IGRF12和WMM2015模型在中国区域的精度评估及其适用性分析

利用中国大陆区域35个地磁基准台站2008~2015年的观测数据,结合高精度的地壳磁场模型NGDC-720,计算各台站观测值和地磁场模型值7个要素之间的差值。通过引入均方根误差,评估最新的国际地磁参考场模型IGRF12和世界地磁模型WMM2015在中国区域的精度及其适用性。结果表明,IGRF12模型与台站年均值的一致性吻合较好,但对于不同台站,IGRF12模型误差相差较大。WMM2015和IGRF12模型误差具有相似的空间分布特征,且地磁各要素差值的最大值、最小值和均方根误差十分接近,其中地磁偏角和总磁场强度的均方根误差优于16'和100 nT。因此,在研究中国区域地磁异常时,IGRF12或WMM2015模型均可作为主磁场改正的参考背景场。     

世界地磁场模型WMM2010与台站年均值对比

研究了由多种卫星磁场观测数据建立的最新的世界地磁场模型WMM2010与地面台站观测值之间的关系,并将常用的国际参考地磁场模型IGRF11作为对比参照。首先分析了IGRF11与台站观测值的对比关系,验证了IGRF模型的精度和可靠性。其次分析了WMM2010与IGRF11模型的差异,引入绝对误差、均方根误差、相对误差和权重系数等指标来进行评价,分析表明,WMM2010模型在研究地磁异常场时的正常场改正和改善边界效应时填补空白区域中更具参考价值。     

地磁匹配中的地磁日变效应

针对目前地磁匹配研究中往往忽略地磁日变的影响,文中分别基于IGRF11模型和MAD匹配算法探讨了地磁匹配中的地磁日变效应.基于IGRF11模型的定性分析表明,地磁日变效应显著,即使在地磁变化较为平缓的区域,地磁日变仍给匹配定位带来较大影响.分别利用地磁平静时期广州、兰州、北京十三陵3个地磁台站分均值数据,基于MAD匹配算法定量分析了地磁日变效应.结果表明,匹配定位误差呈现出类似于日变形态的变化特征,且纬度效应显著,广州台站纬度方向上的最大误差达0.189°,经度误差达0.492°.     

世界地磁场模型精度评价

随着地磁场模型和地磁导航等研究的深入,需要合适的地磁场模型精度评价方法。利用世界地磁场模型(world magnetic model,WMM)和国际地磁台网(INTERMAGNET)观测数据,研究了最新的WMM2010模型在全球范围内的精度,并分析了WMM在欧洲、北美洲、中国及邻近地区等不同局部区域的精度。根据地磁场模型球谐系数截断阶数与空间最小分辨率波长关系,提出用格网化方法来评价地磁场模型的精度,并给出了WMM在全球和局部地区的精度。     

一种建立地磁场模型的方法及试验检验

分析了地球外部空间磁场性质,阐述了基于虚拟压缩恢复原理建立地磁场模型的一种方法-地磁压缩恢复法,利用国际地磁参考场模型IGRF模拟卫星观测数据对其进行了数值试验检验,初步证实了其有效性和可靠性.     

地磁变化场的MEEMD-样本熵-LSSVM预测模型

针对地磁变化场时间序列的混沌特性,提出了一种改进的集成经验模态分解(modified ensemble empirical mode decomposition,MEEMD)-样本熵-最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LSSVM)的地磁变化场预测模型。首先,利用MEEMD-样本熵将非平稳的地磁变化场时间序列分解为一系列复杂度差异明显的地磁变化场子序列;然后,针对每一个子序列分别建立LSSVM模型,选择各自适合的最优模型参数;最后,以地磁台站实测的地磁变化场数据为例进行实验,并与基于单一LSSVM以及RBF径向基神经网络的两种预测模型进行比较。实验结果表明,MEEMD-样本熵-LSSVM模型的预测值能紧跟地磁变化场的变化趋势,相比另外两种模型,体现出更好的预测效果,在地磁Kp指数小于3时,预测3h平均绝对误差为1.63nT。     

地磁日变数据确定中顾及纬度和经度方向影响的双因子定权方法

首先分析了地磁日变数据确定时传统使用的基于台站间纬度差和距离定权方法存在的缺陷;然后根据地磁场与纬度变化关系密切这一特点,提出了顾及纬度和经度方向影响的双因子定权的地磁日变数据确定方法;最后利用Intermagnet网站提供的地磁台站测量数据对所提方法的有效性进行了验证。与传统使用的距离定权法和纬度差定权法处理精度相比较,所提出的双因子定权方法具有更大的优势,为地磁日变数据的确定提供了一种新的更优的方法,在卫星、航空和海洋磁测数据的日变改正中将有较好的应用前景。     

中国附近海域地磁偏角图及其数学模型（1990.0）

本文介绍了中国附近海域地磁偏角模式的建立和“中国邻近海区地磁偏角图”的编绘以及质量分析。在建立中国附近海区地磁偏角模式时，使用了３０００多个地磁测点和地磁台站及国际参考地磁场资料，采用的方法是泰勒多项式。对海区地磁偏角模式和海区地磁图作了对比分析，其效果是好的。海区地磁偏角模式和“中国邻近海区地磁偏角图”清楚地反映出我国南沙群岛的区尺度为１０００余公里的磁异常，解决了中国地磁图和世界地磁图在这一海     

磁扰日日变改正的最小二乘谐波建模实现方法

采用最小二乘法代替傅里叶系数计算公式来确定谐波系数,使用若干个磁静日的谐波系数均值作为磁扰日的谐波系数,再取一定截断阶数的傅里叶级数作为太阳静日变化模型。以此进行地磁观测数据中太阳静日变化和磁扰的分离。然后对日变站太阳静日变化进行地方时差校正得到测点处的太阳静日变化,将其与地磁扰动一起用于测点的日变改正。通过台站数据的计算结果分析了模型的截断阶数、日变站与测点间的经度差等因素对日变改正精度的影响,并对比了此方法与扰日法的改正效果。结果说明了此方法的合理性与可行性。     

海洋磁力测量中地磁日变基值的选取

地磁日变基值的选取是海洋磁力测量地磁日变改正的重要内容。本文分析了地磁日变基值对磁测的影响,通过实例进一步说明了合理选择地磁日变基值的重要性。结论表明:单站地磁日变改正时,为了消除日变基值偏差对磁测的影响,同一测区不同航次测量,应当选择统一的日变基值。     

EEMD-Holt-Winters的电离层TEC预报模型

利用IGS中心提供的全球电离层TEC数据,建立集合经验模态分解与Holt-Winters组合的预报模型。根据地磁活动情况,选取地磁平静时段和地磁活跃时段的低、中纬度TEC序列,分别采用EEMD-Holt-Winters组合模型和单一Holt-Winters模型进行建模预报。实验结果表明,地磁平静期文中模型的相对精度最优可达91.71%,均方根误差最优可达1.54 TECu,地磁活跃期文中模型的相对精度最优可达86.83%,均方根误差最优可达2.18 TECu,预报结果较单一模型有显著提高。     

煤矿井下基于Attention机制的LSTM地磁定位算法

针对利用无线射频信号对井下人员定位受环境影响大的问题,本文提出了基于Attention机制的LSTM地磁定位算法。利用矿用智能手机以路径连续采集方式获取井下地磁数据,通过分析井下巷道地磁信号变化的空间差异性和时间稳定性,建立面向井下拓扑结构的地磁指纹数据库;在LSTM模型中引入Attention机制,使其能够根据地磁序列与位置的相关性进行训练且给予不同的权重;将井下实时采集的地磁数据输入模型后进行位置估计。试验结果表明,通过神经网络LSTM学习地磁序列与相应位置的映射关系,可有效提高定位精度。     

中国附近海域地磁偏角图及其数学模式(1990.0)

本文介绍了中国附近海域地磁偏角模式的建立和“中国邻近海区地磁偏角图”的编绘以及质量分析。在建立中国附近海区地磁偏角模式时，使用了3000多个地磁测点和地磁台站及国际参考地磁场资料，采用的方法是泰勒多项式。对海区地磁偏角模式和海区地磁图作了对比分析，其效果是好的。海区地磁偏角模式和“中国邻近海区地磁偏角图” 清楚地反映出我国南沙群岛地区尺度为1000余公里的磁异常，解决了中国地磁图和世界地磁图在这一海区未能解决的问题。海区地磁偏角模式的建立和海区地磁偏角图的绘制出版，大大地提高了我国海区及其邻近海域地磁偏角导航的精度。     

基于改进的MT-CLIM模型的中高纬低山丘陵区太阳辐射模拟——以小兴安岭为例

将DEM、坡度和坡向作为地形因子,基于ENVI/IDL编写MT-CLIM模型批量处理程序,使用改进MTCLIM模型对小兴安岭地区的地面气象台站进行太阳辐射模拟,并将模拟结果分别与辐射台站实测数据和二次趋势面统计模型进行验证。研究结果表明:从整年上,其与辐射台站的拟合精度R2为0.813 3,其中,夏季模拟太阳辐射日值拟合精度偏低,而其与二次趋势面统计模型拟合精度R2值范围为0.571 3~0.793 3;采用改进的MT-CLIM模型模拟较大区域的太阳辐射,比统计模型具有更好的普适性和高效性,能获得较好的中高纬低山丘陵区模拟效果,且为森林生态过程模型的输入参数研究提供依据。     

基于河北省CORS的区域电离层模型精度分析

为提高区域电离层模型和导航定位服务的精度,利用河北省连续运行参考站系统（CORS） 6个基准站的GPS卫星观测数据进行区域电离层建模和接收机差分码偏差（DCB）估计,并引入中国科学院（CAS）发布的电离层产品内插得到的垂直总电子含量（VTEC）进行区域电离层模型精度验证。实验结果表明,估计的单日GPS卫星DCB与产品值精度相当,偏差控制在0.5 ns以内;河北省CORS站GPS系统接收机DCB稳定性较好,5 d的标准偏差均小于0.1 ns;利用河北省CORS建立的区域电离层TEC在地磁平静期与磁暴期均与CAS产品值具有较高的一致性,TEC偏差控制在2 TECU以内。河北省区域电离层模型能有效监测电离层TEC在不同地磁状态下的时空变化,提高区域导航定位服务水平。     

地磁场模型与地磁匹配导航

分析了地磁场模型研究状况,阐述了地磁场模型分析方法,提出了地磁导航系统中三个方面的关键技术:一是导航区域地磁数据库的建立;二是载体磁力仪的实时测量;三是地磁匹配算法。指出了发展地磁匹配导航应采取的必要措施,为下一步地磁导航的深入研究明确了方向。     

基于GAMIT/GLOBK和GPS观测确定加拿大地区的冰川均衡调整导致的垂向形变

本文采用加拿大地区31个IGS台站的观测数据,利用GAMIT/GLOBK软件处理了时间跨度为2000—2018年的GPS原始观测资料,得到了ITRF2014参考框架下的台站位置垂向运动速率的时间序列。对GPS时间序列进行阶跃探测及修复、异常值探测及剔除、趋势项估计、去除近期冰川融化导致的地表弹性变形后,得到了由冰川均衡调整(GIA)导致的GPS台站抬升速率。本文的结果与前人基于GPS观测得到的结果(在ITRF2008框架下)相差在2 mm/a以内,与ICE6G系列GIA模型预测值相差在3 mm/a以内,因此验证了本文结果的正确性和可靠性,为进一步利用全球GPS台站观测数据研究GIA垂直形变速率,进而约束和改进GIA模型打下了坚实基础。     

基于多台站高频GPS的地震预警优化算法研究CSCD

随着精密定位技术的发展,高频GPS已能够精确记录地表位移数据,研究高频GPS能为地震预警工作做出一定补充.针对目前地震预警中单站预警误报率高的问题引入深度学习技术,利用长短期记忆网络(LSTM)联合周边区域台站对单台站进行预警以达到减少误报的目的.首先通过对新西兰南部地区1 Hz高频GPS数据进行解算得到多个台站无震时间序列,再利用该数据训练网络得到融合区域特征的高精度模型.该模型可以对无震时间序列进行预测并动态制定阈值区间,当实际观测值超出置信区间则判定异常.通过与传统短时窗平均/长时窗平均算法(STA/LTA)及未融合区域特征的单站模型进行对比,结果表明:融合区域特征的单站模型可有效减少误报,在多个台站的无震长序列上较传统方法表现优异,具有一定的应用价值.     

模糊决策理论的地磁图适配性分析

传统地磁图适配性分析仅将单一特征参数作为评价指标,从而导致分析结果不全面。针对此问题,提出了一种基于模糊决策理论的地磁图适配性分析方法。首先采用地磁标准差、粗糙度、相关系数、坡度标准差及地磁信息熵等5个主要特征参数作为模糊指标进行加权分析,得到综合评价值以评定候选区适配性。然后基于地磁异常的无迹卡尔曼滤波算法,选取中国南海部分海域的全球地磁异常格网数据作为地磁异常基准图进行仿真实验。实验结果表明,该方法具有较高的可靠性,综合评价值可作为地磁图适配性分析的定量依据,并能从一定程度上解决单一特征参数评价不全面的问题,提高水下自主航行器的导航精度。     

地磁适配性分析方法研究

针对地磁适配性分析中,单一的特征指标不能满足适配性精度要求的问题,该文提出一种多指标综合评价体系方法,建立以地磁标准差、地磁信息熵、相关系数及粗糙度为一体的综合评价模型;在确定权重方面,由于主观赋权法及客观赋权法各有优缺点,提出利用主、客观加权赋权法组合权重来确定每个指标的权重系数.能够较好地利用地磁的各种特征信息对地磁基准图候选区域进行综合分析,实现分析结果的全面性.基于多指标融合的地磁适配性分析的MATLAB仿真结果表明:运用此方法能够直观地反映出各候选区域适配性能的好坏,该方法在评价地磁适配性方面有效,其方法可应用于地磁匹配导航领域的研究.