地球重力场模型在GPS高程测量中的应用

GPS技术结合EGM2008重力模型在测量高程中的应用GPS测量技术结合EGM2008高程模型以及国家85高程基准提供的高等级水准点在控制测量中低等级水准高程中求解的应用。

标签：EGM2008高程模型大地高高程异常常数随着现代科学技术的发展自GPS的问世，GPS由军用逐步地在民间生产生活中得以广泛的应用; GPS技术不断走入人们的生活，并被人们所认知和熟悉。

GPS测量技术也得到进一步的发展与应用。

在全世界的人们已经通过全球卫星定位系统获得高精度的WGS84大地坐标的大地高时，我国所采用的高程是相对于似大地水准面正常高系统，而如何把大地高转换成正常高呢？如下图所示：正常高：指从一地面点沿过此点的正常重力线到似大地水准面的距离。

正高：指从一地面点沿过此点的重力线到大地水准面的距离。

大地水准面差距（geoid height）：从大地水准面沿法线到地球椭球体面的距离。

包括：（1）绝对大地水准面差距，指从大地水准面沿法线到总椭球面的距离，可用卫星大地测量方法求得，亦可根据全球重力数据按斯托克斯（G·G·Stokes）公式计算;（2）相对大地水准面差距，是大地水准面沿法线到参考椭球面的距离，可用天文水准测量或天文重力水准测量方法求得，亦可用空间测量技术测取。

高程异常：似大地水准面至地球椭球面的高度。

高程异常值可在国家测绘部门存有的高程异常图中查取。

大地高：指从一地面点沿过此点的地球椭球面的法线到地球椭球球面的距离。

是大地地理坐标（B、L、H）有高程分量。

大地高=正常高+高程异常大地高=正高高程+大地水准面差距可以看出，求解高程异常ξ是转换的关键所在。

而EGM2008模型是全球范围内的重力场模型。

它吸收了大量的卫星跟踪数据，相对均匀的、高分辩率的地面重力数据及高精度的卫星测高数据，从而使其为全球测量工作提供了一个更精确的大地水准面。

因此，充分利用EGM2008的高分辩率和相对高精度的特性，结合GPS水准测量以及联测高等级水准点得到的数据，将会提高高程异常的求解精度。

基于地球重力场模型的ＧＰＳ高程转换方法探讨通过重力测量法和几何测量法的比较,可以得出两种方法是互补的,这就提供了一个思路:利用重力场模型计算的高程异常来改善GPS高程转换的转换精度。

基本思想是在利用模型进行高程转换前,首先移去用重力场模型计算得到高程异常中的中长波部分,然后对剩余的高程异常进行拟合和内插,在内插点上再利用重力场模型把移去的部分恢复,最终得到该点的高程异常。

标签：重力场模型;GPS高程转换;重力测量;水准测量1 引言利用GPS测量的方法代替常规的工程水准测量,是目前GPS测量研究的一个热点。

许多研究例子表明在较为平坦的地区和较小的作业范围,采取拟合逼近的方法,GPS水准的结果可以达到常规工程水准的精度要求。

但是在地势起伏的山区,或者测量范围比较大,GPS水准测量的精度还不能满足工程水准的精度要求,这是目前制约GPS测量在高程测量中应用的瓶颈。

解决的方法是增加重力测量的数据,在现有的全球重力场模型的基础上,精化局部(似)大地水准面。

但是增加重力测量无疑要加大测量的外业工作量,而且为了确定局部精确(似)大地水准面模型,所要进行重力测量的区域一般来说要大于工程测量的区域,所以通过增加重力测量的方法在实际测量工程中的应用可行性不大。

不过作为一个地方政府或者国家的基础测量建设,这种通过联合重力和GPS水准的方法来精密确定似大地水准面的方法,还越来越受到人们的重视。

美国推出的GEOID96,就是利用这一方法的典范。

另一方面,随着测量资料的丰富,包括全球重力测量数据,卫星测高数据等,全球重力场模型的精度越来越高。

EGM96模型重力场模型就是这样一个综合利用现有全球测量数据所计算出来的高精度全球重力场模型。

按数据的来源划分,求解重力异常的方法可以分为两大类,即重力测量法和几何测量法。

重力测量法就是在野外进行重力测量,再根据斯托克司边值理论或者莫洛金斯基边值理论求解以确定重力异常;几何测量法就是用GPS确定点的大地高,再进行水准联测确定点的正常高,两者相减就得点的高程异常。

重力测量中GPS技术的应用与发展[摘要]目前随着我国科学技术的不断发展，GPS测量技术在地质勘测中的应用也越来越广泛。

本文主要阐述的是GPS测量技术在重力测量中的应用于发展，进一步提高GPS技术在重力测量中的使用。

[关键词] GPS 测地技术重力测量0前言社会经济的不断发展和进步，目前关于地质勘测的复杂环节，如大量数据的才采集，计算和处理等方面随着科学技术的提高已经有了突飞猛进的发展。

GPS 技术现已经被普遍使用，并且技术方面已经在科技不断创新的环境下有了新的突破和发展，本文主要介绍的是GPS技术在重力测量中的应用于发展。

1 GPS测量技术1.1固定站控制网的布设和测量以及测区GPS控制网数据处理工作区域比较大的情况下，需要对整个测区进做一个GPS控制网，其中测区控制网中的测点要均匀分布，而且相互约束，测量过程中要注意周围环境的影响。

为了保证测量效果，GPS控制侧网测量的时间和采样效率要与国家规定的测量技术为标准。

测区GPS控制网数据处理时要注意GPS基线向量网和无约束平差以及约束平差。

其中GPS基线向量网在基线向量选取时一定要选取独立的基线，选取的基线要构成一个闭合的几何图形，基线向量质量一定要好，而且要构成一个比较好的异步环基线向量。

无约束平差要能够对GPS网进行判别保证其基线向量能够满意要求，确保各基线向量的观测值相互之间匹配。

约束平差要进型平差分解，约束质量的安全性以及数据准确性。

1.2物理数据的测量和数据处理GPS测量技术在重力测量应用过程中一般选用的方式是静态测量和动态测量两种，正确处理采集到的数据，并确定基准站和基线。

对于物理数据处理主要是一个基线解算的过程，其中要分为三个部分进行最后结果的处理，包括初始平差解算，并将整周未知数固定成整数，最后再对整周未知数进行确定，再次解算平差。

2 GPS在航空重力测量中的应用GPS测量技术进行航空重力测量时需要确定飞机飞行的位置，速度而和垂直加速度。

理解地球重力场测量与其在测绘中的作用地球重力场是地球表面附近的一个物理场，它是指在地球表面某点处所受到的地心引力的大小和方向。

地球重力场测量是指通过测量地球表面不同点处的重力值，以及在不同地点形成的重力场的分布情况，并通过计算和分析这些数据，进而了解地球内部的物质分布和结构。

地球重力场测量在测绘领域中扮演着重要角色，可以为地质勘探、构造研究、地壳运动预测等提供重要的参考和支持。

地球的形态并不是完全规则的，其形状、大小和质量分布都存在微小的变化。

地球重力场可以反映这些微小变化，从而揭示地球内部的结构信息。

利用重力场测量数据，可以研究地球上的山脉、地壳运动以及地下水和矿产资源的分布情况。

通过建立地球重力场模型，可以准确描述和预测地球内部物质的分布和运动规律，为地质勘探和资源开发提供科学依据。

在地质勘探中，地球重力场测量可以帮助识别地下的矿体和岩石构造。

地质勘探人员通过测量地球重力场的变化，可以找到潜在的矿产资源区域，并进一步了解地下构造和岩石组成。

通过精确测量重力变化，可以辅助勘探人员确定地下矿体的位置、形态和规模，为矿产资源开发提供准确的信息。

此外，地球重力场测量还可以监测地壳运动，及时发现地震隐患，为地震灾害预警提供可靠数据。

在构造研究中，地球重力场测量可以揭示地球内部结构的演化历程。

通过测量地球重力场的分布，可以解析地球的构造特征和各层之间的界面形态。

地球的内部结构和演化过程直接影响着陆地和海洋的形成，因此，地球重力场测量是研究地球动力学和构造演化的重要手段之一。

通过分析地球重力场数据，研究人员可以揭示大陆陆缘的形成、板块运动的规律以及构造演化的过程，为理解地球的演化历史提供重要线索。

地球重力场测量在测绘中的重要性不容忽视。

地理和测绘学科需要准确的地球形状和尺寸数据，而地球重力场测量提供了这些重要的参数。

在地球形状的测绘中，重力场测量可以校正地球椭球体模型，使得地球模型更加精确。

在全球定位系统（GPS）的测绘应用中，地球重力场测量可以提供引力异常校正数据，提高测量精度。

EGM2008与EIGEN—6C在GPS高程拟合中的精度分析重力场模型的不断推出，其精度和分辨率也越来越高，而利用重力场模型来拟合GPS高程技术也越来越成熟，已开始在各个项目中实施运用。

本文采用“移去-恢复”的方法，分析两个重力场模型在拟合高程异常方面的精度问题，验证EGM2008模型精度略优于EIGEN-6C模型。

标签：EGM2008，EIGEN-6C，GPS高程拟合1. 引言随着卫星技术的迅猛发展和精度的提高，利用GPS获得地面高程数据已在工程当中广泛应用，而GPS所获得的高程数据是基于WGS-84坐标系下的大地高，并不是我国工程领域所用的正常高，二者存在着差异—高程异常，此差异主要取决于地理位置和地面地形情况，山区地形起伏较大，差异就大，平原地势平坦区域，差异就小。

基于最新的GOCE卫星重力梯度数据，结合地面重力数据，ICGEM已推出最新高阶重力场模型—EIGEN-6C（1420阶），相对于EGM2008的2190阶，体现的优势在于采用了重力梯度数据—重力位的二阶导数，能直接反映出重力位水准面的曲率与力线弯曲，从而更能反映出地球重力场的精细结构，更能敏感地探测出地球重力场的短波信息。

本文旨在运用“移去-恢复”的方法，通过某一隧道控制测量数据，来分析EGM2008与EIGEN-6C两种不同的重力场模型在拟合高程异常方面的精度问题。

2. 原理与方法2.1 重力场模型计算高程异常高程异常是大地水准面与参考椭球体之间的差距，根据布隆斯公式可推出高程异常与扰动位之间的关系：（1）1，是似地球面上的正常重力。

式中，GM为地心引力常数；n为地球重力场模型展开的最高阶数，对于高阶Legndre函数计算要特别注意计算的稳定性。

2.2 移去-恢复方法高程异常可以表示为：（2）式中：—高程异常的中长波部分，可以由地球重力场模型计算得到（m）；—高程异常的短波部分，是由地形起伏引起的，称为地形改正项（m）；—残差高程异常（m）。