[发明专利]垂线偏差确定中球面地形位间接影响严密方法及系统

说明书

一种垂线偏差确定中球面地形位间接影响严密方法及系统，包括计算地面任一点垂线偏差的模型值；计算Helmert残差重力异常，包括给出地形效应球面积分的通用曲率项，使用所得地形效应球面积分的通用曲率项代替平面近似项，进行严密积分，得到地形引力位和Helmert地形凝集层对地面点的引力位的严密公式，计算大地水准面的基本地形间接影响和对重力异常的第二间接影响，剔除球面地形直接影响和间接影响计算Helmert残差重力异常；计算地面任一点的残差垂线偏差；恢复移去的模型垂线偏差，确定垂线偏差。本发明技术方案能更有效的去除球面地形位间接影响，确定高精度的大地水准面，非常适合应用于大地测量与测绘工程领域。

技术领域

本发明涉及垂线偏差确定中球面地形位间接影响严密方法及系统，属于大地测量与测绘工程领域。

技术背景

高程系统有正高系统和正常高系统之分，例如北美国家采用正高系统，我国和俄罗斯及欧洲国家采用正常高系统，两种系统均俗称海拔高程。地形图上描绘地形起伏所标示的高程，必须是海拔高程，它是一切工程建设设计施工所必需的基础性信息。正常高、正高两种高程系统对应的起算面，称为似大地水准面、大地水准面。

确定厘米级精度局部大地水准面最关键的难题，是严格精密处理地形对确定局部大地水准面的影响。确定局部大地水准面，目前仍普遍采用经典高效实用的Stokes方法，该方法理论上要求大地水准面外部没有质量存在，大地水准面作为海拔高程的基准面，是一个与平均海面最接近的水准面(重力等位面)，也是一个代表地球整体形状大小的封闭曲面，在大陆地区，大地水准面的上部是高低起伏的地形质量，应用Stokes方法首先要求把陆地地形“移去”，大地水准面是在地球重力场作用下形成的一个等位面，其位置和形状取决于地球内部(包括地形)物质分布，移去地形质量必然使原(自然)大地水准面产生位移和变形，可能使按Stokes方法解算的大地水准面完全失真，大地水准面相对参考椭球面的起伏约100米量级，移去地形质量最大可使大地水准面产生400米的位移。因此处理地形影响的第二步是构造选择一种物质补偿模型，把移去的地形质量按某种合理的方式补偿到大地水准面内部，合理的原则是保持地球总质量和质心不变，这两步合称对地形质量的调整或归算。

移去地形质量等效于将地面点的重力观测值扣除地形质量对该点产生的垂向(径向)引力分量，以及扣除地形质量对该重力观测点在大地水准面垂向对应(投影)点的引力位。补偿地形质量效应则和移去地形质量效应相反，是分别加上补偿质量对地面观测点的引力分量及其在大地水锥面上对应点的引力位。“移去”和“补偿”地形质量两过程各自产生的相应引力和引力位变化效应之差，称为调整地形质量后的“残差引力”和“残差引力位”，前者是调整地形质量对地面观测点(或计算点)的引力效应，称调整地形的“直接影响”，后者是对大地水准面上对应点的引力位效应，称为调整地形的基本间接影响，经地形质量调整后产生的大地水准面，称为“调整的大地水准面”，由于存在基本间接影响，它与要求解的真大地水准面之间有一小的差距，因此这两个大地水准面上垂向对应点的重力和正常重力值存在差值，称为第二间接影响。对于任一地面点根据对垂线偏差的定义以及Bruns公式，有

其中，ξ和η为垂线偏差的南北和卯酉分量。T为扰动位，γ为正常重力，R为地球平均半径。r为点到地球质心的距离，和λ分别为点的纬度与经度。地形和Helmert地形凝集层对地面上点的引力位V^t和V^σ，即残差地形位δV＝V^t-V^σ。δV的水平梯度就是对垂线偏差的间接影响。实际数据处理中，可采用重力异常(重力异常是扰动位的函数)来计算垂线偏差。可参见相关文献：[1]海斯卡涅WA,莫里兹H.物理大地测量学[J].1979；[2]李建成,陈俊勇,宁津生,等.地球重力场逼近理论与中国2000似大地水准面的确定[J].2003。确定地形对垂线偏差的间接影响，核心是确定地形对重力异常的间接影响。