精化大地水准面中的几个问题

根据近年来精化大地水准面的研究结果，对人们比较关心的５个方面的问题加以综述和探讨：（１）大地水准面的定义；（２）精化大地水准面的作用；（３）由似大地水准面改化为大地水准面；（４）海面地形对大地水准面的影响及其改正；（５）高程异常中的零阶项及其误差     

利用EGM2008+DTM2006.0模型精化区域似大地水准面

由于地球重力场模型存在截断误差，在采用EGM2008模型计算长波高程异常的基础上，将采用DTM2006.0、SRTM模型计算的剩余地形模型(RTM) 高程异常和GPS/水准控制点上的残余高程异常作为短波改正项精化似大地水准面模型，比较研究采用不同积分半径组合得到的RTM高程异常模型精度及计算效率，并利用CGGM2015模型和GPS/水准检核点评价似大地水准面精度，验证结果的正确性。     

基于似大地水准面格网的插值方法及精度分析

影响由似大地水准面模型进行GPS高程转换的因素有两个：GPS点大地高的测量精度和该点内插高程异常的精度。利用模拟以及某一区域似大地水准面模型比较了反距离加权插值、线性插值、谢别德插值以及切比雪夫插值方法用于GPS点高程异常内插的精度,结果表明：对于分辨率较高的似大地水准面,切比雪夫插值具有很好的内插效果。     

我国省市级大地水准面精化的现状及技术模式

高精度局部大地水准面将为测绘学、地球物理、地球动力学及海洋学等相关学科的发展和应用提供重要的基础地球空间信息。GPS技术结合高精度大地水准面模型可应用于取代传统的高程测量(如三角高程测量和低等级水准测量)，这是当前精化我国省市级大地水准面在测绘领域的主要目的之一。在总结和分析我国目前省市级大地水准面精化的现状、技术模式及特点的基础上，提出了今后精化我国省市级大地水准面的若干建议。     

矿区控制网建立技术研究

本论文以沙曲矿的实际需要为出发点,以矿区控制网的布设为主要内容,阐述了全球定位技术在矿山控制测量领域的应用现状度发展前景.结合了沙曲煤矿实际的地形、地貌等客观因素及工程精度的要求,平面控制网采用四级短边、边连接形式的GPS网,GPS不但有精度高、速度快而且同时不受观测条件的限制等优点,因此在矿山测量中得到了广泛的应用.由于GPS网测量的高程为大地高,理论应对测量结果进行高程拟合即大地水准面精化才能得到水准高,而该论文GPS网点的高程直接由水准测量测定,不进行高程拟合,也不使用大地水准面模型求定,高程控制网采用四等水准网,对控制网在外业施测时的注意事项都一一进行了说明,GPS以它的实用性及优越性给矿山测量的发展提供了崭新的手段.     

基于EGM2008和剩余地形模型的区域似大地水准面精化方法

利用EGM2008计算重力场模型高程异常,结合SRTM和DTM2006.0计算剩余地形模型,进而计算RTM高程异常,以弥补EGM2008重力场模型短波信号缺失的不足。从实测高程异常中减去重力场模型高程异常以及RTM高程异常,得到残余高程异常。利用曲面拟合方法拟合残余高程异常模型,解决高程基准系统偏差问题。通过实际GPS/水准数据计算证明,该方法能显著提高GPS点的高程异常计算精度,达到精化区域似大地水准面的目的。     

华东、华中区域似大地水准面精化

主要介绍了华东、华中区域似大地水准面项目所采用的技术路线和方法。论述了GPS和水准路线布测的精度,GPS、水准数据处理和似大地水准面确定所采用的方案,似大地水准面所获取的精度。最后评述了项目成果应用的前景。     

珠穆朗玛峰高程测量

综合利用GPS定位、水准测量、三角测量、电磁波测距、重力测量、雷达测地及大地水准面精化等技术,精确确定了珠峰顶的高程和平面位置,实现了迄今为止对珠峰高程最为精确的测量.介绍了珠峰高程控制网和GPS控制网的测量概况,阐述了利用常规大地测量和GPS技术确定珠峰高程的数据处理方法以及局部重力场精化等技术,为进一步研究珠峰地区板块运动提供了良好基础.     

GPS水准网格间距的设计

在已布设GPS水准网的地区，若需内插其中任意一点的高程异常值时，应该了解该内插值的精度。导出了该内插点高程异常值的精度评定方法，并具体给出在我国C级GPS水准网中，该内插点高程异常推估值精度和该地区的地形和栅格重力异常分辨率的数学关系式和实例。在给定内插点高程异常值精度的局域大地水准面时，按不同地形和栅格重力异常分辨率的密度，根据文中给出的数学关系式，可以设计间距合理的B级或C级GPS水准网。     

基于Coons曲面的似大地水准面精化算法研究

针对线状或带状GPS水准点控制的似大地水准面,提出Coons曲面内插模型。先将GPS水准点拟合成曲线,再通过曲线构造曲面,尽可能减少传统拟合算法由点直接推面的精度消耗。分别运用最小二乘法、最小二乘配置法、移动内插法和Coons曲面法对线状GPS水准点控制的似大地水准面进行拟合,结果表明,基于Coons曲面的内插模型算法精度最高。     

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利用EGM2008位模型计算中国高程基准与大地水准面间的垂直偏差

高程基准面相对于大地水准面的垂直偏差是区域高程基准转换和全球高程基准统一的基础数据.利用最新发布的EGM2008地球重力场模型和中国均匀分布的936个GPS水准点数据计算得出中国青岛大港验潮站的重力位为62 636 852.85±0.07 m2/s2,进而得到中国1985高程基准相对大地水准面的垂直偏差为0.32 m.     

中国及邻区岩石层大地水准面正演模拟

依据地震层析成像、地震测深和大地电磁测深结果给出的地球内部结构和物性分布 ,模拟了中国及邻区岩石圈中短波长大地水准面起伏。正演模拟结果显示 :地形起伏引起的大地水准面异常巨大 ,幅值变化可达 2 10 m,最大值在青藏高原 ,达 150余 m。沉积层底面起伏产生的大地水准面异常非常小 ,幅值只有 6.5m,表现出短波长特征。岩石层底面起伏产生的大地水准面异常极为平缓 ,约为 2 0 m。莫霍面产生的大地水准面异常形态与地形起伏引起的大地水准面异常形态相近 ,异常幅值只有后者的 2 / 3,在青藏高原只有后者的一半。岩石层内密度不均匀引起的大地水准面异常的幅值约为 75m。     

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基于移去-恢复法的局部似大地水准面精化模型对比研究

针对似大地水准面在精化过程中不同移去-恢复高程转换模型的适用性和选取问题,基于二次曲面和EGM2008重力场模型,分别构建了RBF神经网络、多面函数和Shepard等3种类型的移去-恢复模型,结合平原和高原山区两个工程实例,通过调整高程拟合点数目进行似大地水准面拟合与精度对比。结果表明,在平原地区,EGM2008-多面函数高程模型精度略优于其他模型;在高原山区,当拟合点数较少时,基于EGM2008的移去-恢复模型精度高于基于二次曲面的移去-恢复模型,其中,EGM2008-多面函数和EGM2008-Shepard较优,而随着拟合点数目的增加,二次曲面-Shepard高程转换模型的精度优于其他模型。     

大地水准面异常和非洲下地幔异常体的结构

根据南部非洲CMB上存在一尖锐边界S波低速异常体(超级地幔柱)的最新研究成果,利用地震层析成像及重力场理论,对该异常体的结构进行了探讨。通过建立模型,计算了该模型S波低速异常体所对应的密度异常产生的区域大地水准面异常,并将其和观测大地水准面异常进行对比。通过调整模型的几何构架、物理参数和力学平衡效应(流体静力学平衡及对流动力学效应所引起的核幔边界地形的起伏),寻找能够符合实际观测大地水准面异常的模型参数,最终得到非洲底部异常体的结构。单一的异常体模型计算结果表明,只有在选取低S波速度高密度异常时,模型预测大地水准面异常才能较好地吻合实际观测(EGM96)分布,由此可以推断,该异常体可能是高密度、低S波速的化学成分不同的异常体。但是当考虑全部地幔地震层析成像的数据,将其引入模型大地水准面异常的预测并且尝试一系列模型之后发现如果用简单叠加地幔地震层析成像数据和模型异常体对大地水准面的影响来预测该地区大地水准面异常,无法获得与观测大地水准面相吻合的结果。因而考虑更为复杂的动力学模型将是很有必要的。     

计算局部大地水准面变形的FFT方法

在确定局部大地水准面变形时,一般归结为求解Stokes和Vening Meinesz积分。而Stokes和Vening Meinsz积分是一种褶积积分形式。由于褶积的谱可由两个褶积函数的谱确定,因而本文采用FFT方法来计算局部大地水准面变形的褶积积分,并研究了在已知网格结节或网格平均值情况下的具体计算方法。作为实际应用,本文计算了同震位错和伴有质量迁移的地震过程引起的大地水准面变形。     

利用大地水准面模型计算垂线偏差的方法及精度分析

根据大地水准面与垂线偏差的关系，设计合理的计算方案，给出利用大地水准面模型计算垂线偏差的简化公式，并通过模拟计算探讨大地水准面相对精度、取点间距和已知点选取及个数对计算结果的影响。利用GEOID12B模型分别计算GSVS2011、GSVS2014项目中各测站点和美国西部区域（40°~45°N，100°~105°W，分辨率为1′）的垂线偏差，并与GSVS项目垂线偏差实测值和DEFLEC12B模型值进行比较。结果表明，垂线偏差南北分量和东西分量的计算精度均优于±0.5″，说明利用相对精度为cm甚至亚cm级的大地水准面模型可获取较高精度的垂线偏差。     

地形横向密度扰动对于区域大地水准面建模的影响

分别利用Helmert和KTH法模拟试算了不同地形起伏区域内横向密度扰动对于大地水准面的影响。结果表明,在地形起伏较小的平原或丘陵地带,横向密度扰动的影响一般不会超过cm级,在精度允许的范围内可以忽略其影响;在地形起伏较大的山区,横向密度扰动的影响可达cm甚至dm级,对于cm级大地水准面精化而言,需要考虑其影响。此外,基于Helmert与KTH法解算的结果在地形起伏剧烈的山区差异较大,由于Helmert法计算地形效应时忽略了外区地形质量的影响,其解算结果可能存在偏差。总体而言,在地形起伏剧烈的山区建模时,需利用多种计算方法基于实测数据分别进行试算,通过计算的变密度大地水准面与实测的GPS水准数据进行比较分析,得到适合该区域的大地水准面建模方法。