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改进后的重力数据带来了巨大的地理空间

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公众,这是一个误会关于重力数据起着至关重要的作用地理空间、原子能委员会和红外的日常生活- - - - - -以及由此带来的看不见的好处。当你问别人关于"提升"的时候他们想象一个高于海平面的高度。实际上,对于提升的常见引用是这样表示的。但是什么才是真正的“海平面”呢?海平面表示为“等势重力”的理论面这个概念似乎太深奥了,不能用它来框定的讨论重力观测和研究的价值。而是如何联系主题以一种通俗易懂的方式?也许要从头开始。

人们可以联系到他们所拥有的登山地图上的海拔高度,或者他们正在行驶的山口的海拔标志,但不是参考框架(可以说是基准),以及得出这些海拔高度的模型。神奇的事情发生在终端用户看不到的地方。在这个高精度GNSS的时代,一般的用户得到了最终的提升,然而S速度- - - - - -基于导航和定位系统只提供一个椭球高度师:高于(或低于)参考椭球的高度年代排序椭圆体大致符合扁圆的形状E但与地球有直接的大地测量关系的卫星跟踪和轨道.重力数据用于定义大地水准面模型.这些进一步完善通过应用地面数据创建大地水准面差距模型哪一个作为机中幽灵来产生GNSS设备显示的高度。

这一过程的椭球+大地水准面推导n (更准确地描述为生产“正交的海拔”在测量师、测地师和地理空间专业人士中是否很有名年代。TO这些下游用户改进重力数据的价值是显而易见的。对致密化进行了改进超过一个世纪的重力测量并不是一个廉价的命题地面、空中和基于卫星的重力现代化项目可以代表大量的投资。有一些经济研究已经对这些项目进行了成本效益分析,但是y通常不被认为是地理空间、科学和国防社区之外的。这种价值必须以资助机构、立法者和公众可以关联的方式来表达,这是一个挑战。

重力模型表示- GRACE任务-来源NASA

高调

但最近的事件中出现了"引力"这个词,在大地的意义上,达到荷兰国际集团(ing)更广泛的观众- - - - - -e甚至是通过主流媒体。新闻报道:2019年尼泊尔政府测量部珠峰测量考察,2020年珠峰测量考察中国自然资源部土地测绘司注意到两个项目都包括重力测量.两国计划在今年晚些时候联合宣布结果。

在这两项倡议中,不仅有广泛的重力测量网络,而且还有常规的大地测量观测- - - - - -与GNSS和常规仪器- - - - - -将重力数据与现有的大地参考框架联系起来。Susheel Dangol是Sagarmatha(珠穆朗玛峰)高度测量秘书处的协调员和首席测量官(尼泊尔)他说,更广泛的大地测量项目是珠峰高度测量的一部分.T他包含了298个测量点的网络,每个测量点上都有重力和GNSS测量值。GNSS测量数据被参考到一系列临时的GNSS基站上,进一步与尼泊尔国家参考框架和持续运行参考站(GNSS CORS)网络。这些调查标志的子集也被观察到数字和差分水平。提供伴星重力数据是建立更新高程的重要组成部分年代为山区及周边地区。

NGS 2019实验大地水准面模型

效益评估

在美国,国家大地测量局(NGS)是联邦机构,负责建立和维护国家的空间参考框架。现代化高程数据被视为关键改善例如,国家洪水测绘系统。2019年NGS报告:扩展的高度:联合国的社会经济研究G年代重力程序n选票,在30年期- - - - - -1988 - 2017每年平均有86人死于洪水有经验。2017年,山洪造成103人死亡和受伤八个造成了590亿美元的财产和农作物损失。除洪水外,2017年的热带风暴和飓风造成43人死亡,62人受伤,财产和作物损失达230亿美元- - - - - -更多的人死于冬季风暴、洪水和激流。

在公众眼中,自然灾害是首要因素,但与农业相关的精确海拔数据还有其他好处水运业,还有公共水资源。留下我灌溉和配水系统的设计通常采用不恒定的高程数据这样的水头损失已被定为改善的目标通过本地和区域节水措施。

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随着机载和基于卫星的重力测量的进步,该能力全球引力模型的完善向前迈进了一大步。在这些新资源中有t他2002 - 2017重力恢复与气候实验 (格蕾丝一个联合任务 美国国家航空航天局 和 德国航空航天中心 (DLR).一个nd的2009欧洲航天局重力场及海洋环流探测仪(GOCE卫星地球资源管理器的任务。利用这些数据,v不同的政府,科学,以及全球各地的商业实体已经能够交付“厘米级“大地水准面模型这意味着推导大地水准面差分模型这样的数据,当应用到GNSS椭球高度,得到正交高程,添加比一个厘米到组合精度。

这样的数据例如,一个测量人员用高精度GNSS测量灌溉系统的高度能够解决2-3cm的椭球高度可以垂直标高低于5cm。Nd相对于相邻的海拔高度更加精确。

GRAV-D重定义美国垂直基准面的重力) NGS项目,该项目自2007年以来一直在进行这是一项雄心勃勃的全国性倡议,将陆地和卫星重力数据,以及沿海地区的航空重力数据结合起来吗.它现代化的不仅仅是基本的大地水准面模型吗但是是一个关键的组成部分一个新的国家空间参考框架设定为2022-2025年完成。类似的举措正在进行中,或已完成,在全球范围内。

为了测试大地水准面产品的质量,国家地质调查局已经开展了几个研究项目。的2011年坡度验证调查(德克萨斯州),另一个在2014(爱荷华州),比较了从GNSS观测(静态和实时运动学)得到的大地水准面高度与用陆地微分数字水平)方法。结果表明,gnss大地水准面导出的高程可以携带到100公里,精度与高阶遗留方法相同。为了进一步验证gravd目标的可实现性,NGS发布了GPS运动挑战在2010年和2013年,从公共和私人来源寻找GPS和GPS- imu数据检查质量。

2019年门店研究社会-经济现代化重力数据提高高程的好处总结如下:

“如果没有最终的大地水准面,基础设施工作的成本可能会增加30%-50%,这意味着成本将比之前降低23%-33%的水平降低。在其他应用中,如果不采用重力计划,成本将提高10%-20%,这意味着成本将降低9%-17%。将这些因素与地理空间活动相结合,可以节约11%-19%的成本。”

“2018年,用于地理空间活动的支出估计在221亿至304亿美元之间。根据名义GDP较2018年估计4.8%的变化,支出更新至2019年,为231.6 - 318.6亿美元。据推测,50%的支出或115.8 - 159.3亿美元属于重力计划的范围。这允许使用其他技术所做的工作,在大地水准面不提供优势的距离所做的工作,以及在包括的职业中与垂直高度测量无关的工作。

“根据2019年的经济活动,如果将22%-38%至115.8 - 159.3亿美元用于NGS重力计划,预计每年在地理空间活动方面的潜在直接经济效益为2.55- 60.5亿美元。相比之下,2018年美国在建筑方面的支出为1.4万亿美元。仅非住宅建筑就达到6370亿美元。”

其优点在Geobuiz地理空间产业展望与准备指数, 2018年版(地理空间媒体与通信)。

虽然这样的估计五月考虑到2020年无法预见的全球危机,我们看不到对未来的直接预测,我们应该认为,改善资源和工具可以帮助复苏。

相对重力测量-来源NOAA NGS

改变的无形力量

重力已经并将继续在建筑世界的发展和自然世界的管理和保护中发挥至关重要的作用,有显著的历史先例。18th世纪大地测量任务到赤道(任务Geodesique一个L 'Equateur)主要用来测量度数纬度帮助提炼事物的形状E地球,并解决了是否E地球在两极被拉长,或者在赤道上发出喇叭声。一个精心设计的三角测量网络- - - - - -三年艰苦的实地工作与物理测量杆,沉重的测量和天文观测仪器- - - - - -包括其他几个开创性的尽管较少宣传的科学作品。其中w作为利用重力测量(例如摆锤摆动)来支持从海岸到遥远内陆的测量地区的高程转移。但他们也能测量出垂直方向偏转的影响,这是由于地心引力大山脉大片的山脉- - - - - -重力和物理大地测量研究中的一个里程碑。

在20th世纪的尖端年代速度一个葛,开创性的科学家和数学家喜欢博士。林间空地很多的年代b .西- - - - - -一个隐藏在GPS故事中的英雄- - - - - -为美国工作海军,开始把最后的碎片全球大地模型一起。这些对第一个真正的全球导航卫星系统,海军运输系统,以及后来的美国卫星导航系统的成功至关重要年代空军GPS系统。韦斯特和其他人所做的工作中,有一项是用数字来说明重力与轨道、海平面和re的关系和依赖关系完善重要的大地水准面模型。基于卫星E一定啊O观测系统,雷达测高仪,甚至那些你在手机上看到的卫星地图都得益于这类与重力有关的关键工作。

全球化需要最好的工具增长回到正轨,迎头赶上,做好准备日益增长的基础设施要求w之前早已展开。再地心引力,就会成为隐藏的英雄。

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