似大地水准面的精化(2)

第一章 绪论

1.1 引言

众所周知,通过GPS测量手段可获得点的三维坐标,即点的平面位置和高程位置(即大地高)。我国目前采用的高程系统是正常高系统,而通常利用GPS测量所获取的大地高数据不能直接被利用而造成数据资源的浪费,如果我们能够采用物理大地测量方法精确得到同一点的大地高与正常高的差异,即大地水准面差距,GPS测得的大地高便能转换为正常高,从而使利用GPS测得的大地高这个重要数据就能够被充分利用。大地水准面(或似大地水准面)是获取地理空间信息的高程基准面。为此，目前包括我国在内的国际大地测量学界都在致力于研究区域性高分辨率、高精度似大地水准面或大地水准面的建立。

1.1.1大地水准面似大地水准面

大地水准面

由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是指与全球平均海平面（或静止海水面）相重合的水准面。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。

似大地水准面

从地面点沿正常重力线量取正常高所得端点构成的封闭曲面。似大地水准面严格说不是水准面，但接近于水准面，只是用于计算的辅助面。它与大地水准面不完全吻合，差值为正常高与正高之差。但在海洋面上时，似大地水准面与大地水准面重合。 1.1.2研究的目的及意义

似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面；高精度似

1

大地水准面是研究海洋动力环境和海洋地球物理、地球动力学等有关地球科学问题的基础；GPS技术结合高精度高分辨率大地水准面模型，可以取代传统的水准测量方法测定正高或正常高，真正实现GPS技术在几何和物理意义上的三维定位功能 。

高精度、高分辨率的似大地水准而及其变化不仅为测绘学、地球物理、地球动力学、海洋学等地球科学的研究与基础工程建设应用提供基础地球空问信息，而且也是当今构建数字中同必不可少的基础信息之一。大地水准面（或似大地水准面）是获取地理空问信息的高程基准面，似大地水准面与大地水准面在海洋上完全重合，而在大陆平原地区也几乎重合，在山区有2m～4rn的差异。似大地水准面尽管不足大地水准面，但它可以严密的解决关于研究与地球自然地理形状有关的问题。过去一个国家或地区的局部高程基准面通常是由该国或地区多年的验潮站资料确定的当地的平均海平面。我国的高程基准采用的是正常高系统，而正常高系统就是以似大地水准面为基准的高程系。

建立一个高精度、三维、动态、多功能的国家空间坐标基准框架、国家高程基准框架、国家重力基准框架，以及由GPS、水准、重力等综合技术精化的高精度、高分辨率似大地水准面。该框架工程的建成，将为基础测绘、数字中国地理空间基础框架、区域沉降监测、环境预报与防灾减灾、国防建设、海洋科学、气象预报、地学研究、交通、水利、电力等多学科研究与应用提供必要的测绘服务，具有重大的科学意义。

精化大地水准面对于测绘工作有重要意义：首先，大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。其次，GPS（全球定位系统）技术结合高精度高分辨率大地水准面模型，可以取代传统的水淮测量方法测定正高或正常高，真正实现GPS技术对几何和物理意义上的三维定位功能。再次，在现今GPS定位时代，精化区域性大地水准面和建立新一代传统的国家或区域性高程控制网同等重要，也是一个国家或地

2

区建立现代高程基准的主要任务，以此满足国家经济建设和测绘科学技术的发展以及相关地学研究的需要。

近年来，我国经济发达地区及中、小城市，在地形图测绘方面，对厘米级似大地水准面的需求十分迫切。高精度的似大地水准面结合GPS定位技术所获得的三维坐标中的大地高分离求解正常高，可以改变传统高程测量作业模式，满足1：1万、1：5000甚至更大比例尺测图的迫切需要，加快数字中国、数字区域、数字城市等的建设，不但节约大量人力物力，产生巨大的经济效益，而且具有特别重要的科学意义和社会效益。

1.2国内外研究的现状 1.2.1国外研究现状

精化大地水准面是局部重力场逼近的长期目标，也是大地测量应用本身及研究活动构造带地壳运动和时变重力场效应的需要。IAG(国际大地测量协会)特别研究组就致力于研究确定陆地和海洋大地水准面的理论和方法。90年代以来，世界各国和地区在相应大地水准面的精化工作和研究方面，有了很大发展，分辨率和精度水平提高了一个数量级，它的广泛应用和科学价值是其迅速发展的推动力，下面简单介绍这些发达地区和国家在大地水准面精化方面的发展概况：

整个欧洲地区大地水准面的精化计算始于20世纪80年代初，第一代欧洲重力大地水准面EGG1和EAGGl精度为几分米，分辨率约20公里左右，其中EAGGl比EGG1多了天文重力水准资料，精度略优于后者。1990年IAG大地水准面欧洲分委会制定并启动欧洲大地水准面计划，建立包括270 万个点重力值(海洋重力空白采用ERS-1重力异常值填补)和7亿个地形数据的数据库，其中地形数据被处理为7.5'×7.5'格网数据。从1994年开始，先后推出EGG94、95、96和97序列欧洲重力似大地水准面解(欧洲采用正常高程系统)，位模型在EGG94-96中采用GEM-T2，OSU91A以

3

及OSU91A与JGM3的联合，在EGG97中采用EGM96重力场：短波分量采用残差地形模型(RTM)归算法：地面重力数据分辨率优于l0km，残差重力异常用快速最小二乘推估法形成1．0′×1．5′的格网数据。所得重力似大地水准面与GPS水准确定的似大地水准面的联合。与不参与联合的GPS水准网进行比较后表明，中、长波系统误差为±8．0厘米，短波误差信号为±1．3厘米。

美国在90年代先后推出了GEOID90，GEOID93和G9501区域大地水准面模型，三个模型计算方法基本相同。现行高程基准为NAVD88，采用Helmert正高高程系统(Heiskanen and Moritz，1967)。计算G9501采用了180万点重力数据，其中包括DMA控制的数据，海洋空白区用OSU91A模型重力值填充，标称精度为1毫伽；DTM来自由1：25万地形图产生的30″点地形数据库(TOPO30)，OSU9IA模型大地水准面误差在美国陆地为±38厘米，在海洋为±26厘米。对G9501进行改正得到一个校正大地水准面模型G9501C，对该模型的残差再作一个经验协方差函数，得L=40公里，Co=(0．026) 2×2㎡。表明了两个不同波段的误差源，一个约500公里的长波误差源，一个约40公里的短波误差源，G9501C精度为±2．6厘米，它不是一个“地球地心”大地水准面，其重要意义在于将NAD83(86)基准和NAVD88基准建立了联系，使之可用于美国GPS正高测定。EGM96是美国NASA／GSFC和国防制图局(DMA)联合研制的360阶全球重力场模型，被公认为是目前同阶次模型中最好的。EGM96模型就是一个综合利用最新卫星跟踪数据，包括GEOSAT、ERS-1等20余颗卫星数据，30′×30′全球地面重力数据，卫星测高等重力场信息和现有全球测量数据所计算出来的高精度全球重力场模型，其绝对精度在美国本土，50km达到几厘米，在中国为米级左右。

加拿大大地水准面模型GSD95的计算使用的参考模型也是OSU9IA，使用的重力数据包括海洋数据共150万个，海洋上的重力测量空白区用卫星测高重力值补 …… 此处隐藏：2530字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……