全国及部分省市地区高精度、高分辨率大地水准面的研究及其实施

结合我国重力和地形资料及国内外较优的重力场模型，研制了适合我国重力场特征的360阶重力场模型WDM94，建立了中国新一代包括全部陆海国土的dm级（似）大地水准面CQG2000，建立了中国以GPS／水准为基础的高程异常控制网，利用海洋卫星测高数据进行我国海洋大地水准面的计算、我国陆地重力（似）大地水准面的研制厦我国陆海（似）大地水准面的拼接；研制了江苏省、海南省、深圳市、大连市、南京市及南水北调西线工程具有cm级精度的省市地区（似）大地水准面模型；结合GPS技术和高精度（似）大地水准面模型，研制了GPS测图软硬件一体化系统。     

局部似大地水准面精化技术在地下管线测绘中的应用

在介绍似大地水准面精化技术的的基础上，论证了在上海西部郊县地区应用GPS水准法确定区域似大地水准面的可行性，并通过确定上海嘉定、青浦两区的似大地水准面证明了用GPS水准法确定的似大地水准面精度可满足地下管线测绘工作的需要。     

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。     

全国及部分省市地区高精度高分辨率似大地水准面的研究和实施

结合我国重力和地形资料及国内外较优的重力场模型,研制适合我国重力场特征的360阶重力场模型WDM94;建立中国新一代分米级似大地水准面CQG2000,包括建立新的以GPS/水准为基础的高程异常控制网、利用海洋卫星测高数据计算海洋大地水准面、陆地重力似大地水准面的研制及陆海似大地水准面的拼接等;研制江苏省、海南省、深圳市、大连市、南京市及"南水北调"西线工程具有厘米级精度的局域似大地水准面模型;结合GPS技术和高精度似大地水准面模型,研制GPS测图软硬件一体化系统.本研究项目获得2004年度国家科技进步二等奖.     

鄱阳湖湖区似大地水准面精化研究

本文利用环鄱阳湖GPS/水准成果,重点研究了以江西省似大地水准面精化模型为平台、应用移去～恢复技术确定鄱阳湖湖区似大地水准面的方法,并对鄱阳湖湖区似大地水准面的模型和江西省似大地水准面的模型做了比较和分析。     

重力归算及其对大地水准面及外部重力场的影响

本文论述并探讨了各种不同的重力归算方法对大地水准面以及地球外部重力场的影响,讨论了与确定cm级大地水准面相关的一些问题,特别阐述了高程误差对大地水准面的影响。     

论大地水准面

经典大地水准面被定义为等重力位水准面 ,它在海洋中重合于假想的静止海水面 ,而后者通常又由平均海水面来代替。然而 ,平均海水面并非重力等位面 ,如果精度要求高于 1m ,则上述经典定义不再适用。近代大地水准面被定义为最接近于平均海水面的重力等位面 ,但关键问题是如何确定这种大地水准面。为实现这一目标 ,不仅需要确定大地水准面的形状 ,而且需要确定大地位常数W0 。探讨了几种主要的大地水准面的定义及其相关的确定大地水准面的问题 ,并建议了一种新的大地水准面的定义     

河源市cm级似大地水准面模型的确定

综合利用地球重力场模型、数字高程模型、重力数据和高程异常数据,采用"移去-恢复"法和三次多项式拟合算法,确定了河源市cm级似大地水准面模型;研究了地形复杂的城市级似大地水准面模型计算的关键技术难点,并提出了优化方法。     

GPS水准、天文重力水准与重力大地水准面多种数据联合处理的研究

针对我国大地水准面的研究状况，提出了在国家ＧＰＳＢ级网完成之后，利用ＧＰＳ水准、天文重力水准与重力大地水准面３类数据确定我国高精度大地水准面的理论和方法。分析了３类数据的误差传播规律，给出了联合平差模型，并用一模拟网进行了试算     

陆海交界区域厘米级精度似大地水准面的确定

为了得到我国某陆海交界区厘米级精度的区域（似）大地水准面,利用43个高精度GPS／水准点和1045个实测重力点数据对EGM96,WDM94和GFZ计算的局部重力（似）大地水准面进行了比较与评价。结果表明,在该测区用移去．恢复法确定重力（似）大地水准面时,EGM96应该是首选参考重力场模型。该测区处在陆海交界处,海域无GPS／水准数据。经比较发现,采用距离倒数加权平均法将该区重力似大地水准面拟合于GPS／水准数据比在大范围使用的多项式法效果更好。采用该方法计算的测区（似）大地水准面精度优于3cm。     

GPS高程拟合转换正常高的研究

通过对GPS测高与水准测量理论及其异同分析的基础上,阐述了确定似大地水准面的原理与方法,分析了用数学模型法,用少量GPS与水准重合点将GPS大地高直接转换为具有cm量级正常高的实现方法。实验结合黑龙江省虎林地区的地形特点,提出了用线性内插法、平面模型法和二次曲面模型法等来转GPS高程,证明在黑龙江省虎林地区可以通过少量且分布合理的水准点来直接求出该地区具有cm量级的正常高,且精度可以达到四等水准测量的精度要求,满足一般工程的需要。     

用神经网络方法确定测区似大地水准面

本文提出一种用神经网络确定测区似大地水准面的方法,并给出了相应的神经网络结构和算法。研究了一个测区中用该方法确定的似大地水准面的精度,结果表明用该方法确定的似大地水准面的精度为厘米级,并与二次多项式曲面拟合似大地水准面的方法作了比较,神经网络方法的精度较优。     

Terrain effects in the atmospheric gravity and geoid corrections

In view of the smallness of the atmospheric mass compared to the mass variations within the Earth, it is generally assumed in physical geodesy that the terrain effects are negligible. Subsequently most models assume a spherical or ellipsoidal layering of the atmosphere. The removal and restoring of the atmosphere in solving the exterior boundary value problems thus correspond to gravity and geoid corrections of the order of 0.9 mGal and -0.7 cm, respectively.We demonstrate that the gravity terrain correction for the removal of the atmosphere is of the order of 50µGal/km of elevation with a maximum close to 0.5 mGal at the top of Mount Everest. The corresponding effect on the geoid may reach several centimetres in mountainous regions. Also the total effect on geoid determination for removal and restoring the atmosphere may contribute significantly, in particular by long wavelengths. This is not the case for the quasi geoid in mountainous regions.     

高程系统定义分析与高精度GNSS代替水准算法

从高程系统定义出发,探讨高程基准面的重力等位性质,测试分析不同类型高程系统地面点高程之间的差异,考察GNSS代替水准与实际水准测量成果的一致性,进而提出新的GNSS代替水准算法。主要结论包括:(1)当精度要求达到厘米级水平时,正常高的基准面也应是大地水准面。中国国家1985高程基准采用正常高系统,其高程基准面是过青岛零点的大地水准面。(2)近地空间中等解析正高面与大地水准面平行,GNSS代替水准能直接测定地面点的解析正高,但正常高系统更有利于描述地势和地形起伏。(3)本文给出的GNSS代替水准测定近地点正常高算法,大地高误差对正常高结果的影响比大地水准面误差大,前者影响约为后者的1.5倍。     

格尔木市高精度数字高程基准模型研究

大地水准面（数字高程基准）为国家高程基准的建立与维持提供了全新的思路。然而，受限于地形、重力数据等原因，高原地区高精度数字高程基准模型的建立一直是大地测量领域的难题。本文以格尔木地区为例，探讨了高原地区高精度数字高程基准模型的建立方法。首先，基于重力和地形数据，由第二类Helmert凝集法计算了格尔木重力似大地水准面。在计算中，考虑到高原地形对大地水准面模型的影响，采用了7.5″×7.5″分辨率和高精度的地形数据来恢复大地水准面短波部分的方法，以提高似大地水准面的精度。然后，利用球冠谐调和分析方法将GNSS水准与重力似大地水准面联合，建立了格尔木高精度数字高程基准模型。与实测的67个高精度GNSS水准资料比较，重力似大地水准面的外符合精度为3.0 cm，数字高程基准模型的内符合精度为2.0 cm。     

WHCORS边缘区域的转换参数处理与精度验证

以新洲区土地利用现状调查生产实例,采用重新确定WHCORS系统虚拟参考站坐标转换参数的方法,提高WHCORS边缘区域定位精度,扩展WHCORS系统cm级覆盖范围,采用拟合高程与水准高程差值分布图改正测点高程的方法,提高未完成大地水准面精化工作地区的GPS高程测量精度,并通过实测结果的精度分析,验证了方法的可行性。     

The Effects of Stokes’s Formula for an Ellipsoidal Layering of the Earth’s Atmosphere

The application of Stokes’s formula to determine the geoid height requires that topographic and atmospheric masses be mathematically removed prior to Stokes integration. This corresponds to the applications of the direct topographic and atmospheric effects. For a proper geoid determination, the external masses must then be restored, yielding the indirect effects. Assuming an ellipsoidal layering of the atmosphere with 15% increase in its density towards the poles, the direct atmospheric effect on the geoid height is estimated to be −5.51 m plus a second-degree zonal harmonic term with an amplitude of 1.1 cm. The indirect effect is +5.50 m and the total geoid correction thus varies between −1.2 cm at the equator to 1.9 cm at the poles. Finally, the correction needed to the atmospheric effect if Stokes’s formula is used in a spherical approximation, rather than an ellipsoidal approximation, of the Earth varies between 0.3 cm and 4.0 cm at the equator and pole, respectively.     

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。