地球重力场模型在GPS高程测量中的应用

介绍了地球重力场模型（EGM2008）及其精度,对利用EGM2008模型进行GPS高程测量这一方法进行了探讨。在试验区内采用多种方案进行数据处理,结合试验区内的已有GPS水准点资料的情况进行了分析,通过对多种方案进行比较分析,得出了利用EGM2008模型进行GPS高程测量的精度与采用水准点的大致关系,为GPS高程测量提供一种新思路。     

利用EGM2008重力场模型进行GPS高程拟合的精度分析

本文简要介绍了最新的超高阶地球重力场模型EGM2008,以及使用重力场模型进行GPS高程拟合的原理,并利用EGM2008模型进行GPS高程拟合,分析了该方法在一定条件下所能达到的水准精度等级。     

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。     

顾及地球重力场模型的GPS水准高程拟合

本文详细阐述了利用多项式和多面函数进行GPS水准高程拟合的方法,考虑了重力测量法和几何测量法确定GPS高程的优缺点,研究了利用已知地球重力场模型采用"移去恢复"进行高程拟合的方法,并根据实测数据进行了编程计算。通过计算结果的分析比较得出,在地形起伏较大的山区,采用顾及地球重力场模型的"移去恢复"法有助于提高GPS水准高程拟合的精度。     

基于EGM2008分析我国沿海陆地和岛礁高程异常

利用EGM2008地球重力场模型计算我国沿海13个省市的高程异常,结合实际的GNSS水准观测数据进行了比较分析,得出了GNSS水准实测的高程异常与EGM2008模型的高程异常之差的标准差是11 cm。     

远距离海岛高程基准传递关键技术研究

GNSS水准法远距离海岛高程基准传递方法基于GNSS测量的陆海大地高差,结合由重力、地形和重力场模型等信息拟合的高程异常差,求取陆海之间的正常高差;再结合陆地已知水准点成果,实现海岛高程基准的传递。对多源数据融合技术和基于重力场信息的高程异常融合技术进行了阐述,并以青岛市黄岛地区为例,验证了该方法的有效性。     

顾及 EGM2008重力场模型的 GPS 高程拟合研究

G PS高程拟合多采用数学拟合法,需要点位分布合理且足够数量的G PS/水准点。采用二次曲面结合EGM2008地球重力场模型进行GPS高程拟合的方法。工程实例显示：该方法使用较少的G PS/水准点即可达到厘米级精度。     

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。     

基于EGM2008模型的区域GNSS高程拟合分析

针对水准测量工作较为繁重的问题,本文采用一种基于重力场模型的GNSS高程拟合方法。通过采用已知GNSS水准点计算高程异常,与EGM2008模型计算的高程异常求差值。利用二次多项式拟合方法求出待定参数,将其他GNSS水准点作为检核点,求出EGM2008模型拟合的GNSS高程,与检核点水准高程比较验证,得出不同地形区域GNSS高程拟合时所能达到的精度都优于3 cm。实验结果表明:该方法只用少量的GNSS水准点就能满足工程应用所需的厘米级精度,可为一般工程测量工作提供理论研究与工程应用参考。     

复杂地形多源数据融合GNSS高程转换及实时服务

针对大范围、大高差复杂地形GNSS高程转换难题，以及新型基础测绘数据采集对快速实时获取正常高的需求，该文提出融合多源数据的GNSS高程转换及实时服务方法。该方法采用重力场模型或似大地水准面获取高程异常中长波信息，结合GNSS/水准数据分离出高精度短波信息，进行融合建模，表达局部复杂地形变化，提高高程转换精度；采用“双伪参数加密”方法，对高程转换参数进行动态加密，实现高程基准安全、实时服务。选取丘陵、山地、高山地3种地形的GNSS/水准数据进行分析，验证该方法可行性，结果表明：融合多源数据的高程转换精度提升显著，采用不同重力场模型差异较小，多种几何模型中，多面函数精度最优，3种地形外符合精度分别优于1.5、2.3和2.4 cm,该方法满足复杂地形高程转换及实时服务需求。     

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。     

准噶尔盆地中西部油区精化似大地水准面建立与实施

利用GPS定位技术结合准噶尔盆地区域内的重力资料、水准资料、高分辨率的地形数据以及最新的重力场模型,精确研究并确定准噶尔盆地的似大地水准面模型,以求取不同地区、不同位置高精度的高程异常值,从根本上解决GPS定位技术无法直接提供正常高的问题。     

‘DEOS_CHAMP-01C_70’: a model of the Earth’s gravity field computed from accelerations of the CHAMP satellite

Performance of a recently proposed technique for gravity field modeling has been assessed with data from the CHAMP satellite. The modeling technique is a variant of the acceleration approach. It makes use of the satellite accelerations that are derived from the kinematic orbit with the 3-point numerical differentiation scheme. A 322-day data set with 30-s sampling has been used. Based on this, a new gravity field model – DEOS_CHAMP-01C_70 - is derived. The model is complete up to degree and order 70. The geoid height difference between the DEOS_CHAMP-01C_70 and EIGEN-GRACE01S models is 14 cm. This is less than for two other recently published models EIGEN-CHAMP03Sp and ITG-CHAMP01E. Furthermore, we analyze the sensitivity of the model to some empirically determined parameters (regularization parameter and the parameter that controls the frequency-dependent data weighting). We also show that inaccuracies related to non-gravitational accelerations, which are measured by the on-board accelerometer, have a minor influence on the computed gravity field model.     

2005珠峰高程测定

2005年我国对珠穆朗玛峰高程进行了新的测定,为此在珠峰及其邻近地区开展了大规模的大地测量数据获取和数据处理工作。相对于1975年珠峰测高,2005年在珠峰以北地区的地面控制和珠峰高程测定中采用了GPS技术,采用了雷达探测技术测定珠峰峰顶冰雪覆盖层的深度,利用地球重力场模型、重力和数字地形数据、以及GPS水准等资料,精化珠峰地区的大地水准面,提高了测量珠峰高程和探测峰顶冰雪覆盖层深度的精度和可靠性。由此测得珠峰峰顶雪面正常高为8 846.67 M,珠峰峰顶雪面正高(海拔高)为8 847.93 M,珠峰峰顶岩面正高为8 844.43 M,珠峰峰顶相应点的冰雪层厚度为3.50 M。     

Using gravity and topography-implied anomalies to assess data requirements for precise geoid computation

Many regions around the world require improved gravimetric data bases to support very accurate geoid modeling for the modernization of height systems using GPS. We present a simple yet effective method to assess gravity data requirements, particularly the necessary resolution, for a desired precision in geoid computation. The approach is based on simulating high-resolution gravimetry using a topography-correlated model that is adjusted to be consistent with an existing network of gravity data. Analysis of these adjusted, simulated data through Stokes’s integral indicates where existing gravity data must be supplemented by new surveys in order to achieve an acceptable level of omission error in the geoid undulation. The simulated model can equally be used to analyze commission error, as well as model error and data inconsistencies to a limited extent. The proposed method is applied to South Korea and shows clearly where existing gravity data are too scarce for precise geoid computation.     

The height datum problem and the role of satellite gravity models

Regional height systems do not refer to a common equipotential surface, such as the geoid. They are usually referred to the mean sea level at a reference tide gauge. As mean sea level varies (by ±1 to 2 m) from place to place and from continent to continent each tide gauge has an unknown bias with respect to a common reference surface, whose determination is what the height datum problem is concerned with. This paper deals with this problem, in connection to the availability of satellite gravity missions data. Since biased heights enter into the computation of terrestrial gravity anomalies, which in turn are used for geoid determination, the biases enter as secondary or indirect effect also in such a geoid model. In contrast to terrestrial gravity anomalies, gravity and geoid models derived from satellite gravity missions, and in particular GRACE and GOCE, do not suffer from those inconsistencies. Those models can be regarded as unbiased. After a review of the mathematical formulation of the problem, the paper examines two alternative approaches to its solution. The first one compares the gravity potential coefficients in the range of degrees from 100 to 200 of an unbiased gravity field from GOCE with those of the combined model EGM2008, that in this range is affected by the height biases. This first proposal yields a solution too inaccurate to be useful. The second approach compares height anomalies derived from GNSS ellipsoidal heights and biased normal heights, with anomalies derived from an anomalous potential which combines a satellite-only model up to degree 200 and a high-resolution global model above 200. The point is to show that in this last combination the indirect effects of the height biases are negligible. To this aim, an error budget analysis is performed. The biases of the high frequency part are proved to be irrelevant, so that an accuracy of 5 cm per individual GNSS station is found. This seems to be a promising practical method to solve the problem.     

点质模型求定月球重力场及其特征分析

利用Lunar-Prospector扩展任务的视线加速度数据,根据点质模型恢复了月球近区的重力场,将其与LP165月球重力场模型进行了比较和分析,并利用恢复的重力场联合月球地形数据对Mas-con进行分析,总结了月球重力场的主要特征及其研究方向发展趋势,将重力场恢复技术与我国的探月计划-"嫦娥"工程结合起来,为建立高精度的月球重力场和地形模型提供了一种有效而实用的方法。     

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；住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；住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。     

利用EGM2008模型与加权组合模型进行高程异常拟合

高程异常拟合是GPS高程测量应用于实际工作的重要技术手段,高精度地求解高程异常是技术关键。本文提出了顾及EGM2008重力场模型的高程异常拟合方法,通过EGM2008重力场模型计算高程异常长波项,并对剩余高程异常利用加权组合模型进行拟合。通过江苏省某市的实测数据验证顾及EGM2008重力场模型的加权组合模型拟合方法。结果表明,该方法的精度达到了厘米级,高程异常拟合效果最大提升了30%。     

空中重力异常代表误差在空域和频域的比较分析

在空域,利用严密的向上延拓公式将地面重力数据上延至空中不同高度,而后与相应的地面重力数据比较从而得到不同高度的代表误差.在频域,构建了新的代表误差模型,计算了不同高度、不同分辨率下的代表误差.实际算例表明,在空域,对于地形平坦区域,在1 km高度以下,5'空中重力数据直接代表地面重力数据的误差小于1×10-5 m/s2...