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正常高

来自還阔以
正常高
英文 Normal Height
符号 H* 或 Hγ
定义 地面点沿其正常重力场中的铅垂线到似大地水准面的距离
起算基准 似大地水准面
提出者 莫洛坚斯基 (M. S. Molodensky)

正常高(Normal Height),通常用符号 H* 表示,是由前苏联科学家莫洛坚斯基(M正高]]系统在理论上难以精确计算的问题。它的定义是:从地面上任意一点出发,沿着该点的正常铅垂线向下,到似大地水准面的距离。

正常高系统不依赖于地球内部的质量分布假设,而是基于一个理论的、规则的“正常重力场”来计算,因此在理论上是严密的,可以精确计算,避免了正高计算中遇到的根本困难。

核心概念

正常重力场

正常重力场是一个数学模型,它对应于一个与地球总质量、自转角速度相同,且表面紧密贴合大地水准面的旋转参考椭球所产生的重力场。这个场具有数学上的严格表达式,是可以精确计算的。

正常铅垂线

正常重力场中的重力方向线,它是一条规则的、光滑的曲线,不同于真实地球重力场中不规则的铅垂线

似大地水准面 (Quasigeoid)

它是正常高系统的起算基准面。从地面点沿正常铅垂线向下量取正常高,其端点构成的曲面就是似大地水准面。它与大地水准面非常接近(全球范围内差异通常在数米以内),但在数值上和几何形态上存在微小差异。

正常高与正高的比较

| 特性 | 正高 (Orthometric Height) | 正常高 (Normal Height) | | :--- | :--- | :--- | | 起算面 | 大地水准面 (Geoid) | 似大地水准面 (Quasi-geoid) | | 沿循路径 | 真实铅垂线 | 正常铅垂线 | | 物理意义 | 明确,与水流方向一致 | 不明确,但计算严密 | | 计算复杂度| 理论严密,但实际难以精确计算(需内部密度假设) | 理论严密,可以精确计算(无需内部密度假设) |

正常高与大地高的关系

正常高(H*)、大地高(h)和高程异常(ζ)之间存在一个严格的数学关系:

h = H* + ζ

  • h大地高,由GNSS直接测得。
  • H*:正常高。
  • ζ(Zeta):高程异常(Height Anomaly),是地面点与似大地水准面沿椭球法线方向的距离,也近似等于似大地水准面与参考椭球的分离量。

由于高程异常可以通过地面重力测量数据精确计算,因此利用上式,可以通过GNSS测定的大地高来精确推算正常高,这是该系统在现代大地测量中的巨大优势。

参见