[发明专利]一种工程重力椭球的建立方法

说明书

本发明公开了一种工程重力椭球的建立方法，确立工程重力椭球的参考水准面高程H₀与该工程重力椭球的赤道面正常重力值γ_e，在海拔高、空间重力异常大的地区进行精密水准测量，使用该工程重力椭球参数进行水准测量的水准面不平行改正计算，改正值的绝对值比采用全球重力椭球的改正值量级要小得多，仅在高程控制测量中进行改正计算，施工测量不需要进行改正计算，同时也实现了解决因不同水准路线所测高差不等的问题，因此大幅简化了施工期间的高差改正计算工作，保持施工测量中不进行改正计算的习惯做法，方便了施工测量。

技术领域

本发明涉及精密水准测量技术领域，特别涉及一种用于进行高差水准面不平行改正的工程重力椭球的建立方法。

背景技术

因地球表面不规则、地球内部质量密度不均匀引起地面重力变化，出现两水准面间的垂直距离在不同地点不相等、也就是两个水准面不平行的自然现象，导致在水准测量中由不同水准路线测量两点的高差不相等的问题。

根据重力场理论，解决该问题就是进行高差水准面不平行改正。在正常高的高程系统中，水准面不平行改正分解为正常水准面不平行改正与重力异常改正两个问题，根据《国家一、二等水准测量规范》有如下改正计算公式：

ε＝-(γ_i+1-γ_i)·H_m/γ_m

λ＝(g-γ)_m·h/γ_m

式中，ε为高差正常水准面不平行改正，γ_i、γ_i+1为正常重力值，正常重力值是假设的规则椭球面上的可计算的重力值，γ_m为平均正常重力值，H_m为平均高程(即两水准点到起算水准面垂直高度的平均值)，λ为高差重力异常改正值，g为实测重力值，γ为正常重力值，(g-γ)_m为平均空间重力异常值，h为两水准点间的高差。

从公式中看出，高差正常水准面不平行改正值ε与水准点的高程H_m成正比，高差重力异常改正值λ与空间重力异常(g-γ)_m成正比，因此，较大的高程值H_m与较大的空间重力异常(g-γ)_m会引起较大的高差正常水准面不平行改正ε与重力异常改正值λ；高程H为水准点到起算水准面的垂直高度，因此高程与所选取的起算水准面有关，空间重力异常是水准点的实测重力值与其正常重力值的差，正常重力值是根据设定的形状规则的椭球计算所得，因此空间重力异常与所选取的正常椭球及椭球面重力有关。

全球性或全国性参考椭球，是为研究全球或全国性地球形状、构建全球或全国大范围大地水准面服务的，所用的大地水准面是假想全球静止的海水面围成的闭合面，其对于具体工程项目则不一定特别适合；在青藏高原地区，由于地面高出大地水准面距离太大(平均4000m)，高程与重力异常值就较大，使得高差改正值远比平原地区大得多，例如，某相距1.1km的两水准点间高差43m，重力异常改正值达到-8.3mm；某河谷与山上两水准点间高差547m，重力异常改正值达到-90mm。

如果水准测量的高差改正数绝对值过大，对工程施工建设会产生一些不利影响，比如：

1、高差改正值远远大于精密水准测量的偶然误差，必须进行系统误差改正，计算更加复杂，增加工作量；铁路轨道控制网CPIII高程控制网的高差改正，如果线上加密水准点每公里改正数远大于偶然误差，则CPIII控制点间距60m的高差就需要改正，计算工作可能十分繁琐；

2、改正后的高差与实测高差值差异太大，不便于实测值的直接比较，同时增加精密施工放样的难度；

3、三角高程测量的高差也需要进行重力异常改正，尤其是在桥墩、塔柱的高程控制测量中更应注意进行相应改正；