论文部分内容阅读
摘 要：从概念角度分析，大地水准面指的是平均海水面重合并延伸到内陆的水准面，是实现大地测量的基础标准，也是在施工建设中进行基础测绘的重要工程。而局部大地水准面精化，则是指利用一定的技术手段，实现精确地计算大地水准面起伏变化的情况，并综合分析加以利用，在地球测绘系统中具有重要的作用。具体工作开展中，一方面需要密度足够的重力数据，另一方面，需要根据数据的异常密集形式来计算大地水准面的差距以及高程数据。文章以下结合我国高原地区的特点，提出一种新的局部大地水准面精化策略。
关键词：大地水准面；垂线偏差；精化方法；解决手段
采取重力点数据分析的方式是计算大地水准面的通常做法，但在我国中西部地区，由于重力点密度分布不足的原因，无法满足大地水准面精化的目的，因此笔者提出了利用地形和岩石密度数据进行局部精化的方法。
大地水准面精化是一项基础的测绘工作，对工业发展、农业生产、交通建设等具有重要的作用。尤其针对我国中西部地区而言，由于特殊的地理环境，在进行各项建设施工中对地形的把控更为严格。从整体地理环境来说，大陆西部的山区海拔较高，地壳运动活跃期间形成了地表起伏剧烈的特征，在高原地区的特点是重力异常值偏大，并且数据的变化范围很大。
由此不难看出，西部山区的大地水准面起伏剧烈，尤其在边缘山区的位置，剧大陆坐标系的原点较远，由此形成了很大的差距（80坐标系原点西安），如果依然采取传统的测绘方式，必然会导致与现实中的水准面要求出现较大的误差；结合现实中的发展需要，对西部高原地区的大地水准面精化需求日益迫切。
局部大地水准面的精化工作需要一个大前提，即假设地球表面的是一个理想的平滑状态，不存在任何的起伏点。在这样的研究设定下，那么地壳中岩石的密度是保持一致的，从数据角度分析，扰动质量为0，扰动位不存在，大地水准面与正常海水平均面之间的倾斜成规律性线性变化。假定环境中，可以通过数学方法进行大地水准面的表达，计算大地水准面差距异常，也包括高程计算的异常，进而得到局部大地水准面计算的起伏变化状态，由此形成相应的精化数据。
值得一提的是，即便在重力点数据完全符合要求的情况下，所取得的精化数值依然是近似的，而采用岩石密度和地形数据获取的相关数据，也是基于理论角度产生的，仅仅能够发挥局部作用。此外，要充分考虑地面垂线的弯曲度，并将其与偏差视作为大地水准面的测量依据，完善的考虑地壳均衡理论的实用性。
一、地壳均衡理论概述
在最近几年，利用GPS技术的发展，在日趋成熟的测量应用，成为大地水准面的优选装置，利用GPS定位技术，操作人员可以直接计算单元坐标和大地高，只要在一个区域准确地确定高程异常的Zeta，就可以得到正常的高，颠覆以前的传统测量与测量得到的正常技术含量高的标准。这是大地水准面和特殊魅力的细化。
基于地形数据和岩石密度数据展开的大地水准面精化工作，将地球表面看作一个均衡的、密度平均的层。从重力测量学、地球动力学和大地测量学等领域进行分析，均认为地壳存在均衡的现象，在这种理论的支撑下，地壳下的某一个深度也存在一个相似度极高的均衡面，该均衡面与海水平均面高度是相同的。海水平均面以上的相同横断面岩石柱体却存在很大的差异，即表现出密度不同的特征，而笔者所提供的理论依据，是建立在均衡面到各柱体岩石的总质量是相同的。
要保持均衡面以上的地壳物质均衡，海水平均面至均衡面间密度小的柱体地势就高，密度大的柱体地势就低。把这一设想作用于高原山区来说，大地水准面到均衡面之间的地壳质量有所不足，这部分质量和山的可见质量形成某种补偿关系。
二、垂线偏差与扰动位
（一）垂线偏差
垂线偏差指的是统一测试点位置上的铅垂线与椭球面法线之间形成的测量夹角，其数值就是垂线偏差。从理论上说（排除人为因素），垂线偏差与地形存在很大的关系，即起伏不均匀地形质量引起的夹角形式，在计算过程中，由于计算点高于（或低于）挠动作用的地形质量引发的偏差形式。
结合当前数字地图的绘制来说，通过计算机获取高程相对容易，其中涉及了对GIS的应用原理，可以采用计算点为中心的辐射方法，结合同心圆和若干辐射线进行计算，并形成区域梯形状态。当然，这种“梯形”的构造是相对的，在同一角度向外延伸的相邻两侧，呈现出直线分布的梯形“腰”，而对于上底和下底的计算则区域近似值；根据海福特-普拉特地壳均衡补偿模型，计算大地水准面到等压面之间对大地水准面以上的地形质量的补偿质量引起的垂线偏差，即为均衡垂线偏差。
（二）扰动位
扰动位即“质量扰动位”，地球内部的质量扰动主要包括两方面的研究内容。其一，是地球内部物质密度所决定的因素，其二，是由于地球内部不同界面层次分布所决定的因素，包括结晶基底、岩石圈底面和莫霍面，任何一个界面的起伏问题都会造成对大地水准面计算的影响；无论是直接影响或是间接影响，根据地球重力学去判断，所产生的挠动质量位都是不容忽视的。
（三）重力归算与网格平均重力异常计算
大地水准面是由点作为基本构成的，如果有足够的数据表现异常性，则准大地水准面组成就可以体现出重力特征；但重力测量总是有限的，为了用数值网格来表示准大地水准面的变化，在离散点的地面上的重力的值被估算，通过使用DEM空间校正、中间层校正、局部地形校正和均衡改正的，对地形均衡重力高平滑异常，通过估算插值，形成平均地形均衡重力异常基于网格的数据。的每个网格异常根据地面重力计算的逆过程的高分辨率数字高程模型地形平衡重用，从层间校正，当地的地形校正和等静压减去校正，恢复基于网格地面空间平均异常。
同时，结合全站仪的光、电技术，在地球的电平的类似均衡变化，一般认为是由长，中，短波的影响。长波不足100公里，表面非常光滑；波20公里-100公里的区域或地方的变化；短波不到20，由于地形起伏，依靠大地高和正常高拟合差来实现。可用的重力和大地水准面模型可以提高长，波动的影响，作用，对短波依赖于契合点的密度来弥补，GPS测量大地高回声精度高，可达到2ppm的，绝对精度并不比几何练级低尤其是在长距离，大面积，不超过高等级几何平层精度较少的应用水平低。
利用T=W-U来表示，其中W表示的是地球重力位，而U则表示的是正常重力位，在进行精化的过程中由于选择正常重力位，会导致离心力位与地球重力位的离心力处于同一位置（圆心），所以挠动位也会产生同样的引力为性质和作用。
三、结语
综上所述，由于我国地形多样复杂、起伏变化剧烈，客观上形成了高原地区的大地水准面存在较大的差异性，如地形质量的落差、岩石密度分布不均、土层沉降程度较大等。但是，在具体的精化测量中地形的资料和岩石密度的资料又可以提供丰富的数据支撑，通过这些素材可以很好地获得大地水准面的测量效果。结合当前我国地质勘探的需求，利用地形质量和岩石密度的客观问题，可以确定扰动定位以及大抵水准面密切关系的垂线性误差，实现不同区域大小和理论影响因素的精确影响，对我国高山地区的大地水准面精化提供了有效的参考。
参考文献
[1] 吴学群.高原山区大地水准面精化的自动化实现方法研究[D].昆明理工大学，2006.
[2] 李海文，罗满建，吴友平，王家帮.高原山区局部大地水准面精化方法研究[J].测绘科学，2008（05）：60-61.
[3] 马新莹.局部大地水准面精化中几个问题的探讨[D].武汉大学，2005.
[4] 董书晓.局部大地水准面精化组合模型对比研究[D].昆明理工大学，2014.
[5] 王晨.黄陵矿区局部似大地水准面精化的模型及其精度的研究[D].西安科技大学，2014.
[6] 王绍地.区域大地水准面精化理论与应用研究[D].长安大学，2013.
[7] 吴海涛.区域大地水准面精化理论与应用[D].太原理工大学，2007.
关键词：大地水准面；垂线偏差；精化方法；解决手段
采取重力点数据分析的方式是计算大地水准面的通常做法，但在我国中西部地区，由于重力点密度分布不足的原因，无法满足大地水准面精化的目的，因此笔者提出了利用地形和岩石密度数据进行局部精化的方法。
大地水准面精化是一项基础的测绘工作，对工业发展、农业生产、交通建设等具有重要的作用。尤其针对我国中西部地区而言，由于特殊的地理环境，在进行各项建设施工中对地形的把控更为严格。从整体地理环境来说，大陆西部的山区海拔较高，地壳运动活跃期间形成了地表起伏剧烈的特征，在高原地区的特点是重力异常值偏大，并且数据的变化范围很大。
由此不难看出，西部山区的大地水准面起伏剧烈，尤其在边缘山区的位置，剧大陆坐标系的原点较远，由此形成了很大的差距（80坐标系原点西安），如果依然采取传统的测绘方式，必然会导致与现实中的水准面要求出现较大的误差；结合现实中的发展需要，对西部高原地区的大地水准面精化需求日益迫切。
局部大地水准面的精化工作需要一个大前提，即假设地球表面的是一个理想的平滑状态，不存在任何的起伏点。在这样的研究设定下，那么地壳中岩石的密度是保持一致的，从数据角度分析，扰动质量为0，扰动位不存在，大地水准面与正常海水平均面之间的倾斜成规律性线性变化。假定环境中，可以通过数学方法进行大地水准面的表达，计算大地水准面差距异常，也包括高程计算的异常，进而得到局部大地水准面计算的起伏变化状态，由此形成相应的精化数据。
值得一提的是，即便在重力点数据完全符合要求的情况下，所取得的精化数值依然是近似的，而采用岩石密度和地形数据获取的相关数据，也是基于理论角度产生的，仅仅能够发挥局部作用。此外，要充分考虑地面垂线的弯曲度，并将其与偏差视作为大地水准面的测量依据，完善的考虑地壳均衡理论的实用性。
一、地壳均衡理论概述
在最近几年，利用GPS技术的发展，在日趋成熟的测量应用，成为大地水准面的优选装置，利用GPS定位技术，操作人员可以直接计算单元坐标和大地高，只要在一个区域准确地确定高程异常的Zeta，就可以得到正常的高，颠覆以前的传统测量与测量得到的正常技术含量高的标准。这是大地水准面和特殊魅力的细化。
基于地形数据和岩石密度数据展开的大地水准面精化工作，将地球表面看作一个均衡的、密度平均的层。从重力测量学、地球动力学和大地测量学等领域进行分析，均认为地壳存在均衡的现象，在这种理论的支撑下，地壳下的某一个深度也存在一个相似度极高的均衡面，该均衡面与海水平均面高度是相同的。海水平均面以上的相同横断面岩石柱体却存在很大的差异，即表现出密度不同的特征，而笔者所提供的理论依据，是建立在均衡面到各柱体岩石的总质量是相同的。
要保持均衡面以上的地壳物质均衡，海水平均面至均衡面间密度小的柱体地势就高，密度大的柱体地势就低。把这一设想作用于高原山区来说，大地水准面到均衡面之间的地壳质量有所不足，这部分质量和山的可见质量形成某种补偿关系。
二、垂线偏差与扰动位
（一）垂线偏差
垂线偏差指的是统一测试点位置上的铅垂线与椭球面法线之间形成的测量夹角，其数值就是垂线偏差。从理论上说（排除人为因素），垂线偏差与地形存在很大的关系，即起伏不均匀地形质量引起的夹角形式，在计算过程中，由于计算点高于（或低于）挠动作用的地形质量引发的偏差形式。
结合当前数字地图的绘制来说，通过计算机获取高程相对容易，其中涉及了对GIS的应用原理，可以采用计算点为中心的辐射方法，结合同心圆和若干辐射线进行计算，并形成区域梯形状态。当然，这种“梯形”的构造是相对的，在同一角度向外延伸的相邻两侧，呈现出直线分布的梯形“腰”，而对于上底和下底的计算则区域近似值；根据海福特-普拉特地壳均衡补偿模型，计算大地水准面到等压面之间对大地水准面以上的地形质量的补偿质量引起的垂线偏差，即为均衡垂线偏差。
（二）扰动位
扰动位即“质量扰动位”，地球内部的质量扰动主要包括两方面的研究内容。其一，是地球内部物质密度所决定的因素，其二，是由于地球内部不同界面层次分布所决定的因素，包括结晶基底、岩石圈底面和莫霍面，任何一个界面的起伏问题都会造成对大地水准面计算的影响；无论是直接影响或是间接影响，根据地球重力学去判断，所产生的挠动质量位都是不容忽视的。
（三）重力归算与网格平均重力异常计算
大地水准面是由点作为基本构成的，如果有足够的数据表现异常性，则准大地水准面组成就可以体现出重力特征；但重力测量总是有限的，为了用数值网格来表示准大地水准面的变化，在离散点的地面上的重力的值被估算，通过使用DEM空间校正、中间层校正、局部地形校正和均衡改正的，对地形均衡重力高平滑异常，通过估算插值，形成平均地形均衡重力异常基于网格的数据。的每个网格异常根据地面重力计算的逆过程的高分辨率数字高程模型地形平衡重用，从层间校正，当地的地形校正和等静压减去校正，恢复基于网格地面空间平均异常。
同时，结合全站仪的光、电技术，在地球的电平的类似均衡变化，一般认为是由长，中，短波的影响。长波不足100公里，表面非常光滑；波20公里-100公里的区域或地方的变化；短波不到20，由于地形起伏，依靠大地高和正常高拟合差来实现。可用的重力和大地水准面模型可以提高长，波动的影响，作用，对短波依赖于契合点的密度来弥补，GPS测量大地高回声精度高，可达到2ppm的，绝对精度并不比几何练级低尤其是在长距离，大面积，不超过高等级几何平层精度较少的应用水平低。
利用T=W-U来表示，其中W表示的是地球重力位，而U则表示的是正常重力位，在进行精化的过程中由于选择正常重力位，会导致离心力位与地球重力位的离心力处于同一位置（圆心），所以挠动位也会产生同样的引力为性质和作用。
三、结语
综上所述，由于我国地形多样复杂、起伏变化剧烈，客观上形成了高原地区的大地水准面存在较大的差异性，如地形质量的落差、岩石密度分布不均、土层沉降程度较大等。但是，在具体的精化测量中地形的资料和岩石密度的资料又可以提供丰富的数据支撑，通过这些素材可以很好地获得大地水准面的测量效果。结合当前我国地质勘探的需求，利用地形质量和岩石密度的客观问题，可以确定扰动定位以及大抵水准面密切关系的垂线性误差，实现不同区域大小和理论影响因素的精确影响，对我国高山地区的大地水准面精化提供了有效的参考。
参考文献
[1] 吴学群.高原山区大地水准面精化的自动化实现方法研究[D].昆明理工大学，2006.
[2] 李海文，罗满建，吴友平，王家帮.高原山区局部大地水准面精化方法研究[J].测绘科学，2008（05）：60-61.
[3] 马新莹.局部大地水准面精化中几个问题的探讨[D].武汉大学，2005.
[4] 董书晓.局部大地水准面精化组合模型对比研究[D].昆明理工大学，2014.
[5] 王晨.黄陵矿区局部似大地水准面精化的模型及其精度的研究[D].西安科技大学，2014.
[6] 王绍地.区域大地水准面精化理论与应用研究[D].长安大学，2013.
[7] 吴海涛.区域大地水准面精化理论与应用[D].太原理工大学，2007.