Hexagonal Grid Mean Free-Air Gravity Anomaly Data Construction and Its Statistical Advantage Analysis

LI Xinxing; LI Jiancheng; ZHOU Rui; FAN Haopeng

doi:10.13203/j.whugis20220569

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Hexagonal Grid Mean Free-Air Gravity Anomaly Data Construction and Its Statistical Advantage Analysis

Geodesy and Navigation | 更新时间：2026-11-05

- Hexagonal Grid Mean Free-Air Gravity Anomaly Data Construction and Its Statistical Advantage Analysis
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 3, Pages: 507-514(2025)
- 作者机构：
  
  1.信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州，450001
  2.武汉大学测绘学院，湖北武汉，430079
  3.61363部队，陕西西安，710054
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20220569
  CLC： P223
- Received：14 December 2023，
  
  Published：05 March 2025
- 稿件说明：
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李新星,李建成,周睿，等.六边形网格的平均重力异常数据构建及其统计优势分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(3):507-514.

LI Xinxing,LI Jiancheng,ZHOU Rui,et al.Hexagonal Grid Mean Free-Air Gravity Anomaly Data Construction and Its Statistical Advantage Analysis[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(3):507-514.
李新星,李建成,周睿，等.六边形网格的平均重力异常数据构建及其统计优势分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(3):507-514. DOI：10.13203/j.whugis20220569

LI Xinxing,LI Jiancheng,ZHOU Rui,et al.Hexagonal Grid Mean Free-Air Gravity Anomaly Data Construction and Its Statistical Advantage Analysis[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(3):507-514. DOI：10.13203/j.whugis20220569

摘要

传统地理网格在重力场数据处理和解算中被广泛使用，但也带来诸多不便，例如网格面积不等、各向同性差等。针对地球重力场中地理网格的使用所带来的局限性，首次提出采用具有分层结构的六边形网格系统对重力测量数据分布区域进行划分，基于开源的H3离散球面网格系统构建中国大陆陆地重力测量数据区域3种分辨率的六边形网格，并利用中国81万余条实测重力资料，构建了上述3种分辨率下的六边形网格平均重力异常数值模型，以及平均大小与之对应的地理网格平均重力异常数值模型，最后统计对比了地理网格和六边形网格两种剖分方式下网格平均空间重力异常值的代表误差大小。结果表明，剖分层级

=3、4、5的六边形网格与面积近似相等的67.8′、24.5′、9.2′的四边形地理网格相比，网格内包含实测点的网格数量占总网格数量比更高，包含实测点的网格占比分别提高1.54%、1.44%和2.81%；平均网格重力异常代表误差分别减小0.398 mGal、0.259 mGal和0.188 mGal。综上所述，分层六边形网格系统因其近似等积和各项同性特征，在地球重力场数据统计和数据生产中具有应用优势。尽管层次六边形网格系统在地球重力场的球谐合成与分析、地形效应的快速计算、数值积分计算等方面也有良好的应用前景，但不可否认的是，它的使用和推广仍面临许多需要解决的难题，例如六

边形网格的非等纬度分布引起的Legendre计算问题，以及如何使用快速傅里叶变换技术在该不规律分布下实现高效计算。

Abstract

Objectives

The widespread use of traditional geographic grids in gravity field data processing has brought many inconveniences

such as unequal grid areas and poor isotropic characteristics. In order to solve the above problems in the application of geographic grid in the earth gravity field

we propose for the first time to apply a hierarchical hexagonal grid system to gravity data gridding in the mainland of China.

Methods

First

an open-source discrete global grid system H3 is selected to generate hexagonal grid groups at three resolutions in the mainland of China. Then we use more than 810 000 in-situ gravity data to construct numerical models of average gravity anomaly on hexagonal grid with different resolutions and geographic grid with corresponding resolutions. Finally

we calculated and compared the commission errors of the grid average free-air gravity anomaly under the geographic grid and hexagonal grid.

Results

The results show that compared with 67.8′

24.5′ and 9.2′ geographic grids

the hexagonal grids with grid partitioning levels

and 5 have approximately the same area. Hexagonal grids have more effective grids covering measured points than geographic grids. For example

the improvements of the percentages of effective grids in total in hexagonal grids under three resolution levels are 1.54%

1.44% and 2.81%

respectively

compared to the geographic grids. Hexagonal grids have smaller commission error than geographic grids. For example

under the above three resolution levels

the mean commission errors of the hexagonal grid gravity anomalies are reduced by 0.398 mGal

0.259 mGal and 0.188 mGal

respectively

compared to that of the geographic grid gravity anomalies.

Conclusions

The layered hexagonal grid system has advantages in the application of earth gravity field data statistics and data production due to its quasi-homogeneous and quasi-isotropic horizontal resolution over the entire sphere. Although the layered hexagonal grid system also has good application prospects in spherical harmonic synthesis and analysis of the earth's gravity field

rapid calculation of terrain effects

numerical integration calculation

etc.

it is undeniable that its use and promotion still faces many problems that need to be solved

such as the calculation problems caused by the non-equal latitude distribution of the hexagonal grids

and how to use fast fourier transformation technology to achieve efficient calculation under this uneven distribution.

关键词

Keywords

references

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