專利名稱：利用重力位差實(shí)現(xiàn)跨海高程基準(zhǔn)傳遞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種跨海高程基準(zhǔn)傳遞方法，尤其是我國領(lǐng)海島礁高程基準(zhǔn)的確定。
背景技術(shù)：
高程基準(zhǔn)是推算國家統(tǒng)一高程控制網(wǎng)中所有水準(zhǔn)高程的起算依據(jù)，它的基本定義是和高程起算的參考面相聯(lián)系的，包括一個(gè)水準(zhǔn)基面和一個(gè)永久性水準(zhǔn)原點(diǎn)。我國目前采用的1985國家高程基準(zhǔn)，屬局部高程基準(zhǔn)，其基準(zhǔn)面為青島大港驗(yàn)潮站1952 1979年驗(yàn)潮資料確定的黃海平均海平面，即零高程面。目前，我國已經(jīng)建立了覆蓋全國陸地及部分近海岸島嶼的國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)和平差計(jì)算，為全國所有涉及高程的各項(xiàng)工作提供了基準(zhǔn)框架，為陸地開展的各種形變監(jiān)測研究提供了可靠的科學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。21世紀(jì)是全世界大規(guī)模開發(fā)利用海洋資源、擴(kuò)大海洋產(chǎn)業(yè)、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的世紀(jì)。 實(shí)施海洋開發(fā)戰(zhàn)略，首先應(yīng)摸清海島狀況，做好全國海島測繪工作，做好這項(xiàng)工作對(duì)于維護(hù)國家安全和主權(quán)、海域管理、海洋資源開發(fā)、加快海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，都具有十分重大的意義。 雖然，利用GPS觀測可以精確的確定海島大地控制網(wǎng)中的水平坐標(biāo)，但其高程，即相對(duì)陸地高程基準(zhǔn)的垂直坐標(biāo)尚未有很好的解決方案。如何實(shí)現(xiàn)跨海高程基準(zhǔn)的精確傳遞是當(dāng)前測繪學(xué)研究中急需突破和解決的關(guān)鍵問題和難點(diǎn)之一。傳統(tǒng)跨海高程基準(zhǔn)傳遞的主要方法有靜力水準(zhǔn)法、動(dòng)力水準(zhǔn)法、GPS水準(zhǔn)法及常規(guī)大地測量法等。靜力水準(zhǔn)法是采用連通管進(jìn)行高程傳遞，由于跨海距離較長，因此不但對(duì)連通管質(zhì)量要求極高，而且為了保持流體靜力平衡，必須保證填充物中無氣泡。此外，還需考慮氣壓差、密度差等因素對(duì)平衡狀態(tài)的影響。受客觀條件限制，這種方法只能用于離岸較近島嶼的高程傳遞。動(dòng)力水準(zhǔn)法即驗(yàn)潮法，或稱之為海洋動(dòng)力學(xué)法，它需要長時(shí)間連續(xù)的潮位觀測資料，周期較長且需要建立長期驗(yàn)潮站。常規(guī)大地測量方法常用的有精密水準(zhǔn)測量和三角高程測量兩種。精密水準(zhǔn)測量無法實(shí)現(xiàn)長距離高程傳遞，而采用三角高程測量的精度較低。其主要原因是受到大氣折射的限制，觀測需要在不同的測站高度和不同高度的觀測目標(biāo)間往返測量天頂距，且要求在不同時(shí)間段進(jìn)行，此外還需作相應(yīng)的氣候改正。GPS水準(zhǔn)法是利用大地高差與大地水準(zhǔn)面差距之差傳遞高程基準(zhǔn)，目前主要用于近海岸島嶼高程聯(lián)測中。受觀測條件限制，采用傳統(tǒng)跨海高程傳遞方法實(shí)施我國海域島嶼(礁)陸海高程聯(lián)測，特別是長距離跨海島嶼高程的確定是不可能的。隨著現(xiàn)代空間大地測量技術(shù)的發(fā)展，特別是觀測資料的不斷積累以及重力場確定精度的不斷提高，利用重力位技術(shù)實(shí)現(xiàn)局部性高程基準(zhǔn)統(tǒng)一的問題已成為國際空間大地測量學(xué)研究中一個(gè)十分重要的研究領(lǐng)域和發(fā)展趨勢。當(dāng)前，有關(guān)利用重力位技術(shù)實(shí)現(xiàn)高程基準(zhǔn)統(tǒng)一方面的研究集中于陸地高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一，主要是結(jié)合精密幾何水準(zhǔn)測量與重力觀測以實(shí)現(xiàn)不同高程基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換。海洋區(qū)域，主要是利用衛(wèi)星測高資料計(jì)算全球大地水準(zhǔn)面位基數(shù)(WO)。由于不可能在海上實(shí)施精密幾何水準(zhǔn)測量，因此，如何精確計(jì)算海域兩點(diǎn)間重力位之差，仍是目前國際大地測量學(xué)研究中尚未很好解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)地球重力位數(shù)與高程系統(tǒng)的關(guān)系，提出利用重力位差技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨海高程基準(zhǔn)的精確傳遞，將我國陸地高程系統(tǒng)直接傳遞到海島(礁)上GPS觀測點(diǎn)，即將我國陸地高程基準(zhǔn)精確延伸至我國海域及其鄰域內(nèi)。地球位數(shù)與諸多高程系統(tǒng)發(fā)生直接聯(lián)系，它在測定高程和研究地球重力場等方面具有十分重要的作用。所謂地球位數(shù)，即將單位質(zhì)量物體從大地水準(zhǔn)面提升到通過待測點(diǎn)的水準(zhǔn)面上時(shí)所需做的功，實(shí)質(zhì)上即是大地水準(zhǔn)面到另一重力等位面的重力位能之差。重力位差即起算點(diǎn)與計(jì)算點(diǎn)所處重力等位面位值之差。由于重力位差具有實(shí)際的物理意義， 因此在計(jì)算兩點(diǎn)間高差時(shí)具有十分重要的作用。陸地上，通過從水準(zhǔn)原點(diǎn)到待測點(diǎn)進(jìn)行精密幾何水準(zhǔn)測量和重力測量，再已知待測點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面之間垂線上的平均重力值，可精確求出待測點(diǎn)的正高值(高程)。在海洋區(qū)域，即使不可能進(jìn)行幾何水準(zhǔn)觀測，但在理論上， 只要計(jì)算出海洋區(qū)域兩點(diǎn)之間重力位差，同樣可以準(zhǔn)確求出兩點(diǎn)之間高程差值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨海高程基準(zhǔn)的精確傳遞。隨著海洋學(xué)觀測資料的積累，以及空間大地測量技術(shù)的發(fā)展，平均海平面高及海洋大地水準(zhǔn)面的精度和分辨率得以不斷提高；兩點(diǎn)間海面地形差值(類似于陸地上幾何水準(zhǔn)觀測值)的求定精度也得以不斷提高。由于虛擬測站間距較短(通常設(shè)定為幾公里，由海洋重力場分辨率決定)，相鄰測點(diǎn)上，海面地形觀測值受各種誤差因素的影響近乎相同， 利用海面水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行高程的傳遞，即以海面地形差值代替陸地水準(zhǔn)觀測高差，理論上是切實(shí)可行的。在海洋區(qū)域，由于全球大部分海域海面地形(即平均海平面到大地水準(zhǔn)面垂直距離)起伏通常在an范圍以內(nèi)，理論上，通過衛(wèi)星測高資料反演以及船測重力實(shí)測的海洋重力資料可以以很高的精度和分辨率逼近平均海平面與大地水準(zhǔn)面之間的平均重力值。通過求取海洋區(qū)域兩點(diǎn)間測線上平均重力與海面地形差值乘積的積分，即可精確求定兩點(diǎn)之間的重力位差，再利用計(jì)算的待測點(diǎn)到似大地水準(zhǔn)面垂線上的平均正常重力值，即可準(zhǔn)確計(jì)算得到兩點(diǎn)間的似大地水準(zhǔn)面高程差異值，最終實(shí)現(xiàn)我國高程基準(zhǔn)的精確傳遞。以高程系統(tǒng)中常用的正高為例一點(diǎn)A的正高，其幾何含義為沿地面點(diǎn)的垂線到大地水準(zhǔn)面的距離，A點(diǎn)正高值可由地面點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面的地球位數(shù)之差除以沿地面點(diǎn)垂線至大地水準(zhǔn)面之間平均重力值得到。
權(quán)利要求
1. 一種跨海高程基準(zhǔn)傳遞方法，包括跨海重力位差計(jì)算和高程基準(zhǔn)傳遞，其特征在于將海域海面地形之差作為水準(zhǔn)觀測值，利用海面地形差和海面平均重力的積分計(jì)算跨海重力位差，實(shí)現(xiàn)陸地高程基準(zhǔn)的跨海傳遞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種跨海高程基準(zhǔn)傳遞方法，用于我國領(lǐng)海海島(礁)高程的確定。包括，利用重力位與高程的關(guān)系，計(jì)算陸地高程基準(zhǔn)起算點(diǎn)重力位值；推導(dǎo)跨海重力位差計(jì)算公式；根據(jù)計(jì)算公式和海洋重力場資料計(jì)算出海域某點(diǎn)重力位值，確定該點(diǎn)相對(duì)陸地高程基準(zhǔn)的高程值，實(shí)現(xiàn)跨海高程基準(zhǔn)的精確傳遞。利用中國近海33個(gè)驗(yàn)潮站及日本沿海54個(gè)驗(yàn)潮站資料，分別對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行內(nèi)符精度估計(jì)和實(shí)際精度檢核。測試結(jié)果表明該方法可以把我國1985高程基準(zhǔn)傳遞至海島礁附近海域，并可將海域GPS大地高轉(zhuǎn)換為1985高程系統(tǒng)高程值，其精度優(yōu)于10cm。
文檔編號(hào)G01C5/00GK102230795SQ20111007106
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者鮑李峰 申請(qǐng)人:鮑李峰