似大地水准面精化 似大地水准面的精化.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流似大地水准面精化 似大地水准面的精化.精品文档.似大地水准面精化 似大地水准面的精化 摘 要随着科技的进步及城市测量基准的发展,高分辨率、高精度的城市级似大地水准面已成为现代测绘发展,尤其是信息化城市所必需的基本条件。利用GPS定位技术以及现代地球重力场的确定理论和方法,来建立好精度、高分辨率的区域似大地水准面,具有特别重大的科学意义、社会意义和经济效益。本文首先系统地介绍了GPS水准拟合法在确定似大地水准面中的应用,将常规的几何拟合法分为函数模型法、统计模型法、综合模型法三大类,详细介绍了他们的原理与特点,在此基础上介绍了GPS水准数据结合
2、地球重力场模型和地形改正模型,采用移去一拟合一恢复法精化大地水准面的理论与实施步骤。文章最后重点研究了以我国新一代似大地水准面CQG2000为平台,结合GPS水准数据精化区域似大地水准面的理论与方法。将其作为一个平台,结合部分高精度GPS水准数据,借鉴移去恢复法原理提高区域(似)大地水准面的计算精度。此外,本文给出了具体思想和计算步骤,并对移去恢复方法的可行性和优越性作了分析和探讨,并研究了GPS水准点个数和间距对精化结果的影响。 关 键 词:似大地水准面; GPS水准; 移去-恢复技术; CQG2000 ABSTRACTWith the progress of science and tec
3、hnology and the development of city measurement datum, high resolution and high precision level city like the geoid has become a modern surveying and mapping development, especially the information necessary to the city fundamental conditions. Using GPS technology and modern determination of the pla
4、nets gravitational field theory and method, to build good precision, high resolution areas like the geoid, have special major scientific significance, social significance and economic benefits.This paper first introduces GPS to determine the level of legal in like the geoid, the application of the c
5、onventional geometric intends to legal divided into function model method, statistical model method, integrated model method three categories, detailed introduces their principle and features are introduced in this paper with GPS leveling data earth gravity field model and topographic correction mod
6、el, a move to a unity to refining geoid recovery act the theory and implementation procedures.Finally, in our country mainly studied a new generation like the geoid CQG2000 as the platform, combined with GPS leveling data refine the area like geoid theory and method. Will it as a platform, combined
7、with high level of GPS data, from the recovery act to remove the principle to improve regional (like) geoid calculation accuracy. In addition, this paper gives the specific ideas and calculation steps, and to remove the feasibility and advantage of recovery method is analyzed and discussed, and the
8、GPS leveling point number and the spacing to refine the affect the result. Keywords:Like the geoid; GPS level; Remove-recovery technology ;CQG2000 目 录第一章 绪论 . 11.1 引言 . 11.1.1大地水准面似大地水准面 . 11.1.2研究的目的及意义 . 11.2国内外研究的现状 . 31.2.1国外研究现状 . 31.2.2国内的研究现状 . 51.3本文主要研究内容 . 7第二章 城市区域似大地水准面精化的误差分析 . 92.1各种起算
9、面及其相互关系 . 92.1.1参考椭球面、大地高系统与大地高 . 92.1.2 大地水准面、正高系统与正高 . 102.1.3似大地水准面、正常高系统与正常高 . 102.2区域似大地水准面精化的误差分析 . 122.2.1 GPS水准精度及分辨率对高程异常的影响 . 122.2.2重力异常精度和分辨率对高程异常的影响 . 132.2.3 DTM精度和分辨率对似大地水准面的精度的影响. 162.3小结概述 . 17第三章 利用GPS水准数据精化似大地水准面的方法 . 193.1函数模型法 . 193.1.1平面拟合法 . 203.1.2多项式拟合法 . 203.1.3多面函数拟合法 . 21
10、3.1.4移动曲面法 . 223.1.5神经网络法 . 223.2统计模型法 . 233.3综合模型法 . 233.3.1最小二乘配置法 . 233.3.2半参数模型法 . 263.4顾及重力场模型和地形起伏的移去拟合恢复法 . 263.4.1移去拟合恢复法的思想和计算步骤 . 263.4.2重力场模型值的计算方法 . 273.4.3地形改正影响的计算方法 . 27第四章 以CQG2000的城市区域似大地水准面精化 . 294.1 关于CQG2000似大地水准面 . 294.2 以CQG2000的区域似大地水准面精化 . 294.2.1 COG2000似大地水准面的特点和问题 . 294.2.
11、2 以CQG2000的区域似大地水准面精化的基本思路 . 304.3 常用插值方法介绍 . 304.3.1 线性插值、二次多项式插值、邻近点插值 . 304.3.2 Shepard插值原理 . 314.4 以COG2000的移去,恢复法确定未知点高程异常 . 314.4.1理论与实施步骤 . 314.4.2 计算实验 . 324.5利用GPS水准数据精化COG2000 . 344.5.1思路和步骤 . 344.5.2 计算试验 . 35第五章 结论与展望 . 385.1 结论 . 385.2 展望 . 40 致 谢 . 错误!未定义书签。参考文献 . 41 第一章 绪论1.1 引言众所周知,通
12、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
13、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
14、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
15、区有2m4rn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
16、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
17、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
18、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7.57.5格网数据。从1994年开始,先后推出EGG9
19、4、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1015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80厘米,短波误差信号为13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
20、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=(0026) 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,G950
21、1C精度为26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NASAGSFC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,3030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
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