CN109446676B - 一种高程系统基准面确定方法及系统 - Google Patents
一种高程系统基准面确定方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高程系统基准面确定方法及系统。该方法包括：获取地面离散重力点数据和地形数据；计算地面平均格网重力异常值；计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响；依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高；计算剩余边界面重力异常值；采用Stokes积分方法，得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高；确定似大地水准面和大地水准面。本发明能够提高大地水准面、似大地水准面的解算精度。
Description
技术领域
本发明涉及物理大地测量技术领域，特别是涉及一种高程系统基准面确定方法及系统。
背景技术
大地水准面与似大地水准面分别是正高与正常高高程系统的基准面。由于正高不能精确求得，我国通常采用正常高高程系统。将大地水准面精度、似大地水准面精度提高到厘米级水平，能够为数字地图、经济建设、战场环境建设等提供精确的高程基准保障，具有重要的理论与实际意义。
传统的地形数据的获取是通过效率低且劳动强度大的水准测量实现，测得的高程为正高或正常高，在地形复杂区域水准测量难度大、精度低。由于将大地边值问题输出的大地水准面高或高程异常与全球定位系统(Global Positioning System，GPS)测得的大地高相结合，可得到正高或正常高，因此，全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)与大地水准面模型或似大地水准面模型相结合的测高模式完全有可能逐步取代传统繁重的水准测量，进而产生巨大的经济和社会效益。大地测量领域的边值问题是用数学物理方法来解算大地水准面或似大地水准面。大地水准面或似大地水准面精度的提高，一方面需要提高使用的数据的精度和质量，另一方面需要不断优化边值问题的理论方法。
自从Stokes按球近似得出Stokes公式以来，大地测量边值问题的理论方法得到了迅猛的发展。目前，基于Stokes-Helmert理论确定大地水准面和似大地水准面已经成为一种主流方法，我国最新的重力似大地水准面模型CNGG2011就是基于Stokes-Helmert方法实现的，这是我国首次将Stokes-Helmert方法应用于全国似大地水准面构建中。由于Stokes-Helmert理论方法目前还不是很成熟，各国使用的具体解算方法也不尽相同，如美国USGG2009模型构建过程使用了球谐延拓方法，加拿大CGG2010模型构建时以Helmert化的地球重力场模型作为参考模型等。现有的基于Stokes-Helmert边值理论构建的大地水准面、似大地水准面的解算精度仍然有待提高。
发明内容
基于此，有必要提供一种高程系统基准面确定方法及系统，以提高大地水准面、似大地水准面的解算精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高程系统基准面确定方法，包括：
获取地面离散重力点数据和地形数据；
将所述地面离散重力点数据格网化，得到地面平均格网重力异常值；
依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响；
依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高；
依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响，得到剩余边界面重力异常值；
对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，分别得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高；
依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面。
可选的，所述依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响，具体包括：
依据所述地形数据，采用棱柱模型分别计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响。
可选的，所述依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据，得到剩余边界面重力异常值，具体包括：
将所述地面平均格网重力异常值与所述模型重力异常值做差，得到第一剩余地面重力异常值；
将所述第一剩余地面重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响和所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据相加，得到第二剩余地面重力异常值；
将所述第二剩余地面重力异常值向下延拓，得到剩余边界面重力异常值。
可选的，所述对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高，具体包括：
对所述剩余边界面重力异常值进行扩展Stokes积分，得到剩余高程异常值；所述扩展Stokes积分采用扩展低阶修正的截断核函数，所述扩展低阶修正的截断核函数为
rP为计算点地心向径，ψ为计算点与流动积分点之间的角距，κn表示修正系数，n表示阶数，R为地球半径，Pn(cosψ)为Legendre函数，其中，
L表示低阶修正的截止频率，μ为低阶修正带宽；
对所述剩余边界面重力异常值进行非扩展Stokes积分，得到剩余大地水准面高；所述非扩展Stokes积分采用非扩展低阶修正的截断核函数，所述非扩展低阶修正的截断核函数为
可选的，所述依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面，具体包括：
将所述剩余高程异常值、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响和模型高程异常值相加，得到高程异常值，所述高程异常值表示似大地水准面与参考椭球面的距离；
将所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响和所述模型大地水准面高相加，得到大地水准面高，所述大地水准面高表示大地水准面与所述参考椭球面的距离。
本发明还提供了一种高程系统基准面确定系统，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取地面离散重力点数据和地形数据；
格网化模块，用于将所述地面离散重力点数据格网化，得到地面平均格网重力异常值；
地形影响计算模块，用于依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响；
模型值计算模块，用于依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高；
第一剩余值计算模块，用于依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响，得到剩余边界面重力异常值；
第二剩余值计算模块，用于对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，分别得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高；
基准面确定模块，用于依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面。
可选的，所述地形影响计算模块，具体包括：
地形影响计算单元，用于依据所述地形数据，采用棱柱模型分别计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响。
可选的，所述第一剩余值计算模块，具体包括：
第一异常值计算单元，用于将所述地面平均格网重力异常值与所述模型重力异常值做差，得到第一剩余地面重力异常值；
第二异常值计算单元，用于将所述第一剩余地面重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响和所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据相加，得到第二剩余地面重力异常值；
第三重力异常值计算单元，用于将所述第二剩余地面重力异常值向下延拓，得到剩余边界面重力异常值。
可选的，所述第二剩余值计算模块，具体包括：
剩余高程异常值计算单元，用于对所述剩余边界面重力异常值进行扩展Stokes积分，得到剩余高程异常值；所述扩展Stokes积分采用扩展低阶修正的截断核函数，所述扩展低阶修正的截断核函数为
rP为计算点地心向径，ψ为计算点与流动积分点之间的角距，κn表示修正系数，n表示阶数，R为地球半径，Pn(cosψ)为Legendre函数，其中，
L表示低阶修正的截止频率，μ为低阶修正带宽；
剩余大地水准面高计算单元，用于对所述剩余边界面重力异常值进行非扩展Stokes积分，得到剩余大地水准面高；所述非扩展Stokes积分采用非扩展低阶修正的截断核函数，所述非扩展低阶修正的截断核函数为
可选的，所述基准面确定模块，具体包括：
高程异常值计算单元，用于将所述剩余高程异常值、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响和模型高程异常值相加，得到高程异常值，所述高程异常值表示似大地水准面与参考椭球面的距离；
大地水准面高计算单元，用于将所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响和所述模型大地水准面高相加，得到大地水准面高，所述大地水准面高表示大地水准面与所述参考椭球面的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种高程系统基准面确定方法及系统，所述方法包括：获取地面离散重力点数据和地形数据；计算地面平均格网重力异常值；计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响；依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高；计算剩余边界面重力异常值；采用Stokes积分方法，得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高；确定似大地水准面和大地水准面。本发明通过计算各个直接间接地形影响以及修正Stokes积分的方式，提高了大地水准面、似大地水准面的解算精度，为高程基准模型的精化提供了更加可靠的支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明的技术方法获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种高程系统基准面确定方法的流程图；
图2为本发明计算地形影响的棱柱模型的示意图；
图3为直接影响所在区域的地形分布及其量值图；
图4为间接影响所在区域的地形分布及其量值图；
图5为次要间接影响的量值图；
图6为本发明实施例一种高程系统基准面确定系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的基本原理为：在解算(似)大地水准面的应用中采用分频段计算模式，即使用“移去—恢复”技术。具体的，大地水准面高(大地水准面与参考椭球面的距离)、高程异常值(似大地水准面与参考椭球面的距离)的低频波段信息由地球重力场模型计算；而大地水准面高、高程异常的中高频信息由Stokes积分计算，在移去恢复模式下Stokes积分仅需在一定的近区范围(通常取1°～3°)积分即可，从而提高了解算速度。
在移去恢复技术模式下，本发明高程系统基准面(大地水准面、似大地水准面)的最终解算公式为
其中，式中ζ为高程异常值，N为大地水准面高，C0表示Stokes积分区域，R为地球半径，γ为地面点的正常重力，γ0为计算点在参考椭球面上投影点的正常重力，δA为地形压缩对地面重力数据的直接影响，δS为地形压缩对地面重力数据的次要间接影响，δζ为地形压缩对高程异常数据的间接影响，δN为地形压缩对地形压缩对大地水准面高的间接影响，ψ为计算点与流动积分点之间的角距，上标“*”表示向下延拓过程(地面重力值通过向下延拓转化为边界面上的重力值)，S(rP,ψ)、S(ψ)分别为扩展和非扩展形式的Stokes积分核函数，rP为计算点地心向径，ΔgM、ζM、NM分别为地球重力场模型计算的模型重力异常值、模型高程异常值、模型大地水准面高。
下面详细介绍高程系统基准面确定方法。
图1为本发明实施例一种高程系统基准面确定方法的流程图。
参见图1，实施例的高程系统基准面确定方法，包括：
步骤S1：获取地面离散重力点数据和地形数据。
步骤S2：将所述地面离散重力点数据格网化，得到地面平均格网重力异常值。
步骤S3：依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响。
地形影响的计算理论上是采用全球积分，但在采用移去恢复模式且参考模型未转化为Helmert参考模型的情况下，地形影响应为近区影响。因此，本实施例中上述几种地形影响的计算区域均为计算点周围一定的近区范围。由于地形数据是以离散的网格形式存储的，因此，在地形影响计算时，需单独计算每个地形网格产生的地形影响，然后将计算区域所有网格单元产生的地形影响进行累加求和。
在计算几种地形影响时，传统的地形影响算法是非解析的球面积分公式，该方式实际上是近似认为网格质量集中于网格中心线上。为了更精确地计算地形影响，本发明使用网格质量平均分布在网格之中的质量棱柱模型对近区地形进行近似。图2为本发明计算地形影响的棱柱模型的示意图。参见图2，x、y、z为空间直角坐标系的三个轴，x轴平行于经度方向，y轴平行于纬度方向。
所述步骤S3具体包括：
S301：依据所述地形数据，采用棱柱模型计算地形压缩对地面重力数据的直接影响
其中，I为计算区域纬度方向的网格数量，J为计算区域经度方向的网格数量，δAij表示第i个纬度方向的网格与第j个经度方向的网格确定的位置(单个地形网格)的地形压缩对地面重力数据的直接影响
其中，G为万有引力常数，R为地球半径，ρ为平均地形面积，x表示棱柱上与经度方向平行的点到原点的距离，y表示棱柱上与纬度方向平行的点到原点O的距离，hP为计算点的高程，P为计算点，原点为P在边界上的投影，hij表示第i个纬度方向的网格与第j个经度方向的网格确定的位置的高程，xi表示第i个纬度方向的棱柱边界线到原点的距离，yi表示第j个经度方向的棱柱边界线到原点的距离；
S302：依据所述地形数据，采用棱柱模型计算地形压缩对高程异常数据的间接影响
δζij表示第i个纬度方向的网格与第j个经度方向的网格确定的位置的地形压缩对高程异常数据的间接影响
其中，γ表示地面点的正常重力；
S303：依据所述地形数据，采用棱柱模型计算地形压缩对大地水准面高的间接影响
δNij表示第i个纬度方向的网格与第j个经度方向的网格确定的位置的地形压缩对大地水准面高的间接影响
其中，γ0表示计算点在参考椭球面上投影点的正常重力；
S304：依据所述地形数据，采用棱柱模型计算地形压缩对地面重力数据的次要间接影响
δSij表示第i个纬度方向的网格与第j个经度方向的网格确定的位置的地形压缩对地面重力数据的次要间接影响
在上述S301-S304的计算过程中，前提是将近区近似为平面。若考虑到近区地球曲率的影响，则需要改变计算点的高程hP，改进后的计算点高程为
其中，
为积分点与计算点之间的水平距离。
步骤S4：依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高。
本实施例，在执行步骤S4之前，首先获取地球重力场模型，地球重力场模型是现有的模型，本实施例将地球重力场模型作为参考模型。
所述步骤S4中，所述模型重力异常值
其中，M为地球质量，rP为计算点地心向径，n为阶数，m为次数，a代表参考椭球的长半轴，N为地球重力场模型的截断阶数，
为计算点的球心纬度，λ为计算点的球心经度，
为地球重力场模型扰动位第n阶m次的球谐系数，其中
中的
项是由地球重力场模型球谐系数中的C20、C40、C60、C80、C10,0项分别除去正常引力位中相应的2、4、6、8、10阶带谐系数得到的，其余项与地球重力场模型相应阶次的球谐项系数相同，
是完全正常化的伴随Legendre函数。
所述模型高程异常值
其中，γ为地面点的正常重力。
所述模型大地水准面高
其中，rE为计算点在椭球面上投影点的地心向径，γ0为计算点在参考椭球面上投影点的正常重力。
步骤S5：依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响，得到剩余边界面重力异常值。
所述步骤S5具体包括：
将所述地面平均格网重力异常值与所述模型重力异常值做差，得到第一剩余地面重力异常值；
将所述第一剩余地面重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响和所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据相加，得到第二剩余地面重力异常值；
将所述第二剩余地面重力异常值向下延拓，得到剩余边界面重力异常值。
步骤S6：对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，分别得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高。
在基于移去恢复的Stokes-Helmert边值问题中，Stokes核函数通常采用截断形式(通过从标准核函数中除去低阶勒让德级数项得到)，但截断核函数存在谱泄露现象。为了控制截断核函数存在的谱泄露问题，求得精度更高的(似)大地水准面，加拿大水准面模型在构建时使用了一种高低阶均修正的截断核函数，本发明在此基础上进行了改化，提出了仅低阶修正的截断核函数。
所述步骤S6具体包括：
对所述剩余边界面重力异常值进行扩展Stokes积分，得到剩余高程异常值；所述扩展Stokes积分采用扩展低阶修正的截断核函数，所述扩展低阶修正的截断核函数为
rP为计算点地心向径，ψ为计算点与流动积分点之间的角距，κn表示修正系数，n表示阶数，R为地球半径，Pn(cosψ)为Legendre函数，其中，
当采用余弦函数进行修正时，修正系数
当采用线型函数进行修正时，修正系数
L表示低阶修正的截止频率，μ为低阶修正带宽；
对所述剩余边界面重力异常值进行非扩展Stokes积分，得到剩余大地水准面高；所述非扩展Stokes积分采用非扩展低阶修正的截断核函数，所述非扩展低阶修正的截断核函数为
当采用余弦函数进行修正时，修正系数
当采用线型函数进行修正时，修正系数
步骤S7：依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面。
所述步骤S7具体包括：
将所述剩余高程异常值、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响和模型高程异常值相加，得到高程异常值，所述高程异常值表示似大地水准面与参考椭球面的距离；
将所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响和所述模型大地水准面高相加，得到大地水准面高，所述大地水准面高表示大地水准面与所述参考椭球面的距离。
本发明对上述高程系统基准面确定方法进行了验证。下面依据本申请上述高程系统基准面确定方法求解实验区重力似大地水准面。实验区地形为SRTM正高数据，其高程基准为EGM96大地水准面。实验区重力点范围为105.5°～116.5°E，25.5°～34.5°N，共计70379个。首先将实测重力离散点格网化为106°～116°E、26°～34°N范围的30″×30″分辨率的重力异常数据，然后将其平均为1.5′×1.5′分辨率的格网重力异常。最终解算的重力似大地水准面范围为108°～114°E、28°～32°N，该区域位于我国中部，区域地形起伏较为明显，因此具有一定的代表性。
课题组搜集的108°～114°E、28°～32°N范围的GPS水准点(我们将实测GPS水准点确定的高程异常近似认为是真值)共计68个。利用此68个GPS水准点对分别截断到360阶、2190阶的EIGEN-6C4地球重力场模型进行精度检核，其结果如表1所示。
表1
表1中2190阶的EIGEN-6C4模型精度为±7.8cm(标准差)。由于2190阶的EIGEN-6C4模型已达到较高的精度，若基于该模型计算似大地水准面，较难反映实测数据和算法本身的应用效果。因此，本实施例将EIGEN-6C4模型的前360阶作为参考模型，其精度为±28.2cm(标准差)。鉴于我国使用正常高高程系统(其基准面为似大地水准面)，本实施例将只进行解算似大地水准面的实验。
下面分别计算几种地形影响，积分半径均取1°。直接影响和次要间接地形影响的区域范围为106°～116°E、26°～34°N，与格网重力异常范围一致。而间接影响的区域范围为108°～114°E、28°～32°N，与最终求得的高程异常范围一致。为了频谱一致，先计算30″×30″分辨率的格网直接、间接影响，然后将其平均为1.5′×1.5′分辨率。
图3为直接影响所在区域的地形分布及其量值图，图3(a)为直接影响所在区域的地形分布图，图3(b)为直接影响所在区域的量值图。参见图3，图3(a)中直接影响区域海拔(正高)最高3405m、最低11m、平均537m，由图3(b)可知，该区域直接影响的量值最小-71mGal、最大54mGal、平均0.74mGal，均方根为6.15mGal。对比图3(a)和图3(b)可看出直接影响的分布与高程具有一定相关性，海拔较低处直接影响起伏的量级较小，而海拔较高处起伏的量级较大。
图4为间接影响所在区域的地形分布及其量值图，图4(a)为间接影响所在区域的地形分布图，图4(b)为间接影响所在区域的量值图。参见图4，图4(a)中，间接影响区域海拔(正高)最高2748m、最低19m、平均529m，由图4(b)可知，该区域间接影响的量值最小-0.004m、最大0.31m、平均0.026m、均方根0.048m。对比图4(a)和图4(b)可看出间接影响与地形具有较强的相关性，间接影响的起伏与地形起伏基本一致，且间接影响的量值基本为正值。
图5为次要间接影响的量值图，其区域范围与直接影响一致。图5所示的次要间接影响取值在-9.5×10-4mGal至0.14mGal范围内，平均值为7.91×10-3mGal，均方根为1.43×10-2mGal。由于次要间接影响与间接影响函数呈线性关系，因此次要间接影响与间接影响虽然量值和意义不同，但分布特征是相似的。
在上述直接、间接影响计算结果的基础上，统计了使用不同低阶修正带宽求解的1.5′×1.5′分辨率的似大地水准面精度，结果如表2所示。在计算过程中向下延拓(Poisson积分)半径为1°，Stokes积分半径取1°，Stokes修正核函数中低阶修正的截止频率(即参数L)为360。
表2
由表2可知，采用不同修正带宽计算的似大地水准面精度存在一定的差异。当使用传统的截断核函数(即低阶修正带宽为0)时，似大地水准面精度为±8.2cm(标准差)。当低阶修正带宽为360阶时解算的似大地水准面精度最高(标准差为±4.8cm)。表2的结果说明了低阶修正Stokes核函数能够有效地改善(似)大地水准面的解算精度。
本实施例中的高程系统基准面确定方法，其中采用基于质量棱柱模型计算近区直接影响、间接影响以及次要间接影响，并在基于移去恢复的Stokes-Helmert边值问题中采用仅低阶修正的Stokes积分核函数，有效地提高了高程系统基准面的解算精度；采用本发明的高程系统基准面确定方法解算我国中部6°×4°范围的似大地水准面，精度达到了±4.8cm，具有较好的应用效果。
本发明还提供了一种高程系统基准面确定系统，图6为本发明实施例一种高程系统基准面确定系统的结构示意图。参见图6，实施例的高程系统基准面确定系统包括：
数据获取模块601，用于获取地面离散重力点数据和地形数据。
格网化模块602，用于将所述地面离散重力点数据格网化，得到地面平均格网重力异常值。
地形影响计算模块603，用于依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响。
所述地形影响计算模块603，具体包括：
地形影响计算单元，用于依据所述地形数据，采用棱柱模型分别计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响。
模型值计算模块604，用于依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高。
第一剩余值计算模块605，用于依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响，得到剩余边界面重力异常值。
所述第一剩余值计算模块605，具体包括：
第一异常值计算单元，用于将所述地面平均格网重力异常值与所述模型重力异常值做差，得到第一剩余地面重力异常值；
第二异常值计算单元，用于将所述第一剩余地面重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响和所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据相加，得到第二剩余地面重力异常值；
第三重力异常值计算单元，用于将所述第二剩余地面重力异常值向下延拓，得到剩余边界面重力异常值。
第二剩余值计算模块606，用于对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，分别得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高。
所述第二剩余值计算模块606，具体包括：
剩余高程异常值计算单元，用于对所述剩余边界面重力异常值进行扩展Stokes积分，得到剩余高程异常值；所述扩展Stokes积分采用扩展低阶修正的截断核函数，所述扩展低阶修正的截断核函数为
rP为计算点地心向径，ψ为计算点与流动积分点之间的角距，κn表示修正系数，n表示阶数，R为地球半径，Pn(cosψ)为Legendre函数，其中，
L表示低阶修正的截止频率，μ为低阶修正带宽；
剩余大地水准面高计算单元，用于对所述剩余边界面重力异常值进行非扩展Stokes积分，得到剩余大地水准面高；所述非扩展Stokes积分采用非扩展低阶修正的截断核函数，所述非扩展低阶修正的截断核函数为
基准面确定模块608，用于依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面。
所述基准面确定模块607，具体包括：
高程异常值计算单元，用于将所述剩余高程异常值、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响和模型高程异常值相加，得到高程异常值；所述高程异常值表示似大地水准面与参考椭球面的距离；
大地水准面高计算单元，用于将所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响和所述模型大地水准面高相加，得到大地水准面高，所述大地水准面高表示大地水准面与所述参考椭球面的距离。
本实施例的高程系统基准面确定系统，能够提高大地水准面、似大地水准面的解算精度，为高程基准模型提供更加可靠的支撑。
对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种高程系统基准面确定方法，其特征在于，包括：
获取地面离散重力点数据和地形数据；
将所述地面离散重力点数据格网化，得到地面平均格网重力异常值；
依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响；
依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高；
依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响，得到剩余边界面重力异常值；
对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，分别得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高；
依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面。
2.根据权利要求1所述的一种高程系统基准面确定方法，其特征在于，所述依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响，具体包括：
依据所述地形数据，采用棱柱模型分别计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响。
3.根据权利要求1所述的一种高程系统基准面确定方法，其特征在于，所述依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据，得到剩余边界面重力异常值，具体包括：
将所述地面平均格网重力异常值与所述模型重力异常值做差，得到第一剩余地面重力异常值；
将所述第一剩余地面重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响和所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据相加，得到第二剩余地面重力异常值；
将所述第二剩余地面重力异常值向下延拓，得到剩余边界面重力异常值。
4.根据权利要求1所述的一种高程系统基准面确定方法，其特征在于，所述对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高，具体包括：
对所述剩余边界面重力异常值进行扩展Stokes积分，得到剩余高程异常值；所述扩展Stokes积分采用扩展低阶修正的截断核函数，所述扩展低阶修正的截断核函数为
rP为计算点地心向径，ψ为计算点与流动积分点之间的角距，κn表示修正系数，n表示阶数，R为地球半径，Pn(cosψ)为Legendre函数，其中，
L表示低阶修正的截止频率，μ为低阶修正带宽；
对所述剩余边界面重力异常值进行非扩展Stokes积分，得到剩余大地水准面高；所述非扩展Stokes积分采用非扩展低阶修正的截断核函数，所述非扩展低阶修正的截断核函数为
5.根据权利要求1所述的一种高程系统基准面确定方法，其特征在于，所述依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面，具体包括：
将所述剩余高程异常值、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响和模型高程异常值相加，得到高程异常值，所述高程异常值表示似大地水准面与参考椭球面的距离；
将所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响和所述模型大地水准面高相加，得到大地水准面高，所述大地水准面高表示大地水准面与所述参考椭球面的距离。
6.一种高程系统基准面确定系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取地面离散重力点数据和地形数据；
格网化模块，用于将所述地面离散重力点数据格网化，得到地面平均格网重力异常值；
地形影响计算模块，用于依据所述地形数据计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响；
模型值计算模块，用于依据地球重力场模型计算模型重力异常值、模型高程异常值和模型大地水准面高；
第一剩余值计算模块，用于依据所述地面平均格网重力异常值、所述模型重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响以及所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响，得到剩余边界面重力异常值；
第二剩余值计算模块，用于对所述剩余边界面重力异常值进行Stokes积分，分别得到剩余高程异常值和剩余大地水准面高；
基准面确定模块，用于依据所述剩余高程异常值、所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响、所述模型高程异常值以及所述模型大地水准面高，确定似大地水准面和大地水准面。
7.根据权利要求6所述的一种高程系统基准面确定系统，其特征在于，所述地形影响计算模块，具体包括：
地形影响计算单元，用于依据所述地形数据，采用棱柱模型分别计算地形压缩对地面重力数据的直接影响、地形压缩对地面重力数据的次要间接影响、地形压缩对高程异常数据的间接影响以及地形压缩对大地水准面高的间接影响。
8.根据权利要求6所述的一种高程系统基准面确定系统，其特征在于，所述第一剩余值计算模块，具体包括：
第一异常值计算单元，用于将所述地面平均格网重力异常值与所述模型重力异常值做差，得到第一剩余地面重力异常值；
第二异常值计算单元，用于将所述第一剩余地面重力异常值、所述地形压缩对地面重力数据的直接影响和所述地形压缩对地面重力数据的次要间接影响数据相加，得到第二剩余地面重力异常值；
第三重力异常值计算单元，用于将所述第二剩余地面重力异常值向下延拓，得到剩余边界面重力异常值。
9.根据权利要求6所述的一种高程系统基准面确定系统，其特征在于，所述第二剩余值计算模块，具体包括：
剩余高程异常值计算单元，用于对所述剩余边界面重力异常值进行扩展Stokes积分，得到剩余高程异常值；所述扩展Stokes积分采用扩展低阶修正的截断核函数，所述扩展低阶修正的截断核函数为
rP为计算点地心向径，ψ为计算点与流动积分点之间的角距，κn表示修正系数，n表示阶数，R为地球半径，Pn(cosψ)为Legendre函数，其中，
L表示低阶修正的截止频率，μ为低阶修正带宽；
剩余大地水准面高计算单元，用于对所述剩余边界面重力异常值进行非扩展Stokes积分，得到剩余大地水准面高；所述非扩展Stokes积分采用非扩展低阶修正的截断核函数，所述非扩展低阶修正的截断核函数为
10.根据权利要求6所述的一种高程系统基准面确定系统，其特征在于，所述基准面确定模块，具体包括：
高程异常值计算单元，用于将所述剩余高程异常值、所述地形压缩对高程异常数据的间接影响和模型高程异常值相加，得到高程异常值；所述高程异常值表示似大地水准面与参考椭球面的距离；
大地水准面高计算单元，用于将所述剩余大地水准面高、所述地形压缩对大地水准面高的间接影响和所述模型大地水准面高相加，得到大地水准面高；所述大地水准面高表示大地水准面与所述参考椭球面的距离。
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