大地水准面模型三维可视化实现开题报告

1. 研究目的与意义

大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。

大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。我国(似)大地水准面的确定经历了近半个世纪的发展过程,从50年代到70年代开展了大规模天文重力水准网的布测。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。

该网平均分辨率在东部地区约为1.5°×1.5°,西部为2.5°×2.5°。由此确定的中国似大地水准面(cqg80)表明,该网边远测点相对西安大地原点的高程异常差的累积误差的估计,平均为±2.7m显然,cqg80低精度、低分辨率的似大地水准面已远不能满足我国经济和国防建设的发展及我国今后的地学研究任务。因此,应在较短时间内研究和推算出一个高精度、高分辨率、完整覆盖我国国土的新一代中国(似)大地水准面(cqg2000),以适应21世纪前期的需求。cqg2000的精度指标应由cqg80的±(3~5)m精度,提高一个量级,达到dm级精度的要求;分辨率要由cqg80的平均2°×2°提高一个量级,达到15′×15′;而覆盖面则绝不能只局限于我国大陆,要扩展到全部中国陆海国土。要达到上述目标,要解决3个技术问题,即我国大陆大地水准面的研究和计算;我国海域大地水准面的研究和计算;我国大陆和海域两个大地水准面的拼接研究和计算。我国在大地水准面研究的基础上，更加注重精化大地水准面的研究。苏州地区的精化大地水准面研究成果显著。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

大地水准面模型是能够精确描述地球真实形状的数学模型。一般的大地水准面数据都是通过二维彩色图片进行绘制。本课题拟通过编程语言，采用国际公布的标准大地水准面数据，实现大地水准面的三维可视化，以达到更直观、更形象的显示效果，并对大地水准面的精度进行统计分析。

大地水准面数据中包含了丰富的信息，能够准确的反映地球的形状，重力场。对于大地水准面的研究，除了精化大地水准面以外，还有经典大地水准面，等时率大地水准面，等频大地水准面，潮汐大地水准面。我们在对于大地水准面三维可视化的基础上，再进行相关的统计分析，这样就可以在更专业的方向上进行分析。

3. 研究的方法与步骤

本研究是在深入学习大地测量学理论，掌握大地测量学中大地水准面计算的相关原理；运用matlab语言，实现格网大地水准面的三维可视化显示和误差统计分析。

在大地水准面计算的相关原理中，主要运用协方差函数和球谐函数进行计算。运用matlab三维绘图工具中的plot3，mesh,surf命令进行绘制，实现大地水准面的三维显示。绘图的数据来源是大地水准面的坐标和高程数据。而误差统计则是采用matlab中的相关函数进行分析。

步骤：

4. 参考文献

1.海斯卡涅,莫里兹，物理大地测量学，测绘出版社，1979.

2.孔祥元等，大地测量学基础，武汉大学出版社，2013.

3.管泽霖，宁津生，地球形状及外部重力场，测绘出版社，1981.

5. 计划与进度安排

一、研究工作准备阶段（2022.1.20——2022.3.24）：

2022.1.20——2022.3.15为准备工作阶段，包括查阅资料、实验数据收集等；2022.3.16——2022.3.24为开题阶段，主要工作是撰写开题报告等。

二、研究工作开展阶段（2022.3.25——2022.5.19）：