赫 林，李建成，褚永海

1. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079; 2. 武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079; 3. 桂林理工大學(xué)廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541006

?

聯(lián)合GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型和GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定我國(guó)85高程基準(zhǔn)重力位

赫 林1,3，李建成1,2，褚永海1,2

1. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079; 2. 武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079; 3. 桂林理工大學(xué)廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541006

GRACE、GOCE衛(wèi)星重力計(jì)劃的實(shí)施，對(duì)確定高精度重力場(chǎng)模型具有重要貢獻(xiàn)。聯(lián)合GRACE、GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立的重力場(chǎng)模型和我國(guó)均勻分布的649個(gè)GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以確定我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位，但我國(guó)高程基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的參考面為似大地水準(zhǔn)面，是非等位面，將似大地水準(zhǔn)面轉(zhuǎn)化為大地水準(zhǔn)面后確定的大地水準(zhǔn)面重力位為62 636 854.395 3 m2s-2，為提高高階項(xiàng)對(duì)確定大地水準(zhǔn)面的貢獻(xiàn)，利用高分辨率重力場(chǎng)模型EGM2008擴(kuò)展GRACE/GOCE模型至2190階，同時(shí)將重力場(chǎng)模型和GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一參考框架和潮汐系統(tǒng)，最后利用擴(kuò)展后的模型確定的我國(guó)大地水準(zhǔn)面重力位為62 636 852.751 8 m2s-2。其中組合模型TIM_R4+EGM2008確定的我國(guó)85高程基準(zhǔn)重力位值62 636 852.704 5 m2s-2精度最高。重力場(chǎng)模型截?cái)嗾`差對(duì)確定我國(guó)大地水準(zhǔn)面的影響約16 cm，潮汐系統(tǒng)影響約4～6 cm。

GRACE;GOC;衛(wèi)星重力;高程基準(zhǔn)；高階項(xiàng)；潮汐

隨著新一代衛(wèi)星重力探測(cè)計(jì)劃CHAMP(Challenging Mini-satellite Payload)、GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)、GOCE(Gravity and Ocean Circulation Explorer)的實(shí)施，使得利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲得的重力場(chǎng)模型精度有了明顯提升。其中GRACE和GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)確定重力場(chǎng)模型中長(zhǎng)波部分具有重要貢獻(xiàn)，GRACE衛(wèi)星采用高-低(satellite to satellite tracking in the high-low model,SST-hl)和低-低(satellite to satellite tracking in the low-low model,SST-ll)衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星觀測(cè)方式，其中SST-ll觀測(cè)模式可觀測(cè)重力位二階導(dǎo)數(shù)，彌補(bǔ)了高-低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星觀測(cè)模式對(duì)沿軌重力變化不敏感和不能提供近軌空間重力場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)信息的不足，大幅度提高重力場(chǎng)中長(zhǎng)波部分的精度[12-14]。GRACE計(jì)劃主要用于探測(cè)重力場(chǎng)的中長(zhǎng)波分量及其隨時(shí)間的變化，因此，基于GRACE數(shù)據(jù)可確定高時(shí)間分辨率的重力場(chǎng)模型，但空間分辨率只有100～200 km(半波長(zhǎng))。GOCE衛(wèi)星是第一顆裝載衛(wèi)星重力梯度儀直接測(cè)定引力位二階導(dǎo)數(shù)的低軌重力衛(wèi)星，重力梯度數(shù)據(jù)在一定程度上彌補(bǔ)了重力信號(hào)隨衛(wèi)星高度增加而衰減帶來(lái)的影響。除此之外,GOCE衛(wèi)星還可以對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行三維空間內(nèi)的連續(xù)跟蹤；對(duì)大氣阻力、輻射壓力等非保守力進(jìn)行連續(xù)補(bǔ)償，使得觀測(cè)不受作用在衛(wèi)星上的保守力的影響；軌道較低可以感應(yīng)更強(qiáng)的重力場(chǎng)信號(hào)。因此，基于GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)恢復(fù)重力場(chǎng)的能力大大提高，尤其是恢復(fù)中、高頻部分重力場(chǎng)信息的能力，空間分辨率達(dá)100 km(半波長(zhǎng))[15-16]。因此，利用GRACE/GOCE衛(wèi)星重力場(chǎng)模型，可以提高確定局部高程基準(zhǔn)重力位和(似)大地水準(zhǔn)面的精度[17-19]。

基于GRACE/GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演的重力場(chǎng)模型中、長(zhǎng)波部分精度高，但短波部分還需要局部地形數(shù)據(jù)或地面重力數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和完善。當(dāng)前的超高階重力場(chǎng)模型(例如EGM2008)使用了大量的局部重力數(shù)據(jù)，能有效的表示短波信息，但長(zhǎng)波精度略低于最新的衛(wèi)星重力場(chǎng)模型。為此，本論文聯(lián)合衛(wèi)星重力場(chǎng)模型的中長(zhǎng)波信息和EGM2008模型的短波信息，利用EGM2008模型高階次球諧系數(shù)擴(kuò)展GRACE/GOCE衛(wèi)星重力場(chǎng)模型，利用組合模型確定的我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位與文獻(xiàn)[20—21]確定的重力位結(jié)果一致。

1 理論部分

1.1 似大地水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面的轉(zhuǎn)換

(1)

由此得大地水準(zhǔn)面起伏N與高程異常ζ之間的關(guān)系為

(2)

依據(jù)正高與正常高的定義可知

(3)

1.2 我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位的確定

(4)

利用重力場(chǎng)模型確定的大地水準(zhǔn)面高為

(5)

該式成立的前提條件是參考水準(zhǔn)橢球與大地水準(zhǔn)面有同樣的位W0=U0，且參考水準(zhǔn)橢球與地球有同樣的質(zhì)量M=M0，否則,T和N要分別加常數(shù)T0、N0[22]

(6)

本文參考水準(zhǔn)橢球選取為WGS-84，對(duì)應(yīng)的地心引力位常數(shù)GM與正常重力位U0分別為：GM=3 986 004.415×108m3s-2,U0=62 636 851.714 6 m2s-2；重力場(chǎng)模型地心引力常數(shù)GM0=3 986 004.418×108m3s-2，大地水準(zhǔn)面重力位W0=62 636 856.0 m2s-2，橢球半徑R為參考橢球WGS-84平均半徑R=6 378 137 m，由此確定的N0為-0.442 1 m。

GRACE、GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)重力場(chǎng)模型中長(zhǎng)波部分貢獻(xiàn)突出，但GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型最高階次有限，為提高高階項(xiàng)對(duì)確定大地水準(zhǔn)面高的貢獻(xiàn)，本文采用高階重力場(chǎng)模型EGM2008擴(kuò)展GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型，使組合后的重力場(chǎng)模型不僅滿(mǎn)足高精度的低階項(xiàng)，同時(shí)擁有超高階次的優(yōu)勢(shì)。利用組合后的重力場(chǎng)模型確定的大地水準(zhǔn)面高NEGM為

(7)

利用超高階重力場(chǎng)模型EGM2008擴(kuò)展GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型時(shí)需要考慮模型之間參數(shù)的一致性，基于公式(8)統(tǒng)一兩重力場(chǎng)模型參數(shù)[23]

(8)

利用重力場(chǎng)模型計(jì)算地面點(diǎn)大地水準(zhǔn)面高NEGM與GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定的地面點(diǎn)大地水準(zhǔn)面高N參考框架不統(tǒng)一，利用上式將組合后的重力場(chǎng)模型位系數(shù)轉(zhuǎn)換到WGS-84橢球上，最終將重力場(chǎng)模型和GPS數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一參考框架下。

本文重力場(chǎng)模型采用的潮汐系統(tǒng)為無(wú)潮汐系統(tǒng)(tide free)，而GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)采用的潮汐系統(tǒng)為平均潮汐系統(tǒng)(mean tide)，利用公式(9)將GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)潮汐系統(tǒng)統(tǒng)一到平均潮汐系統(tǒng)，單位為m

NMT-NTF=(1+k)(0.099-0.296sin2φ)

(9)

(10)

式中，k=0.3；重力場(chǎng)模型地心引力常數(shù)GM，半徑r取值均采用ICEGM網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)；a為WGS-84參考橢球長(zhǎng)半軸a=6 378 137m。具體數(shù)值如表1所示。

表1 計(jì)算采用的參數(shù)取值

2 計(jì)算結(jié)果及分析

表2 本文采用的重力場(chǎng)模型

續(xù)表2

圖1 GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)分地理布圖 Fig.1 Geographical distribution of GPS/levelling benchmarks in China

隨著重力衛(wèi)星計(jì)劃的實(shí)施，目前可以提供高精度全球重力場(chǎng)模型，對(duì)應(yīng)大地水準(zhǔn)面精度也不斷提高。其中，GRACE衛(wèi)星可以更加有效地恢復(fù)重力場(chǎng)的中長(zhǎng)波部分。GRACE衛(wèi)星采用SST-ll觀測(cè)模式，觀測(cè)數(shù)據(jù)為重力位的二階導(dǎo)數(shù)， 不同于觀測(cè)數(shù)據(jù)為低軌衛(wèi)星處重力位的一階導(dǎo)的CHAMP衛(wèi)星，很好地克服了CHAMP衛(wèi)星的不足，大幅度提高中、長(zhǎng)波重力場(chǎng)精度；GOCE衛(wèi)星不僅克服了CHAMP衛(wèi)星的不足，還添加了無(wú)阻尼控制系統(tǒng)和衛(wèi)星梯度測(cè)量系統(tǒng)SGG(Satellite Gravity Gradiometry)，無(wú)阻尼控制系統(tǒng)可以很好地補(bǔ)償大氣阻力，衛(wèi)星梯度測(cè)量系統(tǒng)，可以提供高精度地球重力場(chǎng)高頻信號(hào)，最終提供高精度、高分辨率的地球重力場(chǎng)和大地水準(zhǔn)面模型。且GOCE衛(wèi)星的任務(wù)之一為提供分辨率達(dá)100 km，精度為1～2 cm的全球大地水準(zhǔn)面模型，從而實(shí)現(xiàn)全球高程基準(zhǔn)統(tǒng)一。因此本文采用純GOCE或GRACE/GOCE聯(lián)合重力場(chǎng)模型確定我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位。

表3為利用GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定的大地水準(zhǔn)面與GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型確定的大地水準(zhǔn)面之間的差異，表3從上到下一共3組數(shù)據(jù)，第1組數(shù)據(jù)為沒(méi)有統(tǒng)一潮汐系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果，即重力場(chǎng)模型和GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)分別采用無(wú)潮汐和平均潮汐系統(tǒng)；第2組計(jì)算結(jié)果為將GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)和重力場(chǎng)模型統(tǒng)一到平均潮汐系統(tǒng)；第3組計(jì)算結(jié)果為將GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)和重力場(chǎng)模型統(tǒng)一到無(wú)潮汐系統(tǒng)。計(jì)算結(jié)果顯示將兩者潮汐系統(tǒng)統(tǒng)一到無(wú)潮汐系統(tǒng)時(shí)，潮汐系統(tǒng)對(duì)確定大地水準(zhǔn)面高在我國(guó)區(qū)域內(nèi)的影響約為6 cm，而將兩者潮汐系統(tǒng)統(tǒng)一到平均潮汐系統(tǒng)時(shí)，潮汐系統(tǒng)對(duì)確定大地水準(zhǔn)面高在我國(guó)區(qū)域內(nèi)的影響約為4 cm，此時(shí)假設(shè)GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲得的大地水準(zhǔn)面高無(wú)誤差，表4中同樣可以得到同樣的結(jié)果。本文采用基于GRACE/GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演的重力場(chǎng)模型中、長(zhǎng)波部分精度高，但短波部分還需要局部地形數(shù)據(jù)或地面重力數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和完善，當(dāng)前的超高階重力場(chǎng)模型(例如EGM2008)使用了大量的局部重力數(shù)據(jù)，能有效的表示短波信息，但長(zhǎng)波精度略低于最新的衛(wèi)星重力場(chǎng)模型。GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲得的大地水準(zhǔn)面高包含全波段信息，因此聯(lián)合GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)與重力場(chǎng)模型確定重力位時(shí)需考慮重力場(chǎng)模型的截?cái)嗾`差。因此本文利用超高階重力場(chǎng)模型EGM2008擴(kuò)展GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型至2190階，此時(shí)已將EGM2008模型與GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型參數(shù)統(tǒng)一，表4為計(jì)算結(jié)果。從表4中可以看出重力場(chǎng)模型截?cái)嗾`差對(duì)確定大地水準(zhǔn)面高的影響約為16 cm，同時(shí)考慮重力場(chǎng)模型截?cái)嗾`差后確定的大地水準(zhǔn)面高精度提高約20 cm。因此在確定我國(guó)區(qū)域大地水準(zhǔn)面高時(shí)需考慮重力場(chǎng)模型截?cái)嗾`差的影響，利用超高階重力場(chǎng)模型計(jì)算更為合理。

利用組合重力場(chǎng)模型計(jì)算的結(jié)果顯示，除利用EGM2008模型擴(kuò)張DIR_R2模型后計(jì)算的結(jié)果精度低于EGM2008模型，其他組合模型計(jì)算的結(jié)果精度均高于EGM2008模型計(jì)算的結(jié)果，說(shuō)明利用EGM2008模型擴(kuò)展GRACE/GOCE重力場(chǎng)模至2190階后不僅彌補(bǔ)了GRACE/GOCE重力場(chǎng)模階次受限的劣勢(shì)，同時(shí)保證了組合模型低階項(xiàng)的精度。因此利用組合模型確定的大地水準(zhǔn)面精度不僅優(yōu)于GRACE/GOCE重力場(chǎng)模，同時(shí)優(yōu)于EGM2008取2190階計(jì)算的結(jié)果。

表5為利用GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型和組合重力場(chǎng)模型確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位，將GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)與重力場(chǎng)模型潮汐系統(tǒng)統(tǒng)一到平均潮汐系統(tǒng)后，利用GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位均值為62 636 855.51 m2s-2；利用組合重力場(chǎng)模型確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位均值為62 636 853.67 m2s-2。將GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)與重力場(chǎng)模型潮汐系統(tǒng)統(tǒng)一到無(wú)潮汐系統(tǒng)后，利用GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位均值為62 636 854.40 m2s-2。利用組合重力場(chǎng)模型確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位均值為62 636 852.75 m2s-2。其中利用EGM2008模型擴(kuò)展TIM_R4模型至2190階后建立的組合模型確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位精度最高。

表3 GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定的大地水準(zhǔn)面與GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型確定的大地水準(zhǔn)面之間的差異

表4 GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定的大地水準(zhǔn)面與組合重力場(chǎng)模型確定的大地水準(zhǔn)面之間的差異

續(xù)表4 m

表5 我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位估計(jì)

我國(guó)高程基準(zhǔn)面是由青島驗(yàn)潮站測(cè)得的黃海平均海面定義，利用重力場(chǎng)模型和海面高模型可確定平均海面重力位，利用重力場(chǎng)模型EGM2008和海面高模型DTU13_MSS計(jì)算的黃海海域(35°N—45°N,120°E—123°E)平均海面重力位分別為62 636 852.71±1.83 m2s-2(無(wú)潮汐系統(tǒng))，62 636 853.55±1.83 m2s-2(平均潮汐系統(tǒng))。本文組合模型TIM_R4+EGM2008計(jì)算的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位精度最高，利用該組合模型和DTU13_MSS模型計(jì)算的黃海海域平均海面重力位為62 636 852.73±1.55 m2s-2(無(wú)潮汐系統(tǒng))，62 636 853.56±1.52 m2s-2(平均潮汐系統(tǒng))。與本文利用重力場(chǎng)模型和GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果一致，由此驗(yàn)證本文計(jì)算結(jié)果的合理性。

3 總 結(jié)

GRACE和GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)確定重力場(chǎng)模型的中、長(zhǎng)波部分具有重要貢獻(xiàn)，大幅度提高中、長(zhǎng)波重力場(chǎng)精度，相應(yīng)重力場(chǎng)模型計(jì)算的大地水準(zhǔn)面精度明顯提高，因此本文采用的重力場(chǎng)模型為純GOCE模型或GRACE/GOCE聯(lián)合模型。

我國(guó)采用的高程是正常高，對(duì)應(yīng)的參考面為似大地水準(zhǔn)面，似大地水準(zhǔn)面是非等位面。因此，利用GPS、水準(zhǔn)數(shù)據(jù)和重力場(chǎng)模型確定我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位時(shí)應(yīng)先將我國(guó)似大地水準(zhǔn)面轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的大地水準(zhǔn)面，此時(shí)確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位為62 636 854.395 3 m2s-2。

基于GRACE/GOCE衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立的重力場(chǎng)模型中長(zhǎng)波部分精度較高，但分辨率有限。為獲得可靠的重力位結(jié)果，需要考慮重力場(chǎng)模型截?cái)嗾`差對(duì)重力位的影響。本文利用超高階重力場(chǎng)模型EGM2008擴(kuò)展GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型至2190階，組合重力場(chǎng)模型時(shí)將不同模型參數(shù)統(tǒng)一，利用擴(kuò)展后的重力場(chǎng)模型確定的我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位為62 636 852.75 m2s-2，其中利用EGM2008模型擴(kuò)展TIM_R4模型計(jì)算的結(jié)果精度最高。重力場(chǎng)模型截?cái)嗾`差對(duì)確定我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位的影響約為1.6 m2s-2(～16 cm)。

本文利用的重力場(chǎng)模型采用的潮汐系統(tǒng)為無(wú)潮汐系統(tǒng)，而GPS數(shù)據(jù)采用的是平均潮汐系統(tǒng)，是否統(tǒng)一潮汐系統(tǒng)對(duì)確定我國(guó)大地水準(zhǔn)面高存在一定影響，其中將兩者潮汐系統(tǒng)統(tǒng)一到無(wú)潮汐系統(tǒng)時(shí)，潮汐系統(tǒng)對(duì)確定我國(guó)大地水準(zhǔn)面高的影響約為6 cm，對(duì)確定我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位的影響約為0.6 m2s-2；將潮汐系統(tǒng)統(tǒng)一到平均潮汐系統(tǒng)時(shí)，潮汐系統(tǒng)對(duì)確定我國(guó)大地水準(zhǔn)面高的影響約為4 cm，對(duì)確定我國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)重力位的影響約為0.4 m2s-2。

統(tǒng)一潮汐系統(tǒng)后，利用EGM2008模型擴(kuò)展TIM_R4模型至2190階確定的我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位值62 636 852.71 m2s-2(無(wú)潮汐系統(tǒng))，62 636 853.63 m2s-2(平均潮汐系統(tǒng))精度最高，本文將該值作為我國(guó)高程基準(zhǔn)重力位，并利用確定我國(guó)高程基準(zhǔn)的黃海平均海面重力位值進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示兩者計(jì)算結(jié)果一致。

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(責(zé)任編輯：宋啟凡)

Evaluation of the Geopotential Value for the Local Vertical Datum of China Using GRACE/GOCE GGMs and GPS/Leveling Data

HE Lin1,3,LI Jiancheng1,2,CHU Yonghai1,2

1. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China; 2. Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy, Ministry of Education, Wuhan 430079, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Spatial Information and Geomatics, Guilin University of Technology, Guilin 541006,China

The main purpose of this paper is to estimate the zero height geopotential value for the China Local Vertical Datum. The method used is based on a gravimetric approach and benefits from the significant improvements in the determination of the global gravity field by the recent satellite gravity missions such as GRACE and GOCE. The performance of GOCE-based or GRACE/GOCE-based Global Geopotential Models (GGMs) is assessed for estimation of geopotential of the regional vertical datum of China using the GPS/Levelling BMs (benchmarks) from vertical control network. We should conver the normal height to orthometric height. From the evaluation with the GPS/Levelling BMs, it is concluded that the GOCE-based or GRACE/GOCE-based GGMs provide an absolute accuracy at of 40 cm, up to their maximum degree and order. Factors that affect the geopotential value of vertical datum include the GOCE commission and omission errors. Among these factors, the effect of the GOCE omission error is investigated by extending the models with the high resolution gravity field model EGM2008. When extending the GOCE-based or GRACE/GOCE-based models with the high resolution gravity field model EGM2008, we should provide the same parameters. At the same time we should unify the frame and tide system between the GGMs and GPS/Levelling dataset. The result shows that, the effect of the GOCE omission error is at the level of 1.6 m2s-2(about 16 cm), in China, is at decimetre-level when computing local vertical datum geopotential, the effect of the tide system is about 4-6 cm. The vertical datum geopotential of China is estimated as 62 636 852.704 5 m2s-2.

GRACE;GOCE; satellite gravity; vertical datum; omission error; tide system

National Key Research and Development Plan (No. 2016YFB0501702); The National Key Basic Research and Development Program of China (973 Program) (No. 2013CB733301); The Open Fund of Guangxi Key Laboratory of Spatial Information and Geomatics (No. 16-380-25-33)

HE Lin(1988—)，female,PhD candidate，majors in unified global vertical datum.

CHU Yonghai

赫林，李建成，褚永海.聯(lián)合GRACE/GOCE重力場(chǎng)模型和GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定我國(guó)85高程基準(zhǔn)重力位[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(7)：815-823.

10.11947/j.AGCS.2017.20160643. HE Lin,LI Jiancheng,CHU Yonghai.Evaluation of the Geopotential Value for the Local Vertical Datum of China Using GRACE/GOCE GGMs and GPS/Leveling Data[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(7):815-823. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160643.

P224

A

1001-1595(2017)07-0815-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0501702)；國(guó)家973計(jì)劃(2013CB733301)；廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(16-380-25-33)

隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，GNSS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全球平面位置基準(zhǔn)統(tǒng)一，其測(cè)定的平面位置，即地面點(diǎn)大地經(jīng)度和緯度，能直接應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)、工程建設(shè)和國(guó)防建設(shè)，可滿(mǎn)足測(cè)繪、地球科學(xué)等學(xué)科和行業(yè)的需求。但GNSS技術(shù)并未解決全球高程基準(zhǔn)統(tǒng)一問(wèn)題，GNSS定位技術(shù)提供的高程是相對(duì)于參考橢球面的高度，即大地高h(yuǎn)，是地球空間的幾何高度，不含重力位信息。而地形圖標(biāo)示的高程和工程建設(shè)所需的高程信息，是與大地水準(zhǔn)面或似大地水準(zhǔn)面對(duì)應(yīng)的正高H或正常高H*。正高或正常高是工程建設(shè)必需的基礎(chǔ)信息，在長(zhǎng)距離、跨境跨國(guó)大型工程建設(shè)中，需要統(tǒng)一的高程信息，才能確保工程項(xiàng)目聯(lián)合施工作業(yè)與對(duì)接。例如我國(guó)南水北調(diào)工程、中俄油氣輸送管網(wǎng)工程以及計(jì)劃中的歐亞高鐵、中俄加美高鐵。因此實(shí)現(xiàn)全球高程基準(zhǔn)與區(qū)域高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一，對(duì)相關(guān)跨國(guó)工程建設(shè)開(kāi)展國(guó)際合作有重要意義。目前，實(shí)現(xiàn)全球高程基準(zhǔn)與區(qū)域高程的統(tǒng)一，主要方法是確定全球各國(guó)家或地區(qū)現(xiàn)行局部高程基準(zhǔn)面與全球大地水準(zhǔn)面之間的重力位差[1-4]，從而獲得兩者之間的高程差。全球大地水準(zhǔn)面是全球高程基準(zhǔn)最適宜的參考面，全球大地水準(zhǔn)面重力位通常采用2010年國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)(The International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS)公布的62 636 856.0 m2s-2[5]。局部或區(qū)域現(xiàn)行高程基準(zhǔn)重力位的確定依據(jù)各地區(qū)的實(shí)際情況采取不同的方法。例如美國(guó)、加拿大等區(qū)域的高程基準(zhǔn)由多驗(yàn)潮站觀測(cè)的長(zhǎng)時(shí)間平均海面確定，且擁有可實(shí)用的、精度較高的局部大地水準(zhǔn)面模型，可以利用沿海多個(gè)驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)、海洋數(shù)據(jù)、GNSS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及大地水準(zhǔn)面模型確定該區(qū)域高程基準(zhǔn)重力位[6-9]。而希臘、中國(guó)等地區(qū)是依據(jù)單驗(yàn)潮站觀測(cè)的長(zhǎng)時(shí)間平均海面確定高程基準(zhǔn)，采用的平均海面只是某一區(qū)域的平均海面，其中中國(guó)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)所依據(jù)的黃海平均海面是采用青島驗(yàn)潮站1952—1979年共28年的驗(yàn)潮數(shù)據(jù)，并用中數(shù)法的計(jì)算值推算出來(lái)的。因此不能利用多個(gè)沿海驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)和海洋數(shù)據(jù)確定大陸沿海區(qū)域平均海面重力位作為該區(qū)域高程基準(zhǔn)重力位，通常只能聯(lián)合重力場(chǎng)模型和GNSS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定高程基準(zhǔn)重力位[10-11]。

2016-12-16

赫林(1988—)，女，博士生，研究方向?yàn)槿蚋叱袒鶞?zhǔn)統(tǒng)一。

E-mail： helin928926@163.com

褚永海

E-mail： yhchu@sgg.whu.edu.cn

修回日期： 2017-06-20