海洋重力大地水准面的确定

美国海洋卫星测高仪的出现,使应用Hotine积分确定海洋大地水准面成为现实。本文通过对Hotine积分及垂线偏差的计算公式进行改进,较好地改善了求和项的收敛性,减小了截断误差影响,并提出了利用Hotine函数和重力异常确定海洋大地水准面的方法。实际计算表明:海洋重力大地水准面的精度在1米以内;卫星测高大地水准面间存在0.5米系统差;它和海底地形有一定的相关性,能较好地反映出海底地形的宏观特性。     

利用改进的Hotine积分确定地球外部重力场

为解决Hotine积分计算低空扰动引力径向分量时的奇异性问题,本文从Hotine积分公式入手,分析了产生奇异性的原因及其影响;并在此基础上根据分区原理推导出Hotine积分的无奇异公式,本文算法将内区视为扰动重力值相等的微小平面,直接进行数学积分以消除奇异性,最后从理论上阐述了本文算法的优势。数值试验结果表明,相较于传统方法,改进后的Hotine积分在整个积分区域内连续,地表附近扰动引力径向分量的计算结果奇异性消除,而且高度越低,精度越好。此外,经过改化,Hotine积分核函数变为边界面上扰动重力差分形式,这减弱了远区地面数据对计算结果的影响,改进后的Hotine积分对地面数据的需求量相比于传统算法降低了近20倍,而且高度越低,对积分半径的要求越低。本文算法适用于低空外部重力场计算,而且效能较高。     

区域重力大地水准面确定的相对精度估计

以频域解析方法,研究由地面重力数据、全球住模型确定区域重力大地水准面的相对精度估计.首先由Stokes公式的数值积分推导地面重力数据与球谐系敬的精度关系;再由"移去-恢复"方法的空域截断逼近模式和协方差函数的球谐表达,分别推导内区地面重力数据之误差、外区全球位模型之误差与区域重力大地水准面之相对精度的解析关系;为便于计算,提出将内区地面重力数据和外区全球位模型的频域截断误差合并,再按频段重新划分为两部分:①全球范围--地面重力数据对应频率以上的截断;②外区范围--介于全球位模型最高频率与地面重力数据对应频率之间的截断,以经验阶方差模型分别估计之.模拟计算显示了地面重力数据之精度、分辨率、积分半径和全球位模型之精度、分辨率与区域重力大地水准面之相时精度的具体对应关系.本文研究同样适用于区域重力似大地水准面的确定.     

利用空中平均重力异常确定区域大地水准面

提出了直接利用空中平均重力异常计算区域大地水准面的方法。模拟计算的结果表明, 该方法与传统的利用地面平均空间重力异常确定的大地水准面精度相当, 但其显著优点是勿需空中重力异常的向下解析延拓, 从而可以避免延拓误差对大地水准面精化的影响。     

海洋重力似大地水准面与区域测高似大地水准面的拟合问题

研究了将陆地重力似大地水准面与GPS水准似大地水准面拟合的处理方法推广到海洋的问题,首先从理论上证明了当存在海面地形,则海洋大地水准面与似大地水准面不重合,导出了在海洋上大地水准面差距与高程异常之间差值的公式,由此给出了求定平均海面相对于区域高程基准的正常高以及测高似大地水准面的计算公式。由于测高平均海面与GPS大地高有相近的精度,提出了将海洋重力似大地水准面与区域测高似大地水准面拟合的处理方法,并利用当前最新的海面地形模型和测高平均海面模型做了数值估计。     

扰动重力数据精度对GPS/重力边值问题的影响研究

以GPS/重力边值问题为基本的数学模型,通过数值模拟方法,对不同精度的扰动重力数据对GPS/重力边值问题的影响及误差量级进行了模拟和分析,得出了一些有意义的结论。     

WZD94中国重力大地水准面研究

利用我国实测重力值计算完成了全国５＇×５＇格网平均空间重力异常，并结合重力场模型ＷＤＭ９４，利用国内外最新发展起来的快速谱算法确定了我国高分辨率５＇×５＇重力大地水准面ＷＺＤ９４。     

应用GPS水准与重力数据联合解算大地水准面

GPS水准大地水准面与重力大地水准面之差不仅由基准不同引起,而且也包含重力与GPS水准观测值的误差。建立了这两个水准面之差与基准转换参数、重力和GPS水准观测值的残差之间的关系,并基于最小二乘准则解算了基准转换参数和重力与GPS水准观测值的残差,即计算转换参数及重力与GPS观测值的改正。尤其当GPS水准精度远高于重力水准面时,联合解算模型可固定GPS水准大地水准面,只对重力观测值进行改正。     

利用Poisson积分推导Hotine函数及Hotine公式应用问题

给出一种直接利用改进的Poisson积分确定Hotine函数的推导 ,其中不包括函数的零阶和一阶项。讨论了Hotine公式在陆地和海洋局部重力场逼近中的应用问题。     

A synthetic Earth Gravity Model Designed Specifically for Testing Regional Gravimetric Geoid Determination Algorithms

A synthetic [simulated] Earth gravity model (SEGM) of the geoid, gravity and topography has been constructed over Australia specifically for validating regional gravimetric geoid determination theories, techniques and computer software. This regional high-resolution (1-arc-min by 1-arc-min) Australian SEGM (AusSEGM) is a combined source and effect model. The long-wavelength effect part (up to and including spherical harmonic degree and order 360) is taken from an assumed errorless EGM96 global geopotential model. Using forward modelling via numerical Newtonian integration, the short-wavelength source part is computed from a high-resolution (3-arc-sec by 3-arc-sec) synthetic digital elevation model (SDEM), which is a fractal surface based on the GLOBE v1 DEM. All topographic masses are modelled with a constant mass-density of 2,670 kg/m³. Based on these input data, gravity values on the synthetic topography (on a grid and at arbitrarily distributed discrete points) and consistent geoidal heights at regular 1-arc-min geographical grid nodes have been computed. The precision of the synthetic gravity and geoid data (after a first iteration) is estimated to be better than 30 μ Gal and 3 mm, respectively, which reduces to 1 μ Gal and 1 mm after a second iteration. The second iteration accounts for the changes in the geoid due to the superposed synthetic topographic mass distribution. The first iteration of AusSEGM is compared with Australian gravity and GPS-levelling data to verify that it gives a realistic representation of the Earth’s gravity field. As a by-product of this comparison, AusSEGM gives further evidence of the north–south-trending error in the Australian Height Datum. The freely available AusSEGM-derived gravity and SDEM data, included as Electronic Supplementary Material (ESM) with this paper, can be used to compute a geoid model that, if correct, will agree to in 3 mm with the AusSEGM geoidal heights, thus offering independent verification of theories and numerical techniques used for regional geoid modelling.Electronic Supplementary Material Supplementary material is available in the online version of this article at http://dx.doi.org/10.1007/s00190-005-0002-z     

利用航空重力确定局部大地水准面的精度分析

探讨了空中重力扰动的滤波尺度和向下延拓方法对局部大地水准面确定精度的影响。实测数据分析表明,直接代表法不受测区形状及范围大小限制且无边界效应,成为最合适的向下延拓方法;100~250 s的滤波尺度均适用于大地水准面的确定,顾及滤波器边界效应的影响,宜采用小一些的滤波尺度如100 s。无论是空中比较还是地面比较,利用航空重力数据确定的局部大地水准面,其与参考大地水准面的比较精度可以达到±3 cm。     

利用航空重力确定局部大地水准面的精度分析

海洋重力测量是海洋地区获取高精度、高分辨率地球重力场信息的重要技术方法。研究了波罗的海地区海洋重力测量数据的处理方法,利用测线交叉点处重力测量观测值建立的漂移函数有效减小了重力仪漂移异常的影响,其测量精度达到了0.5 mGal。2017年,海空重力仪Chekan-AM更新以后,其测量稳定性有了显著提高。数据处理结果表明,搭载在常规科考船DENEB的海洋重力测量精度为0.2 mGal,而首次搭载在渡轮URD的海洋重力测量精度为0.6 mGal。根据波罗的海地区局部大地水准面构建的初步结果,证明了获取的海洋重力测量数据对填补数据空白、检测老旧数据以及提高大地水准面精度等方面具有重要作用,研究结果为未来波罗的海地区建立高精度的统一大地水准面提供了数据基础和技术支持。     

利用航空重力测量数据确定区域大地水准面

论文系统研究了利用航空重力数据以及联合航空重力与地面重力数据确定高精度区域大地水准面的理论模型、实用算法和关键技术,细致分析了其中存在的关键问题,提出了多项思路、模型和方法以突破关键性难点.论文的主要工作和创新之处体现在: (1)提出一种用于Stokes和Hotine积分等球面积分直接离散求和的快速算法,解决球面积分离散求和计算效率太低的数值问题.对于10°×10°范围共计57 600个点的2.5'×2.5'格网重力数据,积分球冠区半径取3°时,新算法用于基于解析核的Stokes和Hotine积分时计算速度比普通算法快约48倍,用于基于级数核的Stokes和Hotine积分时分别比普通算法快约276倍和294倍.     

基于现势性数据的局部似大地水准面更新技术研究

由于构建年代数据精度及密度不足,我国部分区域的似大地水准面精度较低,随着近几年经济的快速发展,局部地区已经建立了更高精度、更高覆盖率的大地测量控制网。本文详细介绍了如何运用这些新的大地测量数据进行大地水准面模型局部更新的思路和方法,并对更新的数学模型进行了讨论,最后通过算例验证了该方法的可行性。     

基于移去-恢复技术的区域大地水准面拟合方法研究

在介绍移去恢复法基本原理的基础上通过对移去项分两种不同情况进行计算,然后对移去后剩余部分分别用多面函数法和四次多项式法进行拟合内插,恢复移去项后得出拟合后的区域大地水准面。经比较分析知,四次多项式在结合重力模型和GPS水准拟合大地水准面中精度较高,且改进的移去项有助于提高拟合精度。     

BP神经网络在区域似大地水准面精化中的应用

研究BP神经网络算法在区域似大地水准面精化中的应用,阐述了神经网络的结构及其算法,根据焦作市D级GPS网控制点的数据,利用MATLAB进行编程计算,拟舍得到厘米级的似大地水准面模型,并得到了有益的结论。