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研究生: 王建立
Wang, Jian-li
論文名稱: 應用錐體斷面法進行重力地形改正之研究
Application of Conical Cross-section to Terrain Correction for Gravity Reduction
指導教授: 饒瑞君
Rau, Ruey-Juin
曾清涼
Tzeng, Ching-Liang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 地球科學系
Department of Earth Sciences
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 63
中文關鍵詞: 錐體斷面法漢默法大地水準面地形改正重力異常
外文關鍵詞: Helmert's method, gravity anomaly, geoid, conical cross-section method, terrain correction
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  • 重力異常(gravity anomaly)一般定義為大地水準面的實測重力值與正常地球橢球面正常重力值的差值。但大地水準面的重力值無法直接測量,所以需將地表測量的重力值歸算至大地水準面上。重力歸算主要包含二步驟:一為自由空間改正;一為去除測站與大地水準面層間質量引力的重力地形改正。傳統上重力地形改正是先作布格平板改正(將測站附近視為無限延伸的平坦地形),再移去及補上高出測站或低於水平面地形質量的引力。本研究為捨棄傳統重力地形改正方式,應用錐體斷面(地形剖面數值)直接進行大地水準面與測站層間質量引力的重力地形改正。

    錐體斷面法為將測站視為原點,將地形劃分為等圓心角的扇形區塊,圓心角愈小表現的地形就愈真實,並以各扇形中心線的斷面(剖面)代表各扇形區塊的地形變化。再將各扇形斷面數據代入本研究所推導的錐體斷面法公式,得到重力地形改正。在與傳統漢默法計算方式比較,最主要差異為:(1)漢默法以測站水平面為基準面,本文方法為大地水準面基準面;(2) 漢默法計算的地形剖面為階梯式,本文方法地形剖面為錐體式,較契合真實地形。

    本研究選擇台灣地區4點地形變化較大,且能代表不同類型地形特徵,分別為山頂2點、山谷1點及山腰1點進行實際地形測試,測試的方法分為A型和B型模版,A型和B型模版代表不同方位(相差扇形圓心角的一半)所計算的地形效應。由模板測試結果於地形12等分以上時,可達標準差在1.1mGal精度以內。錐體斷面法與傳統漢默法計算的結果比較,除玉山約12.6 mGal,其它3測試點誤差皆在4 mGal以內。因此,在台灣地區將地形12等分以上做重力地形改正是合理的。

    The difference between actual gravity referring to the geoid and normal gravity estimated on a selected specific ellipsoid is generally defined as gravity anomaly. Because of the actual gravity on the geoid can not be obtained directly, we have to reduce the gravity measured on the physical surface of the earth to the geoid. Both of the two main procedures of gravity reduction are the free-air reduction and the terrain correction which removed the mass between the earth surface and the geoid. Traditionally, we always apply the Bouguer correction first and then remove the excess mass or fill it in the terrain correction. In this paper, we directly apply the terrain correction by means of the conical cross-section method.
    The conical cross-section method assumes the surveying-site as an original point and then divides the neighbor topography into serial sector areas with equal central angle. The more we make the central angel smaller, the more we get the real expressed topography. The central lines of the sector are used to describe the variance of the topography within every sector area. By using the conical cross-section equations provided from this paper, we get the terrain correction. Comparing with the traditional Helmert's method, the principal differences are: (1) Helmert's method bases on the leveling-plate of the station, our method is on the geoid; (2) the cross-section of Helmert's method is trapezoid, our method is conical. The method gave from this paper is more suitable than Helmert's to fit the real topography.
    In this paper, four specific points are selected from different sorts of topography. Two points are on the mountaintop. Another one is on the mountain valley, and the last one is on the mountainside. The plate A and plate B are used to calculate the topographic effects. From the calculated result, we found out the standard deviation could reach to 1.1 mGal by using the twelve equally divided parts of topography. Comparing results between conical cross-section and Helmert's method, the difference of the three specific points are within 4 mGal except the YuSan point of 12.6 mGal. Hence, it is reasonable to divide the topography into twelve equal parts for the terrain correction in Taiwan.

    目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 1 表目錄 3 圖目錄 4 第一章 緒論 6 § 1-1 前言 6 § 1-2 文獻回顧 7 § 1-3 研究動機與方法 11 第二章 重力場與重力地形改正 13 § 2-1 重力場 13 § 2-2 正常重力場 15 § 2-3 重力異常與擾動重力 17 § 2-4 傳統重力地形改正 19 § 2-5 線質量積分法 21 § 2-6 直接計算法(蔡坤哲,2001) 22 § 2-7 數值地形模型 24 第三章 錐體斷面法直接計算公式推導 25 § 3-1 直接計算的原理 25 § 3-2 環狀錐體模板的引力公式推導 27 § 3-3 錐體斷面法重力地形改正公式推導 29 § 3-4 重力地形改正的限制 31 第四章 重力地形改正測試分析 35 § 4-1 圓錐體模型測試 35 § 4-1-1 平頂引力計算方法 36 § 4-1-2 圓錐體模型測試成果分析 38 § 4-1-3 錐體與平頂算法分析 40 § 4-2 真實地形測試 43 § 4-2-1 測試地點選定 43 § 4-2-2 扇形區塊模板的劃分及計算方法 47 § 4-2-3 真實地形模板測試結果分析 48 § 4-2-4 錐體斷面法與其它方法測試結果比較分析 53 § 4-2-4 地形改正計算方法差異之探討 54 第五章 討論與結論 60 參考文獻 62 表目錄 表2.1 傳統漢默與直接計算法修正至100公里比較(蔡坤哲,2001) 23 表3.1 模板厚度與所須計算的距離關係表 32 表4.1 正立圓錐體(錐體及平頂)地形改正比較表 38 表4.2 倒立圓錐體(錐體及平頂)地形改正比較表 39 表4.3 圓柱體模型(正立-倒立)重力地形改正比較表 40 表4.4 固定高度改變環圈間距錐體與平頂算法差值表 41 表4.5 測試點坐標及高程 43 表4.6a 4等分模板地形改正成果表 48 表4.6b 6等分模板地形改正成果表 48 表4.6C 8等分模板地形改正成果表 49 表4.6d 12等分模板地形改正成果表 49 表4.7 A型和B型模板地形改正差值表 50 表4.8 地形改正誤差表 51 表4.9各等分地形改正和差值變化表 52 表4.10 三種地形改正方法計算結果比較表 53 圖目錄 圖1.1 德州Madera山區重力測量剖面(Hammer,1939) 8 圖1.2 直接計算法之布格重力異常圖(中央大學重磁實驗室) 10 圖1.3 扇形平頂與扇形錐體地形修正示意圖 11 圖1.4 應用扇形錐體模型直接進行地形改正示意圖 12 圖 2.1 引力、離心力和重力關係 13 圖 2.2 重力之積分關係圖 14 圖 2.3 地表及大地水準面重力異常 17 圖 2.4 地形改正及重力歸算 18 圖 2.5 P點附近地形剖面示意圖 19 圖 2.6 漢默法計算原理修正示意圖 20 圖 2.7 地形角柱體及近似線質量幾何關係圖 21 圖 2.8 直接計算法示意圖(蔡坤哲,2001) 22 圖 3.1 漢默法套繪地形圖示意圖 25 圖 3.2 漢默法套繪地形圖剖面示意圖 26 圖 3.3 直接計算法斷面示意圖 26 圖3.4 環狀錐體模板對P點引力示意圖 27 圖3.5 扇形錐體模板對P點引力的平面示意圖 30 圖3.6 由數值地形剖面圖直接計算示意圖 31 圖3.7模板厚度與所須計算的距離關係圖 33 圖3.8傳統地形改正及直接計算地形改正的斷面示意圖 34 圖4.1 圓錐體模型及斷面示意圖 35 圖4.2a 正立圓錐體各環的高度及平均高度 36 圖4.2b 倒立圓錐體各環的高度及平均高度 37 圖4.3a 正立圓錐體(錐體及平頂)地形改正變化圖 38 圖4.3b 正立圓錐體(錐體及平頂)地形改正差值變化圖 39 圖4.4a 倒立圓錐體(錐體及平頂)地形改正變化圖 39 圖4.4b 倒立圓錐體(錐體及平頂)地形改正差值變化圖 40 圖4.5圓柱體模型(正立-倒立)重力地形改正變化圖 41 圖4.6 固定高度改變環圈間距錐體與平頂算法的差值變化圖 42 圖4.7 測試點分布示意圖 44 圖4.8a 大霸尖山(山頂)周圍地形圖 45 圖4.8b 玉山(山頂)周圍地形圖 45 圖4.8c 靳珩橋(山谷)周圍地形圖 46 圖4.8d 青山(山腰)周圍地形圖 46 圖4.9 A型和B型模板等分示意圖 47 圖4.10 A型和B型模板地形改正差值圖 50 圖4.11 地形改正誤差圖 51 圖4.12 各等分地形改正差值變化圖 52 圖4.13 三種地形改正方法與測試點高程關係圖 53 圖4.14a 三種地形改正方法差值變化圖 54 圖4.14b 三種地形改正方法差值變化圖 54 圖4.15 錐體斷面法與漢默法地形修正示意圖 55 圖4.16a 扇形區塊對測站P點引力剖面示意圖 56 圖4.16b 扇形區塊對測站P點引力剖面示意圖 56 圖4.17 四角柱體近似點質量與測站相關位置示意圖 58 圖4.18 四角柱體近似線質量與測站相關位置示意圖 59

    孔祥元、郭?明、劉宗泉,2002,大地測量學基礎,武漢大學出版社,武漢,265頁。

    胡明城,2003,現代大地測量學的理論及其應用,測繪出版社,北京,476頁。

    蔡坤哲,2001,重力地形修正之探討,國立中央大學地球物理研究所碩士論文,桃園,72頁。

    陳國華,2004,整合TWVD2001水準及GPS資料改近台灣區域大地水準面模式已應用於GPS高程測量,國立成功大學測量及空間資訊學系博士論文,台南,154頁。

    蕭宇伸,2002,嚴密正高改正,國立交通大學土木工程研究所碩士論文,新竹,67頁。

    George B. Thomas,Jr.,1971,微積分,張海山,周本福合譯,中央圖書出版社,台北,632頁。

    Hammer S., 1939, Terrain corrections for gravimeter stations,
    Geophysics, 4, pp. 184-194.

    Heiskanen, W. A. and H. Moritz, 1967, Physical Geodesy, W. H.
    Freeman and Co., San Francisco, CA, U.S.A., 364 pages.

    Nozaki K., 1981, A computer program for spherical terrain
    correction, J. Geod. Soc. Japan, 27, pp.23-32.

    Olivier, R. J., and Simard, R. G., 1981, Improvement of the conic prism model for terrain correction in rugged topography, Geophysics, 46, pp.1054-1056.

    Yen,H.Y.,Y.H. Yeh and C.H. Chen, 1994, Study on gravity terrain correction of Taiwan, TAO, 1,2, pp.1-10.

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2007-08-13公開
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