EGM 2008地球重力场模型在GPS水准测量中的应用

彭秀忠，张立刚

(1.吉林省煤田地质物探公司，长春 130031；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



EGM 2008地球重力场模型在GPS水准测量中的应用

彭秀忠1，张立刚2

(1.吉林省煤田地质物探公司，长春 130031；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

EGM2008是由美国NGA重力场研发小组发布的官方版高阶地球重力场模型，该模型的目的是通过在WGS84坐标系下来解算地球水准面的起伏。通过EGM2008 1'X1'地球重力场的计算得到WGS84大地高的改正数，计算结果与水准数据进行比较，确定该灌区的标准差，获得该灌区控制网的近似水准高，以代替四等水准测量的高程成果。

地球重力场模型；GPS水准测量；大地高程异常值；标准差；水准高

1　EGM 2008地球重力场模型简介

EGM2008是由美国NGA重力场研发小组发布的官方版高阶地球重力场模型，该模型的目的是通过在WGS84坐标系下来解算地球水准面的起伏。这个模型采用了卫星跟踪数据、卫星测高数据和地面重力数据等，使该模型无论在精度还是分辨率方面均取得了巨大的进步[2]。

EGM2008模型空间分辨率目前主要有2.5’×2.5’和1’×1’两种。本文是采用的空间分辨率为1’×1’的EGM2008的模型数据。

2　EGM2008模型的获取和计算软件的获取

WGS84成果求取大地水准面高程异常值软件“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2”可以在网站：http://www.xixiwg.com/soft/2637.html等多个网站获得，转换的文件模型“Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree”可以在网站：http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008/egm08_wgs84.html下载获得。

3　EGM2008计算软件进行求取大地高程异常值

“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2”软件可以计算单点与批量计算大地高程异常值，这里主要讲解批量计算的界面(EGM2008 File Calc选项卡)，详细界面见图1。EGM2008 File Calculation是计算文件选项区，InputFile是计算的WGS84坐标数据，数据格式按照“Formart Input File”选项，本文按照第一选项进行数据转换(Textfile lat lon)，计算方法选择右侧第1种方法(Bi-Quadratic Interpolation)。输入与输出的文件格式见图2：文件数据采用十进制的度格式，计算输出的格式是对应大地坐标求取的高程异常值。高程模型的选取为：选择图1中部第2个选项“External Database(EGM2008-File)”；用下方按钮“EGM-File”选择“Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree”文件，下方的默认即可，配置完选项就可以点击“Calc!”按钮进行计算就可以求取所需点位的对应大地高程异常值h’。

图1　批量计算界面

图2　输入与输出格式文件界面

大地高与水准高的关系公式：

H=Z-h’-l’

(1)

式中：H为水准高；Z为WGS84大地高；h’为大地高程异常值；l’为大地正常高与水准高差值(大地正常高=Z-h’)。

4　实例分析

通过三江联通东泄灌区工程测量的平面控制测量成果和四等水准测量成果对此技术进行分析。本次控制采用Trimble的TBC2.5控制网解算软件求取控制网点的三维无约束成果，通过数据编辑成软件“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2” 可以计算的度格式数据，从而求得控制网的高程异常值成果(如图2)。大地正常高=大地高-高程异常值，通过大地正常高与水准高求取标准差，正常高-标准差=水准高，由图三表格可以看出转换得到的水准高和水准高的差值，本次数据采用的水准数据是闭合环路径：[D513-D510-D509-D508-D507-D506-D505-D502-D501-K154-D225-D224-D215-D223-K163-D515-D514]，高差闭合差=9.00(mm)，限差=±20 * SQRT(21.640)=±93.04(mm)，路线长度=21.640(km)的数据。高程校核限差<0.03m。GPS大地高转换的高成果可以代替四等水准的高程成果。如果个别高程相差较大就要进行外业校核，查找是否因为仪器高量取和水准观测那里出现操作失误引起。

标准差的取值采用正常高与水准高差值的平均值。

表1标准差取值表

5　结　论

水利测量对高程的要求很高，但是在偏远地区水准点稀少，或者山区无法施测量水准测量，这些情况就可以应用本文的研究，用大地高程转换成果代替四等水准高程的。在平坦的华北地区标准差是9cm[1]。EGM2008进行GPS高程测量时直接得出的正常高和1985国家高程基准高程有一定的差异，但在一定区域内(约20 km半径)此差值是一个常量，这个常数是叫这个区的标准差。在进行GPS控制测量的阶段要注意仪器高的量取要精确，在控制网覆盖范围有高等级水准控制点，进行静态网连测后可通过GPS解算软件进行高程拟合结算，但是高程网拟合水准点的分布和密度有很大关系，容易造成控制网的高程成果精度不均衡。而通过本文的方法进行反算出高程异常值，可以保证控制网成果精度的均衡。

[1]章传银，郭春喜，陈俊勇，等.EGM 2008地球重力场模型在中国大陆适用性分析[J].测绘学报，2009，38(04)：62-64.

[2]张精明，闫建强，王福民.EGM2008地球重力场模型精度分析与评价[J].石油物探物理勘探，2010，45(增刊1)：230-233.

1007-7596(2016)07-0127-02

2016-05-22

彭秀忠(1980-)，男，山东莒南人，高级工程师；张立刚(1976-)，男，黑龙江海伦人，高级工程师。

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