EGM 2008地球重力場模型在GPS水準(zhǔn)測量中的應(yīng)用

彭秀忠，張立剛

(1.吉林省煤田地質(zhì)物探公司，長春 130031；2.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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EGM 2008地球重力場模型在GPS水準(zhǔn)測量中的應(yīng)用

彭秀忠1，張立剛2

(1.吉林省煤田地質(zhì)物探公司，長春 130031；2.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

EGM2008是由美國NGA重力場研發(fā)小組發(fā)布的官方版高階地球重力場模型，該模型的目的是通過在WGS84坐標(biāo)系下來解算地球水準(zhǔn)面的起伏。通過EGM2008 1'X1'地球重力場的計(jì)算得到WGS84大地高的改正數(shù)，計(jì)算結(jié)果與水準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定該灌區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)差，獲得該灌區(qū)控制網(wǎng)的近似水準(zhǔn)高，以代替四等水準(zhǔn)測量的高程成果。

地球重力場模型；GPS水準(zhǔn)測量；大地高程異常值；標(biāo)準(zhǔn)差；水準(zhǔn)高

1　EGM 2008地球重力場模型簡介

EGM2008是由美國NGA重力場研發(fā)小組發(fā)布的官方版高階地球重力場模型，該模型的目的是通過在WGS84坐標(biāo)系下來解算地球水準(zhǔn)面的起伏。這個(gè)模型采用了衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)、衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)和地面重力數(shù)據(jù)等，使該模型無論在精度還是分辨率方面均取得了巨大的進(jìn)步[2]。

EGM2008模型空間分辨率目前主要有2.5’×2.5’和1’×1’兩種。本文是采用的空間分辨率為1’×1’的EGM2008的模型數(shù)據(jù)。

2　EGM2008模型的獲取和計(jì)算軟件的獲取

WGS84成果求取大地水準(zhǔn)面高程異常值軟件“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2”可以在網(wǎng)站：http://www.xixiwg.com/soft/2637.html等多個(gè)網(wǎng)站獲得，轉(zhuǎn)換的文件模型“Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree”可以在網(wǎng)站：http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008/egm08_wgs84.html下載獲得。

3　EGM2008計(jì)算軟件進(jìn)行求取大地高程異常值

“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2”軟件可以計(jì)算單點(diǎn)與批量計(jì)算大地高程異常值，這里主要講解批量計(jì)算的界面(EGM2008 File Calc選項(xiàng)卡)，詳細(xì)界面見圖1。EGM2008 File Calculation是計(jì)算文件選項(xiàng)區(qū)，InputFile是計(jì)算的WGS84坐標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式按照“Formart Input File”選項(xiàng)，本文按照第一選項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(Textfile lat lon)，計(jì)算方法選擇右側(cè)第1種方法(Bi-Quadratic Interpolation)。輸入與輸出的文件格式見圖2：文件數(shù)據(jù)采用十進(jìn)制的度格式，計(jì)算輸出的格式是對應(yīng)大地坐標(biāo)求取的高程異常值。高程模型的選取為：選擇圖1中部第2個(gè)選項(xiàng)“External Database(EGM2008-File)”；用下方按鈕“EGM-File”選擇“Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree”文件，下方的默認(rèn)即可，配置完選項(xiàng)就可以點(diǎn)擊“Calc!”按鈕進(jìn)行計(jì)算就可以求取所需點(diǎn)位的對應(yīng)大地高程異常值h’。

圖1　批量計(jì)算界面

圖2　輸入與輸出格式文件界面

大地高與水準(zhǔn)高的關(guān)系公式：

H=Z-h’-l’

(1)

式中：H為水準(zhǔn)高；Z為WGS84大地高；h’為大地高程異常值；l’為大地正常高與水準(zhǔn)高差值(大地正常高=Z-h’)。

4　實(shí)例分析

通過三江聯(lián)通東泄灌區(qū)工程測量的平面控制測量成果和四等水準(zhǔn)測量成果對此技術(shù)進(jìn)行分析。本次控制采用Trimble的TBC2.5控制網(wǎng)解算軟件求取控制網(wǎng)點(diǎn)的三維無約束成果，通過數(shù)據(jù)編輯成軟件“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2” 可以計(jì)算的度格式數(shù)據(jù)，從而求得控制網(wǎng)的高程異常值成果(如圖2)。大地正常高=大地高-高程異常值，通過大地正常高與水準(zhǔn)高求取標(biāo)準(zhǔn)差，正常高-標(biāo)準(zhǔn)差=水準(zhǔn)高，由圖三表格可以看出轉(zhuǎn)換得到的水準(zhǔn)高和水準(zhǔn)高的差值，本次數(shù)據(jù)采用的水準(zhǔn)數(shù)據(jù)是閉合環(huán)路徑：[D513-D510-D509-D508-D507-D506-D505-D502-D501-K154-D225-D224-D215-D223-K163-D515-D514]，高差閉合差=9.00(mm)，限差=±20 * SQRT(21.640)=±93.04(mm)，路線長度=21.640(km)的數(shù)據(jù)。高程校核限差<0.03m。GPS大地高轉(zhuǎn)換的高成果可以代替四等水準(zhǔn)的高程成果。如果個(gè)別高程相差較大就要進(jìn)行外業(yè)校核，查找是否因?yàn)閮x器高量取和水準(zhǔn)觀測那里出現(xiàn)操作失誤引起。

標(biāo)準(zhǔn)差的取值采用正常高與水準(zhǔn)高差值的平均值。

表1標(biāo)準(zhǔn)差取值表

5　結(jié)　論

水利測量對高程的要求很高，但是在偏遠(yuǎn)地區(qū)水準(zhǔn)點(diǎn)稀少，或者山區(qū)無法施測量水準(zhǔn)測量，這些情況就可以應(yīng)用本文的研究，用大地高程轉(zhuǎn)換成果代替四等水準(zhǔn)高程的。在平坦的華北地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)差是9cm[1]。EGM2008進(jìn)行GPS高程測量時(shí)直接得出的正常高和1985國家高程基準(zhǔn)高程有一定的差異，但在一定區(qū)域內(nèi)(約20 km半徑)此差值是一個(gè)常量，這個(gè)常數(shù)是叫這個(gè)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)差。在進(jìn)行GPS控制測量的階段要注意儀器高的量取要精確，在控制網(wǎng)覆蓋范圍有高等級水準(zhǔn)控制點(diǎn)，進(jìn)行靜態(tài)網(wǎng)連測后可通過GPS解算軟件進(jìn)行高程擬合結(jié)算，但是高程網(wǎng)擬合水準(zhǔn)點(diǎn)的分布和密度有很大關(guān)系，容易造成控制網(wǎng)的高程成果精度不均衡。而通過本文的方法進(jìn)行反算出高程異常值，可以保證控制網(wǎng)成果精度的均衡。

[1]章傳銀，郭春喜，陳俊勇，等.EGM 2008地球重力場模型在中國大陸適用性分析[J].測繪學(xué)報(bào)，2009，38(04)：62-64.

[2]張精明，閆建強(qiáng)，王福民.EGM2008地球重力場模型精度分析與評價(jià)[J].石油物探物理勘探，2010，45(增刊1)：230-233.

1007-7596(2016)07-0127-02

2016-05-22

彭秀忠(1980-)，男，山東莒南人，高級工程師；張立剛(1976-)，男，黑龍江海倫人，高級工程師。

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