关于海洋无缝垂直基准体系建立的思考

探讨海洋无缝垂直基准体系建立的重要意义,提出了建立该体系的总体思想与关键环节,进而针对性地总结了现有的相应研究成果,分析了所存在的主要问题与不足,提出根据各海域潮汐特点分别选取适宜的无缝垂直基准面,在不同垂直基准间建立转换模型,在临界海域建立过渡模型,最终确定适用于全部海域的海洋无缝垂直基准体系的思路,可望为海洋无缝垂直基准体系的最终建立提供指导作用。     

关于我国海域无缝垂直基准构建方法的讨论

本文系统分析了海洋测绘垂直基准在海洋勘测、海洋开发海洋权益维护中的迫切性,提出我国海域无缝垂直基准构建的方法、实施的具体流程及需要解决的关键技术,目的是推动现代海洋测绘垂直基准框架体系的建设。     

海洋垂直基准研究进展与展望

海洋垂直基准的构建是海洋测绘的基础性工作。2009—2012年,我国初步构建了中国近岸80海里范围内高程/深度基准转换与统一模型。近年来,这一模型扩展到了我国南海、西太平洋和东印度洋,接下来将逐步构建南北极和全球的无缝垂直基准面模型,这对推动我国数字海洋建设具有基础的支撑作用。本文主要论述和梳理目前国内外主要沿海国家进行海洋垂直基准构建的研究现状,分析了海洋垂直基准构建的主要工作、途径及关键技术,重点阐述了我国在海洋垂直基准建设实践中取得的成果和存在的问题。     

我国单点动态垂直基准的建立

确定基准是研究地壳垂直运动的重要内容之一,在讨论均衡基准特点的同时,指出了在其研究我国大陆现今地壳垂直运动中可能带来的不适用性,从而提出了单点动态垂直基准。该基准在多次重合点变动情况下,能够保持前后基准一致,易于维护,与基本验潮站相联系,速率结果具有绝对性质,可以较好地适应未来,特别是具有适应采用空间技术手段的特点。全面叙述了利用国家高精度重复水准测量资料研究我国大陆现今地壳垂直运动过程中,建立单点动态垂直基准的情况。     

关于海洋垂直基准的讨论

提出以平均海面作为基本海洋垂直基准的思想，讨论了现有基准定义的意义，及水深在椭球面基准，大地水准面基准，国家高程基准，平均海面基准与海图深度基准下表示的关系，给出一种海洋测量深度的归算方案。     

联合大地水准面、海面地形和潮波运动数值模拟的长江口陆海垂直基准转换关系

长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义,而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面3种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型,并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示,垂直基准转换模型中误差为12.4 cm,与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm,尽管大于模型中误差估值,但仍满足国际水道测量规范对测深中垂向最大不确定度的要求。     

海洋空间信息基准技术进展与发展方向

简要分析了海洋空间信息基准的基本发展历程和当前的技术状态,梳理和评述了近年来关于验潮站垂直基准确定方法的改进与完善、验潮站控制下的垂直基准的实现形式、长期验潮站在维持垂直基准方面的作用、海洋潮汐模型构建、特征潮面模型构建与转换等有关海洋垂直基准及与其相关的海洋潮汐研究的主要进展,预测了海洋空间信息基准在海上高精度位置服务、垂直基准面及转换模型精化、空间基准应用等重点发展方向。     

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。     

国家高精度水准网动态平差的基准

根据我国高精度水准网动力平差的实际，在论述固定基准，均衡基以及基的基础上，提出了单点动态垂直基准，并就其采用进行了讨论，认为利用国家高精度重复水准测量资料研究我国大陆现地壳垂直运动进行了水准网动态平差，采用单点动态垂直基准较合适。     

利用调和常数内插的局域无缝深度基准面构建方法

为实现局域水域垂直基准间的无缝转换,从深度基准面计算原理出发,根据潮波传播特征,提出了一种基于潮汐调和常数内插的无缝深度基准面建立方法,该方法较传统常用方法具有更高的精度和稳定性。通过长江口区域的实验验证了该方法的正确性及可行性,并在该区域建立了无缝深度基准面模型。     

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。     

面向数字中国建设中国的现代大地测量基准

在回顾我国大地测量基准建设历史的基础上,分析了在当前建设信息化社会,创建数字中国,对现代地理空间基础框架中测绘基准的需求。提出了在我国建设现代大地测量基准的建议。在平面基准方面,建议在国家GPS2000网(三网)的基础上,进一步加密国家GPS网点和永久性追踪站,构建有足够分布密度的三维高精度动态大地坐标框架,为我国今后建立新的大地坐标系统创造条件。在高程基准方面,建议在仪器设备和规范细则方面作好准备工作,依法定期对国家高程控制网进行复测。在重力基准方面,在国家2000重力基准网和国家2000(似)大地水准面的基础上,有步骤的按省或地区推算具有厘米级精度,10km级栅格分辨率的似大地水准面。在条件成熟时,我国应考虑采用三维地心坐标系统。     

海道测量水位控制方法研究

将海道测量的垂直基准理论和水位改正方法综合为统一的水位控制理论与方法体系,分析比较了的时差法和最小二乘曲线比较法两种水位改正的软件实现方法的数学模型,讨论了曲线拟合参数的时变性,论证多站水位控制中垂直基准的连续线性特性,给出了水位控制的质量控制指标,得出必要的结论。     

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。     

高程基准历元及其统一状态归化

平均海面存在趋势性变化，对于四维大地测量定位而言，必须赋予高程基准以时间特征，本文认为最好是确定高程基准历元。文章提出了高程基准历元的定义，给出了计算公式，求得中国１９８５国家高程基准历元为１９６６．０。文章还讨论了平均海面趋势性变化的数学问题，及提出了高程基准归化至统一状态的概念，研究了由于海水密度不同引起的平均海面高度变化，计算得中国１９８５国家高程基准对于通常海水状态的修正值为－０．０１２ｍ     

GPS结果应用于地面沉降研究初探

本文利用球面通量均衡基准对全国的GPS垂向分量进行处理,给出了GPS点的垂向运动矢量分布图,显示垂向相对变化的分布与活动构造相关;2007-2009年的结果显示该时段可能存在大地震的影响;同时重点分析讨论了天津及其周边地区的地面沉降现状。结果表明采用文中的方法对GPS垂向分量进行处理是有效的,能够显示出地壳垂直差异运动的空间分布信息。     

Determination of Geopotential of Local Vertical Datum Surface

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥａｃｈｃｏｕｎｔｒｙｏｒｅａｃｈｇｒｏｕｐｏｆｃｏｕｎｔｒｉｅｓｓｅｌｅｃｔｓｍｅａｎｓｅａｌｅｖ ｅｌａｔａｄｅｆｉｎｅｄｔｉｄｅｇａｕｇｅｏｒａｔａｇｒｏｕｐｏｆｇａｕｇｅｓｆｏｒｉｔｓｖｅｒｔｉ ｃａｌｄａｔｕｍｓｕｒｆａｃｅ .Ｉｔｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ ,ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈａｔｔｈｅｌｏｃａｌｍｅａｎｓｅａｌｅｖｅｌｉｓｕｓｕａｌｌｙｄｅｐａｒｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｇｅｏｉｄ ,ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｔｈｅｉｄｅａｌｄａｔｕｍｓｕｒｆａｃｅｆｏｒｈｅｉｇｈｔ,ｏｗ…     

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。