重力水準面與gps水準差異分解融合方法
2023-05-02 16:03:11
專利名稱：重力水準面與gps水準差異分解融合方法
技術領域：
本發明是一種重力大地水準面與GPS水準差異分解融合新方法，屬於「大地測量學與測量工程」學科中的「物理大地測量學」技術領域。
背景技術：
隨著現代大地測量技術的發展，以及在地球物理學、海洋學等學科中應用的不斷擴展，建立高精度高解析度的大地水準面模型，是解決現代測繪生產、地學科研實驗的迫切任務。為了滿足地學應用的高要求，需要不斷提高大地水準面解析度和精度。區域大地水準面建模流程是，在全球地球重力場的基礎上，結合各種重力觀測數據、高解析度的數字地形模型，經過嚴密計算形成重力大地水準面，然後再與GPS水準相結合形成GPS水準重力大地水準面。本發明主要解決重力水準面與GPS水準高精度融合問題。 重力大地水準面解析度高但有系統偏差且精度較低，GPS水準精度高但解析度低，實用中必須將兩者融合。重力大地水準面與GPS水準之間的差異形狀不規則，非常複雜，國內國際目前採用多項式函數、球諧函數等擬合方法，然而得到的是規則曲面，因而模型存在規則化的近似。用規則函數去構造一個不規則的曲面存在理論上方法上的缺憾，進一步提高解析度和模型精度面臨巨大困難。本發明採用趨勢函數先把重力水準面與GPS水準的系統偏差移除，殘差部分採用最小曲率Green基函數樣條，在較小的局部範圍內利用放大鏡的原理，不斷對網格結點進行移動觀測插值，形成與重力水準面同等解析度的殘差格網，再把殘差格網、系統偏差與重力水準面格網疊加，形成最終的GPS水準重力大地水準面。該技術方案與現有採用規則函數對殘差進行整體擬合的方法存在本質的區別，可以實現任意不規則曲面的構建而不受到解析度與精度的限制。本該發明的優點在於精度很高，能處理任意大小、形狀複雜的各級大地水準面，可廣泛應用於大地水準面建模中。
發明內容
一種重力大地水準面與GPS水準差異分解融合新方法，其基本目標是將高解析度的重力大地水準面與高精度的GPS水準實現完美融合，從而構造最終的(似)大地水準面格網模型。本發明的兩個創新點在於一是完全拋棄舊的技術路線，不採用函數擬合的方法來擬合重力大地水準面與GPS水準的差異，而是先把趨勢項從兩者差異中移除，然後再對殘差構造格網，最後把趨勢項、殘差格網、重力大地水準面三者疊加，獲得最終的大地水準面模型；二是以結點周圍關係密切的GPS水準點對結點進行插值計算，採用放大鏡原理僅對局部細微特徵進行處理，無需整體建模，從而解決高解析度與高精度插值問題。本發明的基本特徵在於，針對重力大地水準面與GPS水準之間存在的差異，把該差異分成低頻的趨勢項和高頻的殘差兩部分分別處理，針對趨勢項的構造提出了優化趨勢函數；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。在構建最終GPS重力水準大地水準面時，以高解析度的重力水準面為基礎，恢復趨勢項和格網殘差，這是全新的技術方案，與差異函數擬合方法存在本質的不同，函數擬合能力是有限的，對高頻變化的起伏實現高精度的擬合非常困難，而本發明能對任意複雜的大面積大地水準面進行重力GPS水準融合數據處理，基於最小二乘原理求解參數估值，獲得非常高的計算精度。本發明的關鍵技術特徵和流程包括以下內容
(A)由格林基樣條插值計算GPS水準點的重力高程異常
(B)由GPS水準實測高程異常與插值重力高程異常相減得高程異常差值；
(C)給出了趨勢函數形式，基於最小二乘原理，提取高程異常差異的趨勢項，獲得趨勢函數的係數項；
(D)把趨勢項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，採用格林基樣條插值方法對格網的結點進行殘差插值，得到殘差格網模型；
(F)以重力大地水準面為基礎，恢復趨勢項，再與殘差格網模型進行疊加，獲得最終的GPS水準重力大地水準面模型；
圖I重力大地水準面與GPS水準融合新方法流程圖
具體實施例方式一種重力大地水準面與GPS水準融合的新方法，其特徵在於，具體實施中包括以下步驟。I)重力大地水準面與GPS水準差異計算
(A)重力大地水準面模型是規則的格網，GPS水準是任意均衡分布的離散觀測點，取得GPS水準點的坐標；
(B)由格網插值方法，直接插值計算GPS水準點坐標位置的重力水準面高程異常；
(C)將計算出來的重力水準面高程異常與GPS水準觀測的高程異常進行相減，得到重力大地水準面與GPS水準的差異。2)在重力水準面與GPS水準面的差異的基礎上，基於最小二乘原理構造差異的趨勢函數，即差異信息的低頻部分
(A)趨勢函數的形式是
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；為緯度和經度；為待求參數；
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(B)設矩陣A，X，L為
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權利要求
1.一種重力水準面與GPS水準差異分解融合新方法，其特徵在於，包括以下步驟 1)求取重力水準面與GPS水準之間的差異值 (A)根據GPS水準點的大地坐標，由格林基樣條插值計算GPS水準點位置的重力高程異常； (B)由GPS大地高減去水準正常高程得到GPS水準高程異常； (C)由重力高程異常減去GPS水準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 (A)趨勢項具有如下形式
2.根據權利要求I所述的重力水準面與GPS水準差異分解融合方法，應用在似大地水準面格網模型建立過程中。
全文摘要
一種重力大地水準面與GPS水準差異分解融合新方法，屬於大地測量學與測量工程技術領域的發明專利。重力大地水準面解析度高但有系統偏差，GPS水準精度高但解析度低，實用中必須將兩者融合。由於大地水準面形狀不規則，非常複雜，然而目前國內國際用多項式、球諧等函數擬合的方法得到的是規則曲面，精度和解析度提高都很困難。本發明採用趨勢函數先把重力水準面與GPS水準的系統偏差移除，殘差部分以放大鏡原理採用最小曲率Green基函數樣條移動插值，形成與重力水準面同等解析度的殘差格網，再把殘差格網、系統偏差與重力水準面格網疊加，形成最終的GPS水準重力大地水準面。該發明的優點在於精度高，不受解析度的約束，能處理任意大小、形狀複雜的各級大地水準面，可廣泛應用於大地水準面建模中。
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 優先權日2012年11月30日
發明者鄧興升, 孫虹虹, 鄧希 申請人:長沙理工大學