基於船載重力和GNSS的測線式陸海高程傳遞研究

《基於船載重力和GNSS的測線式陸海高程傳遞研究》是依託山東科技大學，由郭金運擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於船載重力和GNSS的測線式陸海高程傳遞研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭金運
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

隨著我國藍色戰略實施和海洋經濟發展，各項海洋工程、海洋開發利用與保護等都亟需高精度的陸海統一的高程資料，常規高程測量方法無法實現低代價、高精度、遠距離的高程傳遞。本項目提出集成船載重力和GNSS的測線式遠距離跨海高程傳遞新方法，根據天文水準原理，開展海上測線式高程基準統一理論和傳遞方法研究。沿船隻航線，進行海洋重力測量，通過最小二乘配置方法，解算高精度航線海洋垂線偏差。最佳化配置船載GNSS，構建船載GNSS數據質量評價和控制體系，進行海洋環境下的單曆元相對定位/精密單點定位研究，實現位置、速度、加速度和姿態的高精度測量。開展浮子GNSS研究，建立船隻吃水深度模型，研究顧及風浪場和潮汐影響的濾波方法，實現航線海面高的精確測量。編制相應軟體，通過模擬實驗、實驗場實驗和實測數據處理，驗證本項目所提方法的正確性和精度，實現遠距離測線式跨海高程傳遞，為國家海洋基礎地理信息獲取提供技術支撐。

結題摘要

高程作為基礎地理空間信息，在社會發展、國民經濟建設和國防建設中具有舉足輕重的作用。隨著我國藍色戰略實施和國防建設發展，各項海洋工程、海洋開發利用與保護、海洋科學研究、海疆保護等亟需陸海統一的精確高程資料，需要統一的陸圖和海圖的垂直基準。常規陸海高程測量方法無法實現遠距離、高精度、低代價的跨海高程統一和傳遞。本項目將天文水準原理首次引用到海洋測繪中，創新性地提出了集成船載重力和GNSS的測線式遠距離跨海高程傳遞新方法。主要研究內容包括：①根據天文水準測量原理和誤差傳播定律，推導了海上測線式高程傳遞公式，確定了垂線偏差、距離、分段數、大地高和重力數據精度對跨海高程傳遞的誤差影響；②通過沿測線往返測重力數據共線平差和濾波有效改善測線重力數據精度，構造了兩種擾動位和重力場場元之間的協方差函式（基於擾動位球諧係數展開的全球表達形式的協方差函式，基於平面內拉普拉斯方程邊值問題的局部擾動位協方差函式），分析了航線重力異常空間解析度對測線式垂線偏差的計算誤差和代表誤差的影響，提出了由船載重力計算高精度測線式海洋垂線偏差的集成移去-恢復技術和最小二乘配置方法，提出了協方差函式距離參數與重力異常噪聲方差最優組合的最小二乘配置最佳化方法；③提出了船載GNSS單曆元PPP解算海面高的航線共線/交叉點平差方法，有效消除PPP、姿態和吃水等誤差影響，提出了基於衛星測高海面高約束的船載GNSS單曆元PPP海面高解算方法和基於單基準站的單曆元差分PPP方法，進一步改善船載GNSS海面高測量精度。本項目進行了2個試驗：①青島沿海有兩個水準點NZ和SLZ，海上航線距離為11km，本項目獲得的高程與陸上水準測量高程之差為0.0191m；②青島SLZ點和福建草嶼P005點之間的海上航線距離達到1200km，本項目計算的高程與陸上水準測量高程之差為0.1005m。兩個試驗結果均能滿足國家三等水準測量精度要求。