利用GNSS水准成果融合构建中国大陆垂直运动模型

水准和全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)成果是研究中国大陆垂直运动的重要数据,充分发挥水准点高精度和GNSS点分布均匀的优势,有利于提升垂直运动模型的可靠性。在融合过程中,针对水准和GNSS成果缺少重合点导致速度融合失效的问题,提出一种基于模型结果融合的方法,分别利用水准和GNSS成果建立垂直运动模型,并基于模型格网点精度及控制点与模型格网点的最近距离联合确定两类模型点权值,逐点加权平均,实现两类模型的融合;针对利用反距离加权方法建模过程中观测点速度精度和空间距离均影响定权结果的问题,提出了权因子相乘的方法,合理确定各因素影响程度。综合利用国家一等水准网、国家GNSS大地控制网等成果,基于双因子相乘的方式定权建立单源垂直运动模型,并按照基于结果融合的方法建立了中国大陆垂直运动模型。结果表明,华北、苏沪一带沉降严重,极个别区域沉降速度达100 mm/a;东北、西藏一带呈现隆升趋势,局部隆升速度达5 mm/a;其余地区垂直运动相对稳定。     

全国一等水准点高程近20年变化分析

我国于1991—1999年建设的国家第二期一等水准网复测与2012—2015年建设的国家一等水准网成果相隔近20年。受地壳运动、经济建设、地下水开采与回灌等因素的影响,许多地区出现了不同程度的地表沉降和季节性地表起伏,造成区域高程成果发生了不同程度的变化,影响了高程基准的维护及高程成果的使用。本文通过分析两期一等水准重合点、统计分析我国一等水准点20年高程变化量及其变化趋势,并从两期水准网测量设备、措施及测量精度的差异,重力异常改正计算所采用的重力基准、正常重力公式及重力数据的差异,网形结构差异,水准测量周期、水准环闭合周期的差异,地壳垂直运动与局部地表形变影响等4方面进行了两期高程变化的原因分析。研究表明:(1)国家一等水准网点高程近20年发生了不同程度的变化,许多区域出现了严重沉降;(2)地壳垂直运动及局部地表形变是引起高程变化的主要因素;(3)国家一等水准网应进行定期复测更新,复测时应尽量缩短水准测量周期,全网水准测量周期不应超过5年[1]、力争3年内完成。     

国家一等小准网测量平差成果通过鉴定

国家一等水准网测量平差成果于今年七月一日在国家测绘局组织召开的鉴定会上通过了部门级鉴定。国家一等水准网是全国范网内统一的高程控制骨干，它直接为经济建设提供高程控制的基础，也是研究地壳和地面垂直运动等科学不可缺少的一项基本建设。一等水准网的布测和平差工作是根据国家测绘局、水利部、国家地震局、总参测绘局分别于一九七六年确定的全国一等水准网布设规划和一九八五年确定的国家一等水准网平差方案实施的。野外布测工作全     

陕西地区垂直形变分析

利用中国陕西地区三期国家一等水准网的平差成果、两期二等水准网成果、两期陕西省高程控制网成果、两期全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）大地控制网成果、陆态网络等工程连续运行基准站及流动站成果、地理国情监测成果,分析陕西地区最新垂直运动趋势。结果表明:GNSS垂直运动与水准垂直运动趋势整体一致;20世纪70年代至2018年,关中平原垂直运动呈下降趋势,关中平原周边山区及高原垂直运动呈上升趋势;陕北地区地壳垂直运动总体上呈现上升趋势,平均上升速度约为4 mm/a;关中平原总体呈下降趋势,下降最大速度为6 mm/a;陕南地区也呈上升趋势,平均上升速度约为3 mm/a;陕北、西安局部区域的不均匀地面沉降灾害严重。     

卡尔曼滤波算法在长白山天池火山水准测量中的应用

基于长白山天池火山多期一等水准监测数据资料,对其利用卡尔曼滤波算法进行动态平差,获得天池火山地表垂直形变的变化速度与年变化速率(加速度),结果表明天池火山锥体北侧垂直形变准确地反映了2002年的火山扰动事件,而且水准点位置与其相应的垂直形变量完全符合Mogi的火山膨胀模型。西侧水准测量平差结果反映了火山区背景形变与东北地壳的垂直运动相一致。充分说明这种平差方法完全适合火山区无起算点的多期复测水准网的动态平差计算。     

我国大陆陆地南升北降

国家测绘局组织的国家高精度水准网动态平差成果表明,近50年来中国大陆陆地垂直运动为:南部相对上升,北部相对下降;东部运动速率变化幅度相对较小,西     

国家一等水准网通过鉴定

本刊讯 国家一等水准网测量平差成果，于今年6月29日至7月1日在北京召开的鉴定会上通过鉴定，并将交付使用。这是我国测绘科技达到世界先进水平的又一项重要标志。国家一等水准网，是全国范围内（除台湾省外）统一的高程控制网，它是直接为经济建设、国防建设提供高程控制的基础，也是测制各种地图、研究地壳和地面垂直运动以及观测海面变化等科学不可缺少的一项基本建设。     

基于1985国家高程基准成果的使用与分析

对国家第二期一等水准网(1976-1990年)与国家第二期一等水准网复测(1991-1997年)高程变化进行了分析,以陕西省为例,阐述了基于1985国家高程基准的几期成果,由于几期成果所采用的起算点为不同期,形成一个水准点有多个高程的情况,所以使用者在利用1985国家高程基准成果时,应注意配套使用,以免用错造成不必要的损失。     

非构造形变对区域网GPS垂直形变的影响

文章定量分析了积雪、土壤水、海洋非潮汐3种非构造因素对中国大陆典型GPS连续站和区域网流动站垂直形变的影响特征;逐点计算了这些非构造因素对区域网GPS垂直形变的影响量级,得到经过非构造形变改正的中国大陆2009-2011GPS垂直速度场;并将通过荷载修正后的GPS垂直速度场与通过水准数据获得的中国大陆长期垂直速度场相比较.结果表明:修正后的区域网GPS垂直形变场能更加准确可靠地描述地壳的垂直运动.     

我国单点动态垂直基准的建立

确定基准是研究地壳垂直运动的重要内容之一,在讨论均衡基准特点的同时,指出了在其研究我国大陆现今地壳垂直运动中可能带来的不适用性,从而提出了单点动态垂直基准。该基准在多次重合点变动情况下,能够保持前后基准一致,易于维护,与基本验潮站相联系,速率结果具有绝对性质,可以较好地适应未来,特别是具有适应采用空间技术手段的特点。全面叙述了利用国家高精度重复水准测量资料研究我国大陆现今地壳垂直运动过程中,建立单点动态垂直基准的情况。     

顾及垂直递减率的中国区域Tm格点产品空间插值

大气加权平均温度(T_m)是全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)反演大气水汽(precipitation water vapor, PWV)的关键参数。当前已有T_m模型提供的T_m信息难以捕获其日周期变化,因此限制了其在高时间分辨率GNSS PWV估计中的精度。大气再分析资料可提供高时空分辨率的T_m格点产品,但是在使用时需要对其进行空间插值,且T_m在高程上的变化远大于其在水平方向上变化。同时,针对中国区域地形起伏大等特点,提出顾及垂直递减率的中国区域T_m格点产品空间插值方法,以分布于中国区域的2015年89个探空站资料为参考值,验证了提出的方法在全球大地测量观测系统大气中心T_m格点产品和美国国家航空和太空管理局提供的MERRA-2的T_m格点产品中的空间插值精度。结果表明：(1)在顾及垂直递减率的T_m格点产品空间插值中,反距离加权法的...     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

利用多源数据构建PWV混合模型

高精度和高时空分辨率的大气可降水量(precipitable water vapor, PWV)信息对于极端天气研究具有重要作用。传统的单一水汽探测技术获取的PWV因其系统设计的局限性存在精度差、时空分辨率低等缺陷。针对该问题,提出了一种基于多源数据的混合模型——全球温度气压湿度(global pressure and temperature 2 wet, GPT2w) +球谐函数（spherical harmonic function,SHF）+多项式拟合（polynomial fitting,PF),简称GSP模型。该模型通过GPT2w计算PWV的初始值,利用SHF拟合PWV的偏差序列,利用PF对模型偏差进行校正,并引入Bartlett检验确定GSP模型中多源数据的最优权值。选取2014年中国云南省26个全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)测站和37个欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting, ECMWF)气候再分析数据集(ECMWF reanalysis-interim, ERA-Interim)格网点(1°×1°)的数据为例,建立GSP模型并进行验证,发现GSP模型较传统PF模型的精度提升率为15%~18%。以ECMWF第5代气候再分析数据集(ECMWF reanalysis v5, ERA5)提供的PWV格网数据(0.25°×0.25°)为参考,GSP模型的平均均方根误差和偏差分别为1.64 mm、－0.25 mm。上述结果表明GSP模型具有较高的精度,对于极端天气预警具有重要作用。     

小区域GNSS高程异常拟合方法研究

选取恰当的拟合模型是提高高程异常拟合精度的关键．本文利用湖南省新化县城区全球卫星导航系统（GNSS）和水准测量数据,采用反距离加权法、多项式插值法、径向基函数法、克里金插值法等多种曲面拟合方法进行高程异常拟合研究,并进行拟合精度评定．结果表明,径向基函数插值法内插精度最高,其中误差为±0.0158 m;局部多项式插值法外推精度最高,其中误差为±0.0104 m;综合来说,局部多项式插值法在县域尺度高程拟合中精度最高,本文研究结果对小区域GNSS高程拟合方法选取工作具有一定的参考意义.      

利用InSAR分析陕西省垂直形变

从2018—2019年欧空局Sentinel-1免费数据中获取陕西省全域垂直形变面状信息,并将其与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）以及水准点、线垂直形变信息进行对比分析,进一步验证合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）数据反映局部形变的有效性。垂直形变监测结果表明：在陕北榆林、神木地区,地下资源开采诱发的地表沉陷分布广泛、特征明显,地表沉陷速度达60 mm/a;在煤炭产区长武、彬县也出现不同程度的开采沉陷灾害,沉降速度达30 mm/a;西安市、渭南市等关中平原地区由于地下水开采出现不均匀沉降,其中,西安市的局部沉降最为严重,最大沉降速度达60 mm/a;InSAR与GNSS、水准获取的垂直运动趋势在全省范围总体上一致,但由于GNSS监测点、水准监测点一般布测在较稳定区域,其获取的沉降范围、沉降速度与InSAR沉降结果有一定差异。     

利用残差地形模型空域法精化局部地球重力场

陆地高分辨率重力数据是超高阶重力场模型及其应用研究的基础,但现有的观测技术和手段限制了陆地重力测量的覆盖区域,全球仍有大量的重力测量空白地区.采用残差地形模型空域法,利用高通滤波技术提取航天飞机雷达地形测绘任务(shuttle radar topography mission,SRTM)分辨率3"×3"的V4.1数据短...     

多面函数拟合法转换GPS高程

对GPS在高程方面的应用现状作了简单的介绍,综述近年来用GPS求定正常高的几种方法,即多项曲线拟合、多项式曲面拟合、多面函数曲面拟合、加权均值法、非参数回归法和高程异常变化梯度法、固定边界三次样条插值法、线性移动拟事法、神经网络法、非格网GPS散点数据考虑地形改正法。对GPS高程测量基本原理和基本方法进行了讨论,提出根据测区的实际情况选择不同的GPS高程转换方法,综合利用GPS点的高差和高程观测值拟合高程异常的方法,利用多面函数来拟合似大地水准面。     

基于实测重力数据的秦岭地区均衡异常与垂向构造应力分析

确定秦岭地区准确的均衡异常与垂向构造应力对认识该地区深部构造特征、动力学机制等具有重要意义。目前,高精度重力数据是获取均衡异常与垂向构造应力的重要手段之一。采用高精度重力/GPS联测数据,得到秦岭地区的自由空气重力异常与布格重力异常,反演均衡异常与垂向构造应力。研究结果表明,均衡面深度在40~49 km之间,莫霍面深度范围为39~48 km,垂向构造应力大小在-28~24 MPa之间。秦岭北侧的渭河盆地处于不均衡状态;四川盆地北部的均衡异常与垂向构造应力几乎为零,地壳处于均衡状态;在秦岭出现局部的负均衡异常,表明存在一定的地壳运动。