关于高程系统的思考

讨论了3种高程系统(正高、正常高及区域正常高)及其区别,它们分别依赖于不同的基准面,即大地水准面、似大地水准面和区域似大地水准面;研究了如何把中国的区域高程系统转换为全球统一高程系统的2种途径。可以利用水准或重力方法、GPS水准和GPS重力方法建立高程系统。     

波罗的海地区高程基准的统一

波罗的海周围有９个国家，丹麦，爱沙尼亚，芬兰，德国，拉脱维业，立陶宛，波兰，俄罗斯和瑞典，在确定精密大地测量高程中，这些国家使用正高或正常高系统，正高系统以大地水准面为高程基准面（零水准面）正常高系统的基准面是似大地水准面，因为两者在海洋上是一个致的，所以有可能使上述的高程基准统一使用波罗的海平均海面，为了实现这一设想，特别要使用ＧＰＳ观测，将一些高程网与波罗和海各验湖站联测，另外，这些国家的官方     

利用大地边值问题方法统一全球高程基准

为解决世界各国高程基准差异的问题,提出联合卫星重力场模型、地面重力数据、GNSS大地高、局部高程基准的正高或正常高,按大地边值问题法确定局部高程基准重力位差的方法。首先推导了利用传统地面"有偏"重力异常确定高程基准重力位差的方法;接着利用改化Stokes核函数削弱"有偏"重力异常的影响,并联合卫星重力场模型和地面"有偏"重力数据,得到独立于任何局部高程基准的重力水准面,以此来确定局部高程基准重力位差;最后利用GNSS+水准数据和重力大地水准面确定了美国高程基准与全球高程基准W₀的重力位差为-4.82±0.05 m²s^-2。     

基于GNSS水准和重力场误差特性的大地水准面精度评估方法

缺乏有效的大地水准面成果精度评估方法,是高程基准现代化及其成果应用面临的关键问题。本文基于GNSS水准高程异常与重力场频域误差特性,研究GNSS水准与重力地面高程异常融合的技术要求,进而提出一种大地水准面成果的误差表达与精度评估方法。经示例测试分析,得出主要结论如下:①实用地面高程异常(即融合后的似大地水准面)精度,应采用随距离非线性变化的高程异常差误差曲线表达;②似大地水准面的精度评估,推荐采用两项误差指标和两条误差曲线共4个要素完整表达,即重力地面高程异常差误差、实用地面高程异常内部误差、实用地面高程异常差误差曲线与GNSS水准高程异常差误差曲线;③当两个GNSS水准点间距离接近或小于所有GNSS水准点平均间距时,GNSS水准高程异常对实用地面高程异常的贡献起主要作用;④较大空间尺度的实用地面高程异常精度主要依靠重力地面高程异常控制。     

珠峰高程测定中的有关问题及思考

对珠峰高程的精度、雪层的厚度、高程基准——大地水准面的精度、地壳的垂直运动以及如何将似大地水准面转换到大地水准面进行了讨论。结果显示，采用正常高加转换公式中的重力或地形资料求取珠峰正高比较合适。     

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。     

全球高程系统的统一问题

讨论了建立全球统一高程系统的若干基本问题,包括正常高的几何定义和重力定义,区域水准测量高程系统的全球统一问题以及大地水准面位W_0的确定。结果表明:(1)几何水准高程和重力定义的正常高存在差别,由GNSS/重力得到的正常高并不等于几何水准给出的正常高,而要加上一与高程有关的改正项,并且在山区这一改正不可忽略;(2)由GNSS/重力/区域几何水准融合可以给出一个相对的全球统一高程系统,而要得到绝对的统一系统,还须知道大地水准面的位W_0;(3)现代大地测量技术可以以一定精度求出W_0,但它是时变的,因此只能定义出某个历元的全球绝对统一高程系统。     

GPS高程应用的关键在于精化大地水准面

由于GPS技术结合高精度、高分辨率的大地水准面模型可以获得地面点的正常高,进而取代传统的高程测量方法(如三角高程测量和低等级水准测量),因此,精化我国区域大地水准面有重要的实用价值,它是GPS高程得到广泛应用的前提条件。本文探讨了精化大地水准面的方法以及我国近几年来在这一领域取得的成果。     

改进的GNSS水准地球重力场模型评价

利用GNSS水准进行地球重力场模型精度评价是一种常用的外符合精度评价方法。针对GNSS水准与模型大地水准面高常存在较大的偏差,且常用的数学拟合方法会掩盖造成系统偏差的因素这一问题,该文分析了GNSS测量大地高的时变影响、全球大地水准面与水准测量起算面之间的区域性基准差,同时提出了顾及时变影响的GNSS水准地球重力场模型评价方法。     

基于克里金法的深圳似大地水准面插值研究

地面点的正常高可以通过GPS技术结合高精度、高分辨率的似大地水准面模型获得,以代替劳动强度大效率低的传统水准(或高程)测量。影响精度的因素有两个:GPS点大地高的测量精度和该点内插高程异常的精度。本文主要针对深圳市1km格网似大地水准面数据,利用克里金法内插拟合高程异常值,用实例说明克里金法在深圳市似大地水准面的应用中可以满足大比例尺数字化测图的需要。     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。     

EGM 2008模型的无验潮测深技术

针对无验潮测深技术高程基准转换的精度和复杂性问题,该文提出基于EGM 2008模型的无验潮测深技术,从而解决无验潮测深经GNSS测得的瞬时WGS-84的参考椭球高向正常高转换难题。经测试,EGM 2008仅利用少量控制点修正系统偏差后,就可以满足长距离低等级的水准测量精度要求。将EGM 2008模型应用于无验潮测深,坐标转换误差和无验潮测深精度均达到cm级,突破无验潮测深高程基准转换的瓶颈,实现实时、高效、高精度的无验潮测深。     

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。     

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模型进行区域高程异常改正的实现

利用哈尔滨市区及周边17个水准点GNSS/水准数据,与EGM2008模型所计算的高程异常进行对比,对模型计算的高程异常进行改正,得到精度达到0.05 m的高程异常值。     

国际高程参考系统在珠峰地区的实现

2020珠峰高程测量,首次确定并发布了基于国际高程参考系统(IHRS)的珠峰正高。在珠峰地区实现国际高程参考系统,采用的方案是建立珠峰区域高精度重力大地水准面。利用地球重力场谱组合理论和基于数据驱动的谱权确定方法,测试优选参考重力场模型及其截断阶数和球冠积分半径等关键参数,联合航空和地面重力等数据建立了珠峰区域重力似大地水准面模型,61点高精度GNSS水准高程异常检核表明,模型精度达3.8 cm,加入航空重力数据后模型精度提升幅度达51.3%。提出顾及高差改正的峰顶高程异常内插方法,采用顾及地形质量影响的高程异常——大地水准面差距转换改正严密公式,使用峰顶实测地面重力数据,基于国际高程参考系统定义的重力位值W₀和GRS80参考椭球,最终确定了国际高程参考系统中的高精度珠峰峰顶大地水准面差距。