基于区域和全球大地水准面/拟大地水准面模型优化阿姆斯特丹系统高度的方法论

《Geodesy and Geodynamics》：Methodology for optimizing heights in the Amsterdam system based on regional and global geoid/quasi-geoid models

优化区域与全球大地水准面模型的荷兰高度系统过渡方法，基于波兰-乌克兰跨境区域的GNSS/水准测量数据（59+161点），整合PL-quasi-geoid2021（几何准大地水准面）与EGG2015（重力准大地水准面）区域模型，以及EGM2008、EIGEN6C4等全球模型，通过系统性偏差修正和加权平均优化方法，建立UCQ2025综合模型，实现厘米级精度（1-2cm）的跨区域高度系统转换，减少传统高精度水准测量的需求。

　　在现代测绘领域，高度系统的选择和转换对于确保地理信息的准确性和一致性至关重要。随着全球范围内的测量技术不断发展，许多国家正在从传统的高度系统向更统一的欧洲垂直参考框架（EVRF）过渡，特别是从波罗的海高度系统（Baltic height system）向阿姆斯特丹高度系统（Amsterdam height system）迁移。这一过程不仅涉及对地形和地表特征的高精度测量，还需要对不同高度系统之间的差异进行精确的计算和优化。本研究提出了一个基于全球和区域重力场模型（包括重力模型和准重力模型）转换到阿姆斯特丹高度系统的方法，特别针对波兰-乌克兰边境区域，同时扩展到整个波兰和乌克兰的领土范围。

研究的核心目标是开发一种能够将区域模型与全球模型整合到阿姆斯特丹高度系统的方法。这一过程需要利用全球和区域的重力场模型数据，并结合GNSS/水准测量数据进行分析。研究使用的数据包括两个区域模型（PL-quasi-geoid2021和EGG2015）以及五个全球模型（EGM2008、EIGEN6C4、GECO、SGG-UGM-2和XGM2019e_2159）。这些模型基于不同的数据来源和分辨率，其中区域模型通常使用地面重力观测数据构建，而全球模型则可能结合卫星观测和地面数据。通过分析这些模型与GNSS/水准测量数据之间的差异，研究者能够识别出模型之间的系统性偏差，并开发出一种优化方法，使这些模型在阿姆斯特丹高度系统中达到更高的精度。

研究发现，波罗的海高度系统在乌克兰仍然被使用，但该系统已经过时，因此乌克兰当前面临一个重要的任务，即寻找从波罗的海系统过渡到阿姆斯特丹系统的方法。为了实现这一目标，研究者采用了多种方法，包括利用全球和区域模型进行高度优化，以减少系统性偏差，并提高转换的准确性。此外，研究还表明，虽然区域模型在某些情况下可能比全球模型更符合当地水准数据，但在缺乏大量GNSS/水准数据的情况下，全球模型能够提供更高的精度。这种现象在波兰和乌克兰的GNSS/水准数据中得到了验证，其中波兰的数据更加精确和更新，而乌克兰的数据则存在较大的系统性偏差，这可能与数据收集的频率和时间有关。

通过分析不同模型之间的高度差异，研究者发现全球模型和区域模型在高度精度上存在一定的差异。例如，在波兰边境地区，全球模型的高度差异标准差为2–3厘米，而在乌克兰边境地区则达到4–5厘米，这表明乌克兰的数据可能存在更多的误差积累。此外，研究还指出，区域模型EGG2015和全球模型之间的差异可能由于模型本身的偏差而产生，这种偏差可以通过优化方法进行修正，以确保模型在阿姆斯特丹高度系统中的准确性。因此，研究提出了一种优化方法，该方法包括多个步骤，如计算条件全球和区域模型的高度、预测区域模型与全球模型之间的高度差异、对区域模型的高度进行修正和优化，以及构建区域结合模型，最终在阿姆斯特丹高度系统中进行高度计算。

这一优化方法的关键在于减少模型之间的系统性偏差，并确保优化后的模型能够与GNSS/水准数据保持一致。通过计算区域模型和全球模型之间的高度差异，并使用这些差异进行修正，研究者能够开发出一个更加精确的结合模型，该模型不仅适用于波兰，也适用于乌克兰。优化后的模型（即乌克兰结合准重力模型2025，UCQ2025）能够提供在阿姆斯特丹高度系统中的高度数据，其精度达到了1–2厘米，这对于地理信息的精确测量和应用具有重要意义。

此外，研究还强调了区域模型与全球模型之间的结合。通过将区域模型EGG2015与全球模型数据进行结合，研究者能够构建一个更精确的模型，该模型不仅能够反映区域内的重力场特征，还能与全球模型保持一致。这种方法能够有效减少由于模型本身误差而带来的偏差，并提高整体高度系统的准确性。在波兰和乌克兰的领土范围内，优化后的模型能够提供更加一致的高度数据，从而支持各种工程和科学任务的实施。

研究还指出了使用优化方法进行高度系统转换的优势。这种方法只需要少量的GNSS/水准数据即可建立不同高度系统之间的联系，从而减少工作量和时间成本。在波兰和乌克兰的跨境地区，由于缺乏足够的水准数据，优化方法能够有效地弥补这一不足，并确保高度系统的统一。此外，研究还表明，通过优化方法，可以将全球模型的数据适配到区域模型的高度系统中，从而实现高度系统的整合和统一。

综上所述，本研究提出了一种基于全球和区域重力场模型的优化方法，用于将高度系统从波罗的海系统转换到阿姆斯特丹系统。该方法通过减少模型之间的系统性偏差，提高转换的精度，并确保不同区域模型和全球模型之间的数据一致性。研究结果表明，优化后的模型能够提供高度系统转换的精确数据，并支持各种工程和科学任务的实施。这一方法为乌克兰实现高度系统的现代化提供了重要的技术支持，并有助于实现与波兰的地理信息整合。