本发明涉及一种区域数字高程基准模型计算方法，属于电子信息领域。
背景技术：
北斗导航终端是北斗导航系统服务于国民经济建设的重要载体，经过十几年的市场培育，用户目标与需求已逐步明确，应用市场已经启动，现在正逐步进入商业化应用的快速发展时期。目前，利用GNSS位置定位技术，导航终端实现了水平位置的实时获取，但测定的高程却是大地高。缺陷在于卫星导航应用市场所需的是海拔高程，即正常高而非大地高。因此若需要获取测点的高精度三维坐标，包括大地纬度、大地经度、正常高，必须联合进行GNSS测量和水准测量。因此亟需建立全球性或国家性的大地水准面模型，用大地水准面模型值代替传统的水准测量值，实现传统测量模式至现代化测量模式的转变。
在GrafNav等商用导航数据处理软件中，常用EGM2008大地水准面模型作为基准来计算海拔高程。但EGM2008大地水准面模型是基于EGM2008重力场模型的参考椭球构建的，而北斗导航系统的参考椭球是CGCS2000椭球，二者的参数不同，如CGCS2000的长半轴是6378137米，而EGM重力场模型的参考椭球是6378136.3米，直接应用EGM2008大地水准面模型到北斗导航终端中将会带来参考椭球不一致引起的误差；EGM2008重力场模型仅仅采用了少量的卫星重力数据，在中长波部分的精度不如基于多年卫星重力数据构建的GOCE重力场模型。我国的海拔高以1985黄海高程基准作为起算面，与全球性的大地水准面模型存在近30厘米的系统偏差。因此，在北斗导航终端高精度海拔高程的获取中，需要综合考虑椭球差异、垂直偏差等带来的影响，构建适应我国高程系统的区域数字高程基准模型。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种区域数字高程基准模型计算方法，从而克服现有技术的不足。
本发明通过以下技术方案实现，顾及1985国家高程基准与全球高程基准之间垂直偏差的基础上，联合GOCE-Dir5全球重力场模型和EGM08全球重力场模型，采用顾及椭球差异的计算方法，构建统一到CGCS2000椭球的区域数字高程基准模型的计算方法。
步骤1，联合GOCE-DIR5和EGM2008计算大地水准面，
依据重力场模型计算大地水准面公式为：
式中，分别是计算点的地心向径、余纬和经度，为参考椭球长半径，为万有引力常数和地球总质量的乘积，是n阶m次完全规格化位系数，为缔合Legendre函数，是最高阶数；
步骤2，顾及椭球差异将大地水准面统一到CGCS2000椭球，
考虑到不同组织发布的重力场模型对应的参考椭球参数不一致，因此将重力场位系数统一到CGCS2000椭球，
具体计算公式为：
式中，分别是重力场模型对应的引力常数、长半轴和位系数，分别是CGCS2000参考椭球对应的参数；
步骤3，顾及垂直偏差构建区域数字高程基准模型，
用GPS/水准实测点作为检核标准，EGM2008重力场模型计算的大地水准面在全球的精度为13厘米，利用GOCE-DIR5模型改进EGM2008重力场模型的长波分量，精度能提高40%至60%。
本发明的原理在于，针对全球重力场模型EGM2008计算的大地水准面在低频段精度不高的问题，本发明提出了联合GOCE_DIR5重力场模型与EGM2008重力场模型的球谐系数计算大地水准面，以改善EGM2008大地水准面数值模型的精度；针对全球重力场模型与北斗导航系统的参考椭球不一致的问题，采用顾及椭球差异的计算方法，将基于全球重力场模型计算的大地水准面统一到北斗导航系统所在CGCS2000参考椭球上；顾及1985国家高程基准与全球高程基准之间垂直偏差，建立归算到我国1985国家高程基准的区域数字高程基准模型。
本发明的优点在于，针对北斗导航系统的参考椭球是CGCS2000椭球，综合考虑椭球差异、垂直偏差等带来的影响，构建适应我国高程系统的区域数字高程基准模型，精度能提高40%至60%。
附图说明
图1为区域数字高程基准模型图。
具体实施方式
高程信息是时空位置的重要组成部分，实时获取高精度海拔是测绘导航信息化的关键步骤之一。北斗导航终端能快速高效地测定大地高，结合高精度的数字高程基准模型，可实时获取精密海拔高程。在顾及1985国家高程基准与全球高程基准之间垂直偏差的基础上，基于GOCE+EGM08重力场模型构建了统一到CGCS2000椭球的区域数字高程基准模型，该模型范围对应北斗区域导航的覆盖范围，即南纬55度到北纬55度、东经55度到东经180度，模型精度优于米级，满足北斗导航终端对海拔高的应用需求。
下面结合附图1对本发明的优选实施例作进一步说明：顾及1985国家高程基准与全球高程基准之间垂直偏差的基础上，联合GOCE-Dir5全球重力场模型和EGM08全球重力场模型，采用顾及椭球差异的计算方法，构建统一到CGCS2000椭球的区域数字高程基准模型的计算方法。
本发明包括如下步骤：
步骤1，联合GOCE-DIR5和EGM2008计算大地水准面，
依据重力场模型计算大地水准面公式为：
式中，分别是计算点的地心向径、余纬和经度，为参考椭球长半径，为万有引力常数和地球总质量的乘积，是n阶m次完全规格化位系数，为缔合Legendre函数，是最高阶数。
EGM2008重力场模型的球谐展开阶次数为2159，并提供扩展到2190阶、2159次的扩展系数；重力场模型采用的主要数据源有GRACE卫星重力数据、卫星测高数据和高分辨率的地形数据和高精度的地面重力数据等；GOCE-DIR5模型发布于2014年，最高阶次为300，该模型所采用的数据为2009年11月1日至2013年10月2日的GOCE、GRACE和激光地球动力学卫星LAGEOS的观测数据，有效数据时长共42个月。当前GOCE模型的大地水准面精度在200阶之后还不太高，累积误差不太稳定，而EGM2008重力场模型计算的大地水准面在200阶之后的累积误差却逐渐趋于稳定。考虑到DIR5重力场模型模型与EGM2008重力场模型在不同频段的特性，本专利采用200阶DIR5重力场模型加上2160阶的EGM2008重力场模型计算大地水准面。
步骤2，顾及椭球差异将大地水准面统一到CGCS2000椭球，
考虑到不同组织发布的重力场模型对应的参考椭球参数不一致，因此将重力场位系数统一到CGCS2000椭球，
具体计算公式为：
式中，分别是重力场模型对应的引力常数、长半轴和位系数，分别是CGCS2000参考椭球对应的参数；
步骤3，顾及垂直偏差构建区域数字高程基准模型，
我国当前采用局部高程基准，称之为1985国家高程基准，起算面是基于青岛大港验潮站从1952 到1979年获取的验潮资料计算的平均海面。该高程基准只于青岛大港验潮站所在的黄海平均海面重合，所以以该点作为起始点测量的高程计算面并不是传统概念上的大地水准面。国内学者利用分布在我国大陆的GPS/水准数据，计算出1985国家高程基准与全球大地水准面的垂直偏差为26±5.0厘米。本专利基于国家局部高程基准与全球大地水准面垂直偏差成果来构建区域数字高程基准模型。
考虑到北斗服务范围涵盖亚太大部分地区（南纬55度到北纬55度、东经55度到东经180度），本专利所构建的数字高程基准模型的范围即是该区域，如图1所示。用GPS/水准实测点作为检核标准，EGM2008重力场模型计算的大地水准面在全球的精度为13厘米，在我国大陆的精度为20厘米；利用GOCE-DIR5模型改进EGM2008重力场模型的长波分量，精度能提高40%至60%。而这种精度的提高对本领域而言，已经是一种显著的进步与突出的实质性特点，特别是本专利严格按照重力位系数在椭球之间转化公式，将GOCE+EGM2008重力场模型位系数统一到与北斗导航系统一致的CGCS2000椭球，同时顾及了1985国家高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差，因此本专利所构建的区域数字高程模型的精度理论上优于米级，满足北斗导航终端的应用需求。