中国似大地水准面
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收稿日期 : 2001211226 ; 修回日期 :2001212206 基金项目 :国家测绘局测绘科技发展基金资助项目 (C950401) 作者简介 :陈俊勇 (19332) ,男 ,浙江宁波人 ,中国科学院院士 ,博士生导师 ,主要研究方向为天文大地测量 。 3 参加此项目研究工作的还有郭春喜 ,章磊等 。
中国似大地水准面 3
陈俊勇1 ,李建成2 ,宁津生2 ,晁定波2 ,张燕平1 ,张 骥1
(1. 国家测绘局 ,北京 100830 ; 2. 武汉大学 ,湖北 武汉 430079)
On a Chinese Ne w Quasi Geoid
CHEN J un2Yong1 ,LI Jian2cheng2 ,NINGJin2sheng2 , CHAO Ding2bo2 ,ZHANG Yan2ping1 , ZHwk.baidu.comNGJi1
Key words :China ;gravity ;geoid ;satellite altimeter ; GPS leveling
摘 要 :采用移去2恢复技术 ,利用我国高分辨率 DTM 和重力资料推算我国大陆重力大地水准 面 ;然后再和我国 GPS 水准所构成的高程异常控制网拟合 ,推算具有分米级精度 ,15′×15′分
2. 重力大地水准面的计算采用经典的斯托 克斯 (Stokes) 公式和莫洛金斯基 (Molodensky) 级数 (顾及一次项) [2 ] 。
3. 重力归算采用经典的地形均衡模型 (Airy2 Heiskanen 系统) [3 ] 。
4. 采用 1 维 FFT 的严格计算技术[4 ,5 ] 。 总起来说 ,由于我国地面重力数据分辨率低 且分布很不均匀 ,采用了地形均衡异常进行推估 内插和格网化 ,再恢复为地面 (或大地水准面) 空 间重力异常格网值 ,经移去重力模型值后 ,同时用 斯托克斯公式和顾及 G1 项改正[6]的莫洛金斯基 公式分别计算残差大地水准面高和高程异常 ,全 部计算以 1 维 FFT 计算技术为基础 。
ing points of Chinese Crustal Movement Monitoring Network. The examination results demonstrate that the accuracy of the mainland quasi geoid is reliable , i. e. the absolute accuracy higher than ±0. 3 m in the east of longitude E120°, ±0. 4 m in the west of E120°and north of latitude N36°, ±(0. 4~0. 6) m in the west of E120°and south of latitude N36°. The Chi2 nese ocean geoid is calculated by using the deflection of the verticals , which are derived with the satellite altimeter (SA) da2 ta. The above deflection of the verticals is transformed into gravity anomalies on the sea , then those data are compared with the real measured sea point gravity data (more than 150 000) for external test. The above sea gravity anomalies are also used to compute the Chinese ocean geoid for internal test. The difference between Chinese mainland geoid and Chinese o2 cean geoid along their merge boundary area contains mainly systematic errors caused by different techniques , the former is derived mainly from land gravity data and GPS leveling , and the later is derived mainly from SA data (so called SA geoid) . Taking account of the difference mentioned above and the sparse gravity data in the merge area , the Chinese new geoid in2 cluding mainland and its ocean area is combined with a extending merge technique. There are three steps for the combina2 tion. Firstly a local coastal district including coastal area and sallow sea is selected. A local gravity geoid of the district is computed with all the mean girded gravity values in the district. Secondly the land part of the local gravity geoid is fitted to Chinese mainland geoid with some fit2parameters , and the latter keeps in variation during the fitting. Thirdly the Chinese o2 cean geoid is merged into Chinese mainland geoid with the above fit2parameters. With this merge technique the Chinese mainland geoid maintains its original values , and the systematic error in the merge area and ocean SA geoid will be de2 creased at the maximum level.
(1. State Bureau of Surveying and Mapping , Beijing 100830 , China ; 2. Wuhan University , Wuhan 430079 , China)
Abstract :By using high resolution DTM , global gravity model and surface gravity data Chinese gravity geoid of mainland is determined with remove2restore technique at first. Then the gravity geoid is fixed to a Chinese height anomaly network to ob2 tain a Chinese mainland quasi geoid with 15′×15′resolution and dm accuracy , which has been examined by 80 GPS level2
1 前 言
为满足我国经济和国防建设的发展和我国今 后的地学研究任务 ,研究和推算出一个高精度 、高 分辨率 ,完整覆盖我国国土的新一代中国 (似) 大 地水准面 (CQG2000) , 以适应 21 世纪前期的需求 是完全必要的 。CQG2000 的精度指标和分辨率相 对于 20 世纪 80 年代初完成的中国 (似) 大地水准 面 (CQG80) 应提高一个量级 ,即由 ±(3~5) m 精 度提高到分米级精度 ,由 2°×2°的分辨率提高到 15′×15′左右 ; 而 CQG2000 的覆盖面则绝不能只 局限于我国大陆 ,要扩展到中国全部陆海国土。 要达到上述目标要解决 3 个问题 :一是我国大陆 大地水准面的研究和计算 ;二是我国海域大地水 准面的研究和计算 ;三是我国大陆和海域 2 个大 地水准面的拼接研究和计算 。
2
测 绘 学 报 第 31 卷
辨率的我国大陆大地水准面 。利用全国地壳运动监测网络的 80 余个高精度 GPS 水准点进行 外部检核 ,检核结果证实和原设计精度完全一致 : 即该大陆大地水准面的绝对精度 ,在东经 120°以东 ,高于 ±0. 3 m ,在东经 120°以西 ,北纬 36°以北 , ±0. 4 m , 36°以南 , ±(0. 4~0. 6) m。 利用卫星测高数据计算垂线偏差 ,反解我国海域大地水准面 。为了检核 ,由测高垂线偏差反演 为重力异常 ,与海上万余点船测重力值进行了外部检核 ;同时将上述反演的重力异常推算大地 水准面 ,与直接解得的相应结果进行比较作为内部检核 。由重力和 GPS 水准数据推算的上述 大陆大地水准面 ,和主要由卫星测高数据确定的海洋大地水准面 ,二者之间一般都存在以系统 误差为主的拼接差 。顾及这一现象和结合我国在陆海大地水准面拼接区重力资料稀疏的实 际 ,研究提出了扩展拼接技术 ,即在沿海选取部分陆海毗邻的局部地区 ,在这局部地区内 ,陆地 用实测平均重力格网数据 ,海洋用测高平均重力格网数据 ,统一推算陆海局部重力大地水准 面 。然后利用这一局部大地水准面的陆地部分和已经 GPS 水准校正的陆地大地水准面进行 拟合 。最后将拟合参数校正中国全部海域的测高重力大地水准面 ,而保持陆地部分大地水准 面不变 ,以最大限度的削弱拼接点和测高海洋大地水准面的系统误差 。 关键词 :中国 ;重力 ;大地水准面 ;卫星测高 ; GPS 水准
2 我国大陆大地水准面的研究和 计算
解决这个问题目前国际上比较肯定的技术路 线是 ,将经过局部重力和地形资料改善后的局域 重力大地水准面和局域 GPS 水准网联合平差 ,这 样将缺乏坐标框架含义而分辨率较高的重力大地 水准面 ,和有严格坐标框架定义的精度较高的 GPS 水准大地水准面结合起来相互取长补短 ,这 也是目前在我国解决这一重大技术问题比较可行 的途径 。我国大陆大地水准面的计算方案应结合 我国的实际同时参考欧美等先进国家的经验 ,而 我国最主要的实际是地面重力测量数据的分辨率
第 31 卷 增刊 2002 年 5 月
测 绘 学 报
ACTA GEODAETICA et CARTOGRAPHICA SINICA
Vol. 31 , Sup . May ,2002
文章编号 :100121595 (2002) S020001206
中图分类号 :P22 文献标识码 :A
偏低且分布不均匀 ,出于以上考虑 ,我国大陆大地 水准面的计算方案简介如下 ,详见文献[ 1 ] 。
2. 1 我国大陆重力大地水准面计算方案
1. 采用移去2恢复法 。这次计算采用的移去2 恢复方式是把 (似) 大地水准面高分为 2 个部分 , 第一部分同前 ,第二部分是地面重力异常移去第 一部分模型值的残差重力异常 ,以及由此计算的 残差 (似) 大地水准面高 。其实质就是利用重力和 DTM 数据改进由重力位模型确定的区域 (似) 大 地水准面 ,主要是改进其中短波分量 。
中国似大地水准面 3
陈俊勇1 ,李建成2 ,宁津生2 ,晁定波2 ,张燕平1 ,张 骥1
(1. 国家测绘局 ,北京 100830 ; 2. 武汉大学 ,湖北 武汉 430079)
On a Chinese Ne w Quasi Geoid
CHEN J un2Yong1 ,LI Jian2cheng2 ,NINGJin2sheng2 , CHAO Ding2bo2 ,ZHANG Yan2ping1 , ZHwk.baidu.comNGJi1
Key words :China ;gravity ;geoid ;satellite altimeter ; GPS leveling
摘 要 :采用移去2恢复技术 ,利用我国高分辨率 DTM 和重力资料推算我国大陆重力大地水准 面 ;然后再和我国 GPS 水准所构成的高程异常控制网拟合 ,推算具有分米级精度 ,15′×15′分
2. 重力大地水准面的计算采用经典的斯托 克斯 (Stokes) 公式和莫洛金斯基 (Molodensky) 级数 (顾及一次项) [2 ] 。
3. 重力归算采用经典的地形均衡模型 (Airy2 Heiskanen 系统) [3 ] 。
4. 采用 1 维 FFT 的严格计算技术[4 ,5 ] 。 总起来说 ,由于我国地面重力数据分辨率低 且分布很不均匀 ,采用了地形均衡异常进行推估 内插和格网化 ,再恢复为地面 (或大地水准面) 空 间重力异常格网值 ,经移去重力模型值后 ,同时用 斯托克斯公式和顾及 G1 项改正[6]的莫洛金斯基 公式分别计算残差大地水准面高和高程异常 ,全 部计算以 1 维 FFT 计算技术为基础 。
ing points of Chinese Crustal Movement Monitoring Network. The examination results demonstrate that the accuracy of the mainland quasi geoid is reliable , i. e. the absolute accuracy higher than ±0. 3 m in the east of longitude E120°, ±0. 4 m in the west of E120°and north of latitude N36°, ±(0. 4~0. 6) m in the west of E120°and south of latitude N36°. The Chi2 nese ocean geoid is calculated by using the deflection of the verticals , which are derived with the satellite altimeter (SA) da2 ta. The above deflection of the verticals is transformed into gravity anomalies on the sea , then those data are compared with the real measured sea point gravity data (more than 150 000) for external test. The above sea gravity anomalies are also used to compute the Chinese ocean geoid for internal test. The difference between Chinese mainland geoid and Chinese o2 cean geoid along their merge boundary area contains mainly systematic errors caused by different techniques , the former is derived mainly from land gravity data and GPS leveling , and the later is derived mainly from SA data (so called SA geoid) . Taking account of the difference mentioned above and the sparse gravity data in the merge area , the Chinese new geoid in2 cluding mainland and its ocean area is combined with a extending merge technique. There are three steps for the combina2 tion. Firstly a local coastal district including coastal area and sallow sea is selected. A local gravity geoid of the district is computed with all the mean girded gravity values in the district. Secondly the land part of the local gravity geoid is fitted to Chinese mainland geoid with some fit2parameters , and the latter keeps in variation during the fitting. Thirdly the Chinese o2 cean geoid is merged into Chinese mainland geoid with the above fit2parameters. With this merge technique the Chinese mainland geoid maintains its original values , and the systematic error in the merge area and ocean SA geoid will be de2 creased at the maximum level.
(1. State Bureau of Surveying and Mapping , Beijing 100830 , China ; 2. Wuhan University , Wuhan 430079 , China)
Abstract :By using high resolution DTM , global gravity model and surface gravity data Chinese gravity geoid of mainland is determined with remove2restore technique at first. Then the gravity geoid is fixed to a Chinese height anomaly network to ob2 tain a Chinese mainland quasi geoid with 15′×15′resolution and dm accuracy , which has been examined by 80 GPS level2
1 前 言
为满足我国经济和国防建设的发展和我国今 后的地学研究任务 ,研究和推算出一个高精度 、高 分辨率 ,完整覆盖我国国土的新一代中国 (似) 大 地水准面 (CQG2000) , 以适应 21 世纪前期的需求 是完全必要的 。CQG2000 的精度指标和分辨率相 对于 20 世纪 80 年代初完成的中国 (似) 大地水准 面 (CQG80) 应提高一个量级 ,即由 ±(3~5) m 精 度提高到分米级精度 ,由 2°×2°的分辨率提高到 15′×15′左右 ; 而 CQG2000 的覆盖面则绝不能只 局限于我国大陆 ,要扩展到中国全部陆海国土。 要达到上述目标要解决 3 个问题 :一是我国大陆 大地水准面的研究和计算 ;二是我国海域大地水 准面的研究和计算 ;三是我国大陆和海域 2 个大 地水准面的拼接研究和计算 。
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测 绘 学 报 第 31 卷
辨率的我国大陆大地水准面 。利用全国地壳运动监测网络的 80 余个高精度 GPS 水准点进行 外部检核 ,检核结果证实和原设计精度完全一致 : 即该大陆大地水准面的绝对精度 ,在东经 120°以东 ,高于 ±0. 3 m ,在东经 120°以西 ,北纬 36°以北 , ±0. 4 m , 36°以南 , ±(0. 4~0. 6) m。 利用卫星测高数据计算垂线偏差 ,反解我国海域大地水准面 。为了检核 ,由测高垂线偏差反演 为重力异常 ,与海上万余点船测重力值进行了外部检核 ;同时将上述反演的重力异常推算大地 水准面 ,与直接解得的相应结果进行比较作为内部检核 。由重力和 GPS 水准数据推算的上述 大陆大地水准面 ,和主要由卫星测高数据确定的海洋大地水准面 ,二者之间一般都存在以系统 误差为主的拼接差 。顾及这一现象和结合我国在陆海大地水准面拼接区重力资料稀疏的实 际 ,研究提出了扩展拼接技术 ,即在沿海选取部分陆海毗邻的局部地区 ,在这局部地区内 ,陆地 用实测平均重力格网数据 ,海洋用测高平均重力格网数据 ,统一推算陆海局部重力大地水准 面 。然后利用这一局部大地水准面的陆地部分和已经 GPS 水准校正的陆地大地水准面进行 拟合 。最后将拟合参数校正中国全部海域的测高重力大地水准面 ,而保持陆地部分大地水准 面不变 ,以最大限度的削弱拼接点和测高海洋大地水准面的系统误差 。 关键词 :中国 ;重力 ;大地水准面 ;卫星测高 ; GPS 水准
2 我国大陆大地水准面的研究和 计算
解决这个问题目前国际上比较肯定的技术路 线是 ,将经过局部重力和地形资料改善后的局域 重力大地水准面和局域 GPS 水准网联合平差 ,这 样将缺乏坐标框架含义而分辨率较高的重力大地 水准面 ,和有严格坐标框架定义的精度较高的 GPS 水准大地水准面结合起来相互取长补短 ,这 也是目前在我国解决这一重大技术问题比较可行 的途径 。我国大陆大地水准面的计算方案应结合 我国的实际同时参考欧美等先进国家的经验 ,而 我国最主要的实际是地面重力测量数据的分辨率
第 31 卷 增刊 2002 年 5 月
测 绘 学 报
ACTA GEODAETICA et CARTOGRAPHICA SINICA
Vol. 31 , Sup . May ,2002
文章编号 :100121595 (2002) S020001206
中图分类号 :P22 文献标识码 :A
偏低且分布不均匀 ,出于以上考虑 ,我国大陆大地 水准面的计算方案简介如下 ,详见文献[ 1 ] 。
2. 1 我国大陆重力大地水准面计算方案
1. 采用移去2恢复法 。这次计算采用的移去2 恢复方式是把 (似) 大地水准面高分为 2 个部分 , 第一部分同前 ,第二部分是地面重力异常移去第 一部分模型值的残差重力异常 ,以及由此计算的 残差 (似) 大地水准面高 。其实质就是利用重力和 DTM 数据改进由重力位模型确定的区域 (似) 大 地水准面 ,主要是改进其中短波分量 。