似大地水準(zhǔn)面的精化

如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！摘要隨著科技的進(jìn)步及城市測量基準(zhǔn)的發(fā)展，高分辨率、高精度的城市級似大地水準(zhǔn)面已成為現(xiàn)代測繪發(fā)展，尤其是信息化城市所必需的基本條件。利用GPS定位技術(shù)以及現(xiàn)代地球重力場的確定理論和方法，來建立好精度、高分辨率的區(qū)域似大地水準(zhǔn)面，具有特別重大的科學(xué)意義、社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。S中的應(yīng)用，將常規(guī)的幾何擬合法分為函數(shù)模型法、統(tǒng)計(jì)模型法、綜合模型法三大類，詳細(xì)介紹了他們的原理與特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上去一擬合一恢復(fù)法精化大地水準(zhǔn)面的理論與實(shí)施步驟。GPS。S如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！ABSTRACTcombinedwithhighlevelofGPSdata,fromtherecoveryacttog如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！ M 如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！ 如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！第一章緒論造成數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi),如果我們能夠采用物理大地測量方法精確得空間信息的高程基準(zhǔn)面。為此，目前包括我國在內(nèi)的國際大地測高分辨率、高精度似大地水準(zhǔn)面或大地水準(zhǔn)面的建立。1.1.1大地水準(zhǔn)面似大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)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)動時(shí)，重力不做功(如水在這個(gè)面上是不會流動的)。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。大地水準(zhǔn)面的確定是通過確定它與參考橢球面的間距--大地水準(zhǔn)面差距(對于似大地水準(zhǔn)面而言，則稱為高程異常)來實(shí)現(xiàn)的。似大地水準(zhǔn)面從地面點(diǎn)沿正常重力線量取正常高所得端點(diǎn)構(gòu)成的封閉曲不完全吻合，差值為正常高與水準(zhǔn)面重合。如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！1.1.2研究的目的及意義似大地水準(zhǔn)面是獲取地理空間信息的高程基準(zhǔn)面；高精度似大地水準(zhǔn)面是研究海洋動力環(huán)境和海洋地球物理、地球動力學(xué)等準(zhǔn)面模型，可以取代傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量方法測定正高或正常高，真高精度、高分辨率的似大地水準(zhǔn)而及其變化不僅為測繪學(xué)、地球物理、地球動力學(xué)、海洋學(xué)等地球科學(xué)的研究與基礎(chǔ)工程建設(shè)應(yīng)用提供基礎(chǔ)地球空問信息，而且也是當(dāng)今構(gòu)建數(shù)字中同必不可少的基礎(chǔ)信息之一。大地水準(zhǔn)面(或似大地水準(zhǔn)面)是獲取地理空問信息的高程基準(zhǔn)面，似大地水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面在海洋上完全重合，而在大陸平原地區(qū)也幾乎重合，在山區(qū)有2m~4rn的水準(zhǔn)面，但它可以嚴(yán)密的解決的問題。過去一個(gè)國家或地區(qū)的局部高程基準(zhǔn)面通常是由該國或地區(qū)多年的驗(yàn)潮站資料確定的當(dāng)?shù)氐钠骄Ｆ矫?。我國的高程基?zhǔn)采用的是正常高系統(tǒng)，而正常高系統(tǒng)就是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系。建立一個(gè)高精度、三維、動態(tài)、多功能的國家空間坐標(biāo)GPS、水準(zhǔn)、重力等綜合技術(shù)精化的高精度、高分辨率似大地水準(zhǔn)面。該框架工程的建成，將為基礎(chǔ)測繪、數(shù)字中國地理空間基礎(chǔ)框架、區(qū)域沉降監(jiān)測、環(huán)境預(yù)報(bào)與防災(zāi)減災(zāi)、國防建設(shè)、研究與應(yīng)用提供必要的測繪服務(wù)，具有重大的科學(xué)意義。精化大地水準(zhǔn)面對于測繪工作有重要意義：首先，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。其次，GPS(全球定位系統(tǒng))技術(shù)結(jié)合高精度高分辨率大地水準(zhǔn)面模型，可以取代傳統(tǒng)的水淮測量方法測定正高或正常高，真正實(shí)現(xiàn)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！GPS技術(shù)對幾何和物理意義上的三維定位功能。再次，在現(xiàn)今GPS定位時(shí)代，精化區(qū)域性大地水準(zhǔn)面和建立新一代傳統(tǒng)的國家或區(qū)域性高程控制網(wǎng)同等重要，也是一個(gè)國家或地區(qū)建立現(xiàn)代高程基準(zhǔn)的主要任務(wù)，以此滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)地學(xué)研究的需要。近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)及中、小城市，在地形圖測繪方面，對厘米級似大地水準(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)高程測量作業(yè)模式，滿足1：1萬、1：5000甚至更大比例尺測圖的迫切需要，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)意義和社會效1.2.1國外研究現(xiàn)狀精化大地水準(zhǔn)面是局部重力場逼近的長期目標(biāo)，也是大地測量應(yīng)用本身及研究活動構(gòu)造帶地殼運(yùn)動和時(shí)變重力場效應(yīng)的需要。IAG(國際大地測量協(xié)會)特別研究組就致力于研究確定陸地和海洋大地水準(zhǔn)面的理論和方法。90年代以來，世界各國和地區(qū)在研究方面，有了很大發(fā)展，分辨率，它的廣泛應(yīng)用和科學(xué)價(jià)值是其迅速發(fā)展的推動力，下面簡單介紹這些發(fā)達(dá)地區(qū)和國家在大地水準(zhǔn)概況：如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！形數(shù)據(jù)被處理為7.5'×7.5'格網(wǎng)數(shù)據(jù)。從1994年開始，先后推出如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！分辨率優(yōu)于l0km，殘差重力異常用快速最小二乘推估法形成域大地水準(zhǔn)面模型，三個(gè)模型計(jì)算方法基本相同。現(xiàn)行高程基準(zhǔn)毫伽；DTM來自由1：25萬地形圖產(chǎn)生的30″點(diǎn)地形數(shù)據(jù)庫重力場信息和現(xiàn)有全球測量數(shù)據(jù)所計(jì)算出來的高精度全球重力場模型，其絕對精度在美國本土，如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！重力數(shù)據(jù)歸算過程首先是移去大地水準(zhǔn)面全部地形質(zhì)量(滿足smokes理論要求)，地形質(zhì)量的恢復(fù)采用Helmert(赫爾默特)的質(zhì)量凝聚法，將移去的質(zhì)量壓縮到大地水準(zhǔn)面上形成的一游層，去對應(yīng)橢球面上的正常重力值，將位模型重力異常值從Δg"中移去，用最小二乘配置法將所得的殘差重力異常點(diǎn)值格網(wǎng)化，再按型大地水準(zhǔn)面高．與殘差大地水準(zhǔn)面高之和，再加上地形移去和恢復(fù)產(chǎn)生的間接影響。將重力大地水準(zhǔn)面和GPS水準(zhǔn)幾何大地水準(zhǔn)面擬合后，經(jīng)分析表明GSD95在幾十公里距離上具有±5cm~1.2.2國內(nèi)的研究現(xiàn)狀我國似大地水準(zhǔn)面的確定經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展過程，自目前,我國新一代似大地水準(zhǔn)面CQG2000的重要基礎(chǔ)是由程異常網(wǎng)的主要目的是在全國大跨度高精度傳遞高程異常，以減少誤差積累。HACN2000的另一部分為B級高程異常控制網(wǎng)(用如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！面允分利用了我國現(xiàn)有的高精度GPS水準(zhǔn)網(wǎng)成果和全同重力資面模型，這將為我國轉(zhuǎn)變商程測量技術(shù)模式打下初步基礎(chǔ)，并可望產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì),在測繪生產(chǎn)中將會得到較廣泛的應(yīng)用。目前，我國部分城市和區(qū)域竟相開展了區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的域似大地水準(zhǔn)面達(dá)到厘米級的精度，確立了高精度的三維空間框架和坐標(biāo)基準(zhǔn)，為我國的社會建設(shè)提供了巨大的幫助。青海柴達(dá)木盆地似大地水準(zhǔn)面計(jì)算的1.5′×1.5′格網(wǎng)似大地水準(zhǔn)面如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！制網(wǎng)基礎(chǔ)上、以三等水準(zhǔn)聯(lián)測進(jìn)行區(qū)域似大地水準(zhǔn)面確定，其精個(gè)重力數(shù)據(jù)和高精度62個(gè)GPS水準(zhǔn)資料，以地球重力場模型EGM和我國新一代似大地水準(zhǔn)面CQG2000的成功研制是我國精化 (似)大地水準(zhǔn)面的一個(gè)階段性進(jìn)展，同時(shí)也在全國范圍內(nèi)的地區(qū)慢慢普及應(yīng)用,其分辨率和精度也達(dá)到了一個(gè)新的水平，但是對是目前一個(gè)迫切需要解決的問題，也是本文研究的主要內(nèi)容。綜上所述,似大地水準(zhǔn)面的精化已經(jīng)是大勢所趨,勢在必行,但似大地水準(zhǔn)面的精化是一項(xiàng)長期、艱巨而緊迫的任務(wù).為此本文研第一章首先介紹了本文的研究背景(引言),國內(nèi)外的似大地水我國似大地水準(zhǔn)面存在的主要問題,從而導(dǎo)出本文的主要研究內(nèi)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！第二章主要探討城市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化的誤差來源，目的在于分析各種誤差對區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的影響，以便在設(shè)計(jì)城市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精度時(shí)對相應(yīng)數(shù)據(jù)的精度和分辨率提出要第三章主要介紹了利用GPS水準(zhǔn)數(shù)據(jù)來精化城市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的各種方法，以及結(jié)合重力場模型和地形數(shù)據(jù)的移去恢復(fù)第四章主要介紹了結(jié)合CQG2000精化區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的思高分辨率及能夠反映我國城市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面起伏的整體趨勢，借鑒移去恢復(fù)法的思想，結(jié)合GPS水準(zhǔn)高精度的特性，采用合理數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的最佳逼近。本文第五章是對全文的一個(gè)概括和總結(jié),并對以后的研究表達(dá)個(gè)人的一些建議。如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！第二章城市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化的誤差分析GPS測高是以橢球面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)，常規(guī)測量所說的高程是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。兩者采用的是完全不同的兩種參考面，因此有必要在研究精化區(qū)域似大地水準(zhǔn)面方法之前了解幾個(gè)不同的高程系統(tǒng)及與高程相關(guān)的參考面：參考橢球面、大地水準(zhǔn)面、似大地水準(zhǔn)面等的定義及其相互關(guān)系。似大地水準(zhǔn)DTM而各種數(shù)據(jù)及模型存在這樣或那樣的誤差，這樣就直接或間接地構(gòu)成了似大地水準(zhǔn)面精化的誤差來源。本章由各種起算面間的相互關(guān)系開始，繼而對似大地水準(zhǔn)面精化的各種誤差來源進(jìn)行探討，并在此基礎(chǔ)上就各種誤差對似大地水準(zhǔn)面精度的影響2.1.1參考橢球面、大地高系統(tǒng)與大地高大地水準(zhǔn)而是與平均海平而最密合的一個(gè)水準(zhǔn)面，由于地球表而的起伏不平，內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，使得地面上各點(diǎn)所受引從而引起地而各點(diǎn)鉛垂線方向發(fā)生不鉛垂線正交的大地水準(zhǔn)面就成為一個(gè)不面雖具有明顯的物理意義，但不是一個(gè)數(shù)地面上的測量結(jié)果歸算到大地水準(zhǔn)面上進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，為明確地表示地面點(diǎn)的水平和垂直位置并達(dá)到有和大地水準(zhǔn)面非常相近，如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！同時(shí)又可用簡單數(shù)學(xué)公式表達(dá)的幾何形體米代替大地水準(zhǔn)面。在測量上選用了橢球繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的參考旋轉(zhuǎn)橢球面來近似大地水準(zhǔn)面，同時(shí)它也是測量計(jì)算和繪圖的基準(zhǔn)面。大地高系統(tǒng)足以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。地面上某點(diǎn)的大地高足該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的參考橢球的法線與參考橢球面的交點(diǎn)間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號值表示。大地高是一個(gè)純幾何量，不具有物理意義，同一個(gè)點(diǎn)，在不同的基準(zhǔn)參考橢球下，如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！2.1.2大地水準(zhǔn)面、正高系統(tǒng)與正高大地水準(zhǔn)面是設(shè)想與平均海水面相重合，不受潮汐、風(fēng)浪及大氣壓變化影響,并延伸到大陸下面且處處與鉛垂線相垂直的一個(gè)水準(zhǔn)面，其也是大地測量中一個(gè)不可缺少的參考基準(zhǔn)面。大地測量的一個(gè)重要任務(wù)就是確定地球形狀，而大地水準(zhǔn)面是最能表達(dá)地球形狀的一個(gè)面。從大地測量的實(shí)用角度來說，它又是正高系統(tǒng)的高程基準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是地球重力場中的一個(gè)等位面，它是一個(gè)物理曲面，具有實(shí)際的物理意義，即任意給定一點(diǎn)的重力位值，那么過該點(diǎn)的等位面就唯一確定。大地水準(zhǔn)面是一個(gè)與目前，大地測量學(xué)家趨于用大地水準(zhǔn)(國內(nèi)外高程系統(tǒng)不同)。正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。地面上任意一點(diǎn)的正高是指該點(diǎn)沿鉛垂線方向至大地水準(zhǔn)面的距離，為了區(qū)高與大地高之間的關(guān)系可表示為：2.1.3似大地水準(zhǔn)面、正常高系統(tǒng)與正常高g建議研究與大地水準(zhǔn)面很接近的似大地水準(zhǔn)面，這個(gè)面不需要任何關(guān)于地殼結(jié)構(gòu)方面的假設(shè)便可嚴(yán)密確定。似大地水準(zhǔn)面是地面點(diǎn)沿鉛垂線(或止常重力線)向下量取正常高所得的各端點(diǎn)形成的連續(xù)曲面。在正常重力場和實(shí)際重力場中，似大地水準(zhǔn)面都不是一個(gè)等位面。因此，似大地水準(zhǔn)面僅是描述地球形狀的一個(gè)幾何面，實(shí)際上不具有嚴(yán)格的物理意義。在海洋上，可認(rèn)為大地水準(zhǔn)面與似大地水準(zhǔn)面重合，在平原和山區(qū)，兩者的距離與點(diǎn)的商程有關(guān)。似大地水準(zhǔn)卣盡管不是大地水準(zhǔn)面，但它可以嚴(yán)密地解決關(guān)于研究與地球白然地理形狀有關(guān)的問題。似大地水準(zhǔn)面是正常高系統(tǒng)的高程基準(zhǔn)而，我國85國家高程基準(zhǔn)采用的就是正常高系如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！地表面似大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面橢球面地表面似大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面橢球面面點(diǎn)沿鉛垂線方向至似大地水準(zhǔn)面的距離，地面某點(diǎn)A的正常高(2-2)mrm(2-3)H正常高為更直觀的了解各起算面及其高程系統(tǒng)問的關(guān)系，圖2-1給gg如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！Sh化，其實(shí)質(zhì)是幾何大地測量和物理大地測量成果的綜合運(yùn)用。盡管先進(jìn)的計(jì)算方法可以正確有效地利用不同類型的重力場相關(guān)信息和相關(guān)數(shù)據(jù)，但似大地水準(zhǔn)面計(jì)算的最終成果的精度和分辨率主要取決于起算數(shù)據(jù)的質(zhì)量、精度和最終成果與三個(gè)因素有關(guān)，一GPS水準(zhǔn)網(wǎng)，就其能來說m，實(shí)質(zhì)就是高程異?？刂凭W(wǎng)，類似于平面和高程的大地控制網(wǎng)。高程異?？刂凭W(wǎng)點(diǎn)對布網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的用。一般區(qū)域進(jìn)行似大地水準(zhǔn)面精化時(shí)，對于測區(qū)內(nèi)GPS水準(zhǔn)網(wǎng)中任一個(gè)點(diǎn)，其誤差主要來自兩個(gè)高程誤差為,水準(zhǔn)測定的高程誤差為,由式(2—3)和如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！從平均意義上說和在一個(gè)區(qū)域內(nèi)基本上是一個(gè)固定值，或者從統(tǒng)計(jì)意義上說它是一個(gè)常數(shù)。也就是說一定等級的GPS測量成果和水準(zhǔn)測量成果的單位權(quán)中誤差是在某個(gè)限定的范量誤差每公里為2mm，在不準(zhǔn)點(diǎn)起始點(diǎn)誤差條件下，則有mm。當(dāng)GPS水準(zhǔn)S(km)510152025mG(m).0213.037.042.047mS(m).004.006.008.0091mGS(m).021.031.038.043.048響高程異常的精度，進(jìn)而影響區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的最終精度。因此，在精化區(qū)域似大地水準(zhǔn)面時(shí)，應(yīng)根據(jù)似大地水準(zhǔn)面所要達(dá)到的精度首先對GPS水準(zhǔn)網(wǎng)的精度和分辨率進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2.2重力異常精度和分辨率對高程異常的影響空間重力異常是精化區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的重要信息，其主要gm=m=2SS如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！的高程異常誤差如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！mg的形成規(guī)律，可以從討論推估垂線偏差這樣比較直觀的方若已知點(diǎn)和內(nèi)插點(diǎn)之間的高程異常的變化是線性的，則推估值可以比較準(zhǔn)確得到，這時(shí)推估值的精度也主要由已知點(diǎn)高程實(shí)際上由于所在局部地區(qū)重力場短波(一般情況下，主要由于地形)的擾動，已知點(diǎn)和內(nèi)插點(diǎn)之間的高程異常就存在有非線性變化，從而使內(nèi)插點(diǎn)高程異常推估值的誤差除了已知點(diǎn)的起始數(shù)據(jù)誤差外，還附加了由于局部重力場擾動所引示兩類點(diǎn)間似大擾動對二者所引起的推估誤差插點(diǎn)，d表示GPS水準(zhǔn)網(wǎng)格的分辨率(間距)。AP間的距離為AAdPPAA(2-6)如(2-6)力方向(即垂線方向)改變了σθ：同時(shí)使兩點(diǎn)間的高程異常差值出現(xiàn)非均勻性變化的擾動mg，兩者之間存在的微分關(guān)系式如下:(2-5)md1052p=0.343d.6(2-5)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！式代入式(2-5)后，得到內(nèi)插點(diǎn)高程異常推估中的重力擾動所(2-7)采用格網(wǎng)形式的平均重力異常參加計(jì)算．因此，重力精度主要以代表誤差σg來表示，它與該格網(wǎng)邊長λ(即重力格網(wǎng)分辨率)的關(guān)系式為：(2-8)(2-9)表2-2重力異常誤差及分辨率對高程異常的影響gGPS網(wǎng)格間距gGPS網(wǎng)格間距g平原丘陵51015202530.008.013.017.025.025.038.0345.042.063076g如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！山區(qū)0.0170.0340.050.0670.0840.101由表2-2可知：在異常分辨r率為，GPS水準(zhǔn)分辨率為5km~30km的條件下，由平原至高山區(qū)因重力擾動引起的高程異間距的增大，重力異常分辨率對似大地水準(zhǔn)而精度的影響快速增加。特別在山區(qū)和高山區(qū)，這一趨勢更為明顯。因此，在進(jìn)行區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化時(shí)，尤其存山區(qū)和高山區(qū)應(yīng)嚴(yán)格控制重力異2.2.3DTM精度和分辨率對似大地水準(zhǔn)面的精度的影響高分辨率的DTM包含了地球重力場的高頻信號，是計(jì)算高分辨率高精度似大地水準(zhǔn)面的重要信息D。TM的精度和分辨率對高程異常精度的影響，實(shí)質(zhì)上也是反映局部重力場高階項(xiàng)(或短波)對地形對似大地水準(zhǔn)面的影響與高程的平方項(xiàng)成正比，有誤差傳播定律可得DTM精度對高程異常精度的影響中誤差為：(2-10)地形：精度(m)高程(m)100500100020003000丘陵：8.41如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！13.2369100m~3000m范圍間變化時(shí)，平原地區(qū)至高山地區(qū)因DTM精度在高程相對較低的平原地區(qū)DTM精度對似大地水準(zhǔn)面的影響不大，但在高程較高的復(fù)雜區(qū)域，此種影響在精化厘米級似大地水地形變化越劇烈的地區(qū)，這種影響也越大．因此，對于山區(qū)及高山區(qū)似大地水準(zhǔn)面的計(jì)算應(yīng)盡可能采取較高分辨率的DTM。本章首先簡要介紹了幾種高程基準(zhǔn)的起算面、高程系統(tǒng)及其的精度和分辨率所引起的高程異常誤差在平原至高山地區(qū)對似大并在以上分析基礎(chǔ)上得出如下結(jié)過程中起到精度控制的作用，因此其精度和分辨率是獲取高精度區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的關(guān)鍵。(2)重力異常的分辨率對似大地水準(zhǔn)面精度的影響特別明顯，在山區(qū)此情況尤甚，應(yīng)嚴(yán)格控制其格網(wǎng)間距。準(zhǔn)面有一定影響，地形變化越劇烈的地區(qū)，這種影響也越大，因尤其是在地形復(fù)雜地區(qū)，應(yīng)盡可能的采用高分辨率的DTM。(4)為達(dá)到區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的最終需求精度，在對其進(jìn)行精化工作的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對以上三種數(shù)據(jù)的實(shí)際精度和分辨率提出相應(yīng)的要求，以保證最終成果的精度。如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！固三維空間直角坐標(biāo)系，與之對應(yīng)定義了一個(gè)參考橢球，而參考橢球面與似大地水準(zhǔn)面是兩種不同類型的基準(zhǔn)面。在WGS-84坐信息，致使無法高精度地實(shí)現(xiàn)大地高到水準(zhǔn)高轉(zhuǎn)換。當(dāng)重力資料獲取困難或其分布不均勻且密度不夠時(shí)，可根據(jù)大地高、正常高及高程異常三者之間的幾何關(guān)系，采用GPS水準(zhǔn)幾何法來確定似大地水準(zhǔn)面，就是利用區(qū)域內(nèi)GPS水準(zhǔn)點(diǎn)上高程異常實(shí)現(xiàn)地實(shí)現(xiàn)大地高到水準(zhǔn)高的高精度轉(zhuǎn)換。如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！點(diǎn)，由大地高和高程異常之間的關(guān)系式，采用某種數(shù)值擬合法建立重合點(diǎn)的平面坐標(biāo)與高程異常的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而擬合建立出測區(qū)所在局部區(qū)域的似大水=準(zhǔn)F，+此基礎(chǔ)上可以獲取區(qū)域內(nèi)任函數(shù)模型法、隨機(jī)模型法和綜合模型法。函數(shù)模型法一般可以求定逼近曲面的系統(tǒng)性或某種規(guī)律性趨勢，而統(tǒng)計(jì)模型逼近則求定隨機(jī)性變化，如果將二者結(jié)合起來，有望提高似大地水準(zhǔn)面逼近該模型的特點(diǎn)是對趨勢性變化的擬合效果較好，但是需要合合適的參數(shù)個(gè)數(shù)。如果函數(shù)模型的針對性強(qiáng)，則可烈實(shí)現(xiàn)很好的擬合效果。但函數(shù)模型的形式一旦確定，計(jì)算過程也就相應(yīng)不再變化，這就致使其在逼近曲面時(shí)，不能準(zhǔn)確反映異常位的所有特征，且不具備抗差能力。數(shù)學(xué)原理：通過有限個(gè)觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的限制條件，選定某一特定的函數(shù)進(jìn)行擬合，從而達(dá)到對未知函數(shù)的最佳逼近，然后再利用這個(gè)計(jì)算出來的函數(shù)模型來獲得未知點(diǎn)的函數(shù)值。數(shù)學(xué)模型：(3-1)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！3.1.1平面擬合法3.1.1平面擬合法可以兩者進(jìn)行中心化。當(dāng)已知點(diǎn)多于參數(shù)個(gè)數(shù)時(shí),則有:123456789，，i如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！iiiii這些點(diǎn)的N值，因而也可求得正常高。QQQQ擬合似大地水準(zhǔn)面時(shí)，如果擬合區(qū)域大，高程異常變化復(fù)雜時(shí)，擬合的誤差也越大。而且，隨著多項(xiàng)式階次的不斷增高，所構(gòu)造出的擬合曲面的起伏越大．當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)比較少時(shí)，常常會產(chǎn)生大的3.1.3多面函數(shù)擬合法基本思想是：任何一個(gè)圓滑的數(shù)學(xué)表面總可用一系列有規(guī)則的數(shù)學(xué)表面的總和以任意精度逼近，則任意一點(diǎn)(x,y)處的高程異常(3-9)GPS點(diǎn)上的高程異常值。這種方法通常在擬合點(diǎn)較多的情況下使用，同時(shí)根據(jù)測區(qū)的大小和地形起伏情況選取合適的核函數(shù)，核進(jìn)行多次試驗(yàn)研究，以確定最佳的核函數(shù)和光滑因子。如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！3.1.4移動曲面法移動曲面法是一種局部逼近的方法。它的基本原理是把每一個(gè)內(nèi)插點(diǎn)都作為中心，以內(nèi)捅點(diǎn)周圍數(shù)據(jù)點(diǎn)的高程異常值，構(gòu)建出一個(gè)曲面，讓其到相應(yīng)的各數(shù)據(jù)點(diǎn)間距離之加權(quán)為極小。這種方法擬合的區(qū)域相對來說比較小，那么就使控制點(diǎn)能更好地起到控制作用。在擬合計(jì)算時(shí)，若把向徑的某一函數(shù)設(shè)為權(quán)重，則擬合形成的函數(shù)就可以表示出該區(qū)域地形起伏造成的影響，那么就可以實(shí)現(xiàn)對異常位趨勢的加強(qiáng)。此法在擬合時(shí)，每個(gè)待定點(diǎn)上都面，從而直接求得出未知點(diǎn)的擬合模型值，計(jì)算操作便捷，擬合區(qū)域越小，其擬合的精度就越高。但如果權(quán)函數(shù)如果選取不當(dāng)，往往會造成擬合時(shí)法方程出現(xiàn)病態(tài)。3.1.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法思維學(xué)普遍認(rèn)為，人類大腦的思維分為抽象(邏輯)思維、形象(直觀)思維和靈感(頓悟)思維三種基本方式。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人類恩維的第二種方式，是一個(gè)非線性動力學(xué)系統(tǒng)。協(xié)同處理。雖然單個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)極其簡單，功能有限，但大量神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所能實(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以理解為一些神經(jīng)元按特定的方式聯(lián)系構(gòu)成的非線性網(wǎng)絡(luò)，分為并行處理和分布的自動學(xué)習(xí)、自組織與自適應(yīng)等模擬，反映人腦某些特征的一種計(jì)算結(jié)構(gòu)，在數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)有明確的理論支利用其非線性映射能力以及無模型估計(jì)特征，就可確定出點(diǎn)的坐標(biāo)和高程異常之間的映射關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)似大地水準(zhǔn)面的建立，響，實(shí)現(xiàn)了模型誤差的減少，很好的提高模型的精度，進(jìn)而準(zhǔn)確的確定大地水準(zhǔn)面。如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！統(tǒng)計(jì)模型法主要是根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)所表現(xiàn)出的統(tǒng)計(jì)性來進(jìn)行擬合逼近。其原理是根據(jù)各離散數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計(jì)特性對有限個(gè)觀測種相關(guān)性模型計(jì)算未知點(diǎn)的值。該方法的主要特點(diǎn)是計(jì)算靈活，對隨機(jī)性變化擬合效果較好。但它也存在著不完善之處，即如何選擇可靠、具有代表性的協(xié)方差函數(shù)，而協(xié)方差函數(shù)的選擇及其E()=0，=E(T)待估參數(shù)的求取往往會帶有誤差，從而使得擬合逼近的精度與可能力要求很高。能力要求很高。綜合模型法的思想是當(dāng)單依靠函數(shù)模型或統(tǒng)計(jì)模型均不能性和統(tǒng)計(jì)模型的3.3.1最小二乘配置法最小二乘配置最初是應(yīng)用在地球重力場研究中的一種數(shù)學(xué)方法。最小二乘配置法是在其函數(shù)模型不僅體現(xiàn)隨機(jī)部分(也被稱為信號)，又體現(xiàn)其非隨機(jī)的系統(tǒng)部分(傾向參數(shù))。在地球重力場以及其它數(shù)據(jù)處理時(shí)，常常需要對信號和傾向參數(shù)進(jìn)行最佳的種擬合函數(shù)的系數(shù)，因而也稱之為數(shù)學(xué)模型:(3-10)可由GPS水準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)求得,B為第二設(shè)計(jì)系數(shù)矩陣,實(shí)際計(jì)算時(shí),B=[I0]如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！(3-11)構(gòu)造拉格朗日極值函數(shù):(3-12)(3-13) 令VTPV+P=MINY=VTPV+TP+2KT(AX^+BLV)Y??V=2VTP2KT ??Y=2P+2KTBY=P1BTK?Y?(3-19)LLLLD=2Q=2P1;D=2Q=2P1;D=BDBT+D00Y0YY0YLY如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！YY(3-20)YY(3-21)嚴(yán)格來說，協(xié)方差陣各元素應(yīng)該通過大量觀測數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出。介于實(shí)際條件的限制，這不可能實(shí)現(xiàn)。通常采用滿足協(xié)方差函數(shù)條件的，形式較為簡單的對稱、正定、調(diào)和函數(shù)即經(jīng)驗(yàn)協(xié)方差函常用經(jīng)驗(yàn)協(xié)方差函數(shù)有(式中C協(xié)n方s2它只與數(shù)據(jù)點(diǎn)之001:C(d)=Cb2(Z*+b)((Z*+b)2+d2)^32不影響函數(shù)的對稱、正定和調(diào)和性，所以該函數(shù)可以做協(xié)方差函0如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！統(tǒng)性部分(函數(shù)模型)的計(jì)算殘差。3.3.2半?yún)?shù)模型法型對回歸函數(shù)提供了大量的額外信息，因而當(dāng)假設(shè)模型成立時(shí)，其推斷具有較高精度，但當(dāng)參數(shù)假定與實(shí)際背離時(shí)，基于假設(shè)模型所作的推斷就會很差。非參數(shù)模型理論上具有較大的適應(yīng)性，但從實(shí)際應(yīng)用來說，尚有很多局限性。理論上而言高程異常曲面可以用有限個(gè)連續(xù)函數(shù)的線性組合以任意精度逼近，但由于高程異常曲面的復(fù)雜性和函數(shù)模型的局限性，實(shí)踐中往往難以實(shí)現(xiàn)，合問題。3.4.1移去擬合恢M法的思g想和計(jì)T算步驟式中,ξGM為通過重力場模型計(jì)算出的長波分量,ξΔg為用斯常中波分量,ξT為地形改正對陵和山區(qū)，由于地形起用單純的幾何擬如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！，求解與的差值。3.4.2重力場模型值的計(jì)算方法Mprnpm=0nmnmnmnmnm (3-23)為參考橢球的長半徑；為完全規(guī)格化的位為完全規(guī)格化的Legemke函數(shù)；φ、λ為計(jì)算點(diǎn)的地開的最高階數(shù)。(3-24)網(wǎng)內(nèi)的地形用一個(gè)質(zhì)量均勻分布而高程不變的棱柱體代替，下面給出用質(zhì)量棱柱地形模型表示的地形改正公式如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！n0m0x(xx2)x(xx2)0ininx(xx2)x(xx2)ijnmininhijnm地形改正可利用二維FFT計(jì)算。對(3-25)式作級數(shù)展開，及高程平方項(xiàng)的影響有:(3-26)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！料和衛(wèi)星測高資料，其精度總體達(dá)到了分米級水2、重力似大地水準(zhǔn)面與GPS似大地水準(zhǔn)面的擬合校正相結(jié)4.2.1COG2000似大地水準(zhǔn)面的特點(diǎn)和問題CQG2000的成功研制使我國的大地水準(zhǔn)面精度和分辨率都達(dá)土，可以直接應(yīng)用于測繪生產(chǎn)。由于我國東西部重力測量分辨率和地形圖比例尺不一致，如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！米，在西部地區(qū)，其整體精度在6分米左右，新疆和西藏的一些滿足西部地區(qū)中、小比例尺(小于1：1萬)航測測圖的需求，對CQG2000模型在該地區(qū)大致還要提高±0.lm~±0.2m的精度；對型的分辨率和精度都不能滿足要求，因此，如何充分有效的利用4.2.2以CQG2000的區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化的基本思路地形數(shù)據(jù)，雖然其精度比較低，但是具有較高的分辨率，其成果能夠反映我國區(qū)域大地水準(zhǔn)面起伏的整體趨勢和局部重力場的物大地水準(zhǔn)面的觀測數(shù)據(jù)隨機(jī)誤差、長波系統(tǒng)差、短波誤差等和重力(似)大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)<似)大地水準(zhǔn)面的擬合誤差。4.3.1線性插值、二次多項(xiàng)式插值、鄰近點(diǎn)插值線性插值和二次多項(xiàng)式插值即是根據(jù)已知數(shù)據(jù)(高程異常)和已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)構(gòu)建線性模型和二次多項(xiàng)式模型，并通過最小二乘估計(jì)計(jì)算出模型的待定系數(shù)，再根據(jù)此模型計(jì)算內(nèi)插點(diǎn)的采用鄰近點(diǎn)插值法時(shí)，首先對給定的用于插值計(jì)算已知點(diǎn)iii當(dāng) 如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！4.4.1理論與實(shí)施步驟目前計(jì)算區(qū)域重力似大地水準(zhǔn)面廣泛采用的移去恢復(fù)法，主要是利用重力場的可疊加性原理，分別處理不同波長成分的貢獻(xiàn)，再經(jīng)過簡單的疊加恢復(fù)所逼近的局部重力場。本文借鑒了此的計(jì)算值之殘差，并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，然后利用該模型計(jì)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！擬合方法加權(quán)平均二次多項(xiàng)雙線形三次多項(xiàng)式多面函數(shù)擬合推估最小二乘配置精度比較直接擬合計(jì)算度0.06990.47910.12550.11940.08970.08970.15090.13250.11630.11250.11750.10640.0850.0880.0450.06760.05040.0640.06410.9490.06220.08270.03450.06190.04590.0539精度 擬合方法比較直接擬合計(jì)算移去CQG2000擬合 如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！內(nèi)精度外精度內(nèi)精度外精度平面擬合0.14630.17330.12230.0884二次曲面0.13340.15160.10380.0994擬合推估.0850.14160.07850.0985數(shù).0640.11550.09410.0951加權(quán)平均0.67090.0856最小二乘配置0.02880.11480.07910.0975去恢復(fù)法求解未知點(diǎn)的高程異常，無論使用哪種擬合模型，其結(jié)GPS這是因?yàn)镃QG2000采用了國內(nèi)外最新的重力場資料、地形資料和衛(wèi)星測高資料，其精度雖差，但分辨率較高，且其具有物理意義，不但反映了大地水準(zhǔn)面的幾何起伏特征，而且體現(xiàn)了局部重力場的物理有高精度的特性，結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，來用移去恢復(fù)法求解未知點(diǎn)高程異常的設(shè)想，經(jīng)實(shí)例計(jì)算，達(dá)到了滿G大提高，但隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和測繪科學(xué)的發(fā)展，其仍不能滿足及沿海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，對大地水準(zhǔn)面的精度要求也不斷提高。如何充分有效可有效結(jié)合二者特點(diǎn)，通過加密若如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！異常值，記為如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！計(jì)算試驗(yàn)CQG2000的誤差，為下面的計(jì)算做準(zhǔn)備，因此插值計(jì)算這一步非常關(guān)鍵，本文在計(jì)算時(shí)共選用了常見的5種插值方法進(jìn)行插值比精度方法雙線性插值三次樣條插值鄰近點(diǎn)插值中誤差最大值最小值平均值0.27680.27590.29350.50.27680.27590.29350.56770.57870.68170.01130.00560.0068.244如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！二次多項(xiàng)式插值0.37660.27790.83280.57060.00950.00980.0249度，上表中，最大值，最小值是GPS水準(zhǔn)點(diǎn)高程異常減去由CQG2000格網(wǎng)值擬合得出的高程異常的差值的絕對值得最大最小本文研究的絕大部分區(qū)域比實(shí)際高，且精度不均勻，好的地方可以達(dá)到厘米級，差的地方卻有5、6個(gè)分米。其整體精度在3個(gè)分及三次樣函數(shù)插值的結(jié)果比較接近，二次多項(xiàng)式插值結(jié)果則與他們相差較大，主要是二次多項(xiàng)式采用全部格網(wǎng)數(shù)據(jù)整體擬合一個(gè)點(diǎn)間距離增大，則高程異常相關(guān)性降低，所以其插值結(jié)果并不可靠。三次樣條函數(shù)插值求得的曲面在相鄰邊上的一階導(dǎo)數(shù)是連續(xù)了插值點(diǎn)附近已知點(diǎn)的影響，但是其參考半徑需要選擇的合適，一般在5-10個(gè)。個(gè)點(diǎn)的控制面積)，采用函數(shù)模型中具有代表性的多項(xiàng)式擬合法和統(tǒng)計(jì)模型中具有代表性的配置法進(jìn)行精化計(jì)算，經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果的分析對比可以得到：如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！采用本文提出的方法利用一定量的GPS水準(zhǔn)點(diǎn)來精化項(xiàng)式的效果最好，不但精度較高，而且比較穩(wěn)定，配置法在點(diǎn)數(shù)合修正點(diǎn)時(shí)，其結(jié)果卻很差，這是因?yàn)檫@54個(gè)點(diǎn)分布并不均勻，而且醌置方法的計(jì)算精度很大程度上取決于其協(xié)方差函數(shù)的選取，而協(xié)方差函數(shù)待定系數(shù)的解算又與樣本的大小，分布有關(guān)，使用必須經(jīng)過大量的試算和驗(yàn)證，以保證其精度。一階多項(xiàng)式雖其精度卻明顯不如二階多項(xiàng)式，至于三四階多項(xiàng)式，其精度不但較低，而且容易產(chǎn)生振蕩。二階多項(xiàng)式分離出系統(tǒng)誤差和隨機(jī)性誤差，所以綜上所述，在擬合方法上，薦選擇二階多項(xiàng)式。由試驗(yàn)計(jì)算的結(jié)果還可以得出，擬合點(diǎn)個(gè)數(shù)的選擇對于提高CQG2000的精度也有較大影響，對于本區(qū)域而言，利用均勻分布：如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！論與展望結(jié)論S的大地高，借助似大地水準(zhǔn)面模型，可以將高精度的大地高直接轉(zhuǎn)換成正常高，直接為工程服務(wù)，省去了工作量巨大的幾何水準(zhǔn)面的理論和方法。針對現(xiàn)階段區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化方法中存在的問題，對幾種精化區(qū)域似大地水準(zhǔn)面的方法進(jìn)行了一定的研究，型法和綜合模型法，合適的函數(shù)模型能較好的反映趨勢性，規(guī)律常變化不大的區(qū)域，只要模型如不慎侵犯了你的權(quán)益，請聯(lián)系我們告知！選擇的合適，可以達(dá)到較高的精度。統(tǒng)計(jì)模型能較好的反映統(tǒng)計(jì)性、隨機(jī)性變化，只要相關(guān)性模型選擇的合適，且有足夠多的數(shù)據(jù)計(jì)算其待定參數(shù)，也可以有較好的精度。以最小二乘配置為代表的綜合模型法將高程異常分解為系統(tǒng)參數(shù)部分和隨機(jī)參數(shù)部分，首先采用函數(shù)模型進(jìn)行擬合，再對其擬合殘差如不慎侵犯了你的權(quán)益，請