上海市高程基准近五年变化分析

高程基准是一个地区经济社会发展的重要基础设施。上海市于2020—2022年开展了全市高程基准更新工作。通过对原有高程基准基础设施调查、高程控制网水准复测、高程基准分析三步工作完成了上海市的高程基准的更新并发布新一期的高程基准成果。为了掌握上海市高程基准在近5 a的变化情况,对上海市城市水准点的数量变化、区域分布及高程变化情况3个方面进行研究分析,得出了关于上海市城市水准点数量、分布及高程变化的有益结论。最后对上海市高程基准的维护更新提出了一些建议。

省级高程基准数据处理方法实现及应用

高程基准是测绘基准的主要内容之一,是新型基础测绘的重要组成部分。省级高程基准数据处理的方法虽然记载于相关规范中,但其具体实现还需要重力场模型、固体潮模型、海潮模型,以及太阳与月球位置模型等额外的数据模型,国内具备独立精密水准数据处理能力的单位较少。本文使用山东省重力场模型及部分开源公式、模型,开发了精密水准数据处理软件,经测试分析,该软件在水准概算、平差方面计算准确,具备了山东区域一、二等水准数据处理能力。同时,本文研究了一种以环闭合差评价实测数据、以实测数据评价起算点的平差方案设计方法,并成功应用于2023年山东省级高程基准动态监测项目中。

青海省高程基准网建设

青海省高程基准点分布十分不均匀,尤其是距离国道、省道较远的县城,缺少高精度二等水准点,极大地制约了全省测绘成果的共享使用。为了减少高原地质气候条件给二等水准测量带来的不良影响,本文尝试采用了各种技术方法完成了全省二等水准网的建设工作。结果表明,这些技术方法有效解决了上述问题,可为其他高原地区开展高程基准网建设提供一些新思路。

水文测站多种高程基准之间的转换分析

针对过去对水文测站基面考证、水准考证的理解停留在碎片化、表面化,导致对考证中问题的解决经常存在多种见解的现象,该文提出了水文测站高程基准的概念,认为水文测站有自成体系的高程系统,基本水准点具有“控制点”的作用,可实现水文测站高程基准与国家高程基准之间的高程转换。通过对水文测站多种高程基准之间的转换分析,系统阐述了水文测站冻结基面的概念及意义。

数字孪生基础数据高程基准统一技术研究

为满足孪生流域等数字孪生建设对基础地理信息数据的强烈需求,确保工程建设高程基准的统一,基于GNSS观测技术和重力场模型,开展了数字孪生基础数据高程基准统一研究。构建了顾及地形特征的高精度区域似大地水准面模型,形成了数字孪生基础数据高程基准统一模型库,并利用模型精度和检测精度两种评价方法对高程模型和多场景采集的多源基础数据的高程改正成果开展精度评价。结果表明:①似大地水准面模型的内符合精度为±2.6 cm,外符合精度为±3.1 cm,优于EGM2008模型结合二次曲面拟合法等其他拟合算法,成果精度满足规范要求;②多源基础数据的高程改正成果中误差在±10 cm以内,满足数字孪生建设对基础数据的精度要求。该模型方法构建简单且精度高,具有广阔的应用前景,不仅可应用于数字孪生建设等领域,也可为大范围的工程测量、陆海高程基准统一等提供技术支撑。

利用重力场模型和GPS/水准数据研究局部高程基准

全球导航卫星系统GNSS定位技术的出现和普及,颠覆并取代了传统地面定位观测技术,其测定的水平位置可直接用于地理信息系统、工程建设和国防现代化等,满足测绘、地球科学等学科和行业的需求。但GNSS提供的高程是相对参考椭球面的高度h,不含重力位信息。

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。

1985国家高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差

利用不同重力场模型(EIGEN-6C4、EGM2008)和海面高模型(DNSC08、DTU10、DTU13)确定了全球平均海面重力位均值62 636 856.550 7 m^2s^(-2),加入海面地形改正后得到全球大地水准面重力位均值62 636 858.179 0 m^2 s^(-2)。联合EGM2008模型与全国均匀分布的649个GPS/水准数据,根据异常位法、正常高反算法以及高程异常差法,分别计算了我国1 985高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差,并对3种垂直偏差结果通过加权方法进行了改善。最后,利用两种方法对垂直偏差结果的合理性与正确性进行验证。结果表明我国高程基准面高于全球平均海面0.298 0 m,高于全球大地水准面0.464 2 m。

区域性高程基准的统一

全球或区域性高程基准面的统一始终是大地测量学研究的主要内容之一 ,对于构建“数字区域”和“数字地球”及研究全球或区域性环境变化具有重要的科学意义和现实意义。本文利用全球重力场模型EGM 96和WDM94及GPS水准数据 ,确定了香港主要高程基准面与我国 195 6黄海高程基准面的重力位差。计算结果表明 ,这两个基准面的重力位差为 (8 36 6± 0 76 5 )m2 s-2 ,表明香港主要高程基准面平均低于我国 195 6黄海高程基准面 (0 85 5± 0 0 78)m2 s-2 。

轴流转桨机组安装中心及高程基准的确定

轴流转桨机组主机安装主要分水轮发电机预埋部分安装、水轮机安装、发电机安装3部分,各部件安装前均需根据机组中心及高程基准进行定位调整,因各阶段现场施工条件及环境不同,机组安装各阶段中心及高程基准选择也存在不同,机组中心及高程基准确定极为重要,直接影响机组安装质量及机组运行后振摆值,研究及总结轴流转桨式机组安装各阶段机组安装最佳中心及高程基准。

四川省水文(位)站高程基准统一实践分析

四川省水文系统有各类水文(位)站点664个,分布范围广,原水位基准多采用黄海、吴淞、假定等不同高程系统,如采用传统水准测量开展高程统一工作存在劳动强度大、效率低、费用高、费时长等情况。本次全省水文(位)站高程统一工作采用GNSS联测四川省卫星定位连续运行基准站系统(SCCORS)基准站,结合似大地水准面拟合精化成果进行高程拟合,实现了全省664个水文(位)站水准点高程系统统一到1985国家高程基准。

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。

粤港澳大湾区大地基准和高程基准的统一

现代测绘基准包括大地坐标基准和高程基准,是一个国家或地区经济建设和社会发展的基本设施。粤港澳大湾区测绘基准建设项目充分利用新联测的大地控制网和已有的市级高程异常控制点等成果,通过对全域的GNSS联测以及在肇庆地区的水准测量,建立了大湾区统一的现代大地控制网和陆海统一的高精度似大地水准面模型。经检验,该模型的内、外符合精度分别为1.0 cm和1.7 cm。该项目的实施实现了粤港澳大湾区大地基准和高程基准的统一,并与已有广东CORS服务系统共同构建了三维实时动态的高精度基准服务,有助于粤港澳大湾区国家发展战略的实施。

1985国家高程基准与全球似大地水准面之间的系统差及其分布规律

将由大地高和正常高导出的几何高程异常与由位系数模型计算得到的物理高程异常进行比较,求出1985国家高程基准与全球似大地水准面之间的系统差,并分析其分布特性。为抵制异常值的影响,引入"抗差等价权"。利用分布全国大陆范围的GPS网949个点的GPS/水准数据和地球重力场模型EGM96、DQM99A,求出1985国家高程基准点与WGS84定义的似大地水准面之间有35.7cm的垂直偏差,1985国家高程基准面的系统差自东向西、自南向北明显增大,给出相应的数学模型。

利用EGM2008位模型计算中国高程基准与大地水准面间的垂直偏差

高程基准面相对于大地水准面的垂直偏差是区域高程基准转换和全球高程基准统一的基础数据。利用最新发布的EGM2008地球重力场模型和中国均匀分布的936个GPS水准点数据计算得出中国青岛大港验潮站的重力位为62 636 852.85±0.07 m2/s2,进而得到中国1985高程基准相对大地水准面的垂直偏差为0.32m。

大港验潮站潮汐分析与国家高程基准面变化

利用1980—2011年小时潮位数据和1952—2007年月平均潮位数据,对大港验潮站处海洋潮汐以及国家高程基准面近60年的变化进行了分析和研究。首先利用傅里叶变换对两组数据进行频谱分析,获得了影响海水面变化的180个较短周期分潮以及6个长周期分潮;然后对小时潮汐数据进行最小二乘调和分析,获得影响海水面变化的主要分潮的振幅及其变化,发现Q1、O1、M2、K1、K2的振幅具有非常明显的约19年的周期变化;并利用调和分析和18.61年移动平均对国家高程基准面的变化进行了估算,分别获得基准面1952—1980年的下降速率为1.07mm/a和0.76mm/a,1980—2011年的上升速率为1.59mm/a和1.62mm/a;最后,通过18.61年移动平均对1985高程基准进行了检核,发现两者相差0.14cm。

长距离跨海高程基准传递方法的研究

研究了利用GPS定位技术所确定的相对大地高差 ,联合精确的大地水准面差距进行高程传递的方法。在洋山岛地区 ,利用该方法将黄海高程由陆地传递到距离上海芦潮港 30km的洋山岛上。传递后的高程与两种独立的潮位观测结果比较差值分别为 1cm和 6cm ,传递后的两段高程差与洋山岛三等水准测量结果的独立高差比较为 0 .2cm和 0 .7cm。

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。

GRACE/GOCE扩展重力场模型确定我国1985高程基准重力位的精度分析

高精度高程基准重力位的确定往往依赖于高精度全球重力场模型,其对全球和区域高程基准的高精度统一非常关键,GRACE、GOCE卫星重力计划极大地提高了全球重力场模型中长波的精度.本文首先对GRACE/GOCE卫星重力场模型的内符合和外符合精度进行讨论分析,结果说明卫星重力模型的截断误差影响可达到分米级水平,在确定高程基准重力位时该影响不可忽略.利用EGM2008模型扩展GRACE/GOCE卫星重力场模型至2190阶,可有效减弱卫星重力模型的截断误差影响,但不同模型扩展时的最优拼接阶次不同,其中DIR-1、DIR-5模型对应的最优拼接阶次分别为180阶和220阶,以GPS水准数据检验,扩展模型在中国区域的精度均优于18cm.最后,基于最优拼接阶次获得的扩展重力场模型对我国1985高程基准重力位进行了估计,DIR-5和TIM-5模型对应数值分别为62636853.47m^2·s^-2和62636853.49m^2·s^-2,精度均为1.51m^2·s^-2;发现在中国区域模型大地水准面与GPS/水准数据的差值存在微弱的系统性倾斜,东西向倾斜约为9cm,南北向倾斜约为1.4cm,考虑倾斜改正后基于DIR-5和TIM-5模型估计我国1985高程基准重力位的精度提高了0.16m^2·s^-2.

一种远海岛(礁)区域高程基准转换的新方法

提出一种远海岛(礁)区域高程基准转换的方法。选择平均海面作为远海岛礁地形测绘的高程基准,利用DTU10全球卫星测高平均海面模型,统一模型的参考基准,基于多项式拟合模型,实现大地高与当地平均海面高的转换。对远离大陆的岛屿进行计算比较,结果说明在远离大陆的岛(礁)区域应用卫星测高模型进行高程基准的转换,可满足中小比例尺远海岛(礁)地形测量的应用需求。