不同插值方法下重力场模型的似大地水准面构建精度分析

因高程系统和GPS系统的坐标基准不同,导致GPS高程无法直接应用到水准成果。常规的方法是通过数学模型进行高程异常拟合,但纯数学模型难以满足三等和四等水准的精度要求。使用EGM2008重力场模型的三种插值方法计算中长波,使用数据模型拟合短波,能够有效提高高程异常拟合精度。经过计算,三种插值方法的双二次插值法精度最高,4个检核点的绝对误差达到3.3 cm以内。

似大地水准面与大地水准面转换分析

传统的似大地水准面与大地水准面近似转换在地形复杂的山区难以满足精度需求。本文基于似大地水准面与大地水准面严密转换方法,计算珠峰地区转换改正数值大小,分析似大地水准面与大地水准面转换的空间变化。结果表明,严密方法计算的转换值变化范围为-3.270~-0.119 m,其中地形位差改正极值达到1.272 m,重力梯度改正极值达到-0.138 m,这两项改正影响幅度较大,在山区需顾及;严密方法计算和近似计算结果都与地形高度具有一定的相关性,但前者结果相较于后者更为平滑,在布格重力异常与地形变化的共同影响下,严密方法局部特征与地形高度负相关。

成都市高精度似大地水准面模型建立及精度分析

在平原、丘陵、山区等多地貌覆盖的成都地区,利用2215个点重力数据、300个GNSS水准控制点及7.5"×7.5"数字高程模型,以EIGEN01C地球重力场模型作为参考重力场,采用Airy-Heiskanen地形均衡归算模型,由第二类Helmert凝集法,建立了成都市高精度似大地水准面新模型。经多种实测数据进行数学精度和可靠性检核,模型整体精度优于±0.017 m,模型具备全域覆盖、精度高且均匀可靠的特点,可有效支撑成都市现代测绘基准服务体系。

应用GPS/重力数据确定(似)大地水准面

作为GPS 重力边值问题理论及方法的应用,本文在对GPS 重力方法确定(似)大地水准面的原理进行简要介绍与分析的基础上,利用收集到的N区的70 2个GPS重力数据以及5 2个高精度的GPS水准数据,计算出该区域的似大地水准面.通过拟合法和系统差直接改正法进行的精度分析表明,应用GPS 水准方法确定的该地区似大地水准面的精度达到厘米级.

应用Bjerhammar方法确定GPS重力似大地水准面

GPS技术的发展提出了新的大地边值问题——GPS重力边值问题.本文将Bjerhammar方法应用于GPS重力问题的求解,并在给出理论公式的基础上,针对实际计算中虚拟场元的分布和求解、虚拟球半径的确定及奇异积分等问题提出了具体的解决方案.文中通过比例因子k在虚拟球半径和GPS重力数据密度间建立起联系,并推导出其近似值.在此基础上,利用收集到的某地区的4870个GPS重力数据计算了该地区的似大地水准面,65个高精度GPS水准点进行的外部检核表明其精度为±2.4 cm.经二次多项式拟合后,另外29个GPS水准点外部检核精度达到±1.4 cm.不同分辨率GPS重力数据的计算结果表明,尽管比例因子k的近似值不是最优值,但其对重力场逼近效果影响不是很大.这些结果说明了将了Bjerhammar方法应用于GPS重力边值问题求解的合理性及本文计算方法的可行性和可靠性.

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水准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准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。

重力位模型和GPS／水准数据确定区域似大地水准面

为了有效的利用GPS观测的高程信息,实现GPS观测值中的椭球高向正常高转化,采用EGM96和EIGEN-CG01C重力位模型和某区域的GPS/水准观测数据,应用几何方法确定了该区域1.5′×1.5′分辨率的似大地水准面格网数值模型。该似大地水准面模型内插高程异常与实测GPS/水准点的高程异常进行比较,内符合精度和外符合精度均优于0.040米。表明在地形平坦地区,用平均点间距为10KM的GPS/水准点成果,可以确定厘米级的似大地水准面模型,结合GPS观测成果可以取代四等及以下几何水准测量。

卫星重力信息融合及区域似大地水准面精化应用

为改善地面重力数据缺乏区域似大地水准面的精度和分辨率,提出利用神经网络融合卫星重力信息应用于似大地水准面精化的方法,通过融合不同时期CHAMP卫星数据计算的重力场模型和GPS/水准数据中区域重力场信息,进行区域似大地水准面精化并进行精度统计,结果表明:融合卫星重力信息将区域似大地水准面模型的精度由0.470 2 m提高至0.203 8 m,验证了神经网络技术融合卫星重力信息并应用于区域似大地水准面精化是有效的.

最新中国陆地数字高程基准模型:重力似大地水准面CNGG2011

回顾近20年来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100万余陆地重力数据和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。并讨论重力大地水准面与GPS水准的关系,提出今后进一步精化我国高程基准大地水准面模型的构想。

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4cm,相对精度优于7cm。

基于EGM2008重力场模型的区域似大地水准面确定

研究了利用超高阶地球重力场模型EGM2008以及GPS/水准数据确定区域似大地水准面的方法。基于该方法,计算了某一区域分辨率为2.5′×2.5′的似大地水准面模型,检核结果显示:基于该模型确定的区域似大地水准面的精度要明显优于EGM96模型,内外符合精度均优于5 cm。

神经网络初始条件对似大地水准面拟合结果的影响

主要针对BP神经网络初始权值设置和学习集样本次序对似大地水准面拟合结果的影响进行研究,结果表明,在GPS/水准点控制区域内初始权值的设置对拟合结果没有影响,学习集样本次序对拟合结果的影响一般小于2.0 mm,得出对于构建厘米级似大地水准面,可以忽略初始权值设置和学习集样本次序对似大地水准面拟合结果的影响的结论,为神经网络方法应用于高精度、高分辨率似大地水准面拟合提供借鉴。

灵丘北部山区似大地水准面精化应用研究

灵丘北部山区地形构造复杂、高差起伏大,由于塔地火山、金属矿产等分布其中,区域内存在重力高异常区,建立一个高分辨率的似大地水准面精化模型更适合山区的高程转换。文章通过灵丘北部山区实测重力数据结合等级控制网高程异常,得到该区域厘米级精度似大地水准面,模型分辨率9″×9″,与测绘局解算的点位高程异常进行对比,外检精度3.0cm,表明此成果模型可用于山区大地高到正常高的转换。

CQG2000似大地水准面模型在青藏高原地区区域重力调查中的应用

区域重力调查中,GPS高程测量的精度直接影响重力测量成果的精度。用国内最新研制的测绘科技成果——CQG2000似大地水准面模型,对GPS测得的大地高程进行改算,可得到较高精度的正常高成果。方法应用于青海三江流域1∶20万区域重力调查工作中,取得了较好的效果。

融合重力信息的似大地水准面精化模型

以二次多项式模型为基础,提出融合重力信息的多项式模型和融合重力信息的误差反向传播(error back propagation,BP)神经网络模型2种似大地水准面精化模型。通过试验验证,3种模型的检验点拟合中误差分别为±11.7 cm、±4.3 cm和±4.0 cm,重力信息可提高似大地水准面模型的拟合效果,BP神经网络模型的拟合精度最高,与二次多项式模型相比提高了65%。

缺少重力数据的区域似大地水准面精化方法研究

采用几何与重力联合方法可确定大地水准面,但需要重力数据、DEM等,数据处理方法复杂,大地水准面精化周期较长。经分析,EGM96地球重力场模型的长、中波精度较高,其区域重力异常的相对值比较精确,可作为区域似大地水准面精化的参考地球重力场模型,区域GPS/水准的最大综合影响为±3.8 cm,区域似大地水准面的精化模型可达到±5 cm。结合湖北省四湖流域综合治理工程的GPS水准数据,在缺少重力数据的条件下,基于地球重力场模型剩余的高程异常,分别采用多面函数法和二次曲面法进行"剩余高程异常"的拟合,对两种拟合方法进行了比较,提出了核函数结点的选取准则。结果表明:采用多面函数法可得到厘米级区域似大地水准面,适合于数千平方千米的厘米级区域大地水准面的确定,且提出的方法较易实施。

似大地水准面精化及其在重力勘探工作中的应用

通过精化似大地水准面在一个重力勘探工区中的具体应用,阐述局部似大地水准面的精化(使当地参考椭球面紧贴似大地水准面)过程、方法及其趋势改正在每个重力勘探点中的应用方法,在不考虑起算点误差的情况下使拟合精度优于5 cm,测绘成果更精准地服务于重力勘探工作,达到找矿的目的。

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。

珠峰地区似大地水准面精化与珠峰顶正高的确定

本文使用珠峰及其周边地区的重力数据与SRTM3、1∶50000DEM、GTOPO30地形数据,以该地区的44个GPS水准点为控制,选择国内外的EGM96、WDM94、IGG05B、DQM2000D和CG03C作为参考重力场模型,采用移去-恢复技术,首次完成了珠峰地区分辨率为2.5′×2.5′高精度似大地水准面,其精度达到±9cm,并据此推算了珠峰顶高程异常值.再利用登山线路上的新测重力点与珠峰地形数据,依据严格的重力归算理论及移去-恢复技术,完成了珠峰顶似大地水准面与大地水准面差值计算,即珠峰正常高与正高的换算.

成都市似大地水准面的精化及应用

利用10 314个重力点数据、211个高精度GPS水准点数据、30″分辨率的数字地形模型(DTM)及地球重力场模型WDM94,基于移去-恢复技术确定了成都市1′×1′格网似大地水准面模型。以20个高精度GPS水准点对该成果进行外部检验,结果表明所确定的似大地水准面模型精度为±0.009 m。利用成都市似大地水准面模型探测和分析了两个传统高程控制网中可能存在的系统偏差。