广东地区地球重力场模型的比较与选择

为了优化广东地区的似大地水准面,需要选择最适合该地区的地球重力场模型。本文对该地区6个具有代表性的地球重力场模型及简单组合模型,从高程异常、重力异常和垂线偏差3个方面的精度进行比较分析。结果表明,各模型所代表的似大地水准面与该地区的大地水准面之间均存在着一定的系统偏差,而EGM2008/EIGEN-6C简单组合模型精度则优于其他模型,此模型可作为该地区似大地水准面优化的参考重力场首选模型。     

利用重力等位面特性进行地球重力场模型评价

提出了一种基于大地水准面等位面特性的地球重力场模型优劣评价方法。通过取任一重力大地水准面为参考面,计算不同地球重力场模型在该面上的重力位标准差,以此作为不同模型相对优劣的评价指标。利用该方法对不同地球重力场模型以及同一重力场模型在不同区域的精度进行了评价。结果表明:EGM96、OSU91A模型的大地水准面高精度分别为±11.1 cm、±14.3 cm,说明EGM96要优于OSU91A,EGM2008、EIGEN-6C4模型的大地水准面高精度分别为±8.8 cm、±8.9 cm,说明该两个模型的精度相当,与已有研究结果一致,表明本文方法的有效性与适用性。进一步研究结果显示,对于全球大地水准面,EGM2008和EIGEN-6C4模型的大地水准面高精度分别为±11.3 cm和±14.1 cm,即在厘米级精度上EGM2008略优。     

EGM2008和EIGEN-6C2模型的精度比较

简要介绍了EGM2008和EIGEN-6C2两种超高阶重力场模型,给出了高程异常模型计算的详细过程,并基于两种重力场模型建立内蒙古地区似大地水准面模型,用空点法和外符合法进行精度分析比较。结果表明,可以用空点法取代外符合法进行精度评定。在内蒙古地区,EIGEN-6C2模型比EGM2008模型的精度提高了3 cm。     

重力异常阶方差模型的构建及在扰动场元频谱特征计算中的应用

利用最新的全球引力位模型-EGM2008对经典的重力异常阶方差模型进行了分析比较,分析表明,经典的阶方差模型由于限于当时的观测条件,已经不能准确地描述扰动场元在各个频段的频谱分布。在Moritz阶方差模型基础上,利用EGM2008位模型获得的2160阶阶方差重新构建了新的分段重力异常阶方差模型-TSD模型,该模型与EGM2008位模型计算的阶方差比较其标准差和均值分别为0.25mgal2 、0.0 。利用TSD模型计算了不同频段内大地水准面高、重力异常、扰动重力、垂线偏差四个重力场扰动场元的频谱特征,计算结果表明：扰动场元频谱分布较之传统分析结果有较大的变化,其中重力异常、扰动重力及垂线偏差在中、低频部分的能量有明显的增加而高频及甚高频部分的比重有明显的减少。     

联合EGM2008模型重力异常和GOCE观测数据构建超高阶地球重力场模型SGG-UGM-1

本文研究了联合卫星观测数据和重力异常数据确定超高阶重力场模型的理论方法,并使用EGM2008模型重力异常和GOCE（gravity field and ocean circulation explorer）观测数据构建了重力场模型SGG-UGM-1。重点研究了由球面格网重力异常快速构建超高阶重力场模型的块对角最小二乘方法,将OpenMP技术引入到块对角最小二乘中以提高计算效率,并基于模拟数据验证了方法及算法和软件模块的正确性。采用本文制定的联合解算策略,利用GOCE重力卫星观测数据构建的220阶次法方程和EGM2008模型重力异常构建的2159阶次块对角法方程,联合求解了2159阶次的重力场模型SGG-UGM-1。将SGG-UGM-1与EGM2008、EIGEN-6C2、EIGEN-6C4等超高阶模型在频谱域内进行了比较分析,结果表明SGG-UGM-1相对参考模型的系数误差较小,且在220阶次内的系数精度相比EGM2008模型有了提高。采用中国与美国的GPS/水准数据和毛乌素测区的航空重力观测数据对这些模型进行了外符合精度的检验。检核结果表明,在中国区域,SGG-UGM-1模型大地水准面的精度在EIGEN-6C2和EIGEN-6C4两个模型之间,优于GOSG-EGM模型和EGM2008模型,与美国区域几个模型的精度相当。利用毛乌素测区的航空重力数据对几个模型进行了检核,结果表明SGG-UGM-1模型计算的重力扰动精度与EGM2008、EIGEN-6C4模型相当,优于GOSG-EGM模型和EIGEN-6C2模型。     

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。     

组合重力场模型的精度及其适用性分析

针对EGM2008、GECO及EIGEN-6C4重力场模型存在长波误差的情况,利用GNSS/水准数据在分析EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型高程异常精度基础上,分析GOCO03S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R5、GO_CONS_GCF_2_SPW_R2、GO_CONS_GCF_2_TIM_R5 4个纯卫星重力场模型与EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:与EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型相比,各自对应的组合重力场模型高程异常精度最优分别可达0.061m、0.054m和0.059m,对应精度提升幅度分别为18%、31%和24%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度;利用EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型进行高程拟合的精度与利用组合重力场模型进行高程拟合的精度相当,这说明EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型存在的长波段误差也可通过一定的拟合模型进行削弱。     

全球及局部海洋扰动重力反演的快速解析方法

从经典边值问题理论及球谐函数理论出发,在空域推导获得了由大地水准面高以及垂线偏差计算扰动重力的解析计算公式,为利用卫星测高数据反演海洋扰动重力提供了理论基础。针对全球海洋区域和局部海洋区域的扰动重力反演,在前人已有工作基础上,提出了改进的基于一维FFT的精确快速算法,保证了计算结果与原解析方法完全一致,且计算速度提高约20倍。该算法在提高计算效率的同时避免了由于引入FFT而产生的混叠、边缘效应问题,而且对观测数据的序列长度没有硬性要求,使得应用更加灵活。利用EGM2008地球重力场模型分别生成了2.5'分辨率大地水准面高数据和垂线偏差数据,按照本文提出的改进方法(采用全球积分计算)分别反演获得了全球及局部海洋区域的扰动重力。经比较分析,由大地水准面和垂线偏差分别反演获得的扰动重力其差异在0.8×10^-5 m/s²以内,这说明两种反演方法是基本一致的,但在数据包含系统误差的情况下,由垂线偏差反演扰动重力具有一定优势。     

EGM2008模型精化研究及其在濒海工程中的应用

利用最新的全球大地水准面模型EGM2008,结合区域GPS/水准网点成果精化区域大地水准面模型,并将该模型的计算结果分别与GPS/水准网点直接内插所得结果、实测数据所得高程异常值进行对比.结果显示,我国大地水准面与全球大地水准面之间存在系统性偏差,约为24.5 cm;在沿海地区精化的区域大地水准面模型可达到±5 cm的...     

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。     

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。     

EGM 2008地球重力场模型在中国大陆适用性分析

分别利用我国大陆GPS水准实测高程异常和地面平均空间异常数据,对EGM 2008地球重力场模型进行外部精度测试,结果显示:①EGM 2008模型高程异常在我国大陆的总体精度为20 cm,华东华中地区12 cm,华北地区达到9 cm,西部地区为24 cm;②EGM 2008模型空间异常在我国大陆的总体精度为10.5 mGal(1 mGal=103cm/S2),且大大缩小了我国大陆重力场信息东西部地区的差距;③EGM 2008模型具有很高的精度.测试结果显示,EGM 2008模型在我国大陆的精度与在全球范围内的精度相当;④与WDM 94,DQM系列,EGM96相比,EGM 2008模型高程异常精度提高了3～5倍,比利用GRACE数据的IGG05b,EIGEN-5c模型提高了2倍以上,空间异常的改善程度更为突出.鉴于EGM 2008显著改善了我国大陆重力场东西部地区不平衡的现状,建议在EGM 2008模型的基础上,广泛整合我国各部门最新数据,构建与我国局部重力场最佳拟合的(超)高阶地球重力场模型,重新整体计算全国似大地水准面.     

EGM2008模型计算重力扰动位及相关量的方法研究

地球重力场模型EGM2008提供了计算全球高分辨率和高精度重力场相关参量的可能。本文采用球谐综合的方法,对重力扰动位、重力异常、大地水准面高等物理量的计算步骤和方法进行了研究和分析,并编制了相应的计算程序基于EGM2008无潮模型和零潮模型对以上参量进行了计算,同NGA发布的计算程序计算的结果进行了比对,验证了计算的方法正确性和可靠性。     

基于高阶重力场模型的山区高程拟合研究

选用沿海山区GNSS水准点的实测高程异常,分别对近几年国际上公布的EGM2008、EIGEN-6C2、EIGEN-6C3stat、GECO、XGM2019e、SGG-UGM-2这6个高阶重力场模型计算的高程异常进行精度检验,分析不同模型、不同截断阶次模型高程异常精度与阶次的关系,采用基于Kd-Tree算法的二次曲面拟合方法进行山区水准面移去—拟合—恢复。结果表明,利用基于Kd-Tree算法高阶重力场模型进行山区水准拟合精度提高明显,具有较好的适应性。     

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。     

DQM2000d、UGM05和EGM2008地球重力场模型精度比较

给出由地球重力场模型计算重力异常和垂线偏差的公式,利用36阶、360阶、1 800阶DQM 2000d、UGM 05以及EGM 2008地球重力场模型计算国内某地区格网点重力异常和地面垂线偏差,并将其与实测数据进行比较,从而对三种模型的精度进行评估。结果表明,在表示国内某地区格网点重力异常时,UGM 05模型精度最高,DQM 2000d模型精度次之,EGM 2008模型精度最低;在表示地面垂线偏差时,三种模型的精度相当。     

ENVISAT测高卫星沿轨大地水准面梯度的海洋垂线偏差法研究

研究了利用沿轨大地水准面梯度数据计算海洋垂线偏差的最小二乘法,首先对ENVISAT测高数据进行各项地球物理改正得到近似测高大地水准面,然后计算沿轨大地水准面的梯度,接着用最小二乘法计算格网垂线偏差东西分量和南北分量的平均值。最后,用该方法计算了南中国海区域及其邻近海域(4°N～25°N,104°E～120°E)的5′×5′垂线偏差南北分量和东西分量,其精度优于7″,并与EGM96模型计算的垂线偏差值进行了比较,证明了该方法的有效性。     

地球重力场参数计算程序的设计与应用

根据地球重力场参数的计算模型,借助全球地球重力场模型EGM2008,利用Microsoft Visual Studio 2010面向对象的功能,设计和开发了可以计算任意点重力异常、高程异常、垂线偏差分量的计算程序,以德国地学中心(GFZ)研制的相关软件对程序的正确性进行了验证,以吉林省各城市的经纬度数据计算了对应的重力异常、高程异常、垂线偏差分量。     

多类重力场模型的精度分析

分析国际公布的EGM2008、GECO和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型及GOCO03S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R5和GO_CONS_GCF_2_TIM_R5等低阶重力场模型的内符合精度。利用实测的GNSS/水准数据对各模型进行外符合精度的检核。分析6个模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:EGM2008、GECO、EIGEN-6C4及DIR_R5四个重力场模型的阶方差均保持在mm级,而GOCO03S在191阶之后的精度达到dm级,TIM_R5模型在228阶之后的精度达到dm级; 6个重力场模型中,EIGEN-6C4模型的累计阶方差最小;EGM2008、GECO模型的互差阶方差在高频部分呈现差异,而在超高阶部分两种模型的互差阶方差符合性好;与EGM2008模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.063 m,精度提升幅度为15%,与GECO模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.060 m,精度提升幅度为23%,与EIGEN-6C4模型相比,其对应的组合重力场模型高程异常精度最优可达0.064 m,精度提升幅度为18%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度。     

EGM2008模型在中国某地区的检核及适用性分析

利用搜集的某地区225个GPS水准点数据对最新的超高阶全球重力场模型EGM2008进行了外部检核,并将其结果同EIGEN-5C、EIGEN-4C及EGM96等全球重力场模型进行了比较。外部检核结果表明,EGM2008模型相对其他全球重力场模型的整体精度有所提高。该地区的相对检核结果表明,可将EGM2008模型和GPS大地高相结合应用于低等级的水准测量和长距离的跨障碍物高程传递。