DQM2022系列超高阶地球重力场模型构建及其精度评估

doi:10.11947/j.AGCS.2024.20230530

测绘学报 ›› 2024, Vol. 53 ›› Issue (8): 1505-1516.doi: 10.11947/j.AGCS.2024.20230530

DQM2022系列超高阶地球重力场模型构建及其精度评估

王云鹏¹^,²(), 刘晓刚¹^,²(), 李琦³, 李端¹^,², 方柳¹^,²

^1.西安测绘研究所，陕西　西安　710054
^2.地理信息工程国家重点实验室，陕西　西安　710054
^3.西安测绘总站，陕西　西安　710054

收稿日期:2023-11-16 发布日期:2024-09-25
通讯作者: 刘晓刚 E-mail:wangyp1813@163.com;wangyp1813@163.com;liuxuyanchu2022@163.com
作者简介:王云鹏（1986—），男，硕士，助理研究员，研究方向为物理大地测量。E-mail：wangyp1813@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(42174001);地理信息工程国家重点实验室开放基金(SKLGIE2023-Z-1-1)

Construction of series ultra-high-degree Earth's gravity field models DQM2022 and their precision evaluation

Yunpeng WANG¹^,²(), Xiaogang LIU¹^,²(), Qi LI³, Duan LI¹^,², Liu FANG¹^,²

^1.Xi'an Research Institute of Surveying and Mapping, Xi'an 710054, China
^2.State Key Laboratory of Geo-Information Engineering, Xi'an 710054, China
^3.Xi'an Division of Surveying and Mapping, Xi'an 710054, China

Received:2023-11-16 Published:2024-09-25
Contact: Xiaogang LIU E-mail:wangyp1813@163.com;wangyp1813@163.com;liuxuyanchu2022@163.com
About author:WANG Yunpeng (1986—), male, master, assistant researcher, majors in physical geodesy. E-mail: wangyp1813@163.com
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(42174001);The Open Foundation of State Key Laboratory of Geo-Information Engineering(SKLGIE2023-Z-1-1)

摘要/Abstract

摘要：

本文基于椭球谐分析，提出了超高阶地球重力场模型构建的局部积分改进迭代法和全球积分改进迭代法，解决了传统的局部积分改进法存在的局限性，有效提高了改进模型在中国地区的适用精度。选择EGM2008、EIGEN-6C4地球重力场模型作为初始模型，利用中国及周边地区最新的5'×5'实测格网平均重力异常数据，构建了DQM2022系列超高阶地球重力场模型，其完全阶次均为2190。采用地面实测重力异常、GNSS/水准、天文大地垂线偏差等数据对改进模型进行精度评估。结果显示：①相对于初始模型，改进模型表示中国地区重力场的精度显著提高，重力异常精度提高了2.4~2.8 mGal，高程异常精度提高了1.0~2.4 cm，垂线偏差精度提高了0.07″~0.15″;②在表示中国地区重力场时，基于EIGEN-6C4初始模型构建的改进模型精度最高，高程异常精度约为10.6 cm，垂线偏差精度约为2.1″。

关键词: 局部积分改进迭代法, 全球积分改进迭代法, 超高阶地球重力场模型, 椭球谐分析, 重力异常, 高程异常, 垂线偏差

Abstract:

Based on ellipsoidal harmonic analysis, the regional integral correction iteration method and the global integral correction iteration method for construction of ultra-high-degree Earth's gravity field model (EGM) are proposed in this paper. The limitations of the traditional regional integral correction method are solved, and the precision of the improved EGMs applied in China is effectively improved. Taking EGM2008 and EIGEN-6C4 EGMs as the initial models, and series ultra-high-degree EGMs DQM2022 are constructed based on the latest 5′×5′ measured grid mean gravity anomaly data in China and its surrounding areas, and their complete degree and order is 2190. The precision of improved EGMs are evaluated by measured gravity anomaly on the ground, GNSS/leveling and astrogeodetic vertical deflection. The results show that the precision of the improved EGMs are significantly improved when indicating the gravity field in China, compared with the initial models, i.e., the precision of gravity anomaly, elevation anomaly, and vertical deflection are improved by 2.4~2.8 mGal, 1.0~2.4 cm, and 0.07″~0.15″, respectively. When indicating the gravity field in China, the improved EGMs based on the EIGEN-6C4 initial model have the highest precision, the precision of elevation anomaly and vertical deflection are about 10.6 cm, and 2.1″, respectively.

Key words: regional integral correction iteration method, global integral correction iteration method, ultra-high-degree Earth's gravity field model, ellipsoidal harmonic analysis, gravity anomaly, elevation anomaly, vertical deflection

中图分类号:

P223

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图/表 10

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参考文献 35

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数据类型	最大值	最小值	平均值	标准差
重力异常/mGal	358.59	－284.03	1.20	51.74
高程（正常高）/m	6 573.20	－150.56	1 005.28	1 524.63

比对项目	EGM2008	EIGEN－6C4	DQM2022RA	DQM2022GA	DQM2022RB	DQM2022GB
最大值	92.24	94.94	59.34	61.60	43.45	48.47
最小值	－254.10	－237.78	－86.39	－86.26	－82.35	－79.39
平均值	－1.76	－1.79	－1.60	－1.65	－1.62	－1.68
标准差	8.74	8.36	6.14	6.34	5.52	5.72

区域	比对项目	EGM2008	EIGEN－6C4	DQM2022RA	DQM2022GA	DQM2022RB	DQM2022GB
区域1	最大值	1.104	0.922	0.906	0.919	0.658	0.656
	最小值	－0.903	－0.584	－0.795	－0.819	－0.116	－0.109
	平均值	0.259	0.271	0.260	0.260	0.269	0.269
	标准差	0.165	0.118	0.148	0.149	0.089	0.090
区域2	最大值	0.610	0.550	0.562	0.576	0.511	0.529
	最小值	0.012	0.052	－0.008	－0.011	0.041	0.048
	平均值	0.285	0.281	0.281	0.281	0.277	0.278
	标准差	0.097	0.081	0.089	0.088	0.070	0.070
区域3	最大值	1.425	0.894	1.267	1.194	0.662	0.647
	最小值	－1.424	－0.265	－1.614	－1.570	－0.339	－0.300
	平均值	0.236	0.237	0.242	0.245	0.243	0.246
	标准差	0.316	0.141	0.311	0.305	0.135	0.134
区域4	最大值	1.125	0.728	0.914	0.915	0.581	0.602
	最小值	－0.442	－0.274	－0.464	－0.441	－0.152	－0.158
	平均值	0.337	0.287	0.300	0.305	0.247	0.251
	标准差	0.364	0.213	0.350	0.352	0.180	0.186
区域5	最大值	0.627	0.598	0.536	0.562	0.575	0.582
	最小值	－0.782	－0.258	－0.656	－0.663	－0.239	－0.205
	平均值	0.047	0.086	0.062	0.059	0.103	0.100
	标准差	0.198	0.182	0.185	0.187	0.155	0.153
全国	最大值	1.730	0.955	1.958	1.979	0.815	0.771
	最小值	－1.424	－0.695	－1.614	－1.570	－0.539	－0.324
	平均值	0.254	0.262	0.256	0.256	0.263	0.262
	标准差	0.194	0.130	0.184	0.182	0.106	0.106

数据类型	比对项目	EGM2008	EIGEN－6C4	DQM2022RA	DQM2022GA	DQM2022RB	DQM2022GB
Δξ	最大值	15.23	12.36	14.51	14.50	12.30	13.38
	最小值	－16.99	－15.02	－15.48	－15.55	－14.27	－14.16
	平均值	0.19	0.21	0.25	0.26	0.30	0.29
	标准差	2.38	2.19	2.29	2.26	2.12	2.05
Δη	最大值	27.15	28.04	26.14	26.62	26.94	27.29
	最小值	－14.67	－14.75	－16.67	－16.66	－16.90	－16.84
	平均值	－0.13	－0.17	－0.16	－0.16	－0.20	－0.19
	标准差	2.37	2.26	2.23	2.22	2.12	2.11

DQM2022系列超高阶地球重力场模型构建及其精度评估

Construction of series ultra-high-degree Earth's gravity field models DQM2022 and their precision evaluation

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