[发明专利]一种确定地球重力场的六边形网格剖分方法

说明书

本发明公开一种确定地球重力场的六边形网格剖分方法，包括：基于二十面体及Synder等积投影构建4孔剖分的球面六边形网格系统，通过该系统生成不同分辨率下的全球均匀分布的六边形网格；利用现有重力观测资料，基于生成的六边形网格剖分区域，进行数据统计并生成六边形网格重力异常数据；利用不同分辨率下的全球均匀分布的六边形网格重力异常值，根据球谐展开理论公式计算球谐系数；利用所述六边形网格重力异常值，利用重力场Stokes定理，基于离散积分求和得到局部大地水准面。利用本发明得到的六边形网格重力异常值进行球谐分析，不仅大大减少了必须观测数据的数据量，还能够减少混频效应，提升球谐分析的精度。

技术领域

本发明属于物理大地测量技术领域，尤其涉及一种确定地球重力场的六边形网格剖分方法。

背景技术

人类了解地球重力场，从传统的地面重力测量规划、数据统计、数据处理等，都是在地理网格分布方式下进行的。而随着重力场数据量和数据分辨率的提高，传统地理网格分布带来的局限性逐渐凸显，包括网格面积不相等、网格平滑因子复杂、高纬度区域数据冗余、网格角度分辨率低、网格不具有相邻一致性、球谐分析中混频效应显著、积分离散化误差大等。

发明内容

本发明针对传统地理网格形状和面积随纬度发生变化的问题，提出一种确定地球重力场的六边形网格剖分方法，不仅有效解决了传统地理网格形状和面积随纬度发生变化的问题，还有效提高了地球重力场模型求解精度，为实现重力测量高效规划、重力数据高效使用、高精度处理和重力场模型构建提供了重要的理论支撑和借鉴意义。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出一种确定地球重力场的六边形网格剖分方法，包括：

步骤1，基于二十面体及Synder等积投影构建4孔剖分的球面六边形网格系统ISEA4H，通过ISEA4H生成不同分辨率下的全球均匀分布的六边形网格，并确定网格分辨率、网格数量、网格中点坐标、网格边界坐标；

步骤2，利用现有重力观测资料，基于ISEA4H生成的六边形网格剖分区域，进行数据统计并生成六边形网格重力异常数据；

步骤3，利用不同分辨率下的全球均匀分布的六边形网格重力异常值，根据球谐展开理论公式计算球谐系数；

步骤4，利用不同分辨率下的全球均匀分布的六边形网格重力异常值，利用重力场Stokes定理，基于离散积分求和得到局部大地水准面。

进一步地，所述基于二十面体及Synder等积投影构建4孔剖分的球面六边形网格系统ISEA4H包括：

选用二十面体作为基础面，其与地球球体之间的定位关系满足：二十面体的12个顶点中的两个顶点位于地球南北两极，且还有一个顶点位于起始子午面上；将二十面体展开到平面上，在平面上进行六边形网格的剖分，选用4孔径剖分，生成不同分辨率的多面体表面的六边形网格；通过Synder投影建立平面与球面之间的位置对应关系；完成基于二十面体及Synder等积投影的4孔六边形网格系统ISEA4H。

进一步地，所述步骤2包括：

以ISEA4H生成的六边形网格边界坐标作为条件，判断离散点观测资料是否位于网格范围内，统计所有位于网格内部的重力资料，并融合生成代表网格所在区域的重力异常值；

利用现有多源重力场资料，包括卫星重力数据、卫星测高数据、地面重力数据、海洋重力数据、航空重力数据，融合多种数据生成全球不同分辨率的六边形网格重力异常数据。

进一步地，所述步骤3包括：

根据重力场理论，得到球面上重力异常点值与N阶重力场模型扰动位系数之间的数学关系，即球谐分析的数学模型：