利用垂线偏差与重力异常确定似大地水准面模型的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大地测量领域，特别是一种利用垂线偏差与重力异常确定似大地水准 面模型的方法。
【背景技术】
[0002] 似大地水准面是从地面点量算正常高所构成的一个几何曲面，可以看作是正常高 系统中地面点高程的起算面。传统的高程基准是以水准测量建立并以水准标石所体现，但 在当今，这种传统方式正在改变。通过重力场数据建立的格网大地水准面所体现的数字高 程基准已成为发展趋势。它为应用卫星定位技术进行三维测量提供了必要基础，也避免了 水准标石的维护困难。建立高分辨率高精度似大地水准面模型已成为当前大地测量主要任 务之一。
[0003] 我国是世界上重力场最复杂的地区，但陆地重力测量目前大约只有80余万点，主 要是地质部门测量的，用于大地测量的重力点不足20万点，而且点的分布非常不均匀，东 部地区较为密集，西部地区和山区比较稀疏，约40%的5' X5'格网无实测重力点。
[0004] 目前通用的似大地水准面建模方法是按照Molodensky理论联合地球重力场模 型、重力、地形等数据直接计算一点的高程异常再用GPS/水准拟合系统差，由于似大地水 准面不能有效地吸收地形等高频信息并且难以利用GPS/水准数据对似大地水准面作真正 地实际控制，因此很难再大幅度提高似大地水准面精度。似大地水准面的确定方法主要还 是依赖密集的GPS/水准，这不但成本高，而且由于采用的重力数据格网分辨率低，导致似 大地水准面模型的分辨率也低。
[0005] 由于垂线偏差对高频地形信息比较敏感，因此首先可以依据Molodensky理论联 合地球重力场模型、重力、地形等数据建立高精度的垂线偏差数值模型，然后利用垂线偏差 与重力异常，基于天文重力水准的方法计算得到相对高程异常差，再对其施加 GPS/水准控 制点予以约束，最后采用平差的方法获得高程异常，从而建立高精度高分辨率的似大地水 准面模型，但至今未见有利用垂线偏差与重力异常确定似大地水准面模型方法的公开报 导。
【发明内容】
[0006] 针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种利用垂线偏 差与重力异常确定似大地水准面模型的方法，可有效提高似大地水准面的建模精度，用于 解决大地测量中高程基准面的确定问题。
[0007] 本发明解决的技术方案是，由以下步骤实现：
[0008] -、格网相对高程异常差计算：采用高程异常的微分关系，由格网垂线偏差与重力 异常计算格网相对高程异常差；
[0009] 二、GPS/水准控制及格网平差：通过GPS/水准点施加约束，得到格网节点的高程 异常，利用每个节点的垂线偏差、重力异常、数字高程数据，可以计算出相邻节点间的相对 商程异常差；
[0010] 三、平差模型：计算相邻格网之间的高程异常差，采用参数平差模型进行平差计 算，确定似大地水准面模型；
[0011] 四、分析区域格网似大地水准面模型的精度：选择3个百万图幅4° X6°区域，分 辨率为P XP的垂线偏差、重力异常以及地形格网数据，分别计算建立3个区域的格网 似大地水准面模型，分析精度。
[0012] 本发明方法新颖独特，利用垂线偏差与重力异常确定相对高程异常差，然后施加 GPS/水准点进行控制，采用平差计算得到高程异常，从而确定似大地水准面模型，有效用于 大地测量中高程基准面的确定，效率高，精度高，是大地测量上的一大创新。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明利用垂线偏差与重力异常确定似大地水准面模型框示图。
[0014] 图2为本发明GPS/水准控制网图。
[0015] 图3为本发明的平差计算格网角点的高程异常图。
[0016] 图4为本发明利用垂线偏差计算相对高程异常差图。
[0017] 图5为本发明区域一 GPS/水准点点位分布情况图。
[0018] 图6为本发明计算高程异常与实测高程异常之间的差值图（单位：米）。
[0019] 图7为本发明区域二GPS/水准点点位分布情况图。
[0020] 图8为本发明计算高程异常与实测高程异常之间的差值图（单位：米）。
[0021] 图9为本发明区域三GPS/水准点点位分布情况图。
[0022] 图10为本发明计算高程异常与实测高程异常之间的差值图（单位：米）。
[0023] 图11为本发明分区域检核点计算误差曲线图。
[0024] 图12为本发明分区域误差曲线示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图和具体情况对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0026] 由图1所示，本发明在具体实施中，包括设置GPS/水准点、高程异常控制点，格网 高程数据、格网垂直偏差、格网重力异常的计算，获得相对高程异常差，与高程异常控制点 经平差计算获得高程异常，从而构建似大地水准面模型，具体由以下步骤实现：
[0027] -、格网相对高程异常差计算：按照高程异常的微分关系由格网垂线偏差与重力 异常计算格网相对高程异常差，其计算公式为：
[0028]
【主权项】
1. 一种利用垂线偏差与重力异常确定似大地水准面模型的方法，其特征在于，由以下 步骤实现： 一、 格网相对高程异常差计算：采用高程异常的微分关系，由格网垂线偏差与重力异常 计算格网相对高程异常差； 二、GPS/水准控制及格网平差：通过GPS/水准点施加约束，得到格网节点的高程异常， 利用每个节点的垂线偏差、重力异常、数字高程数据，可以计算出相邻节点间的相对高程异 常差； 三、平差模型：计算相邻格网之间的高程异常差，采用参数平差模型进行平差计算，确 定似大地水准面模型； 四、 分析区域格网似大地水准面模型的精度：选择3个百万图幅4°X6°区域，分辨率 为1'XI'的垂线偏差、重力异常以及地形格网数据，分别计算建立3个区域的格网似大 地水准面模型，分析精度。
2. 根据权利要求1所述的利用垂线偏差与重力异常确定似大地水准面模型的方法，其 特征在于，由以下步骤实现： 一、 格网相对高程异常差计算：按照高程异常的微分关系由格网垂线偏差与重力异常 计算格网相对高程异常差，其计算公式为：
式屮，€为垂线偏差于千分量，n为垂线偏差卯酉分量，Ag为重力异常，dh为两点间 高差，为重力异常改正项，f为平均正常重力值，可以取9. 797644656m/s2; 二、GPS/水准控制及格网平差：采用垂线偏差和重力异常计算只能获得格网相对高程 异常差，要想获得高程