珠海市陆海统一似大地水准面的确定

针对通常的似大地水准面模型较少涉及海域的情况,该文基于重力数据和地形数据,采用顾及各类地形位及地形引力影响的第二类Helmert凝集法计算了珠海重力似大地水准面;利用高分辨率和高精度的地形数据来恢复大地水准面短波部分,提高了似大地水准面的精度;利用25个高精度全球卫星导航系统水准资料与重力似大地水准面进行了独立比较,其精度为0.012m;然后,采用球冠谐方法,将重力似大地水准面与25个全球卫星导航系统水准数据联合,建立了珠海市海陆统一的似大地水准面模型,其精度为0.008m;最后,利用15个全球卫星导航系统/水准点对似大地水准面模型进行了外部检核,精度为0.010m。     

确定似大地水准面的Hotine-Helmert边值解算模型

空间大地测量技术的发展使大地高的观测成为可能,从而为第二大地边值问题的研究带来了新的机遇,本文对基于Helmert第二压缩法的第二边值问题(简称为Hotine-Helmert边值问题)展开研究。首先介绍了地形直接、间接影响的定义与算法,然后推导了Hotine-Helmert边值问题的解算模型。Hotine-Helmert边值理论无须计算地形压缩对重力的次要间接影响,因而较Stokes-Helmert边值理论更简单。此外,文中引入了一种低阶修正的Hotine截断核函数,该核函数较传统的截断核函数能有效地改善似大地水准面的解算精度。为了验证本文构建的Hotine-Helmert边值解算模型的有效性和实用性,本文将EIGEN-6C4模型的前360阶作为参考模型,利用Hotine-Helmert边值解算模型构建了我国中部地区6°×4°范围、1.5′×1.5′分辨率的重力似大地水准面,其精度达到±4.8 cm。     

无锡市厘米级似大地水准面的研究

利用大地水准面逼近的严密理论M olodenskii级数解和重力归算的地形均衡理论,结合全球定位系统(G PS)、水准和重力资料在无锡确定了精度达厘米级的似大地水准面,并讨论了无锡G PS控制网的布设及数据处理。通过检核,所确定的2.5'×2.5'似大地水准面精度为2.2cm。     

最新中国陆地数字高程基准模型:重力似大地水准面CNGG2011

本文回顾了近20年国内外国家局部大地水准面模型研究的概况和发展背景,采用Stokes-Helmert方法,计算了一个新的2′×2′中国重力和1985国家高程基准似大地水准面数值模型（CNGG2011）,采用了1百万余陆地重力数据和SRTM 7″.5×7″.5地形高数据,以及649个B级GPS水准点数据。CNGG2011平均精度为±0.13m,东部地区±0.07m,西部地区±0.14m。各省区局部似大地水准面平均精度为±0.06m,东部为±0.05m,西部为±0.11m。西藏精度为±0.22m。本文还讨论了重力大地水准面与GPS水准的关系,提出了今后进一步精化我国高程基准大地水准面模型的构想。     

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。     

一种有效的区域似大地水准面精度检测方法

利用大地水准面逼近严密理论Molodenskii级数解,结合GPS、水准、重力和地形资料精化区域似大地水准面,其精度已从分米级向厘米级、高分辨率方向发展。如何客观、高效地评价区域似大地水准面精度是本文研究的主要目的。作者以广西似大地水准面精度检测为例子,给出了一种综合考虑GPS/水准检测点GPS大地高和水准测量误差的区域似大地水准面精度检测方法。利用覆盖广西境内的446个C级GPS控制网和航控GPS控制网GPS/水准检测点,点间距约25km,采用加权平均法计算广西似大地水准面外符合检测精度为±0.041m。     

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.     

珠海市陆海统一似大地水准面精确求定

在海域广阔、河网密布的海滨城市珠海,基于区域陆海重力、地形数据,利用第二类Helmert凝集法精确求取了覆盖珠海市陆海全域的重力似大地水准面,解决了跨海岸线重力归算等关键问题;通过球冠谐调和分析法,将求取的重力似大地水准面与新测的高精度GNSS水准成果融合,获取了珠海市2'×2'陆海统一似大地水准面。以港珠澳大桥首级控制点为主的精度统计表明,该陆海统一似大地水准面模型外符合精度达到±0.008 m。     

我国陆海统一似大地水准面构建的三维重力矢量法

基于重力场水平分量-垂线偏差对地形信息敏感的特点,根据边值理论由重力与地形数据确定格网垂线偏差模型,在此基础上,首先利用三维重力矢量-格网垂线偏差与格网重力异常,联合格网高程数据求得格网点间高程异常差,然后通过GPS/水准点的控制,构成紧密的几何条件,进行严密平差,从而获得高分辨率、高精度似大地水准面的数值模型。按照本文方法,利用我国6600多个GPS/水准点、1'×1'的格网垂线偏差、格网重力异常、格网高程数据,整体平差计算了我国陆海统一的似大地水准面模型,经GPS/水准点检核,全国似大地水准面的绝对精度达到了4 cm,相对精度优于7 cm。     

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。     

利用Molodensky理论求解第二大地边值问题

过去由于无法获得大地高数据,传统的第三大地边值问题采用重力异常作为边值条件。GNSS技术的发展为第二边值问题的研究带来了契机。研究比较成熟的第三边值理论无疑为第二边值问题提供了很好的参考和借鉴,对此开展将第三边值问题中计算似大地水准面的Molodensky理论方法应用于第二边值问题的研究。首先推导了Hotine算子与梯度算子的关系,然后给出了基于Molodensky理论求解第二边值问题的算法。实验结果表明,该算法与传统第三边值问题中Molodensky理论的边值解精度相当,说明基于Molodensky理论求解第二大地边值问题是完全可行的。     

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1 045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。     

The combination of GNSS-levelling data and gravimetric (quasi-) geoid heights in the presence of noise

We propose a methodology for the combination of a gravimetric (quasi-) geoid with GNSS-levelling data in the presence of noise with correlations and/or spatially varying noise variances. It comprises two steps: first, a gravimetric (quasi-) geoid is computed using the available gravity data, which, in a second step, is improved using ellipsoidal heights at benchmarks provided by GNSS once they have become available. The methodology is an alternative to the integrated processing of all available data using least-squares techniques or least-squares collocation. Unlike the corrector-surface approach, the pursued approach guarantees that the corrections applied to the gravimetric (quasi-) geoid are consistent with the gravity anomaly data set. The methodology is applied to a data set comprising 109 gravimetric quasi-geoid heights, ellipsoidal heights and normal heights at benchmarks in Switzerland. Each data set is complemented by a full noise covariance matrix. We show that when neglecting noise correlations and/or spatially varying noise variances, errors up to 10% of the differences between geometric and gravimetric quasi-geoid heights are introduced. This suggests that if high-quality ellipsoidal heights at benchmarks are available and are used to compute an improved (quasi-) geoid, noise covariance matrices referring to the same datum should be used in the data processing whenever they are available. We compare the methodology with the corrector-surface approach using various corrector surface models. We show that the commonly used corrector surfaces fail to model the more complicated spatial patterns of differences between geometric and gravimetric quasi-geoid heights present in the data set. More flexible parametric models such as radial basis function approximations or minimum-curvature harmonic splines perform better. We also compare the proposed method with generalized least-squares collocation, which comprises a deterministic trend model, a random signal component and a random correlated noise component. Trend model parameters and signal covariance function parameters are estimated iteratively from the data using non-linear least-squares techniques. We show that the performance of generalized least-squares collocation is better than the performance of corrector surfaces, but the differences with respect to the proposed method are still significant.     

综合利用海岸带GNSS水准和重力数据精密确定中国高程基准偏差

综合利用中国海岸带GNSS水准和多源重力测量数据,通过精化陆海统一的重力似大地水准面计算高程异常零阶项,精密确定了中国1985国家高程基准相对于重力大地水准面的偏差。结果显示:中国1985国家高程基准相对于国际地球自转服务（International Earth Rotation Service,IERS）的IERS2010标准W₀对应的重力大地水准面的偏差为30.4±1.0 cm;中国1985国家高程基准于20世纪80年代经琼州海峡传递到海南岛后,在1 cm精度水平上未发现明显差异;计算的重力似大地水准面经全球导航卫星系统（globa navigation satellite system,GNSS）水准外部检核,标准差约为4 cm,12个省市和陆海交界处在厘米级精度水平上无缝衔接。在近10 a内,天津市除西北角外,大部分地区存在地面下沉,东南部地面下沉约7 cm,上海市地面下沉约7 cm,浙江省、江苏省和福建省等沿海省份局部地区也出现地面下沉。     

大地水准面短议

介绍了大地水准面的定义,简单回顾了计算大地水准面研究的进展,扼要介绍了Stokes—Helmert方法,以及它对付不精确知道岩石密度的妙处,还评论了向下延拓的意义,最后展望了大地边值问题研究的前景.     

低阶修正的Hotine截断核函数的频谱分析与应用

传统截断核函数存在谱泄露问题,且实测数据在移去恢复频段的利用率低。本文以Hotine核函数为例引入了一种高低阶均修正的截断核函数,在其基础上进一步提出了仅低阶修正的截断核函数,具体包含余弦修正和线型修正两种类型。修正核函数能够有效地控制截断核函数存在的谱泄露问题,并且增大了实测数据在修正频段对高程异常的贡献率。试验结果表明,当低阶修正带宽一定时,低阶修正核函数计算的似大地水准面精度优于传统截断核函数计算的似大地水准面精度,并且与高低阶均修正的核函数的解算精度相当。但在计算效率上,低阶修正核函数明显优于高低阶均修正的核函数。本文的试验证实了在基于Helmert第二压缩法的边值问题(Stokes-Helmert或Hotine-Helmert边值问题)中低阶修正核函数是一种比较有效的核函数。     

贵阳市似大地水准面精化项目建设

为解决CORS系统中GNSS高程受技术条件限制精度不高的问题,贵阳市进行了区域似大地水准面精化工作。本文论述了GNSS和水准网的布设及精度,使用了3 877个点重力数据和54个GNSS水准资料,以EIGEN03C地球重力场模型作为参考重力场,由第二类Helmert凝集法完成大地水准面计算,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求解得出的2'!2'格网似大地水准面,在高原高差地区其精度达到"0.010 m。