[发明专利]一种顾及重力地形改正的GPS高程拟合方法及系统

说明书

本发明提供一种顾及重力地形改正的GPS高程拟合方法，用于山区地形，包括根据测区的数字高程模型计算格网点处布格重力异常的地形改正和层间改正；将布格重力异常的地形改正和层间改正相加，转换得到格网点处高程异常中地形因素的影响；进行重力地形改正扣除GPS水准点处高程异常中地形因素的影响；对地形改正后GPS水准点的高程异常进行数值拟合，得到地形改正后的局部似大地水准面模型；将地形改正后的局部似大地水准面模型与对应位置计算得到的高程异常中的地形影响结合，得到真实的局部似大地水准面，作为最终所得顾及重力地形改正的GPS高程拟合成果。本发明数据获取成本较重力测量方法低，可以有效提高山区的GPS高程拟合精度。

技术领域

本发明涉及一种高精度似大地水准面模型构建方法，特别涉及一种在山地区域考虑地形起伏影响进行重力地形改正的GPS高程拟合方案，属于大地测量与测量工程领域。

背景技术

GPS测量技术所得测点的高程为基于参考椭球面的大地高，而我国采用高程系统为基于似大地水准面的正常高系统，两者存在一定的差距，若要将GPS测量的高程结果应用于实际工程中，需得到测区的似大地水准面模型，从而把大地高转换为正常高。GPS高程拟合方法是构建局部似大地水准面模型方法中的一种，其主要原理为利用区域中一些已知大地高和正常高的点位数据(称这些点为GPS水准点)，通过数值拟合的方式拟合构建该区域的似大地水准面模型。目前GPS高程拟合的方法有很多种，如多面函数法^[1]、Shepard曲面法^[2]、多项式拟合法^[3]和BP神经网络方法^[4]。由于局部区域的高程异常受地形起伏的影响较大，实际应用中常规GPS高程拟合方法在山地区域很难得到高精度的拟合模型，因此，若想获得高精度的区域GPS高程拟合结果，必须考虑地形起伏对高程异常的影响。

重力地形改正^[5]主要用于局部重力场的正常重力值求解中，而局部重力场与高程异常之间存在一定的数学关系，依据该数学关系可以构建高精度的局部似大地水准面模型，同时，重力场理论中重力地形改正可以解决地形因素在重力场中的影响。目前，重力地形改正通常采用Stokes方法^[6]，其基本原理为，“移去”陆地地形，再将移去后的地形质量以合理的方式“补偿”到似大地水准面上，在地球总质量和质心不变的基础上，实现对地形质量进行调整。调整过程中，移去或补偿的地形质量可以等效为地形引起的重力变化，即重力地形改正项，通过测定区域内测点处的重力值并结合重力改正项即可得到正常重力值，进而得到区域似大地水准面模型。虽然Stokes方法构建的区域似大地水准面模型精度高且可靠性好，但该方法需要精确测量区域地面重力值，数据采集成本较高且耗时耗力。另一种重力地形改正方法则是从布格重力异常的角度进行改正^[7]，其基本原理为，将给定范围内的高于测点的地形内的物质“削平”，同时将低于测点的地形用同一密度物质“填满”，从而使得测点处的重力不受周围地形起伏的影响，该步骤称为布格重力异常的地形改正，之后再根据测点所处高程将所有测点归算至统一的基准面上，即改正测点正下方的地形影响，该步骤称为布格重力异常的层间改正。利用布格重力异常来确定区域似大地水准面虽然也需进行重力测量，但相比于Stokes方法，该方法可以直接通过区域高程分布情况以及地质密度改正绝大部分地形起伏的影响。

在山地区域的似大地水准面模型构建中，通常使用“移去-恢复”的组合拟合方法，先对高程异常变化中变化频率较小的部分采用合适的方法拟合，再用另一种方法拟合变化频率较大的残差项，如基于二次曲面的Shepard拟合法^[8]或者基于二次曲面的多面函数法^[9]，也有使用重力测量与数值拟合相结合的方法，但前者对地形起伏仅进行了拟合而不是改正，精度稍弱，而后者精度虽高可成本也高。因此，该领域亟待提出精度更佳且无需重力测量的似大地水准面模型构建方法。

本发明中涉及的参考文献如下：