淺談似大地水準(zhǔn)面精化的方法

邵德鑫 周海濤 王波

摘要：大地水準(zhǔn)面或似大地水準(zhǔn)面是獲取地理空間信息的高程基準(zhǔn)面,在高精度、高分辨率(似)大地水準(zhǔn)面模型的支持下,利用GPS技術(shù)可以直接測(cè)定正高或正常高,從而取代傳統(tǒng)復(fù)雜的水準(zhǔn)測(cè)量方法,使得平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)分離的傳統(tǒng)大地測(cè)量模式成為歷史。因此,精化大地水準(zhǔn)面是一個(gè)國家或地區(qū)建立現(xiàn)代高程基準(zhǔn)的主要任務(wù)之一。

關(guān)鍵詞：似大地水準(zhǔn)面；精化

Abstract: the geoid or like the geoid is geographic space information for the elevation datum, in high precision, high resolution (like) the geoid model, with the support of using GPS technology can be determined directly ZhengGao or normal high, can replace the traditional complex level measurement method, and makes the plane control nets and elevation control network of traditional land measurement separation mode become history. Therefore, refining geoid face is a country or region to establish a modern elevation is one of the main tasks of the benchmark.

Keywords: like the geoid; Refine the

1、大地水準(zhǔn)面的概念

大地水準(zhǔn)面是指與全球平均海平面（或靜止海水面）相重合的水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是描述地球形狀的一個(gè)重要物理參考面，也是海拔高程系統(tǒng)的起算面。由靜止海水面并向大陸延伸所形成的不規(guī)則的封閉曲面。它是重力等位面，即物體沿該面運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力不做功。

2、似大地水準(zhǔn)面的概念

從地面點(diǎn)沿正常重力線量取正常高所得端點(diǎn)構(gòu)成的封閉曲面。似大地水準(zhǔn)面嚴(yán)格說不是水準(zhǔn)面，但接近于水準(zhǔn)面，只是用于計(jì)算的輔助面。它與大地水準(zhǔn)面不完全吻合，差值為正常高與正高之差。但在海洋面上時(shí)，似大地水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面重合。

3、為什么進(jìn)行似大地水準(zhǔn)面精化

精確求定區(qū)域大地水準(zhǔn)面是大地測(cè)量學(xué)的一項(xiàng)重要科學(xué)目標(biāo)，也是一個(gè)極具實(shí)用價(jià)值的工程任務(wù)。厘米級(jí)似大地水準(zhǔn)面是現(xiàn)代測(cè)繪，尤其是空間技術(shù)和信息化服務(wù)所必需的基本數(shù)據(jù)。結(jié)合高精度C級(jí)GPS網(wǎng)建立似大地水準(zhǔn)面，不僅可以建立與國家大地測(cè)量坐標(biāo)相一致的精確的區(qū)域大地測(cè)量平面控制框架，而且可以快速地獲取地面點(diǎn)的高程，將極大地改善傳統(tǒng)高程測(cè)量作業(yè)模式，可以取代傳統(tǒng)的四等水淮測(cè)量方法測(cè)定正高或正常高，真正實(shí)現(xiàn)GPS技術(shù)對(duì)幾何和物理意義上的三維定位功能。

4、似大地水準(zhǔn)面精化的方法

4.1資料收集與分析

收集測(cè)區(qū)內(nèi)的一二三等水準(zhǔn)及重力資料。周邊地區(qū)的加密重力測(cè)量資料及測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的30"×30" DEM與2.5×2.5格網(wǎng)平均高程資料，作為似大地水準(zhǔn)面精化的已知數(shù)據(jù)。

4.2基準(zhǔn)的選取，包括空間基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn)。

4.3進(jìn)行GPS點(diǎn)/水準(zhǔn)點(diǎn)/重力點(diǎn)聯(lián)測(cè)布網(wǎng)

1)在區(qū)域布設(shè)的所有GPS基準(zhǔn)點(diǎn)、水準(zhǔn)線路等，必須進(jìn)行統(tǒng)一的平差數(shù)據(jù)處理，做到基準(zhǔn)一致、精度均勻可靠。

2)GPS點(diǎn)布設(shè)盡量重合已有的國家控制點(diǎn)和地方控制點(diǎn)，有利于求取國家坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換關(guān)系

3)區(qū)域內(nèi)所有GPS CORS基準(zhǔn)站都聯(lián)測(cè)一、二等精密水準(zhǔn)。

4) 在區(qū)域布設(shè)的B級(jí)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)，并聯(lián)測(cè)二、三等精密水準(zhǔn)。

6) 充分利用已有的重力資料，GPS與水準(zhǔn)點(diǎn)重合，平均4到5公里布設(shè)一個(gè)點(diǎn)重力點(diǎn)布設(shè)規(guī)則：在重力資料不足的地方，按照平均1平方公里布設(shè)一個(gè)重力點(diǎn)原則實(shí)施。

4.4外業(yè)數(shù)據(jù)采集：對(duì)已布設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)和重力點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，經(jīng)平差后上交內(nèi)業(yè)。

4.5大地水準(zhǔn)面的計(jì)算

1) 地面重力觀測(cè)值的歸算

2) 推估內(nèi)插形成格網(wǎng)地形均衡異常

3) 利用DTM恢復(fù)格網(wǎng)平均空間重力異常

4) 移去位模型重力異常生成殘差空間異常和殘差法耶異常

5) 計(jì)算格網(wǎng)殘差重力大地水準(zhǔn)面高與殘差高程異常

6) 由位模型值恢復(fù)重力大地水準(zhǔn)面高和高程異常

重力似大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)似大地水準(zhǔn)面的符合

4.6似大地水準(zhǔn)面精化的檢核

內(nèi)符合精度

利用GPS/水準(zhǔn)點(diǎn)成果同最終確定的似大地水準(zhǔn)面的殘差值作檢驗(yàn)。分別使用WDM94模型、EGM96模型，計(jì)算殘差的最大值、平均差值、中誤差。

1) 外符合精度

采用空點(diǎn)法完成對(duì)似大地水準(zhǔn)面外符合精度的檢驗(yàn)。該方法為：按分區(qū)對(duì)各區(qū)內(nèi)的GPS/水準(zhǔn)點(diǎn)均勻空出一部分點(diǎn)，用其余的點(diǎn)和重力（似）大地水準(zhǔn)面所確定的糾正后的似大地水準(zhǔn)面來推估所空出點(diǎn)的正常高（推估值）。由于推估值與直接水準(zhǔn)測(cè)得的正常高完全獨(dú)立，用其差值可衡量外符合精度。分別使用WDM94模型、EGM96模型，計(jì)算外檢驗(yàn)不符值的最大值、平均差值、中誤差。中誤差代表似大地水準(zhǔn)面精度。此外也可新布水準(zhǔn)線路，通過GPS觀測(cè)得到新布水準(zhǔn)點(diǎn)的大地高，再利用似大地水準(zhǔn)面精化軟件求取測(cè)點(diǎn)的正常高，將該值與直接水準(zhǔn)成果進(jìn)行比較即可反映該點(diǎn)的外符合精度。

5、似大地水準(zhǔn)面精化應(yīng)用

似大地水準(zhǔn)面精化，將為該地區(qū)的基礎(chǔ)測(cè)繪、數(shù)字中國地理空間基礎(chǔ)框架、區(qū)域沉降監(jiān)測(cè)、環(huán)境預(yù)報(bào)與防災(zāi)減災(zāi)、國防建設(shè)、海洋科學(xué)、氣象預(yù)報(bào)、地學(xué)研究、交通、水利、電力等多學(xué)科研究與應(yīng)用提供必要的測(cè)繪服務(wù)，具有重大的科學(xué)意義。 近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)及中、小城市，在地形圖測(cè)繪方面，對(duì)厘米級(jí)似大地水準(zhǔn)面的需求十分迫切。高精度的似大地水準(zhǔn)面結(jié)合GPS定位技術(shù)所獲得的三維坐標(biāo)中的大地高分離求解正常高，可以改變傳統(tǒng)高程測(cè)量作業(yè)模式，滿足1：1萬、1：5000甚至更大比例尺測(cè)圖的迫切需要，加快數(shù)字中國、數(shù)字區(qū)域、數(shù)字城市等的建設(shè)，不但節(jié)約大量人力物力，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有特別重要的科學(xué)意義和社會(huì)效益。

[1] .劉大杰,施一民.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理. 同濟(jì)大學(xué)出版社

[2] .區(qū)域大地水準(zhǔn)面精化的作用。中國測(cè)繪報(bào)2005.9.