EGM 2008地球重力場模型在GPS水準測量中的應用

彭秀忠，張立剛

(1.吉林省煤田地質物探公司，長春 130031；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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EGM 2008地球重力場模型在GPS水準測量中的應用

彭秀忠1，張立剛2

(1.吉林省煤田地質物探公司，長春 130031；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

EGM2008是由美國NGA重力場研發小組發布的官方版高階地球重力場模型，該模型的目的是通過在WGS84坐標系下來解算地球水準面的起伏。通過EGM2008 1'X1'地球重力場的計算得到WGS84大地高的改正數，計算結果與水準數據進行比較，確定該灌區的標準差，獲得該灌區控制網的近似水準高，以代替四等水準測量的高程成果。

地球重力場模型；GPS水準測量；大地高程異常值；標準差；水準高

1　EGM 2008地球重力場模型簡介

EGM2008是由美國NGA重力場研發小組發布的官方版高階地球重力場模型，該模型的目的是通過在WGS84坐標系下來解算地球水準面的起伏。這個模型采用了衛星跟蹤數據、衛星測高數據和地面重力數據等，使該模型無論在精度還是分辨率方面均取得了巨大的進步[2]。

EGM2008模型空間分辨率目前主要有2.5’×2.5’和1’×1’兩種。本文是采用的空間分辨率為1’×1’的EGM2008的模型數據。

2　EGM2008模型的獲取和計算軟件的獲取

WGS84成果求取大地水準面高程異常值軟件“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2”可以在網站：http://www.xixiwg.com/soft/2637.html等多個網站獲得，轉換的文件模型“Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree”可以在網站：http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008/egm08_wgs84.html下載獲得。

3　EGM2008計算軟件進行求取大地高程異常值

“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2”軟件可以計算單點與批量計算大地高程異常值，這里主要講解批量計算的界面(EGM2008 File Calc選項卡)，詳細界面見圖1。EGM2008 File Calculation是計算文件選項區，InputFile是計算的WGS84坐標數據，數據格式按照“Formart Input File”選項，本文按照第一選項進行數據轉換(Textfile lat lon)，計算方法選擇右側第1種方法(Bi-Quadratic Interpolation)。輸入與輸出的文件格式見圖2：文件數據采用十進制的度格式，計算輸出的格式是對應大地坐標求取的高程異常值。高程模型的選取為：選擇圖1中部第2個選項“External Database(EGM2008-File)”；用下方按鈕“EGM-File”選擇“Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree”文件，下方的默認即可，配置完選項就可以點擊“Calc!”按鈕進行計算就可以求取所需點位的對應大地高程異常值h’。

圖1　批量計算界面

圖2　輸入與輸出格式文件界面

大地高與水準高的關系公式：

H=Z-h’-l’

(1)

式中：H為水準高；Z為WGS84大地高；h’為大地高程異常值；l’為大地正常高與水準高差值(大地正常高=Z-h’)。

4　實例分析

通過三江聯通東泄灌區工程測量的平面控制測量成果和四等水準測量成果對此技術進行分析。本次控制采用Trimble的TBC2.5控制網解算軟件求取控制網點的三維無約束成果，通過數據編輯成軟件“Alltrans EGM2008 Calculator 1.2” 可以計算的度格式數據，從而求得控制網的高程異常值成果(如圖2)。大地正常高=大地高-高程異常值，通過大地正常高與水準高求取標準差，正常高-標準差=水準高，由圖三表格可以看出轉換得到的水準高和水準高的差值，本次數據采用的水準數據是閉合環路徑：[D513-D510-D509-D508-D507-D506-D505-D502-D501-K154-D225-D224-D215-D223-K163-D515-D514]，高差閉合差=9.00(mm)，限差=±20 * SQRT(21.640)=±93.04(mm)，路線長度=21.640(km)的數據。高程校核限差<0.03m。GPS大地高轉換的高成果可以代替四等水準的高程成果。如果個別高程相差較大就要進行外業校核，查找是否因為儀器高量取和水準觀測那里出現操作失誤引起。

標準差的取值采用正常高與水準高差值的平均值。

表1標準差取值表

5　結　論

水利測量對高程的要求很高，但是在偏遠地區水準點稀少，或者山區無法施測量水準測量，這些情況就可以應用本文的研究，用大地高程轉換成果代替四等水準高程的。在平坦的華北地區標準差是9cm[1]。EGM2008進行GPS高程測量時直接得出的正常高和1985國家高程基準高程有一定的差異，但在一定區域內(約20 km半徑)此差值是一個常量，這個常數是叫這個區的標準差。在進行GPS控制測量的階段要注意儀器高的量取要精確，在控制網覆蓋范圍有高等級水準控制點，進行靜態網連測后可通過GPS解算軟件進行高程擬合結算，但是高程網擬合水準點的分布和密度有很大關系，容易造成控制網的高程成果精度不均衡。而通過本文的方法進行反算出高程異常值，可以保證控制網成果精度的均衡。

[1]章傳銀，郭春喜，陳俊勇，等.EGM 2008地球重力場模型在中國大陸適用性分析[J].測繪學報，2009，38(04)：62-64.

[2]張精明，閆建強，王福民.EGM2008地球重力場模型精度分析與評價[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，山東莒南人，高級工程師；張立剛(1976-)，男，黑龍江海倫人，高級工程師。

P223

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