确定全球厘米级精度大地水准面的可能性和方法探讨

阐述确定厘米级精度大地水准面所面临的挑战,评述各种大地水准面的定义,提出一种确定1°×1°厘米级精度全球大地水准面的新思路和新方法:在已知相应厘米级精度全球重力位模型、地形密度分布模型以及平均海面高模型的前提下,利用虚拟压缩恢复法可实现全球1°×1°厘米级精度大地水准面的目标。初步论证实现此目标的可能性和条件,并简要介绍一个模拟实验结果。     

地球空间信息相关论文摘要

080201确定全球厘米级精度大地水准面的可能性和方法探讨/晁定波(武汉大学)…//测绘学报.-2007,36(4).-370~376阐述了确定厘米级精度大地水准面所面临的挑战,评述了各种大地水准面的定义,提出了一种确定1°×1°厘米级精度全球大地水准面的新思路和新方法,论证了其可能性和条件     

利用新方法确定的30′×30′全球大地水准面模型及其精度评估

利用不同于Stokes、Molodensky等经典理论的新方法确定了30′×30′全球大地水准面。该方法充分利用了高精度地球重力场模型EGM2008、数字高程模型DTM2006.0以及全球地壳密度模型CRUST2.0。计算的30′×30′全球大地水准面与同分辨率的EGM2008大地水准面及美国、澳大利亚GPS水准数据进行了比较,结果表明,计算大地水准面与截断至360阶的30′×30′EGM2008大地水准面的精度相当,在全球范围,两者差值的标准差为2.9cm;在美国、澳大利亚区域,计算大地水准面的精度分别为28cm和14cm。     

论相对论重力位及相对论大地水准面

讨论了相对论意义下的重力位及大地水准面，指出了等时率大地水准面的缺陷，建议今后采用等频面及等频大地水准面的概念，给出了等频大地水准面与经典大地水准面的差异，同时给出了等频大地水准面的近似表达式。     

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。     

我国现代高程测定关键技术若干问题的研究及进展

阐述了大地水准面在大地测量学及相关地球科学中的科学意义、作用及其应用,提出了利用GPS技术结合高精度似大地水准面代替我国高程测定的思路,分析了目前地球重力场长波、中波和短波在计算cm级大地水准面中具备的条件,论述了确定1 cm精度城市和5 cm省级似大地水准面的若干关键技术问题及其必要性和可行性,提出了我国cm级大地水准面确定中需解决的主要理论问题和若干关键技术,评述了我国局部大地水准面的主要进展和取得的成果。     

关于我国似大地水准面的精化及有关问题

着重分析了我国新一代似大地水准面模型CQG2 0 0 0的实际分辨率 ,给出了该模型的精度估计 ,得出总体分辨率为 2 0km ,精度为± 0 .4m ;60 %地区分辨率达到或优于 1 0km ,精度为± 0 .3m。介绍了目前精化大地水准面的国际先进水平 ,指出了进一步精化我国大地水准面的必要性和途径及有关问题。     

大地水准面数值计算及结构分析

针对大地水准面精化问题,该文提出了基于大地水准面起伏几何性质构建精确大地水准面的方法。相对传统方法根据经验公式设计精化大地水准面分辨率,该文提出了一种顾及区域性特点的大地水准面分辨率设计方法,推导了构建厘米级大地水准面需要达到的空间分辨率计算公式。采用Alltrans EGM2008Calculator 1.00软件计算不同区域的大地水准面高程,并用坡度方法分析大地水准面的精细结构。最后以江西省大地水准面起伏为基础,采用该方法进行计算。结果表明:构建厘米级大地水准面需要达到的空间分辨率为7″,可为大地水准面精化研究提供参考。     

深圳市1 km高分辨率厘米级高精度大地水准面的确定

利用65个精度优于2 cm的GPS水准数据、5 213个实测重力点数据、100 m分辨率的数字地形模型和WDM94地球重力场模型,采用移去-恢复技术计算了深圳市1 km分辨率的大地水准面模型.将该模型大地水准面高与由29个GPS水准得到的大地水准面高进行比较,其差值的标准差为±1.4 cm.     

1985国家高程基准相对于大地水准面的垂直偏差

局部高程基准通常由一个 (或多个 )验潮站所测的当地平均海面确定。由于海面地形的客观存在 ,人们已经认识到当地平均海面与大地水准面的差异可能达 2m之多。为了获得这一垂直偏差 ,很有必要确定当地平均海面和全球大地水准面上的重力位值。提出了利用全球重力场模型和GPS/水准资料计算局部高程基准相对全球大地水准面垂直偏差的 2种不同方法。我国目前采用的 1 985国家高程基准 ,由青岛验潮站所处黄海平均海面 1 95 2～ 1 979年的验潮记录计算得到。利用全球重力场模型和分布全国大陆范围的GPS/水准数据 ,计算了 1 985高程基准与大地水准面的垂直偏差。结果表明 1 985国家高程基准点的重力位值为( 62 63685 3.40± 0 .1 3)m2 s- 2 ,这比重力位W0 =( 62 63685 6.0± 0 .5 )m2 s- 2 隐含的大地水准面高 ( 0 .2 6± 0 .0 5 )m。     

宁夏北部地区高精度似大地水准面的确定

本文介绍了利用重力点成果、30″×30″分辨率数字高程模型;360阶次的国内外先进的重力场模型(EGM96、WDM94等)及分布较均匀的、现势性较好的GPS网及水准测量成果,采用重力法(Stokes、Molodensky原理)及移去～恢复技术、FFT计算方法,比较不同的计算结果,选取最佳成果作为宁夏区域重力大地水准面,然后再和布测的GPS水准所构成的高程异常控制网拟合,完成宁夏中北部区域分辨率为2.5’×2.5’(相当于5km×3Km)、精度为±10cm的大地水准面的计算工作。     

对我国新一代大地水准面的思考

本文对我国新一代大地水准面的布设原则，结构，精度和分辨率进行了探讨。     

论大地水准面的精密确定

本文论述了确定大地水准面的意义,详细分析了确定大地水准面所需数据及其分辨率要求。大地水准面的中、低频成分的改进主要依靠卫星大地测量技术,但局部高频成分需要综合利用ＧＰＳ、重力、水准和地形数据,因而大地水准面的精度是大地测量理论和技术的综合体现。文中以大量数据分析和试验计算论证了我国大地水准面的近期精化目标及实现这一目标的技术途径。     

局部大地水准面的精确确定及地球物理解释

大地水准面,定义为地球重力场在平均海水面上的等位面,是陆地地形及海洋高程系统的基准面.局部大地水准面的精确确定对测绘、地球物理以及海洋学都是极为重要的.几何水准是地球表面高程的常用方法,但由于几何水准劳动强度大、费力、费钱,因此,近几十年各国都在研究和开发取代传统水准的方法和技术.如今,全球定位系统 ( GPS ) 相对定位精度达到几厘米 +1～2×10-6D,如果大地水准面精度足够高,GPS大地高就可以转化为几何高程.从而使GPS代替水准成为可能.局部大地水准面的精确确定可以使GPS得到更广泛的应用.     

重力数据分辨率对GPS/重力边值问题的影响研究

以GPS/重力边值问题为基本数学模型,利用不同分辨率扰动重力数据分别模拟了对GPS/重力边值问题的影响。数值模拟结果表明,数据分辨率与结果精度有密切联系,在丘陵地区,当数据分辨率在2 km时,可以满足cm级似大地水准面的要求,同时提出了一些现实可行的建议。     

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。     

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     

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。     

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.     

清远市清城区似大地水准面的精密确定

利用GPS技术可获得精度优于1 cm的大地高,若能够获得相应点的高精度似大地水准面(高程异常),则可将大地高转换为相应精度的正常高,从而代替相应等级的水准测量.文中介绍了清远市清城区似大地水准面的计算方法,并对计算结果进行了分析和评价.结果表明,清远市清城区1 km格网似大地水准面的精度为1.3 cm.