探究某市某市区域化大地水准面精化探析

摘要：利用重力场模型、数字高程模型、水准测量成果和GPS(全球定位系统)技术，采用重力法与移去—恢复技术，分析和研究了某市城市区±2 cm大地水准面精化获取的技术和方法。并对获取的±2 cm似大地水准面进行了精度评定。
关键词：大地水准面；精化；重力场；GPS
Abstract: The use of grity model, digital elevation model, leveling and GPS (Global Positioning System) technology, using the grity method and the remove-restore technique, technology and methods of analysis and research of the city zone of ± 2 cm geoid acquisition. And access to the ± 2 cm geoid accuracy assesent was carried out.
Keywords: geoid refinement; grity field; GPS;
2095-2104（2012）

1 水准面精化的意义

采用GPS技术可同时测得控制点的三维坐标，即控制点的平面坐标和大地高，由于大地高（几何量）与我 国采用的高程系统 (正常高 系统 和物 理量 )不一致，采用GPS技术测得的大地高这个重要 资源往往被浪费。如果我们能够采用物理大地测量方法精确求得同一点的大地高与正常高的差值，即(似)大地水准面差距，GPS测得的大地高便能转换为正常高，从而使采用GPS技术测得的大地高这个重要资源能够被充分利用，真正解决利用 GPS技术测定正常高，实现利用GPS测量手段代替三角(导线)测量和低精度的水准测量或三角高程测量。
目前，我国各省市级大地水准面精化也取得了很大进展，典型代表有：江苏省似大地水准面模型分辨率为2．5′×2．5′，精度为±7.8 cm；青岛市似大地水准面的分辨率为2.5′×2.5′，精度优于±1．5 cm。东莞2005年完成了精度为±6.0 mm的城市似大地水准面模型，可以满足用GPS方法进行二等水准测量要求，是我国当前精度最高的城市似大地水准面模型之

一、也标志着我国城市似大地水准面确定已经进入1cm精度时代。

2某市区域大地水准面精化
为满足某市的城市建设和规划发展的需要，利用该市区域的加密重力资料、数字高程模型、二等水准测量成果、全球参考重力场模型等资料，在城市区建立

2.5′×5′分辨率，精度为±2 cm的似大地水准面精化模型。

2.1参考基准和已有资料的利用情况

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。

2.

1.1参考基准

某市大地水准面参考基准（如表l） 地心坐标系统高程系统重力基准似大地水准面起算面
2000国家大地坐标系1985国家高程基准2000国家重力基准2000国家大地坐标系参考椭球
2.

1.2重力资料

测区内已有重力点成果

1.9万多点，作为似大地水准面精化的已知重力数据，测区内重力加密点分布如图1所示。

图l 测区内重力加密点分布图
2.

1.3 GPS水准资料

通过对似大地水准面精化区域高等级的GPS成果和水准测量成果资料收集，共收集到可利用的GPS水准点136个。

2.2重力场模型

全球较高阶次的全球参考重力场模型有武汉大学的高阶重力场模型(WDM94)、中国科学院测量与地球物理研究所的高阶重力场模型(IGG05B)和美国最新的高阶重力场模型(EGM2008)。本项目分别采用上述三种重力场模型单独计算，最终选用与GPS水准符合最好的重力场模型。

2.3 大地水准面精化的技术流程

利用某市城市区内的重力测量资料、3″×3″分辨率数字高程模型、重力场模型(WDM94、EGM2008、IGG05B)，以及水准测量成果和GPS成果，采用重力法(Molodensky原理)与移去一恢复技术，确定分辨率为

2.5′×5 ′、精度为±2 cm的似大地水准面精化。其技术流程如图2所示。

图2 区域似大地水准面精化技术流程图

3 某市城市区大地水准面的确定

3.1格网平均重力异常的计算

(1)利用数字地形模型完成3″×3″格网点的层间改正、局部地形改正和均衡改正的计算；
(2)完成离散点重力观测值的布格、均衡异常归算；
(3)利用离散点的均衡重力异常值作为已知值，采用线性移动拟合法计算30″×30″格网点的均衡异常；
(4)由30″×30″格网点的均衡异常恢复30″×30″格网点的空间异常；
(5)由30″×30″格网点的空间异常，计算

2.5′×5 ′格网平均空间异常。

3.2利用参考重力场模型计算模型重力异常和模型

似大地水准面计算中分别选用2 160阶次的EGM2008模型、360阶次IGG05B模型和WDM94模型作为参考重力场模型，分别单独计算2.5′×2.5 ′格网模型重力异常和2.5′×2.5 ′格网模型似大地水准面，最终选用与GPS水准符合最好的重力场模型。

3.3剩余法耶异常计算

利用实测重力成果等资料计算的平均空间异常与模型平均空间异常及地形改正计算剩余法耶异常，采用剩余法耶异常作为计算区域承力似大地水准面的基础数据。

3.4重力似大地水准面计算和重力场模型的最终确定

采用重力法及移去一恢复技术计算区域重力似大地水准面时，参考重力场模型的阶次和积分半径大小对似大地水准面的计算精度有着重要影响。为此，采用Molodensky公式，对3种参考重力场模型，选择从0km-150 km的积分半径(0km-100 km按5km间隔，100 km-150 km按10 km间隔)进行区域重力似大地水准面的试算。分析可知该区域采用EGM2008参考重力场模型计算的重力似大地水准面模型与GPS水准的符合性较好。采用EGM2008模型和不同积分半径所确定的重力似大地水准面中，20 km积分半径计算的重力似大地水准面精度最高。

4 精度评定

精度统计数据见表2，某市区域似大地水准面模型GPS水准点实测高程异常与采用该市区域似大地水准面模型拟合计算的高程异常值符合程度为±

1.4cm。

表2 GPS水准点高程异常实测值与拟合值残差统计表(单位／m)

需要注意的是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。
5结论
某市城市区通过建立±2.5cm级精度的似大地水准面的精化，实现了利用GPS测量技术在获取高精度平面位置的同时，也测得该点的水准高。实现了用GPS测量手段代替三角(导线)测量和低精度的水准测量或三角高程测量，充分发挥了GPS高精度、低成本、灵活快速等特点，大幅度减少了外业工作量并降低生产成本。
参考文献
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摘自：本科毕业论文致谢www.udooo.com