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我国似大地水准面的精化

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我国似大地水准面的精化

摘自《中国测绘报》 2003.12.02 作者：晁定波（武汉大学测绘学院）

我国似大地水准面在经历了近半个世纪的发展后，“九五”期间由陈俊勇院士和宁津生院士共同主持继续进行了精化中国大地水准面的研究，完成了中国新一代似大地水准面模型（简称CQG2000模型）的计算，它可以覆盖包括海域在内的我国全部领土范围，总体精度达到了分米级水平，作为我国正常高高程系统起算面的区域似大地水准面数值模型，它可在中小比例尺图中应用于由GPS测定正常高。

CQG2000模型基本应用了目前我国全部适用的实测重力数据，同时加入了GPS似大地水准面的控制，是我国迄今分辨率和精度最高的似大地水准面模型。对该模型实际采用重力数据分布状况的统计表明，重力测量空白地区最多的是新疆，总面积约30万平方公里，主要位于东南部塔克拉玛干沙漠东部及邻接的罗布泊地区、库姆塔格沙漠和阿尔金山地区；其次是西部帕米尔和喀喇昆仑山地区；西北部的哈尔克山、婆罗科努山；博格达山。西藏地区重力测量空白区则主要位于喜马拉雅山东段中印边界地区，总面积约12万平方公里。在这些空白区采用EGM96模型重力异常值填充，大约占我国陆地面积的4.4％。重力测量分布密度地区差别较大，但基本上可分为低密度和高密度两大区域，低密度区大致集中在28°N至36°N；78°E至102°E区域，主要包括西藏、青海南部、四川西部和云南，总面积约180万平方公里，约占全国陆地面积的19.0％，平均分辨率约25公里；高密度分布区占全国陆地面积的76.6％，平均分辨率约为13公里。

CQG2000模型不仅实现了将重力似大地水准面纳入到我国法定高程系统，使之可用于由GPS测定正常高，而且由于HACN90的控制作用使新模型比WZD94模型的精度从米级精度提高到分米级精度。HACN90网的控制总体比较均匀，经粗差检测，实际使用的网点数为671点（A级网点28和B级网点643）。网点分布东西部有较大差异，在此以96°E经线为界，以东地区网点分布基本均匀，呈网状，共531点，平均点距109公里；以西地区网点分布不均，呈环状，共140点，平均点距152公里，但其中约有67万平方公里没有网点。对CQG2000模型分辨率和精度的分析以及精度检验结果表明圆满地建立了HACN90网和研制CQG2000模型的设计方案以及预期分辨率和精度指标，为精化我国（似）大地水准面，满足未来5至10年国家经济建设对测绘生产的需求作出了重要贡献。

CQG2000模型的研制成功是我国精化（似）大地水准面的一个阶段性进展，分辨率和精度达到了一个新的水平。从测绘生产的应用看，CQG2000模型基本上可以满足西部地区中小比例尺航测测图采用GPS测高作地面高程控制的需求，对1：1万比例尺测图一般地区要求地面高程有±0.3米的精度，则CQG2000模型在该地区大致还要提高±0.1至±0.2米的精度；对于中、东部地区，特别是沿海经济发达地区，大比例尺测图更新的需求量可望呈快速增长的趋势，分辨率需要提高到2至5公里，精度要提高到1至2厘米甚至更高对此CQG2000模型的分辨率和精度都不能满足要求。为满足该地区的实际需求，小范围地形平坦地区，可仅用加密GPS水准点的方法实现；较大范围的小山区，则需考虑同时加密GPS水准点和加密重力测量，采用精化局部重力场的方法实现，应针对测区范围大小，地形起伏等级和实际精度要求设计技术方案，期望能制定出一个指导性的技术标准或规范。

我国是一个多山的国家，地形起伏大，区域重力场短波成分复杂，中大山区存在高重力梯度变化区，多数地区在精化局部大地水准面的设计中需考虑适当作加密重力测量和加密GPS水准来提高分辨率和精度，需要发展精密局部重力场逼近的设计和标准计算软件，为此需要一个好的高精度高阶全球重力场模型作参考场，这个模型必须吸收我国目前已有全部地面重力数据和利用更好的DTM数据，以期缩小重力似大地水准面和GPS水准似大地水准面之间的似合差和平滑非线性变化。目前普遍应用的EGM96模型用于高分辨率的局部重力场逼近还不是一个很理想的适用模型，该模型100公里分辨率的全球总体精度为±26.0厘米，50公里分辨率精度为±42.1厘米。用我国的HACN90网点高程异常数据的检核结果表明，该模型用于我国区域其精度正好与其全球整体精度估计相当，大致为±0.4米。

目前国内利用我国的GPS水准网和EGM96模型估计我国高程基准和全球大地水准面的偏差为＋0.2－0.3米，大致与EGM96模型在黄海海域的海面地形基本一致，但与目前国内外发表的由不同数据源和不同重力场模型导出的多种海面地形模型来看，其间有约0.5米的差异，EGM96模型本身在全球海洋区域的精度为±22.6厘米，EGM96海面地形与目前最好的主要由海洋数据导出的动力海面地形模型POCM－4B和POP之差的均方差分别为±10.5厘米和±11.8厘米。海面地形的谱特性是长波绝对占优（低于30阶），EGM96在2至30阶的累积误差为±7.9厘米，应用EGM96模型长波计算海面地形或高程基准面与全球大地水准面的偏差，误差约±10厘米，若用EGM96全波段（360阶）来计算，包含其短波截断误差估计±16.7厘米，其结果的误差可能要大于20厘米。

目前海面地形的确定还是一个比较困难的问题，未来寄希望于具有厘米级精度的全球重力场（大地水准面）模型的问世，要提高我国区域重力场逼近精度达到厘米级水平也寄希望于此，着重提高全球重力场模型中长波的绝对精度，新一代卫星重力计划将为实现这一目标作出贡献，给出接近厘米级精度的180阶至250阶全球重力场模型。届时可以利用这一超高精度的全球大地水准面模型，在厘米级精度水平上确定世界各国区域高程基准与全球统一大地水准面之差值，从而统一全球高程系统，同时也为各国区域大地水准面的精化提供一个高准确度的框架，高于180阶或250阶的短波分量则必须由各区域自行加密重力测量和GPS水准测量来获得。

我国（似）大地水准面的进一步精化需要利用未来的卫星重力数据，发展卫星重力技术，同时发展包含我国重力数据的更精密的全球重力场模型作为各地区局部重力场逼近的参考模型，根据地区经济发展的需要，适当加密重力测量（山区），特别是努力开发航空重力测量填补我国重力测量空白，并适当加密GPS水准测量，以期最终实现用GPS测量基本取代水准测量的发展前景。

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广州市亚厘米级高精度似大地水准面的确定

广州市亚厘米级高精度似大地水准面的确定

文章编号:049420911(2007)0120024202中图分类号:P223+.0 文献标识码:B

广州市亚厘米级高精度似大地水准面的确定

杨　光1,林　鸿1,欧海平1,方　锋1,李建成2(1.广州市城市规划勘测设计研究院,广东广州510060;2.武汉大学测绘学院,湖北武汉430079)Quasi2geoidDeterminationwithSub2centimeterPrecisioninCityGuangzhouYANGGuang,LINHong,OUHai2ping,FANGFeng,LIJian2cheng

摘要:广州市似大地水准面精化项目历时一年时间最终得以高质量地完成,覆盖面积达8000km2内的水准面成果精度达到了优于±1cm的水平。针对项目中的关键性技术问题进行研究和解决。关键词:似大地水准面;大地水准面;水准面;GPS;精化

收稿日期:2006208204作者简介:杨　光(19762),男,江苏海安人,博士,主要从事GPS精密测量技术的研究。 一、引　言随着GPS定位技术的广泛应用,人们已经能够在10-9的精度量级上便捷地获得所测点位的平面位置,但由于缺少具有相应精度和高分辨率的似大地水准面模型,却未能以相应精度解求点位的水准高[1]。作为一种测定正高或正常高的参考框架[2],(似)大地水准面不仅是采用GPS技术代替常规水准测量的基础,也是实现城市精密3维空间测量的重要环节。近20多年来,随着空间观测技术的飞速发展以及理论研究的深入,局部重力大地水准面的研究和确定正逐步向分米级、厘米级精度和高分辨率的方向发展。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大地水准面的建立。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。广州市似大地水准面精化是运用现代大地测量的高新理论和方法,以GPS、水准、重力和DTM等多种数据资料联合确定的广州市域内高分辨率、厘米级高精度似大地水准面的格网数值模型。从国内已完成城市的高精度似大地水准面来看,其精度在1～4cm,规模多在3000km2以下,且地形相对平坦,利于水准面的计算拟合[3]。广州市水准面精化面积将达到近8000km2,尤其北部花都、从化、增城的山区占了精化总面积的一半多,实施难度相当大。 二、高精度GPS水准面精化网的建立1.GPS网的布测高精度水准面精化中常以GPS水准网加密和改善局域重力的分辨率,作为似大地水准面精化的基础之一。GPS水准网对似大地水准面计算起着关键的控制作用,也是主要的误差来源之一[3,4]。控制网的点位密度、观测精度均应与似大地水准面的精化目标一致,以提供高精度、3维、多功能的控制成果(包括地心、平面、高程)。广州市似大地水准面精化项目的外业实施可分为GPS框架网和全面网以及水准联测几方面,并综合考虑以下因素:①GPS网与水准网的有机结合,选点以分布均匀、满足观测条件、交通方便、贴近水准点为基本原则;②按二等水准联测的GPS水准点必须满足足够的密度;③保证GPS测量与水准测量成果的时效性,两者应同期进行。基于上述考虑,广州市似大地水准面精化项目按照整体设计、统一布测的原则,建立了集GPS、水准于一体的高精度3维控制网。共完成观测框架点10个,连续观测24小时;水准面精化全面网点144点(平均边长约6km),观测2～4个小时。GPS外业观测采用了14台LEICA1230双频GPS接收机(配备LEIAX1202GPS天线)同时进行,同步图形之间采用网联式连接。天线高的量取采取斜高、垂高两种方式同时进行。2.GPS数据处理GPS数据处理中采用了GAMIT10.07版软件进行了基线解算,针对广州地处低纬度,北部山区起伏剧烈且温差变化大的特点,应用精密数据处理理论和方法,有针对性地调整了气象参数。对流层折射根据Saastamoine模型改正,采用分段线性的方法估算折射量偏差参数,每2个小时估计一个参数。42 测　绘　通　报 2007年　第1期引入WUHN,BJFS,SHAO等IGS跟踪站作为框架网约束基准平差,其结果与所联测的GPSA,B级网点坐标严密符合。全网共解出857条重复基线,平差采用独立基线向量及其全协方差矩阵作为观测量,以构成最基本回路为原则优选独立基线395条。全网平均相对精度达到0.402×10-6D;水平方向上坐标分量的平均精度高达±6.3mm,大地高方向精度为±8.0mm,实际精度优于国家B级网的相关技术指标和技术设计的要求。本着“一网多用、全面高效”的原则,GPS控制网的布设中还同时均匀联测了含多套坐标的高等级平面控制点10点、GPSA,B级网联测点3点,每个同步图形均观测2～4个小时。通过分布均匀、网形合理的高精度联测,运用PowerAdj软件的精密平差处理,项目建立了广州坐标系、WGS284坐标系、1980年西安坐标系和1954年北京坐标系等各套坐标系统之间统一的严密转换关系,为广州市测绘成果的归算和统一管理奠定了基础,也确立了广州市城市测量的平面框架基准。3.二等水准联测广州市高等级水准控制点在全市域内分布均匀、数量众多,近年来又因广佛地铁、2010年地铁网的建设新建了大量基岩水准点。这些分布均匀、稳定可靠的高等级水准点历经多次复测和检验,已成为广州市重要的基础控制资料。经过精心设计和实施,对全部144个水准面精化网点均进行了二等水准联测,总计观测112条水准路线,总长1252.6km。每千米往返测高差中数中误差的平均值为±1.2mm。各条水准线路平差后的最弱点高程中误差平均值为±1.26mm。与GPS平面成果相结合后,该3维控制网为高精度、高分辨率似大地水准面的确定提供了均匀、精确和可靠的基础数据保障。 三、广州市似大地水准面的确定似大地水准面的确定方法通常可归纳为:几何方法(如天文水准、卫星测高及GPS水准等)、重力学方法及几何与重力联合方法(或称组合法)。理论上,重力大地水准面和GPS水准数据的联合处理也可应用整体大地测量的方法来求解,但该方法涉及复杂的函数模型和随机模型,难于实际应用[2]。目前,国内外局部大地水准面的精化比较先进可靠的技术路线是将进行过局部重力和地形资料改善后的局域重力大地水准面和局域GPS水准网联合平差,将缺乏坐标框架含义而分辨率较高的重力大地水准面和有严格坐标框架定义的高精度GPS水准大地水准面结合起来相互取长补短。由于重力似大地水准面与GPS水准这两者存在着各种误差,如重力数据误差和地球重力场模型引起的似大地水准面误差、GPS测量误差、水准测量误差等,所以两种大地水准面存在着一定的垂向偏差和水平倾斜差异。因此,应该将两种似大地水准面差异通过利用某种数学或物理方法消除或减弱。先进的计算方法可以正确有效地利用不同类型的重力场相关信息和数据,但似大地水准面计算最终成果的分辨率和精度主要取决于数据的质量、分辨率和精度。广州市似大地水准面精化项目在精确获取GPS水准资料的基础上,进行了水准面的精化确定计算工作。精化处理中采用广州市及毗邻区域的5621个高精度点重力数据和144个高精度GPS水准资料。格网重力异常的内插和推估是在美国宇航局3″×3″高分辨率SRTM数值地面模型和2″×2″分辨率海底地形资料DTM2000基础上,利用地形均衡归算通过移去2还原原理进行计算的。针对广州市陆海相接的特点,在地形改正的计算中采用了严密的陆海统一算法,以确保沿海地区重力似大地水准面的精度。格网空间重力异常的计算采用点均衡重力异常,点重力值上的空间改正和布格改正均由重力点上的高程计算,地形改正和均衡改正是由1维FFT技术计算得出的3″×3″地形改正结果利用Shepard曲面内插方法得到的。在此基础上,采用了陆地2′30″格网空间重力异常作为输入数据,以EGM96模型作为参考重力场模型,并由Faye异常计算Molodenskii解的1维Stokes卷积公式计算出广州市重力似大地水准面。由于重力似大地水准面与GPS水准似大地水准面之间客观存在着垂向偏差和水平倾斜差异[5],我们在两个水准面的拟合中采用了球冠谐方法。球冠谐系数能以较高精度和高分辨率给出大地水准面高程,在谱域中揭示局部重力场的精细谱结构。这一局部重力场逼近的新概念和新方法可以克服经典空域离散积分公式的局限性,大幅度提高局部重力场的计算效率和理论的严密性。拟合前差异最大值和最小值分别为0.059m和-0.076m;拟合之后的最大值和最小值分别降为0.029m和-0.026m,且其中误差优于±1cm。可以看出,球冠谐分析方法有效地消除了水准面之间的残存系统误差。(下转第32页)522007年　第1期 测　绘　通　报 为了满足不同用户的使用,CORS系统应当选择多系统兼容的接收机,以满足当前乃至今后相当长一段时期内的使用。2.提高服务的连续性和稳定性。众所周知,除了我国自主建设的北斗导航系统之外,其余三种全球卫星导航定位系统的使用均取决于其他国家的一些政策,并在某些方面受到限制。当今国际政治形势仍然存在一些不确定因素,在某些极端情况下不排除某一方降低系统精度或暂时中止定位服务的可能性。考虑到CORS系统不会因此而完全丧失功能,选用兼容接收机将是惟一的出路,以此确保在上述场合下系统仍能发挥部分作用,向用户提供各项服务。3.解决城市等高遮蔽地区的使用问题。该点尤其值得关注,这是因为目前为普通公众提供服务的已建或待建的CORS系统大多数还是针对城市及其周边地区的测量、导航用户,在这些地区要么城市建筑物比较密集,要么在建设“绿色城市”的目标下树木葱郁,使用单一的GPS系统进行作业时,受到可用卫星不足的局限性较大,导致无法定位或结果精度和可靠性较差,若参考站系统和终端用户都使用兼容接收机则可在很大程度上解决这类问题。 六、结束语随着GPS的现代化、GLONASS系统的恢复与完善以及GALILEO系统的即将建成,未来的卫星导航定位系统将是一个多系统构成的大系统,高效、可靠安全的导航定位将是用户追求的目标,GNSS接收机也将成为市场的最佳选择。CORS系统作为一项重要的基础设施服务于使用卫星导航定位系统的终端用户,对整个系统的服务内容、服务期限和服务可靠性都有较高的要求,需要考虑到各种不同层面的用户和相当长一段时期内的应用。在当前,恰值早期部分CORS系统的接收机即将处于更新换代或扩容的时期,以及为数可观的一些城市迫切想建设服务当地的CORS系统的决策期,我们认为必须抓住这个机遇,在这些参考站系统上采用多系统的兼容接收机,实现向将来多系统导航定位CORS系统的“无缝过渡”。 参考文献:[1]　ingGLONASSinCombinedGNSSReceivers:CurrentStatus[EB/OL].,2006201204.[2]　GALILEOOSSISICDDraft0[EB/OL].http:∥,2006205204.[3]　刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.[4]　丁　辰,李　纬,过静王君,等.GALILEO全球卫星导航系统的体系结构[J].全球定位系统,2003,(4).[5]　岳晓奎,袁建平.GALILEO系统的特点分析[J].全球定位系统,2004,(2).[6]　施一民.现代大地控制测量[M].北京:测绘出版社,2003.

高精度海域似大地水准面模型的建立

高精度海域似大地水准面模型的建立

高精度海域似大地水准面模型的建立

刘立;张乙志;温旭;李凉;初理伟

【摘 要】建立高分辨率、高精度的区域似大地水准面已成为信息化测绘体系建设、数字城市建设所必需的基本条件,尤其在地形图测绘、海洋调查等方面,对厘米级似大地水准面的需求十分迫切.本文基于新理论计算方法、重力场模型和融合技术建立高精度海域似大地水准面模型,厘米级的海域似大地水准面模型的建立对沿海地区快速获取高程信息很有意义,弥补了海域的空白.

【期刊名称】《全球定位系统》

【年(卷),期】2017(042)003

【总页数】3页(P70-72)

【关键词】似大地水准面;高精度;重力场模型

【作 者】刘立;张乙志;温旭;李凉;初理伟

【作者单位】浙江省第一测绘院,浙江杭州310012;浙江省第一测绘院,浙江杭州310012;浙江省第一测绘院,浙江杭州310012;浙江省测绘质量监督检验站,浙江杭州310012;浙江省第一测绘院,浙江杭州310012

【正文语种】中 文

【中图分类】P228.4

随着测绘科技的发展,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。GNSS定位技术由于其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等特点,已经成为人们获取有关空间位置的一种重要手段。尽管GNSS技术可以获得所测点位的高精度三维空间坐标,但由于缺少相应精度和高分辨率的似大地水准面模型,致使GNSS所测得的大地高转换为海拔高时精度损失严重,未能获取相应精度的水准高(海拔高)。因此,建立区域性高分辨率、高精度的似大地水准面模型就变得迫切重要[1-2]。高精度海域似大地水准面模型的建立便于沿海和海岛地区实现由卫星定位直接获取海拔高,提高了工作效率,降低了工作成本。采用格网高程数据、重力观测数据和地球重力场模型,利用新理论计算方法、重力场模型和球冠谐融合技术可以建立高精度海域似大地水准面模型,其中常用的地球重力场模型有:WDM94、EGM96、EIG01C、EIG03C、EIG04C、GGM02C和EGM2008等[3]。

基于EGM2008模型的小区域似大地水准面模型构建与优化

基于EGM2008模型的小区域似大地水准面模型构建与优化

基于EGM2008模型的小区域似大地水准面模型构建与优化

摘要：本文阐述利用EGM2008模型构建优化区域似大地水准面，利用EGM2008的2190高阶模型，结合区域已知水准成果，进行模型的拟合优化，针对模型误差较大的区域，进行实地几何水准测量，改善误差较大区域的水准成果。利用EGM2008模型构建的正常高成果精度为±13.7cm，利用水准改进的2次模型优化，正常高成果精度为±4.8cm，满足一般工程测量的应用。

关键字：EGM2008； 似大地水准面； 模型优化； 高程异常

Abstract: this paper using EGM2008 model building optimization area like the

geoid, the use of EGM2008 2190 high order model, in combination with regional

known level results, the fitting model optimization, in view of the model error larger

area, field geometry level measurement, improve the level of the large area error

results. EGM2008 model is built using the normal GaoChengGuo accuracy of +

/-13.7 cm, use level improvement 2 times model optimization, normal GaoChengGuo

accuracy of + /-4.8 cm, meet general engineering measurement applications.

Keyword: EGM2008; Like the geoid; Model optimization; Abnormal height

基于现势性数据的局部似大地水准面更新技术研究

基于现势性数据的局部似大地水准面更新技术研究

１０２　测绘第３５卷第３期２０１２年６月　

基于现势性数据的局部似大地水准面　

更新技术研究　

李冲　。余银普　

（１．武汉大学测绘学院，湖北武汉４３００７９；２．四川Ｉ省测绘产品质量监督检验站，四川成都６１　００４１）　

［摘要］由于构建年代数据精度及密度不足，我国部分区域的似大地水准面精度较低，随着近几年经济的快速　

发展，局部地区已经建立了更高精度、更高覆盖率的大地测量控制网。本文详细介绍了如何运用这些新的大地　

测量数据进行大地水准面模型局部更新的思路和方法，并对更新的数学模型进行了讨论，最后通过算例验证了　

该方法的可行性。　

［关键词］大地水准面；现势性数据；更新；最小二乘配置　

［中图分类号］Ｐ２２３　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７４—５０１９（２０１２）０３—０１０２—０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｒｅｇｉｏｎａｌ　Ｇｅｏｉｄ　Ｕｐｄａｔｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｏｎ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｄａｔａ　

Ｌ１Ｃｈｏｎｇ　ＹＵＹｉｎ－ｐｕ　

１　引言　

区域似大地水准面精化工作正在我国全面开　

展，国家测绘局２００３年起至今先后完成了近２０个　

省（区）、市的似大地水准面精化工作。在此期间，　

广东、广西、青海等省（区），武汉、东莞等城市也　

进行了区域大地水准面精化。由于我国不同区域经　

济发展水平悬殊，测绘资料的完整性和精度在不同　

区域有很大差异，这就导致不同区域的大地水准面　

精化精度参差不齐，部分地区尤其是西部地区仍停　

留在分米级水平…　。然而，随着近几年我国经济的　

快速发展，国家对测绘工作的投入力度不断加大，　

高精度、高覆盖率的现代大地基准正不断完善，高　

精度、高分辨率的数字高程模型正不断更新，而且　

不同地区受国家政策的影响发展水平相对较快，测　

量数据的完善性更好，其对大地水准面的精度要求　

也更高，如何应用现势性的大地测量数据对以往建　

立的区域似大地水准面模型进行更新，以提高其精　

度及应用价值是值得深入研究的问题。　

２　区域似大地水准面的构建方法及误差分析