基于重力與GPS水準組合法的大地水準面精化分析

許錦輝

摘 要：地球物理、大地測量等學科中都對大地水準面精化有過深入的研究與分析。而且，這也為一種重要的測繪項目。在當今大地測量學研究中，確定厘米級的局部似大地水準面已經成為了其中的熱點，它可以將充分的測繪服務為氣象預報、交通、水利、海洋科學、國防建設、放在減災等學科的研究提供出來。為了能夠將測量準確性進一步提升，文章通過下文對重力與GPS水準組合法相結合的大地水準面精華測量技術進行了分析，首先對基于重力與GPS水準組合法的大地水準面精化分析法的探究背景進行了分析，然后著重的分析了相關的精華分析方法。那么，通過文章下文的分析，從而為有關單位及工作人員在實際工作中提供一定的的理論和技術支撐。

關鍵詞：重力 GPS水準 大地水準面 精化分析

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

確定高分辨率、高精度大地水準面的目的是：將重力和GPS水準組合法結合起來，然后將區域內的大水準面精確的研究并確定出來，緊接著將精度高的高程異常值求解出來，從而大大的提升測量的精確性和效率。

1 研究背景分析

局部重力場通常將精化大地水準面作為發展目標，也是時變重力場效應、大地測量應用自身和研究活動構造地殼運動的需要。在增多了觀測數據后，也在某種程度上提升了觀測精度，而且也提升了地球重力場模型精度。近年來，開始不斷的深入研究者大地水準面的相關內容，各國也將分辨率和精度更高的大地水準面模型研究了出來，并且，對于這方面的研究，我們國家也開始高度的重視起來，區域似大地水準面或者厘米級區域，在我們國家中也將陸續被建立起來。并且，隨著時代的發展，技術的不斷革新，更高分辨率和更高精度的大地水準面也將會被研制出來。

2 精化分析

2.1 正高與正高系統、大地水準面

以橢圓面為基準完成GPS測高的，以水準面為基礎的高程系統即我們平時所說的常規測量。

大地水準面為一重要的基準參考面。將地球形狀確定出阿里是大地測量的主要任務，而在對地球形狀進行表達時，大地水準面的作用是最明顯的。分析大地測量的具體用途，正高系統的高程基準面也可以用它來表示。在地球重力場中，大地水準面是一個等位形式的面，物理形式的曲面。只要將一個點的重力位值給出來，就會確定出過此點的等位面，地球同大地水準面之間的密合效果非常優越。大地水準面參考系統就是在此基礎上被確定出來的。

以大地水準面為基礎的高程系統即為正高程系統。大地水準面和某個點的鉛垂線交點到該點之間的距離即為這個點的正高。為對正常高進行區別分析，用H正高表示正高。橢圓面與大地水準面間的距離用N表示，這樣可以通過下式表示大地高和正高之間的關系：

H正高=h-N；h=H正高+N

2.2 GPS水準組合法的應用

因為數據點的分布受樣條函數所帶來得與影響較大，并且，線狀的區域有限，所以，在對地區數據進行計算時就不會應用到樣條擬合法，所以，在擬合時，可以通過多面函數及移動曲面兩種方式的結合來完成。

在這樣兩類函數模型的基礎上，所以，可以通過這樣幾個方案來比較和計算試驗數據：①將不同數量、分布較為均勻的已知點個數確定出來，在擬合時通過移動曲面模型來完成；②選取不同個數的參考點與不同個數的已知點來組合，擬合時用多面函數法來完成。這時，可以將0.05設定為統一選平滑因子；③選取不同的平滑因子與相同個數的已知點，擬合時也通過多面函數來實現。表1為擬合外符合精度比較。其中，參數點個數用第一行各列來表示，不同平滑因子用第一列各行來表示。

2.3 重力在大地水準面中應用

文章以某工程為例進行論述，圖1為重要的研究案例圖：

通過圖1分析能夠得知，0.0666為較差最大值，0.8845為最小值，0.3630為平均值，對此能夠得知，通過地球模型對N值進行計算時，將地區性與全球性大地水準的特點充分的表示了出來，然而，對局部的一些情況還很難表達，然而有著長波特性存在于地球位模型中，能夠密切的結合其他方法，從而將大地水準面的精度有效的提升。移去恢復法就是一個典型的例子，它就是通過GPS水準及重力數據同地球模型的結合，然后將大地水準面計算出來。

為了提升地球重力場的精確性，對全面表面的信息都應該重視起來，但是，因為一些技術條件的制約，測量的精度還差強人意。例如在海洋、南北極、沙漠或者特大山區中進行測量，因為受特殊環境的制約，這樣測量精度上往往會受到較大的影響。加之，地球自身的物理性質與幾何形狀過于復雜，人類還很難非常透徹的進行認識，所以，這些因素對大地水準面的精度都會帶來極大的影響。所以，必須要將相應的技術結合到一起，才可以發揮出相應的測量作用。

例如神經網絡通地球位模型的結合，尤其是在高程異常變化的地帶非常適合應用該方法。因為不規則曲面為大地水準面的主要特征，短波特征與長波特征為其起伏的頻譜形式，然而，對于這樣一點，地球重力場模型是完全擁有的。所以，在通過神經網絡對高程進行擬合以前，可以先移去地球位模型內部所存在的比較精確的重力場，這樣，不但能夠將所剩高程異常的光滑度提升，并且，也可以在（0.1，09）處控制目標函數的值域范圍，從而有效的防止了歸一化處理神經網絡輸入值。將神經網路的應用范圍也能夠進一步擴大，把此方法的實用性能不斷的增強，在地形更加復雜的地帶處也能夠非常有效的被應用。

3 結語

重力及GPS相結合的水準法，操作簡單、直觀性強，通過水準測量儀、計算軟件和GPS接收機就可以計算大地水準面。但是，因為這是一種全新的技術方案，在實際應用中，因為種種方面因素的制約，難免會遇到一些難題。所以，這就需要有關工作人員在具體操作中要相互配合，積極的吸收工作經驗和教訓，只有多學習、多練習，才可以切實的掌握此項技術。

參考文獻

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