的我国85高程基准重力位值62 636 852.704 5m~2s~(-2)精度最高。重力场模型截断误差对确定我国大地水准面的影响约16cm,潮汐系统影响约4~6cm。     

国家高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差

利用不同重力场模型（EIGEN-6C4、EGM2008）和海面高模型（DNSC08、DTU10、DTU13）确定了全球平均海面重力位均值62 636 856.550 7 m²s^-2,加入海面地形改正后得到全球大地水准面重力位均值62 636 858.179 0 m²s^-2。联合EGM2008模型与全国均匀分布的649个GPS/水准数据,根据异常位法、正常高反算法以及高程异常差法,分别计算了我国1985高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差,并对3种垂直偏差结果通过加权方法进行了改善。最后,利用两种方法对垂直偏差结果的合理性与正确性进行验证。结果表明我国高程基准面高于全球平均海面0.298 0 m,高于全球大地水准面0.464 2 m。     

通过大港验潮站坐标确定我国高程基准的垂直偏差

确定局部高程基准相对大地水准面的垂直偏差是统一全球高程基准的重要途径。本文的目的是通过大港验潮站坐标直接确定我国高程基准的垂直偏差。首先给出通过大港验潮站坐标确定我国高程基准垂直偏差的基本原理,然后介绍测定大港验潮站平均海面坐标的方法及过程,接下来通过EGM2008和EIGEN-6C4重力场模型计算出的我国高程基准面的重力位,进而推算获得垂直偏差,并与我国东部地区GPS/水准数据的计算结果进行了比较。经分析发现,EGM2008模型计算结果的可靠性要好于EIGEN-6C4模型;利用大港验潮站坐标计算得到的我国高程基准相对大地水准面的垂直偏差为0.344 m,比利用我国东部261个GPS/水准点数据计算获得的偏差值小0.006 m。     

1985国家高程基准与全球似大地水准面之间的系统差及其分布规律

将由大地高和正常高导出的几何高程异常与由位系数模型计算得到的物理高程异常进行比较,求出1985国家高程基准与全球似大地水准面之间的系统差,并分析其分布特性.为抵制异常值的影响,引入"抗差等价权".利用分布全国大陆范围的GPS网949个点的GPS/水准数据和地球重力场模型EGM96、DQM99A,求出1985国家高程基准点与WGS84定义的似大地水准面之间有35.7 cm的垂直偏差,1985国家高程基准面的系统差自东向西、自南向北明显增大,给出相应的数学模型.     

利用大地边值问题方法统一全球高程基准

为解决世界各国高程基准差异的问题,提出联合卫星重力场模型、地面重力数据、GNSS大地高、局部高程基准的正高或正常高,按大地边值问题法确定局部高程基准重力位差的方法。首先推导了利用传统地面"有偏"重力异常确定高程基准重力位差的方法;接着利用改化Stokes核函数削弱"有偏"重力异常的影响,并联合卫星重力场模型和地面"有偏"重力数据,得到独立于任何局部高程基准的重力水准面,以此来确定局部高程基准重力位差;最后利用GNSS+水准数据和重力大地水准面确定了美国高程基准与全球高程基准W₀的重力位差为-4.82±0.05 m²s^-2。     

GPS水准和重力数据联合平差技术及其性能分析

本文推荐一种适合高精度大地水准面精化的GPS水准和重力数据联合平差技术。这种技术以重力场积分公式为约束条件,在统计框架中,使GPS水准高程异常和其他重力场元(平差值)满足重力场边值条件,进而利用条件平差技术构造大地水准面的统计解。实测和模拟计算结果表明,利用本文推荐的GPS水准和重力数据联合平差技术,可以较好地解决目前高精度大地水准面精化中地面重力数据精度分布存在较大差异,重力数据、GPS水准数据存在多种系统偏差,以及局部重力场积分的“远区效应”等一系列难题。     

EGM96,WDM94和GPM98CR高阶地球重力场模型表示深圳局部重力场的比较与评价

为计算深圳精密重力大地水准面，利用62个高精度GPS水准点和4871个实测重力点数据对EGM96，WDM94和GPM98CR全球重力场模型表示深圳局部重力场进行了比较与评价。结果表明，由上述3个重力场模型计算的大地水准面高和重力异常与实测值之间存在明显的系统偏差，当采用GPS水准数据尽可能消除系统偏差以后，大地水准面高的精度得到显著提高，若应用移去-恢复技术确定深圳高精度大地水准面，则WDM94应该是首选的参考重力场模型。     

区域性高程基准的统一

全球或区域性高程基准面的统一始终是大地测量学研究的主要内容之一 ,对于构建“数字区域”和“数字地球”及研究全球或区域性环境变化具有重要的科学意义和现实意义。本文利用全球重力场模型EGM 96和WDM94及GPS水准数据 ,确定了香港主要高程基准面与我国 195 6黄海高程基准面的重力位差。计算结果表明 ,这两个基准面的重力位差为 (8 36 6± 0 76 5 )m2 s-2 ,表明香港主要高程基准面平均低于我国 195 6黄海高程基准面 (0 85 5± 0 0 78)m2 s-2 。本文的计算结果有助于本地区高程基准面的统一     

关于高程系统的思考

讨论了3种高程系统(正高、正常高及区域正常高)及其区别,它们分别依赖于不同的基准面,即大地水准面、似大地水准面和区域似大地水准面;研究了如何把中国的区域高程系统转换为全球统一高程系统的2种途径。可以利用水准或重力方法、GPS水准和GPS重力方法建立高程系统。     

全国及部分省市地区高精度高分辨率似大地水准面的研究和实施

结合我国重力和地形资料及国内外较优的重力场模型,研制适合我国重力场特征的360阶重力场模型WDM94;建立中国新一代分米级似大地水准面CQG2000,包括建立新的以GPS/水准为基础的高程异常控制网、利用海洋卫星测高数据计算海洋大地水准面、陆地重力似大地水准面的研制及陆海似大地水准面的拼接等;研制江苏省、海南省、深圳市、大连市、南京市及"南水北调"西线工程具有厘米级精度的局域似大地水准面模型;结合GPS技术和高精度似大地水准面模型,研制GPS测图软硬件一体化系统.本研究项目获得2004年度国家科技进步二等奖.     

利用GNSS/重力法确定南极中山站高程基准的垂直偏差

南极蕴含着无数科学之谜和资源信息,已成为科学研究的热点区域之一。许多国家和组织争相在南极建立科考站,由于缺乏统一的高程基准,一切与高程相关的信息都无法精确确定和统一。充分利用GNSS大地边值问题不受局部高程基准限制的特点,在概述GNSS/重力法的基本原理和方法基础上,利用收集的南极中山站GNSS/水准、重力等数据,基于EGM2008和EIGEN-6C4两种地球重力场模型分别计算了南极中山站高程基准相对于国家1985高程基准的垂直偏差。结果表明,南极中山站高程基准与全球高程基准的垂直偏差为-1.455 m,与国家1985高程基准的垂直偏差为-1.759 m,这将为南极测绘地理信息提供更为精确的全球尺度高程基准参考,对更加精确预测南极冰川消融对低海拔地区造成的影响具有重要价值。     

中国新一代高精度、高分辨率大地水准面的研究和实施

采用移去恢复技术，利用我国高分辨率DTM和重力资料推算我国大陆重力大地水准面;然后再和我国GPS水准所构成的高程异常控制网拟合,推算了具有dm级精度、15′×15′分辨率的我国大陆大地水准面。利用全国地壳运动监测网络的80余个高精度GPS水准点进行外部检核，检核结果证实和原设计精度完全一致，即该大陆大地水准面的绝对精度,在东经102°以东高于±0.3m，在东经102°以西、北纬36°以北为±0.4m，36°以南为±(0.4～0.6)m。利用卫星测高数据计算垂线偏差，反解我国海域大地水准面。为了检核，由测高垂线偏差反演为重力异常，与海上万余点船测重力值进行了外部检核；同时用上述反演的重力异常推算大地水准面，与直接解得的相应结果进行比较作为内部检核。由重力和GPS水准数据推算的上述大陆大地水准面，和主要由卫星测高数据确定的海洋大地水准面，二者之间一般都存在以系统误差为主的拼接差。顾及这一现象并结合我国在陆海大地水准面拼接区重力资料稀疏的实际，研究提出了扩展拼接技术，即在沿海选取部分陆海毗邻的局部地区，在这局部地区内，陆地用实测平均重力格网数据，海洋用测高平均重力格网数据，统一推算这陆海局部重力大地水准面。然后利用这一局部大地水准面的陆地部分和已经用GPS水准校正的陆地大地水准面进行拟合。最后用拟合参数校正中国全部海域的测高重力大地水准面，从而保持陆地部分大地水准面不变，最大限度地削弱拼接点和测高海洋大地水准面的系统误差。     

中国似大地水准面

采用移去-恢复技术,利用我国高分辨率DTM和重力资料推算我国大陆重力大地水准面;然后再和我国GPS水准所构成的高程异常控制网拟合,推算具有分米级精度,15′×15′分辨率的我国大陆大地水准面.利用全国地壳运动监测网络的80余个高精度GPS水准点进行外部检核,检核结果证实和原设计精度完全一致即该大陆大地水准面的绝对精度,在东经120°以东,高于±0.3 m,在东经120°以西,北纬36°以北,±0.4 m, 36°以南,±(0.4～0.6) m.利用卫星测高数据计算垂线偏差,反解我国海域大地水准面.为了检核,由测高垂线偏差反演为重力异常,与海上万余点船测重力值进行了外部检核;同时将上述反演的重力异常推算大地水准面,与直接解得的相应结果进行比较作为内部检核.由重力和GPS水准数据推算的上述大陆大地水准面,和主要由卫星测高数据确定的海洋大地水准面,二者之间一般都存在以系统误差为主的拼接差.顾及这一现象和结合我国在陆海大地水准面拼接区重力资料稀疏的实际,研究提出了扩展拼接技术,即在沿海选取部分陆海毗邻的局部地区,在这局部地区内,陆地用实测平均重力格网数据,海洋用测高平均重力格网数据,统一推算陆海局部重力大地水准面.然后利用这一局部大地水准面的陆地部分和已经GPS水准校正的陆地大地水准面进行拟合.最后将拟合参数校正中国全部海域的测高重力大地水准面,而保持陆地部分大地水准面不变,以最大限度的削弱拼接点和测高海洋大地水准面的系统误差.     

综合利用海岸带GNSS水准和重力数据精密确定中国高程基准偏差

综合利用中国海岸带GNSS水准和多源重力测量数据,通过精化陆海统一的重力似大地水准面计算高程异常零阶项,精密确定了中国1985国家高程基准相对于重力大地水准面的偏差。结果显示:中国1985国家高程基准相对于国际地球自转服务（International Earth Rotation Service,IERS）的IERS2010标准W₀对应的重力大地水准面的偏差为30.4±1.0 cm;中国1985国家高程基准于20世纪80年代经琼州海峡传递到海南岛后,在1 cm精度水平上未发现明显差异;计算的重力似大地水准面经全球导航卫星系统（globa navigation satellite system,GNSS）水准外部检核,标准差约为4 cm,12个省市和陆海交界处在厘米级精度水平上无缝衔接。在近10 a内,天津市除西北角外,大部分地区存在地面下沉,东南部地面下沉约7 cm,上海市地面下沉约7 cm,浙江省、江苏省和福建省等沿海省份局部地区也出现地面下沉。     

最新中国陆地数字高程基准模型:重力似大地水准面CNGG2011

本文回顾了近20年国内外国家局部大地水准面模型研究的概况和发展背景,采用Stokes-Helmert方法,计算了一个新的2′×2′中国重力和1985国家高程基准似大地水准面数值模型（CNGG2011）,采用了1百万余陆地重力数据和SRTM 7″.5×7″.5地形高数据,以及649个B级GPS水准点数据。CNGG2011平均精度为±0.13m,东部地区±0.07m,西部地区±0.14m。各省区局部似大地水准面平均精度为±0.06m,东部为±0.05m,西部为±0.11m。西藏精度为±0.22m。本文还讨论了重力大地水准面与GPS水准的关系,提出了今后进一步精化我国高程基准大地水准面模型的构想。     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。