專利名稱：重力水準(zhǔn)面與gps水準(zhǔn)差異分解融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)差異分解融合新方法，屬于“大地測量學(xué)與測量工程”學(xué)科中的“物理大地測量學(xué)”技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代大地測量技術(shù)的發(fā)展，以及在地球物理學(xué)、海洋學(xué)等學(xué)科中應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，建立高精度高分辨率的大地水準(zhǔn)面模型，是解決現(xiàn)代測繪生產(chǎn)、地學(xué)科研實(shí)驗(yàn)的迫切任務(wù)。為了滿足地學(xué)應(yīng)用的高要求，需要不斷提高大地水準(zhǔn)面分辨率和精度。區(qū)域大地水準(zhǔn)面建模流程是，在全球地球重力場的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種重力觀測數(shù)據(jù)、高分辨率的數(shù)字地形模型，經(jīng)過嚴(yán)密計(jì)算形成重力大地水準(zhǔn)面，然后再與GPS水準(zhǔn)相結(jié)合形成GPS水準(zhǔn)重力大地水準(zhǔn)面。本發(fā)明主要解決重力水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)高精度融合問題。 重力大地水準(zhǔn)面分辨率高但有系統(tǒng)偏差且精度較低，GPS水準(zhǔn)精度高但分辨率低，實(shí)用中必須將兩者融合。重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)之間的差異形狀不規(guī)則，非常復(fù)雜，國內(nèi)國際目前采用多項(xiàng)式函數(shù)、球諧函數(shù)等擬合方法，然而得到的是規(guī)則曲面，因而模型存在規(guī)則化的近似。用規(guī)則函數(shù)去構(gòu)造一個不規(guī)則的曲面存在理論上方法上的缺憾，進(jìn)一步提高分辨率和模型精度面臨巨大困難。本發(fā)明采用趨勢函數(shù)先把重力水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)的系統(tǒng)偏差移除，殘差部分采用最小曲率Green基函數(shù)樣條，在較小的局部范圍內(nèi)利用放大鏡的原理，不斷對網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動觀測插值，形成與重力水準(zhǔn)面同等分辨率的殘差格網(wǎng)，再把殘差格網(wǎng)、系統(tǒng)偏差與重力水準(zhǔn)面格網(wǎng)疊加，形成最終的GPS水準(zhǔn)重力大地水準(zhǔn)面。該技術(shù)方案與現(xiàn)有采用規(guī)則函數(shù)對殘差進(jìn)行整體擬合的方法存在本質(zhì)的區(qū)別，可以實(shí)現(xiàn)任意不規(guī)則曲面的構(gòu)建而不受到分辨率與精度的限制。本該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于精度很高，能處理任意大小、形狀復(fù)雜的各級大地水準(zhǔn)面，可廣泛應(yīng)用于大地水準(zhǔn)面建模中。

發(fā)明內(nèi)容
一種重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)差異分解融合新方法，其基本目標(biāo)是將高分辨率的重力大地水準(zhǔn)面與高精度的GPS水準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)完美融合，從而構(gòu)造最終的(似)大地水準(zhǔn)面格網(wǎng)模型。本發(fā)明的兩個創(chuàng)新點(diǎn)在于一是完全拋棄舊的技術(shù)路線，不采用函數(shù)擬合的方法來擬合重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)的差異，而是先把趨勢項(xiàng)從兩者差異中移除，然后再對殘差構(gòu)造格網(wǎng)，最后把趨勢項(xiàng)、殘差格網(wǎng)、重力大地水準(zhǔn)面三者疊加，獲得最終的大地水準(zhǔn)面模型；二是以結(jié)點(diǎn)周圍關(guān)系密切的GPS水準(zhǔn)點(diǎn)對結(jié)點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算，采用放大鏡原理僅對局部細(xì)微特征進(jìn)行處理，無需整體建模，從而解決高分辨率與高精度插值問題。本發(fā)明的基本特征在于，針對重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)之間存在的差異，把該差異分成低頻的趨勢項(xiàng)和高頻的殘差兩部分分別處理，針對趨勢項(xiàng)的構(gòu)造提出了優(yōu)化趨勢函數(shù)；針對殘差部分提出了移動格林基樣條最小曲率插值方法形成殘差格網(wǎng)。在構(gòu)建最終GPS重力水準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面時，以高分辨率的重力水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)，恢復(fù)趨勢項(xiàng)和格網(wǎng)殘差，這是全新的技術(shù)方案，與差異函數(shù)擬合方法存在本質(zhì)的不同，函數(shù)擬合能力是有限的，對高頻變化的起伏實(shí)現(xiàn)高精度的擬合非常困難，而本發(fā)明能對任意復(fù)雜的大面積大地水準(zhǔn)面進(jìn)行重力GPS水準(zhǔn)融合數(shù)據(jù)處理，基于最小二乘原理求解參數(shù)估值，獲得非常高的計(jì)算精度。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)特征和流程包括以下內(nèi)容
(A)由格林基樣條插值計(jì)算GPS水準(zhǔn)點(diǎn)的重力高程異常
(B)由GPS水準(zhǔn)實(shí)測高程異常與插值重力高程異常相減得高程異常差值；
(C)給出了趨勢函數(shù)形式，基于最小二乘原理，提取高程異常差異的趨勢項(xiàng)，獲得趨勢函數(shù)的系數(shù)項(xiàng)；
(D)把趨勢項(xiàng)從高程異常差異中移除，得到高程異常差異的殘差；
(E)針對高程異常差異的殘差，采用格林基樣條插值方法對格網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行殘差插值，得到殘差格網(wǎng)模型；
(F)以重力大地水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)，恢復(fù)趨勢項(xiàng)，再與殘差格網(wǎng)模型進(jìn)行疊加，獲得最終的GPS水準(zhǔn)重力大地水準(zhǔn)面模型；


圖I重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)融合新方法流程圖
具體實(shí)施例方式一種重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)融合的新方法，其特征在于，具體實(shí)施中包括以下步驟。I)重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)差異計(jì)算
(A)重力大地水準(zhǔn)面模型是規(guī)則的格網(wǎng)，GPS水準(zhǔn)是任意均衡分布的離散觀測點(diǎn)，取得GPS水準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)；
(B)由格網(wǎng)插值方法，直接插值計(jì)算GPS水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)位置的重力水準(zhǔn)面高程異常；
(C)將計(jì)算出來的重力水準(zhǔn)面高程異常與GPS水準(zhǔn)觀測的高程異常進(jìn)行相減，得到重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)的差異。2)在重力水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)面的差異的基礎(chǔ)上，基于最小二乘原理構(gòu)造差異的趨勢函數(shù)，即差異信息的低頻部分
(A)趨勢函數(shù)的形式是
ε= ^1Cos ^pcos ^α2 cos ^sm /1+ sin φζοζ + sm ^Psin -^a5Wi cos ^sin^sin,1 + !cos2 φ+α7 -￥ει
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其中,=I=T=TT，為橢球的扁率；為緯度和經(jīng)度；為待求參數(shù)；
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(B)設(shè)矩陣A，X，L為
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權(quán)利要求
1.一種重力水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)差異分解融合新方法，其特征在于，包括以下步驟 1)求取重力水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)之間的差異值 (A)根據(jù)GPS水準(zhǔn)點(diǎn)的大地坐標(biāo)，由格林基樣條插值計(jì)算GPS水準(zhǔn)點(diǎn)位置的重力高程異常； (B)由GPS大地高減去水準(zhǔn)正常高程得到GPS水準(zhǔn)高程異常； (C)由重力高程異常減去GPS水準(zhǔn)高程異常得到高程異常差異值； 2)從高程異常差異值中提取趨勢項(xiàng) (A)趨勢項(xiàng)具有如下形式
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的重力水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)差異分解融合方法，應(yīng)用在似大地水準(zhǔn)面格網(wǎng)模型建立過程中。
全文摘要
一種重力大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)差異分解融合新方法，屬于大地測量學(xué)與測量工程技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明專利。重力大地水準(zhǔn)面分辨率高但有系統(tǒng)偏差，GPS水準(zhǔn)精度高但分辨率低，實(shí)用中必須將兩者融合。由于大地水準(zhǔn)面形狀不規(guī)則，非常復(fù)雜，然而目前國內(nèi)國際用多項(xiàng)式、球諧等函數(shù)擬合的方法得到的是規(guī)則曲面，精度和分辨率提高都很困難。本發(fā)明采用趨勢函數(shù)先把重力水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)的系統(tǒng)偏差移除，殘差部分以放大鏡原理采用最小曲率Green基函數(shù)樣條移動插值，形成與重力水準(zhǔn)面同等分辨率的殘差格網(wǎng)，再把殘差格網(wǎng)、系統(tǒng)偏差與重力水準(zhǔn)面格網(wǎng)疊加，形成最終的GPS水準(zhǔn)重力大地水準(zhǔn)面。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于精度高，不受分辨率的約束，能處理任意大小、形狀復(fù)雜的各級大地水準(zhǔn)面，可廣泛應(yīng)用于大地水準(zhǔn)面建模中。
文檔編號G01C5/00GK102944220SQ20121050029
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者鄧興升, 孫虹虹, 鄧希 申請人:長沙理工大學(xué)