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区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线及应用摘要：区域似大地水准面精化方法能为测量工作提供技术支撑，具有科技、经济和社会应用价值。
在实际的测量工作中，利用GPS测量代替一部分的水准测量，使区域似大地水准面的精度及其分辨率提高，推进数字化区域建设进程。
本文就区域似大地水准面精化方法的原理和技术要点进行分析，阐述此方法在测量工作中的应用和实施。
关键词：区域似大地水准面精化方法；测量工作；GPS测量一、区域似大地水准面精化方法技术原理大地水准面是假设地球表面由完全静止的海水所包围的曲面。
正高是沿重力方向地面上任意一点到大地水准面的距离，在位差理论中，正高的算法是用沿水准路线的位差比重力平均值。
由于重力平均值无法准确得出，所以较难求解出正高值。
为了解决这个问题，用地面点的正常重力值替换重力平均值，而对于水准路线上的重力使用实测重力值。
高程起算面由于重力值的改变发生变化，此时的测量的大地水准面应为似大地水准面，是经过理论处理的大地水准面。
海洋上的似大地水准面与大地水准面相一致，但根据原理，陆地上的似大地水准面就有所不同。
沿重力方向，地面点与似大地水准面之间的距离为正常高，所以似大地水准面作为正常高的起算面，而这样的高程系统为正常高系统。
正常高系统是我国的法定高程系统。
定义一个参考椭球面作为大地高的起算面，当参考椭球面的设定不同时，所计算出的大地高也不同。
大地水准面差距（N）是参考椭球面到大地水准面的距离，而参考椭球面到似大地水准面的距离为高程异常（ξ）。
所以地面点的大地高（H）等于其正高加上大地水准面差距，或者等于正常高加上高程异常。
已知任意地面点的大地高和高程异常，就可以求出其正常高。
精化似大地水准面的基础就建立在采用GPS定位，测出大地高，精确确定区域内的高程异常，就能转准确得出区域的正常高。
二、区域似大地水准面精化方法在测量中的技术路线常用来区域似大地水准面精化的方法，就是根据莫洛坚斯基理论，结合重力测量资料、地形数据，利用高阶次的重力场模型以及移去恢复技术，将区域重力似大地水准面计算出来。
区域似大地水准面精化技术特点：
（1）综合利用重力、地形、GPS水准、地球重力场模型及似大地水准面确定理论与方法，确定的区域高精度、高分辨率的似大地水准面模型。
（2）采用国际上先进的全球地球重力场模型——EGM2008模型（2160阶次），陆海统一的严密重力归算理论与技术，以及精密确定地形质量对大地水准面的直接与间接影响，完成区域重力大地水准面的计算。
（3）综合应用多项式拟合、最小二乘配置、BP神经网络、薄板样条等现代拟合技术与方法对重力似大地水准面进行拟合纠正，确定区域高精度、高分辨率的似大地水准面模型，有效提高了成果精度。
（4）充分利用区域及周边地区已有的国家级、省级、城市GPS 水准点，保障了似大地水准面模型在城市周边地区的精度与可靠性。
似大地水准面精化似大地水准面的精化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；CQG2000ABSTRACTWith the progress of science and technology 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 planet’s 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 conventionalgeometric 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 model, 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 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 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 (1)1.1 引言 (1)1.1.1大地水准面似大地水准面 (1)1.1.2研究的目的及意义 (1)1.2国内外研究的现状 (3)1.2.1国外研究现状 (3)1.2.2国内的研究现状 (5)1.3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 (9)2.1各种起算面及其相互关系 (9)2.1.1参考椭球面、大地高系统与大地高 (9)2.1.2 大地水准面、正高系统与正高 (10)2.1.3似大地水准面、正常高系统与正常高 (10)2.2区域似大地水准面精化的误差分析 (12)2.2.1 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 (16)2.3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 (19)3.1.1平面拟合法 (20)3.1.2多项式拟合法 (20)3.1.3多面函数拟合法 (21)3.1.4移动曲面法 (22)3.1.5神经网络法 (22)3.2统计模型法 (23)3.3综合模型法 (23)3.3.1最小二乘配置法 (23)3.3.2半参数模型法 (26)3.4顾及重力场模型和地形起伏的移去拟合恢复法 (26)3.4.1移去拟合恢复法的思想和计算步骤 (26)3.4.2重力场模型值的计算方法 (27)3.4.3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 (29)4.2 以CQG2000的区域似大地水准面精化 (29)4.2.1 COG2000似大地水准面的特点和问题 (29)4.2.2 以CQG2000的区域似大地水准面精化的基本思路 (30)4.3 常用插值方法介绍 (30)4.3.1 线性插值、二次多项式插值、邻近点插值.. 304.3.2 Shepard插值原理 (31)4.4 以COG2000的移去，恢复法确定未知点高程异常 (31)4.4.1理论与实施步骤 (31)4.4.2 计算实验 (32)4.5利用GPS水准数据精化COG2000 (34)4.5.1思路和步骤 (34)4.5.2 计算试验 (35)第五章结论与展望 (38)5.1 结论 (38)5.2 展望.......................................... 40 致谢................................ 错误！未定义书签。
似大地水准面精化水准面精化大地高是指以参考椭球面作为高程基准面的高程系统，是地面点沿法线到参考椭球面的距离。
正高是地面点沿重力线到大地水准面的距离。
正常高是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。
似大地水准面精华的目的就是为了求得高程异常，以实现大地高和正常高的相互换算。
大地水准面：也称为重力等位面，它既是一个几何面，又是一个物理面，相当于地球完全静止的海水所包围的一个曲面。
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：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。
精确求定大地水准面差距，则是对大地水准面的精化。
精确求定高程异常，则是对似大地水准面的精化。
我国采用的是正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。
因此，我国主要是对似大地水准面的精化，也就是按一定的分辨率精确求定高程异常值。
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。
大地水准面精化1. 引言大地水准面是地球上一种重要的地理参考面，它可以作为测量地形高程和确定位置的基准。
然而，由于地球表面存在不规则的地形和地壳运动，使得现有的大地水准面并不完全精确。
因此，为了提高大地水准面的精度，需要进行精化处理。
本文将介绍大地水准面精化的方法和步骤，以及其在测量和地理信息系统中的应用。
2. 大地水准面的不精确性分析为了理解大地水准面的不精确性，我们需要了解引起其不精确性的因素。
主要有以下几个方面：2.1 地理地貌地球上存在各种复杂的地理地貌，包括山脉、河流、海洋等。
这些地理地貌的存在使得大地水准面在不同的地区产生变化。
2.2 地壳运动地球的地壳是不断运动的，包括板块运动、地震活动等。
这些地壳运动会导致大地水准面的变化。
2.3 大气压力变化大气压力的变化会对大地水准面的测量结果产生影响，因为大气压力变化会引起水平面的变化。
2.4 仪器误差在大地水准面测量过程中，仪器的精度和稳定性也会对测量结果产生影响。
3. 大地水准面精化方法为了提高大地水准面的精度，可以采用以下几种方法进行精化处理：3.1 大地水准线的测量通过测量大地水准线，可以获取地球表面上一系列基准点的高程数据。
这些高程数据可以用来构建大地水准面的数学模型。
3.2 地壳运动的监测通过地壳运动的监测，可以了解地球地壳的变化情况，并将这些变化纳入大地水准面的精化计算中。
3.3 大气压力的补偿通过对大气压力的测量和监测，可以将大气压力的变化对大地水准面的影响进行补偿。
这样可以提高大地水准面的精确度。
3.4 仪器校正定期对仪器进行校正和检查，确保仪器的测量精度和稳定性，从而提高大地水准面的测量精度。
4. 大地水准面精化的应用大地水准面精化的应用主要有以下几个方面：4.1 测量应用通过精化大地水准面，可以提高地形高程的测量精度，为城市规划、水资源管理等提供高精度的地形数据。
4.2 地理信息系统应用大地水准面是地理信息系统的基础数据之一，通过精化大地水准面，可以提高地理信息系统的精确度和可靠性。
区域大地水准面精化的作用
来源：日期：2007-10-6 11:00:22 人气：48 录入：
摘要
我国现行的各种测绘基准，基本上是20世纪50－80年代建成的，它已越来越不适应当前国民经济和国防建设的需求。
我国大地控制点位精度较低，坐标系是二维的、非地心的、非动态的，只覆盖了大陆，未能覆盖整个国土和海域。
此外，由于测绘基础设施历经多年人为破坏与自然破坏，未能复测和更新，难以发挥其应有的基准作用。
随着社会的发展和科学技术的进步，用于建立和维持大地测量基准的技术手段、工具和理论方法发生了巨大的变化。
国家测绘局为满足新技术条件下国民经济建设、国防建设及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求，确定了我国大地测量在“十五”期间的发展目标，组织有关专家多次讨论，编写了国家地理空间信息基准框架工程（简称“框架工程”）建议书、可行性研究报告、项目设计书等。
其目的是在21世纪初建立一个高精度、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和经济效益。
因此，各地区在从事区域大地水准面精化时，一定要考虑与今后建设国家现代化测绘基准和全国大地水准面精化目标的一致性。
在“框架工程”项目设计中，国家GPS大地控制网分A、B级网布测。
其中A级网点位主要布设在国家一等水准环结点、水准基岩点、验潮站处，且满足GPS观测条件、能够长期保存。
该类点位应重新埋设标石，满足GPS、水准、重力观测要求，尽量选埋在稳定的基岩上。
B级网点位主要选择国家一、二等水准路线的结点、基本点处，在水准环内部均匀布点。
采取上述点位布设的目的主要是：通过A级网的定期复测，与国家空间坐标基准实现精确、动态的传递；提高整个国家GPS大地控制网的成果精度、可靠性及图形强度；通过定期复测，加强一等水准网的大尺度稳定性沉降监测；结合精密水准测量、绝对重力测量等技术，完善我国多维大地基准框架。
精化区域大地水准面与建立地方基础控制网的关系
根据国家基础测绘任务分工，国家测绘局负责坐标基准、坐标系统、坐标框架建设，三、四等控制建设一般由各省测绘局负责。
各省测绘局应按照当地已有大地控制点的情况进行全面规划、设计和布设GPSC级网。
C级网布设密度《国家三角测量和精密导线测量规范》规定，二等三角网的边长平均应在13公里左右，一般边长可在10至18公里范围内变通。
三等三角网边长，一般应在8
公里左右。
上述规定主要是在1：10万和1：5万比例尺测图地区，按正常航测方法成图时，一般须布设到二等三角网，以使每约150平方公里面积内有一个三角点。
在1：2.5万和1：1万比例尺测图地区，按正常航测方法成图时，一般须布设到三等三角网，以使每约50平方公里面积内有一个三角点。
国家GPS测量规范规定CPSC级网布设边长为：10至15公里，相当于二等三角网的边长。
《省级似大地水准面精化技术设计指南》，对GPSC级网的规定为C级网的平均边长20公里左右。
经济发达地区，点位平均间距可为15公里，市区、县城区和经济重点地区，周围应有2－3点，山区、丘陵、高原、大山区平均点距为30公里。
据有关资料统计，在我国中部和东部地区重力格网分辨率均能达到15′×15′，部分地区已达到5′×5′。
综合考虑上述因素，GPS C级网布设平均边长应在15公里左右较适宜，既兼顾了每幅1：5万地形图内平均有1个C级GPS控制点，又能满足精化区域大地水准面的需要。
点位埋设在同一点上利用GPS测的大地高减去水准测的正常高可得到该点的高程异常。
精化大地水准面过程中，似大地水准面的确定是利用高分辨率地面重力测量数据，按Molodensky公式计算高程异常，得到重力似大地水准面，再与由GPS／水准测定的离散高程异常进行拟合，获得正常高系统的似大地水准面。
由此可见，在精化大地水准面时，GPS 点必须加测水准，即GPS／水准点。
为此，GPS C级网点应尽量布设在国家一、二、三等水准路线上，与已布设的一、二、三等水准点位重合，充分利用已有点位的标石，以减少埋石和水准联测工作量。
如果是新埋点则要考虑点位便于GPS观测和水准联测。
观测精度GPS 大地高测定精度直接影响大地水准面精化的精度。
《全球定位系统（GPS）测量规范》中对GPSC级点观测时段规定为≥2，每个时间长度为≥60分钟。
如按上述规定观测C级网，则大地高测定精度满足不了精化区域大地水准面的要求。
为此，建议GPSC级点观测时段≥2，每个时间长度≥180分钟。
要达到厘米级的大地水准面精化的要求，我们必须关注高程控制网的精度和现状。
国家二等水准路线是在20世纪80年代建立的，近20年由于城市建设，地下水、矿产的开采以及地壳运动，已经使二等水准高程数据现势性很差，根本无法为布测的三等水准路线提供控制或起算数据。
因此，精化大地水准面的区域，必须进行二等水准的复测工作。
为解决今后一等水准复测时由于观测时间差异而造成的水准路线闭合问题，在一、二等水准路线结点处，埋设、观测高精度GPS框架点位。
GPS测量与水准测量相互结合、相互依存，不仅使各地区测绘基准统一，确保大地水准面精化的精度，而且也促进了国家测绘基准的建设。
重力数据和DEM数据的采用
地面重力测量是获得高精度分辨率重力数据的主要手段。
多年来，国家测绘局在地面重力测量方面作了大量的工作，并取得了巨大成绩。
但由于我国西部地区受特殊的地理环境影响，仍有相当多的大山区重力测量成果的分布极不均匀，甚至是空白区，据统计西部30′×30′空白区共114个格网。
在我国中部和东部地区重力格网分辨率基本能达到15′×15′，部分地区已达到5′×5′。
因此，在区域大地水准面精化时，要对区域内的重力资料进行分析，如果重力数据分辨率未达到15′×15′，则应进行加密重力测量。
对重力测量数据已满足上述要求的地区则应对重力数据施测的年代采用的系统、观测精度等进行分析和必要的归算以及剔除粗差等，可以不再进行加密重力测量。
（作者单位：国家基础地理信息中心）。
