EGM2008地球重力场模型的可视化探究_孙腾科

分析
经度 / ° 纬度 / ° 重力异常 / mGal 高程异常 / m
垂线偏差 ξ /″ 垂线偏差 η /″
垂线偏差 μ /″
高程异常最大
147． 37 － 8． 39
490． 70
87． 821
1． 52
－ 1． 73
2． 30
高程异常最小
78． 76 4． 68
－ 94． 24
－ 106． 490
1． 46
17． 426
－ 17． 46
16． 928
11． 27
17． 543
4． 58
17． 000
－ 3． 73
16． 362
垂线偏差 ξ /″ 2． 02 － 0． 99 － 2． 18 － 11． 09 0． 71 － 1． 51 － 0． 32 － 0． 79 － 0． 35 0． 37 2． 46
高程异常 /m 17． 635 17． 472
垂线偏差 ξ /″ － 0． 14 0． 19
垂线偏差 η /″ 0． 29 0． 85
垂线偏差 μ /″ 0． 33 0． 88
收稿日期： 2013 － 06 － 20 基金项目： 区域约束条件下利用 GＲACE 卫星求解时变重力场方法研究（ 41204016） ； 雷达差分干涉测量空地一体化的大型滑坡形变
摘 要： 利用 EGM2008 地球重力场模型可以将地球重力场解析化，由此我们可以十分方便快速地表示和计算重
力异常、高程异常、垂线偏差等其它重力场参数。本文运用 Surfer 软件将 EGM2008 重力场模型可视化，获取了全
球和局部地区重力场相关参数的等值线图、线框图、3D 表面图、影像图。
关键词： EGM2008； 地球重力场； 可视化
Abstract： By using EGM2008 model，the earth gravity field is analytical，thus we can conveniently and rapidly calculate gravity anomalies，height anomaly，the deflections of the vertical line and other gravity field parameters． In this paper，by using the software of Surfer EGM2008，gravity field model can be visualized having the access to the global and local gravity field parameter contour map， wire frames，3D surface map and the image map． Key words： EGM2008； earth gravity field； visualization
0． 07
0． 04
0． 07
垂线偏差 μ 最大 80． 38 30． 14
128． 54
－ 28． 614
－ 89． 87
－ 77． 60
118． 74
垂线偏差 ξ 最大 81． 15 36． 02
137． 39
－ 30． 067
94． 86
19． 35
96． 81
垂线偏差 ξ 最小 84． 09 28． 46
中图分类号： P223
文献标识码： B
文章编号： 1672 － 5867（ 2013） 12 － 0025 － 03
Study on Visualization of EGM2008 Earth Gravity Field Model
SUN Teng － ke （ College of Geomatics，Hohai University，Nanjing 210098，China）
监测理论与方法（ 41274017） 资助 作者简介： 孙腾科（ 1990 － ） ，男，河南郑州人，大地测量学与测量工程专业博士研究生，主要研究方向为卫星大地测量。
26
测绘与空间地理信息
2013 年
经度 /° 0 0 0 0 1 1 1 1 3 3 3
纬度 /° 2 3 4 5 0 1 2 3 0 1 2
运用 EGM2008CAL 对全球重力场数据进行了 0． 6' × 0． 6'的表面分析，得出了全球典型地区高程异常重力异常
垂线偏差一览表，见表 2。
表 2 全球典型地区高程异常重力异常垂线偏差一览表 Tab． 2 Height anomaly，gravity anomaly and vertical line anomaly of global typical regions
随着地理信息系统 GIS（ Geographic Information System） 的 发展，3 维地理信息系统的研究被提高到了更高的层次。
1
地球重力场参数计算软件介绍
利用虚拟现实技术建立一个可视的 3 维重力异常数据模型
地球重力场参数计算软件是作者利用 Microsoft Visu-
能使用户沉浸到 3 维空间，更直接地与重力数据交互，从而 al Studio 2010 开发的一个用于计算地球重力场的各种扰
185． 98
－ 34． 069
－ 127． 37
－ 32． 84
131． 54
垂线偏差 η 最大 126． 1 10． 68
45． 55
57． 121
20． 53
74． 79
77． 56
垂线偏差 η 最小 282． 18 － 9． 7
245． 89
26． 641
－ 2． 88
－ 69． 01
69． 07
的走势，这对指导控制网的设计和实施、控制系统误差的
表 1 为格网数据计算结果演示数据。
表 1 格网计算结果演示数据
Tab． 1 Data display of grid calculation result
经度 /° 0 0
纬度 /° 0 1
高度 /m 0 0
重力异常 / mGal － 1． 52 － 5． 43
Fig． 2 Three － dimensional 0． 5' × 0． 5' height anomaly of Sichuan （ unit： m； unit of coordinate： degree）
经过大量数 据 的 分 析 与 验 证，本 程 序 的 运 行 是 稳 定
第 12 期
孙腾科： EGM2008 地球重力场模型的可视化探究
可以更快、更全面地分析、理解和运用重力异常数据。
动量的应用程序。
利用现Baidu Nhomakorabea GIS 手段进行地球重力场的 3 维建模和可
本程序是利用 EGM2008，在给定某点的大地经度、大
视化，并使其与主要的地图要素配准，有利于科技人员直 地纬度和大地高之后计算该点的高程异常、重力异常、垂
观、准确地分析和判断测区所处的局部地球重力等位面 线偏差等地球重力场参数。
垂线偏差 η /″ － 0． 24 0． 26 － 0． 31 6． 45 0． 73 1． 84 0． 48 1． 02 － 0． 13 0． 20 － 0． 06
垂线偏差 μ /″ 2． 03 1． 02 2． 21 12． 83 1． 02 2． 38 0． 57 1． 29 0． 37 0． 41 2． 46
通过表 3 可以看出，EGM2008CAL 软件与 GFZ 高程 异常计算软件 所 得 到 的 高 程 异 常 数 值 差 别 为 毫 米 级，所 以 EGM2008CAL 地球重力场模型参数计算软件所算出的 高程异常数据是完全可信实用的。
3 结束语
运用 EGM2008CAL，计算得出了全球 1° × 1° 格网的 重力异常、高 程 异 常、垂 线 偏 差 等 地 球 重 力 场 参 数 数 据； 以 0． 6' × 0． 6'为格网对全球进行了表面分析，得出了全 球典型地区重力异常、高程异常、垂线偏差一览表； 利用 Surfer 8． 0 软件对 EGM2008CAL 软件计算出的全球 1° × 1°的重力场参数，以及对全球 1' × 1'、全国 1' × 1'、四川 0． 5' × 0． 5'以及四川某区域（ 北纬 30° ～ 33°，东经 101° ～ 104°） 4． 8″ × 4． 8″格网的高程异常数据进行可视化，得到
0引言
范围、提高成果的质量都具有重要的现实意义。 本文将介绍利用 Microsoft Visual Studio 2010 开发的
近年来，随着“数字地球”概念的提出，虚拟现实技术、 软件 EGM2008CAL 和 Golden Software Surfer 8． 0 软件分别
可视化技术在地学界的应用越来越受到地质学家的重视。 对数学模型和图像模型进行表示。
－ 90 2 777
本程序高程 异常结果 /m 15． 306 946 13． 380 766 14． 299 682 － 8． 107 613 63． 339 528 － 12． 547 448
3． 407 67 － 11． 378 179 － 32． 698 158 14． 840 014 12． 066 428 － 1． 937 515 － 44． 113 657
经度 /°
0 50 245 95 125 230 15 30 140 300 90 95 135 100 310
纬度 /° 高度 /m
90
0
80
0
85
0
75
173
5
0
0
0
－5
574
－ 10 1 478
－ 60
0
－ 65
2
－ 70 2 588
－ 75 3 627
－ 80 2 551
－ 85 3 224
对全国 1' × 1'的高程异常数据进行了可视化处理，更 加形象地表示了似大地水准面的起伏情况。
由图 1 可以明显地看出，我国高程异常成西部低东部 高的趋势，并且可明显地看出四川盆地、青藏高原和西北 地区的地貌。同时，可得出我国大陆境内高程异常在 25 ～ 75 m 之间变化，最大、最小差距为 120 m，最大值在黑龙 江地区，最小值在西北地区。
－ 20． 900 4 － 28． 748 041
GFZ 计算高程 异常结果 /m 15． 303 724 72 13． 377 480 86 14． 296 404 73 － 8． 110 591 86 63． 334 254 19 － 12． 55307535 3． 401 161 68 － 11． 380 451 25 － 32． 701 685 56 18． 735 763 43 12． 052 209 14 － 1． 936 739 81 － 44． 082 106 57 － 20． 881 035 45 － 28． 725 582 78
第 36 卷 第 12 期 2013 年 12 月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS ＆ SPATIAL INFOＲMATION TECHNOLOGY
Vol． 36，No． 12 Dec． ，2013
EGM2008 地球重力场模型的可视化探究
孙腾科
（ 河海大学 测绘科学与工程系，江苏 南京 210098）
北极
90
90
6． 13
15． 307
－ 0． 49
3． 45
3． 48
南极
90
－ 90
－ 32． 52
－ 28． 840
－ 1． 03
1． 04
1． 46
2 EGM2008 地球重力场模型的 3 维可视化
下面以利用 EGM2008CAL 计算出的全球高程异常数 据以及全国高程异常数据为例，对 EGM2008 模型算出的 重力场数据进行可视化。
27
的，所得数据是可信的，精度是可以保证的，表 3 给出了程 序结算的特征点高程异常值和 GFZ 网站软件解算值的 比较。
表 3 EGM2008CAL 高程异常与 GFZ 部分数据比较结果 Tab． 3 Comparison between EGM2008CAL height
anomaly data and part of GFZ data
高度 /m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
续表 1 Tab． 1 （ Continued）
重力异常 / mGal 9． 32
高程异常 /m 17． 584
－ 9． 54
17． 209
－ 14． 18
18． 208
－ 38． 16
20． 608
－ 2． 99
17． 443
－ 4． 53
17． 223
图 1 中国 1' × 1'高程异常 3D 表面图 （ 单位： m，坐标轴单位为度）
Fig． 1 Three － dimensional 1' × 1' height anomaly of China （ unit： m； unit of coordinate： degree）
图 2 四川省 0． 5' × 0． 5'高程异 3D 表面图 （ 单位： m，坐标轴单位为度）