大地水准面的精化简介18页PPT
大地测量3区域似大地水准面精化
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一、似大地水准面精度与分辨率
(2)似大地水准面的精度由格网平均高程异常相对 于本区域内各高程异常控制点的高程异常平均中误 差表示。
(3)似大地水准面以一定分辨率的格网平均高程异 常来表示，主要用于不同比例尺地形图的高程点测 定，按照用途的不同，划分为国家似大地水准面、 省级似大地水准面和城市似大地水准面。这种划分 方法主要基于三种主要地理范围和应用范围。
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二、似大地水准面精化基础数据要求
各级似大地水准面计算采用的格网平均重力异常分 辨率应不低于下表的规定。
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二、似大地水准面精化基础数据要求
格网平均重力异常的精度以格网平均重力异常的代表误 差表示。格网平均重力异常的代表误差计算公式为
式中: 为格网平均重力异常代表误差,单位为10-
新埋设的高程异常控制点，其标石可采用GB／T l8314--2009规定的天线墩，其上埋设满足GPS和 水准测量的标志。
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三、高程异常控制点的布设
当利用已有大地控制点和水准点时，应检查该 点的稳定性、可靠性和完好性，符合要求方可利 用。
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二、似大地水准面精化基础数据要求
用于确定似大地水准面的高程异常控制点等基础 数据，其成果必须具有一定的可靠性和现势性。考 虑到我国国土范围大，各区域地形地貌复杂，基础 数据多种多样等情况，在保证似大地水准面的精度 和应用的前提下，《区域似大地水准面精化基本技 术规定》(GB/T 23709-2009)提出了高程异常控 制点等基础数据的最低要求。
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一、似大地水准面精度与分辨率
(5)我国似大地水准面按范围和精度，分为国家似 大地水准面、省级似大地水准面和城市似大地水准 面。各级似大地水准面的精度和分辨率应不低于表 1-7的规定。
第9章 大地水准面精化及应用
主要内容
9.1
大地水准面高程系统
9.2
大地水准面精化
9.3
GNSS水准测量
9.4
GNSS高程异常拟合
9.5
高程异常拟合建模实例
第9章 大地水准面精化及应用
GNSS测量可同时确定地面点的三维坐标，但其确定的 高程是相对于一个选定的参考椭球，即所谓的大地高，而 非实际应用中广泛采用的正常高。通过获得相应点上的大 地水准面差距或高程异常，进行高程转换，就可将大地高 转化为正常高。GNSS技术结合高精度、高分辨率大地水 准面模型，可以取代传统的水准测量方法测定正高或正常 高，实现三维定位功能。通过不断精化大地水准面，可逐 步提高GNSS水准测量的精度。
Hr，因此须建立大地高与正常高的转换关系，并采用一定的
方法将H84转换为Hr。
Hr= H84 – ζ
或 ζ= H84 – Hr
GPS高程测量流程图
9.3 GNSS水准测量
GPS高程测量的意义
精确求定GPS点的正常高 求定高精度的似大地水准面
实际上，高精度的高程异常值很难获得，而GPS单点 定位误差又较大，一般测区内缺少高精度的GPS基准 点，GPS网平差后，很难得到高精度的大地高H84，所 以很难应用上式精确地计算各GPS点的正常高。
曲面拟合法
平面拟合法 多项式曲面拟合法 多面函数拟合法 非参数回归曲面拟合法 移动曲面法
根据测区中已知点的平面坐标x、y（或 大地坐标B、L）和 值，用数值拟合 法，拟合出测区似大地水准面，再内插 出待求点的 ，从而求出待求点的正
常高
9.4 GNSS高程异常拟合
多项式拟合法
1.一般模型： f (x, y)
一般来说，消除系统误差后的重力大地水准面与GPS水准 之间仍存在残差，这些残差包含了部分有用信息，可利用 Shepard曲面拟合法、加权平均法及最小二乘配置等对这些剩 余残差进行格网拟合，并将拟合结果与消除系统误差之后的 重力大地水准面叠加，得到大地水准面的最终数值结果。
第一章大地测量3-区域似大地水准面精化
衡重力算常，通过推估内插。形成平均地形均衡重
力异常的基础格网数据。再利用高分辨率的DEM将 每个格网的地形均衡异常按地面重力归算的逆过程， 分别减去层间改正、局部地形改正和均衡改正，恢 复基础格网地面平均空间异常。
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四、外业观测和数据处理
②重力似大地水准面计算
第二次移去-恢复，计算出重力似大地面和高程异 常。在计算重力似大地水准面的过程中，必须要借助 地球参考重力场模型。由位系数计算出与地面格网相 同分辨率的重力模型的平均空间异常，将地面空间异 常减去模型重力异常得到格网残差空间异常，在残差 空间异常中加上局部地形改正得到残差法耶异常。采 用莫洛坚斯基公式对残差法耶异常进行积分计算，求 出每个格网中点的残差重力高程异常。然后利用位模 型系数由FFT技术计算位模型的高程异常，并将加上残 差高程异常，得到重力似大地水准面。
六、区域似大地水准面精化案例
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六、似大地水准面精化案例
背景材料
1．任务概况 通过区域似大地水准面精化，利用GPS技术结合高 精度高分辨率似大地水准面模型，已成为高程测量 的一种方式。为适应GPS技术以及CORS站技术的发展 及广泛应用，×市为满足地方经济发展对基础测绘 的需求，利用GPS技术和水准测量技术，在已有加密
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三、高程异常控制点的布设
相邻高程异常控制点最大间距不宜大于式(1-2) 的计算结果。 (1-2) 式中：d为相邻高程异常控制网点最大间距，单位 为km； 为似大地水准面的精度，单位为cm；c为平 均重力异常代表误差系数； 为平均重力异常格网分 辨率，单位为角分。 新埋设的高程异常控制点，其标石可采用GB／T l8314--2009规定的天线墩，其上埋设满足GPS和水 准测量的标志。
测绘技术中的大地水准面测量原理与方法
测绘技术中的大地水准面测量原理与方法近年来，随着城市建设的日益发展和对精准测绘数据的需求不断增长，大地水准面测量成为测绘技术的重要组成部分。
本文将介绍大地水准面测量的原理与方法，并探讨其在测绘领域的应用。
一、大地水准面测量的原理大地水准面是指地球表面上任意两点之间连结得到的曲面。
大地水准面测量的原理基于重力和地球的形状。
根据物理学的原理，重力的作用会使水平面成为大地水准面，即重力的方向垂直于大地表面。
大地水准面测量主要涉及测量高程的变化，即在不同地点测量的高度差。
为了实现高精度的测量，需要考虑以下因素：1. 地球的椭球形状：由于地球并非完全规则的球体，其形状更接近一个椭球体。
因此，在测量过程中需要考虑地球的形状对测量结果的影响。
2. 引力效应：引力是测量高程差的关键因素。
根据牛顿定律，两个物体之间的引力与它们的质量和距离有关。
在实际测量中，需要考虑重力的变化对测量结果的影响。
二、大地水准面测量的方法大地水准面测量主要通过测量高度差的变化来实现。
以下是几种常用的测量方法：1. 高程差测量：采用测量仪器，如水准仪或全站仪，在不同地点进行高度测量，并计算两点之间的高度差。
此方法适用于小范围的测量，精度相对较低。
2. 高程差传递：为了实现更大范围的测量，常使用高程差传递的方法。
这种方法通过测量高度差的变化，将一个已知的基准点的高程传递给其他点。
具体操作是在基准点测量高度，并在其他点进行比较测量。
3. 大地水准网：大地水准网是一种用于实现大范围高程测量的方法。
它由一系列基准点和插值点组成，通过在基准点上测量高程，并使用插值技术计算其他点的高度。
这种方法适用于全球或国家范围内的高程测量。
三、大地水准面测量在测绘领域的应用大地水准面测量在测绘领域具有广泛的应用，下面列举几个主要应用场景：1. 地形图制作：地形图是测绘领域中常见的产品之一。
通过测量不同地点的高度差，可以制作出地理区域的高程图，以展示地形的起伏变化。
简析似大地水准面精化
简析似大地水准面精化由于地球是个不规则的球体，地面起伏不平，采用常规水准测量和重力测量等常规方式，进行地表变形周期观测，任务量繁重，困难大，所以建立研究区域的似大地水准面精化模型尤为重要，。
本文通过对一定区域内似大地水准面建立的模型和解算概述，说明该技术的有效性和可行性。
一、似大地水准面的概念和作用大地水准面既是几何面又是物理面，就好比于地球让静止不动的海水所包围的一个曲面。
是正常高的起算面，也称为重力等位面。
根据位差理论，H正高=W∕Gm 其中Gm是重力平均值，W是该点沿水准路线所测得的位差。
由于Gm不能准确的求出，所以正高解算的时候有困难。
所以，大多采用待定点的正常重力值Rm替换沿重力线到大地水准面的重力平均值Gm。
水准路线上重力采用实测重力值。
因此，重力值的改变相当于高程起算面发生了变化，即不再是大地水准面，而成为似大地水准面。
在海洋上，似大地水准面同大地水准面一致，但陆地上就有差别了，是正常高的起算面，也就是说沿重力线到似大地水准面的距离称为正常高。
定义的高程系统是正常高系统，目前我国采用的法定高程系统是正常高系统。
精确求定大地水准面的差距N，则是对大地水准面的精化，精确求定高程异常ξ，则是对似大地水准面的精化。
国内采用正常高系统，对似大地水准面精化就是按一定的分辨率求定高程异常值。
随着GPS技术的发展，在测量中的应用日渐成熟，成为了似大地水准面精化的首选手段，利用GPS定位技术可以直接求出单位的的坐标和大地高，只要在一个区域内精确确定高程异常ξ，就可以得到正常高，颠覆了以前传统测量用水准测量得到正常高的技术。
这是目前精化似大地水准面的特殊和魅力之处。
二、精化似大地水准面的方法几何法重力学法几何与重力学联合法三、精化似大地水准面的设计1 设计原则，与国建测绘基准结合，规划和建设地方基础测绘控制网，利用已有数据，与全国似大地水准面精化一致。
2 水准点边长确定3 水准点大地高测定精度（误差来源，仪器误差，GPS测量时候的误差，水准测量时候的误差，重力测量时候的误差，DEM的误差）四、外业观测及数据处理GPS各等级的观测按照GPS控制网观测进行，水准观测按GB/T 12897-2006，GB/T 12898-2009相关规定执行。
大地水准面的精化简介
主要省市级大地水准面简介
分辨率：2.52.5 精度：优于0.078m 数据：
江苏省C级GPS控制网 472控制 点 8756个地面点重力数据 由测高数据计算的422475个交 叉点上的海洋重力异常 江苏省分辨率为18.7528.125 的数字地形模型 美国NASA/NIMA研制的22全 球陆海高程海深模型DTM2000 WDM94和EGM96作为参考重 力场模型
大地水准面高的求解
Stokes 积分解
R T g S ( ) d 4
N
n 1 n
T
g S d 4
R
Stokes公式
球谐函数解
R T n 2 r
1
m 0
n 1 n
Cnm Rnm ( , ) Dnm Snm ( , )
计算流程图
GPS 水准 格网重 力异常 参考重 力场模型
DTM
移去-恢复法 1DFFT技术
多项式拟合
拟合后大地 水准面
重力大地 水准面
Shepard拟合剩余 大地水准面 （或加权平均、LSC）
格网剩余 大地水准面
叠加
（似）大地 水准面模型
数据资料的主要来源和技术途径
国家测绘局 1 ： 25 万和 1 ： 5 万 DEM 数据库，某些省市和地 区1：1万DEM数据库。 已有的高精度 GPS 控制点数据、水准数据、重力资料（陆 地和海洋重力数据、卫星测高数据等）。 建立B级或C级区域GPS水准网，并与国家A级或B级GPS网 点和一、二等水准点联测，获取高精度 GPS 水准数据，作 为省市级大地水准面精化的控制。 在国家重力基本网的基础上建立区域性重力基本网，加密 陆地或海洋重力测量，获取高精度的陆地或海洋重力数据。 选取适合本地区大地水准面精化的参考重力场模型 ，如 EGM96和WDM94等。
似大地水准面精化 似大地水准面的精化
似大地水准面精化似大地水准面的精化似大地水准面精化似大地水准面的精化摘要随着科技的进步及城市测量基准的发展，高分辨率、高精度的城市级似大地水准面已成为现代测绘发展，尤其是信息化城市所必需的基本条件。
利用GPS定位技术以及现代地球重力场的确定理论和方法，来建立好精度、高分辨率的区域似大地水准面，具有特别重大的科学意义、社会意义和经济效益。
本文首先系统地介绍了GPS水准拟合法在确定似大地水准面中的应用，将常规的几何拟合法分为函数模型法、统计模型法、综合模型法三大类，详细介绍了他们的原理与特点，在此基础上介绍了GPS水准数据结合地球重力场模型和地形改正模型，采用移去一拟合一恢复法精化大地水准面的理论与实施步骤。
文章最后重点研究了以我国新一代似大地水准面CQG2000为平台，结合GPS水准数据精化区域似大地水准面的理论与方法。
将其作为一个平台，结合部分高精度GPS水准数据，借鉴移去恢复法原理提高区域(似)大地水准面的计算精度。
此外，本文给出了具体思想和计算步骤，并对移去恢复方法的可行性和优越性作了分析和探讨，并研究了GPS水准点个数和间距对精化结果的影响。
关键词：似大地水准面；GPS水准；移去-恢复技术；CQG2000ABSTRACTWith the progress of science and technology and the development of city measurement datum, high resolution and high precision level city like the geoid has become a modern surveying and mapping development, especially the information necessary to the city fundamental conditions. Using GPS technology and modern determination of the planet’s gravitational field theory and method, to build good precision, high resolution areas like the geoid, have special major scientific significance, social significance and economic benefits.This paper first introduces GPS to determine the level of legal in like the geoid, the application of the conventionalgeometric intends to legal divided into function model method, statistical model method, integrated model method three categories, detailed introduces their principle and features are introduced in this paper with GPS leveling data earth gravity field model and topographic correction model, a move to a unity to refining geoid recovery act the theory and implementation procedures.Finally, in our country mainly studied a new generation like the geoid CQG2000 as the platform, combined with GPS leveling data refine the area like geoid theory and method. Will it as a platform, combined with high level of GPS data, from the recovery act to remove the principle to improve regional (like) geoid calculation accuracy. In addition, this paper gives the specific ideas and calculation steps, and to remove the feasibility and advantage of recovery method is analyzed and discussed, and the GPS leveling point number and the spacing to refine the affect the result.Keywords：Like the geoid; GPS level; Remove-recovery technology ；CQG2000目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.1.1大地水准面似大地水准面 (1)1.1.2研究的目的及意义 (1)1.2国内外研究的现状 (3)1.2.1国外研究现状 (3)1.2.2国内的研究现状 (5)1.3本文主要研究内容 (7)第二章城市区域似大地水准面精化的误差分析 (9)2.1各种起算面及其相互关系 (9)2.1.1参考椭球面、大地高系统与大地高 (9)2.1.2 大地水准面、正高系统与正高 (10)2.1.3似大地水准面、正常高系统与正常高 (10)2.2区域似大地水准面精化的误差分析 (12)2.2.1 GPS水准精度及分辨率对高程异常的影响.. 122.2.2重力异常精度和分辨率对高程异常的影响.. 132.2.3 DTM精度和分辨率对似大地水准面的精度的影响 (16)2.3小结概述 (17)第三章利用GPS水准数据精化似大地水准面的方法.........193.1函数模型法 (19)3.1.1平面拟合法 (20)3.1.2多项式拟合法 (20)3.1.3多面函数拟合法 (21)3.1.4移动曲面法 (22)3.1.5神经网络法 (22)3.2统计模型法 (23)3.3综合模型法 (23)3.3.1最小二乘配置法 (23)3.3.2半参数模型法 (26)3.4顾及重力场模型和地形起伏的移去拟合恢复法 (26)3.4.1移去拟合恢复法的思想和计算步骤 (26)3.4.2重力场模型值的计算方法 (27)3.4.3地形改正影响的计算方法 (27)第四章以CQG2000的城市区域似大地水准面精化...........294.1 关于CQG2000似大地水准面 (29)4.2 以CQG2000的区域似大地水准面精化 (29)4.2.1 COG2000似大地水准面的特点和问题 (29)4.2.2 以CQG2000的区域似大地水准面精化的基本思路 (30)4.3 常用插值方法介绍 (30)4.3.1 线性插值、二次多项式插值、邻近点插值.. 304.3.2 Shepard插值原理 (31)4.4 以COG2000的移去，恢复法确定未知点高程异常 (31)4.4.1理论与实施步骤 (31)4.4.2 计算实验 (32)4.5利用GPS水准数据精化COG2000 (34)4.5.1思路和步骤 (34)4.5.2 计算试验 (35)第五章结论与展望 (38)5.1 结论 (38)5.2 展望.......................................... 40 致谢................................ 错误！未定义书签。
似大地水准面精化
似大地水准面精化水准面精化大地高是指以参考椭球面作为高程基准面的高程系统，是地面点沿法线到参考椭球面的距离。
正高是地面点沿重力线到大地水准面的距离。
正常高是指从一地面点沿过此点的正常重力线到似大地水准面的距离。
似大地水准面精华的目的就是为了求得高程异常，以实现大地高和正常高的相互换算。
大地水准面：也称为重力等位面，它既是一个几何面，又是一个物理面，相当于地球完全静止的海水所包围的一个曲面。
物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。
大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。
大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。
似大地水准面：似大地水准面严格说不是水准面，但接近于水准面，只是用于计算的辅助面。
它与大地水准面不完全吻合，差值为正常高与正高之差。
但在海洋面上时，似大地水准面与大地水准面重合。
精确求定大地水准面差距，则是对大地水准面的精化。
精确求定高程异常，则是对似大地水准面的精化。
我国采用的是正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。
因此，我国主要是对似大地水准面的精化，也就是按一定的分辨率精确求定高程异常值。
精化大地水准面对于测绘工作有重要意义：首先，大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。
其次，GPS（全球定位系统）技术结合高精度高分辨率大地水准面模型，可以取代传统的水淮测量方法测定正高或正常高，真正实现GPS技术对几何和物理意义上的三维定位功能。
再次，在现今GPS 定位时代，精化区域性大地水准面和建立新一代传统的国家或区域性高程控制网同等重要，也是一个国家或地区建立现代高程基准的主要任务，以此满足国家经济建设和测绘科学技术的发展以及相关地学研究的需要。
近年来，我国经济发达地区及中、小城市，在地形图测绘方面，对厘米级似大地水准面的需求十分迫切。
高精度的似大地水准面结合GPS定位技术所获得的三维坐标中的大地高分离求解正常高，可以改变传统高程测量作业模式，满足1：1万、1：5000甚至更大比例尺测图的迫切需要，加快数字中国、数字区域、数字城市等的建设，不但节约大量人力物力，产生巨大的经济效益，而且具有特别重要的科学意义和社会效益。