论文总字数：20645字

摘 要

大地水准面精化是大地测量、地球科学等学科研究的重要内容之一。确定毫米级的局部大地水准面是当今大地测量学研究的热点。利用GPS测量技术可获得观测点的大地高，而采用常规水准测量测得的是正高或者正常高，因此在实际工程应用中就需要将大地高转换为正高或者正常高。如果能够精确计算出某一点的大地水准面差距，那么就能够实现大地高和正高之间的相互转换。本文采用三种方法对同一区域的大地水准面差距值进行拟合，并对计算后的结果进行分析比较，以此来验证三种方法的适用性。根据拟合结果可以得出在地形起伏不大的地区，采用加权均值法拟合的大地水准面在精度和效率方面都优于另外两种方法，其次，采用移动曲面拟合法拟合出的精度高于多项式曲面拟合法，但拟合算法中较多项式曲面拟合法引入了权函数，导致拟合的效率偏低。因此移动曲面拟合法常用于精度要求高、地形起伏较大的地区。

关键词：大地高 正高 大地水准面精化 大地水准面差距 GPS

Study on local geoid refinement based on GPS/ leveling data

Abstract

Geoid refinement is one of the important contents of geodesy and earth science. The determination of local geoid of millimeter scale is a hot topic in geodesy. The ground height of the observation point can be obtained by using GPS measurement technology, while the normal height or normal height can be measured by conventional leveling, so it is necessary to convert the ground height to normal height or normal height in practical engineering application. If the geoid difference at a certain point can be accurately calculated, then the conversion between the geoid height and the positive height can be realized. In this paper, three methods are used to fit the geoid gap values in the same region, and the calculated results are analyzed and compared, so as to verify the applicability of the three methods. According to the fitting results can be obtained in areas where relief is the weighted average method is adopted to fit the geoid in precision and efficiency is superior to the other two methods, secondly, using the moving curved surface fitting accuracy is higher than the polynomial curve fitting, the fitting method of weight function is introduced, and a polynomial surface fitting to fitting the efficiency is low. Therefore, moving surface fitting method is often used in areas with high precision and large topographic relief.

Key Words: Geodetic height; Orthometric height; Geoid refinement; Geoid height; GPS

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.2国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3本文主要研究内容 3

第二章 大地水准面精化理论与方法 4

2.1高程系统概述 4

2.1.1参考椭球面与大地高系统 4

2.1.2大地水准面与正高系统 4

2.1.3似大地水准面与正常高系统 4

2.2高程系统之间的关系 4

2.3求取大地水准面差距方法 5

2.3.1天文大地法 5

2.3.2大地水准面模型法 6

2.3.3几何内插法 6

2.3.4重力测量法（Stokes积分） 7

第三章 GPS水准精化大地水准面常用方法及程序实现 9

3.1概述 9

3.2精化大地水准面常用方法 9

3.2.1多项式曲面拟合法 9

3.2.2移动曲面拟合法 11

3.2.3加权均值法 13

3.3程序实现 13

3.3.1多项式曲面拟合法 13

3.3.2移动曲面拟合法 14

3.3.3加权均值法 15

第四章 大地水准面精化试验研究 16

4.1概述 16

4.2拟合结果 17

4.3拟合结果分析 20

第五章 总结与展望 22

5.1总结 22

5.2展望 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

在当今，GPS技术的发展和日趋成熟,通过GPS方法能够得到毫米级的定位结果，实践经验表明，对于导线边在几公里以内时，绝对精度可以达到几个厘米甚至更低，外业观测时GPS误差来源较多，通过在选点选取较好的点位以及在观测时选择精度更高的仪器等手段，可以将精度提高到亚厘米级甚至更高。因而，通过GPS方法测出的大地高结合大地水准面模型得到的大地水准面差距求取更高精度的正高，这种方法适用性更强。

通常采用的水准测量方式获得的是正常高高程，这种方法在地形复杂地区施测非常困难，而且其外业施测时间长、作业强度大等缺点，同时测量人员手工记录数据费时，费力避免不了人为出错等情况，此外还受到通视，天气情况等客观因素的限制，因此GPS技术出现为测量提供一种新的途径。因此，选择合适的方法进行拟合大地水准面，进而精确地确定地面点的正高，然后将两种高程互相转换成为我们的首要任务，从而使得GPS技术三维性、定位精度高、速度快等优点在测量领域发挥更大作用。这样既可以避免几何水准测量作业效率低，外业施测时间长等缺点，又能充分利用GPS技术得到的高程。由此得知，通过GPS测量获取大地高从而转换为正高的效率更高以及通过这种方法所得成果的适用性更强。

1.2国内外研究现状

1.2.2国外研究现状

随着地面高程在大地测量和工程测量中的广泛应用，以及地学研究的深入，大地水准面的研究和应用也得到广泛推广。尤其是自20世纪末期以来，地球水准面的精化研究在世界范围内迅速受到重视，因而地球水准面的研究发展很快，其精度和分辨率也大大提高^[2]。这一部分简要地介绍和概述了世界上一些发达国家和地区关于精化大地水准面的研究。

欧洲应该算是全球大地水准面研究中最早的地区，早在80年代初，第一代大地水准面EGG1和EAGG1就基本在欧洲建立起来，由于当时技术还比较落后，所以其精度只能达到分米级甚至更低，拟合的大地水准面地分辨率也不高。直到上世纪90年代，国际大地测量协会(IAG)提出建立欧洲大地水准面的方案并得以实施，欧洲各国通过多年的基础研究，其理论和技术逐渐成熟;90年代中期，EGG94重力似大地水准面被研究出来，随后EGG95、EGG96和EGG97等欧洲重力似大地水准面被研究出来。利用GPS水准资料对重力似大地水准面与GPS水准面联合精化后，得到的高程值比以往的计算结果有了很大提高^[2]。

请支付后下载全文，论文总字数：20645字