改进的重力地质法及其在中国南海地区海底地形反演中的应用

为进一步提高传统重力地质法（gravity-geologic method,GGM）反演海底地形的精度,顾及海底地形非线性项对GGM进行改进。采用改进的GGM反演了中国南海地区空间分辨率为1’×1’海底地形模型,并利用船测水深检核点对反演结果进行了精度评定,验证了所提方法的有效性。研究结果表明,忽略海底地形非线性项会在起伏约2 km的山区引起约50 mGal偏差;改进的GGM能有效地从短波重力异常中恢复海底地形的非线性项;获取的海底地形结果与ETOPO1、SIOV23.1及传统GGM反演模型相比具有最高的精度,与检核点差异的均方根为130.4 m;与传统GGM法反演结果相比,改进GGM获得的结果在黄岩海山链附近精度提高10.8 m,在中沙群岛附近精度提高4.7 m。     

顾及局部地形改正的GGM海底地形反演

研究了顾及局部地形改正的GGM(gravity-geologic method)海底地形反演方法,采用该方法反演了印度洋Rodriguez三联点区域的1 ′×1′海底地形模型,说明了反演计算过程及结果的有效性.同时将该方法应用于南中国海内4°×4°区域的海底地形的反演.与船测海深比较发现,在研究区域内,GGM方法反演得到的海深模型精度优于ETOPO1模型,并且在南中国海研究区域内,改进方法大大提高了海底地形的反演精度.     

用GRACE星间速度恢复地球重力场

本文首先给出了用星间速度恢复地球重力场的数学模型,然后用GRACE卫星30天的星间速度观测值计算了一个100阶的地球重力场模型DQM2006S2。为了对这一模型的精度进行评述,将它与EGM 96,EIGEN-CHAMP03S和GGM01S3个地球重力场模型作了比较,并用这一模型计算了高程异常与GPS/水准实际观测值进行了比较,结果表明:DQM2006S2模型精度优于EGM 96和EIGEN-CHAMP03S模型精度,但是不及GGM01S模型精度。精度不及GGM01S的原因是GGM01S模型使用了111天的星间速度数据,其数据量约为DQM2006S2模型使用数据量的4倍。     

利用GRACE轨道和加速度数据恢复地球重力场

本文基于高低卫卫跟踪的模式，用积分方法研究了不同重力场模型对于轨道的影响，并用3个月的GRACE轨道数据计算了新的60阶地球重力场模型，为了分析其精度，与EGM96和EIGENIS作了比较．结果表明新模型在40阶前更接近GGM02C模型。     

顾及海底地形非线性项的最小二乘配置反演方法

针对目前常用的反演海底地形方法主要考虑海底地形和卫星测高重力数据线性趋势项而忽略非线性项影响现状,提出了顾及海底地形非线性项的最小二乘配置反演方法.选择日本海某海域作为目标海区,利用卫星测高重力异常和重力异常垂直梯度数据作为输入源进行了方法试算并构建了相应的海深模型,然后以实际船测海深作为外部检核参考,评估了反演模型效能,同时分析了反演模型频谱特征.目标海区试验结果表明:相较于本文仅仅考虑海底地形和重力数据线性趋势项采用最小二乘方法建立的海深模型,基于最小二乘配置方法,利用相同重力异常和重力异常垂直梯度数据获得的目标海区反演海深模型检核精度最低分别提高了大约2.5倍和3.5倍,相对精度最高分别提升了9.76％ 和13.07％,极大地提升了海底地形建模质量;采用本文方法建立的海底地形模型在研究海域表现良好,反演模型与S&S V18.1、ETOPO1、GEBCO和BAT_VGG模型在研究海域相关系数均达到了0.95以上;在研究海区本文模型检核精度与S&S V18.1相当,远远优于ETOPO1等海深模型;本文模型可有效改善船测海深相关波段信息(本文反演波段范围为15～160 km),其中重力异常垂直梯度构建的海深模型相比重力异常为输入源建立的海深模型改善船测海深相关波段信息更为明显,验证了本文方法的可行性和有效性.     

利用卫星资料研究中国南海海底地形

基于海洋重力异常与海深之间的密切关系 ,推导了利用FFT技术由重力异常计算海深的模型 ;利用该模型联合卫星测高数据和海洋重力资料反演了中国南海 2 .5′× 2 .5′海底地形 ;探讨了各种地球物理信息对于反演海底地形的影响     

由垂直重力梯度异常反演全球海底地形模型

本文给出了海底地形起伏与垂直重力梯度异常之间的响应函数关系。据此,联合船测海深和垂直重力梯度异常数据,构建了全球75°S~70°N范围内1′×1′海底地形模型。以船测海深为检核参考,考察了本文模型在印度洋南部和西北太平洋地区的精度。结果表明,在考察区域内,本文模型精度优于ETOPO1、GEBCO和DTU10模型,且在印度洋南部与SIO的最新海底地形模型V15.1精度相当,在西北太平洋地区略优于V15.1。探讨了高次项和地壳均衡现象的影响量级,发现两者对反演结果的影响很小,可以忽略。通过与重力异常反演结果的比较,发现垂直梯度异常反演在中短波长部分（100~200km）表现较优。在西北太平洋地区,联合重力异常和垂直梯度数据进行海底地形反演计算,反演结果的精度较V15.1模型提高了约29.5％,说明联合这两种数据可以计算精度更高的海底地形模型。     

TIN的海底地形复杂度表示与计算方法

针对当前海底地形复杂度表示与计算方法存在的适用性不强,无法全面反映地形复杂程度等问题,面向海底地形的Delaunay不规则三角网表示模型,基于微分几何理论,使用节点1-邻域内相邻三角面片空间几何关系及三角面片在水平面上的投影面积,提出一种基于双二面角的海底地形复杂度的表示与计算模型,并在多个实验样区上对所提出方法进行实验。结果表明,相比目前常用的其他海底地形复杂度表示与计算方法,该方法能够适用于不同的海底地形,且更符合人类认知。     

采用重力异常的导纳理论推估海底地形

系统探讨了采用重力异常的导纳理论推估海底地形的方法。在频率域内对海底地形和重力异常的相关性进行了分析,确定在20~300 km波段内两者相关系数最高,适合通过重力异常反演。以皇帝海山链为例,分别采用未补偿导纳模型和顾及挠曲补偿的导纳模型开展研究,其中涉及的地壳厚度和有效弹性厚度等参数通过均衡响应函数法得到。引入余弦低通滤波器,有效地解决了向下延拓过程中产生的高频震荡问题。算例结果表明,采用重力异常的导纳理论能够有效地反演海底地形,结果真实可靠,反演模型的相对精度在6%左右,与ETOPO1模型相当,且能够刻画出ETOPO1模型中未显现的地形细节。由于地形变化剧烈,反演模型在海山链沿线附近精度不甚理想。     

利用扰动重力数据反演海底地形的高斯曲面函数估计方法

利用2017年1月—2020年12月的SARAL卫星测高数据反演得到南海海域1′×1′格网扰动重力数据,通过与船载重力数据比较,精度达到5.5 mGal。提出了利用重力数据及高斯曲面函数求解区域特征参数进而估计海底地形模型的方法,利用SARAL卫星反演获得的重力数据在南海海域开展了计算试验。结果表明,利用ETOPO-1先验模型,在10×10格网一组划分条件下估计得到的1′×1′海底地形精度相对于先验模型提高了约10 m;利用DTU18先验模型,在9×9格网一组划分条件下估计得到的1′×1′海底地形精度相对于先验模型提高了约9 m。计算结果表明,利用卫星测高反演得到的重力数据,通过高斯曲面函数解算获得的5个特征参数,可以在一定程度上代表相应区域海底地形的曲面特征,进而可在不依赖外部实测数据条件下对先验海底模型进行精化。对于曲面估计而言,格网划分越小,曲面函数就越能反映区域变化特征。因此,对于未来卫星测高技术发展而言,更高分辨率的重力场探测技术有望继续提升海底地形细节的反演能力。     

定角圆锥扫描式机载激光测深系统定位模型与精度评价

从定角圆锥扫描式机载激光测深系统激光测距仪内部结构出发,推导了棱镜、大气、海水中激光光线方向矢量方程,结合GPS/INS定位定姿系统,推导出激光脚点在成图坐标系中的定位模型。充分考虑对机载激光测深系统定位精度产生影响的各个因素,通过误差传播定律给出了圆锥扫描式机载激光测深系统的综合精度评价模型。参照国际上应用广泛的相关仪器系统参数、指标,对机载激光测深系统的定位精度进行实际计算,并对定位模型中涉及的主要误差源进行分析和讨论。     

基于融合和广义高斯模型的遥感影像变化检测

提出了一种基于融合和广义高斯模型的遥感影像变化检测算法。该算法融合差值影像和比值影像的结果构造差异影像，然后运用灰度形态学对差异影像进行顾及空间邻域关系的处理，再对处理后的结果运用广义高斯分布模型估计变化与非变化像元的概率密度参数，最后采用改进的KI算法计算最佳分割阈值，提取变化区域。实验结果表明，所提出的变化检测算法稳健、高效，具有较大的实用价值。     

基于多波束声纳数据与反射模型的水下地形重建

利用多波束声纳数据重建水下地形,构建高空间分辨率的数字高程模型(DEM)对于在复杂水下区域的物质勘探、目标检测等方面有重要实用意义.然而,多波束声纳系统直接获得的测深数据空间分辨率有限本文基于多波束声纳系统采集的稀疏测深数据(空间位置)和密集回波强度数据(图像性质)来构建水下复杂地形高空间分辨率数字高程模型.利用采集的...     

GGM02 – An improved Earth gravity field model from GRACE

A new generation of Earth gravity field models called GGM02 are derived using approximately 14 months of data spanning from April 2002 to December 2003 from the Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE). Relative to the preceding generation, GGM01, there have been improvements to the data products, the gravity estimation methods and the background models. Based on the calibrated covariances, GGM02 (both the GRACE-only model GGM02S and the combination model GGM02C) represents an improvement greater than a factor of two over the previous GGM01 models. Error estimates indicate a cumulative error less than 1 cm geoid height to spherical harmonic degree 70, which can be said to have met the GRACE minimum mission goals. Electronic Supplementary Material Supplementary material is available in the online version of this article at     

Accuracy analysis for SST gravity field model in China

Taking China as the region for test the potential of the new satellite gravity technique, satelliteto-satellite tracking for improving the accuracy of regional gravity field model is studied. With WDM94 as reference, the gravity anomaly residuals of three models, the latest two GRACE global gravity field model (EIGEN_GRACE02S, GGM02S) and EGM96, are computed and compared. The causes for the differences among the residuals of the three models are discussed. The comparison between the residuals shows that in the selected region, EIGEN_GRACE02S or GGM02S is better than EGM96 in lower degree part (less than 110 degree). Additionally, through the analysis of the model gravity anomaly residuals, it is found that some systematic errors with periodical properties exist in the higher degree part of EIGEN and GGM models, the results can also be taken as references in the validation of the SST gravity data.     

Numerical solution of the linearized fixed gravimetric boundary-value problem

The fixed gravimetric boundary-value problem (FGBVP) represents an exterior oblique derivative problem for the Laplace equation. Terrestrial gravimetric measurements located by precise satellite positioning yield oblique derivative boundary conditions in the form of surface gravity disturbances. In this paper, we discuss the boundary element method (BEM) applied to the linearized FGBVP. In spite of previous BEM approaches in geodesy, we use the so-called direct BEM formulation, where a weak formulation is derived through the method of weighted residuals. The collocation technique with linear basis functions is applied for deriving the linear system of equations from the arising boundary integral equations. The nonstationary iterative biconjugate gradient stabilized method is used to solve the large-scale linear system of equations. The standard MPI (message passing interface) subroutines are implemented in order to perform parallel computations. The proposed approach gives a numerical solution at collocation points directly on the Earth’s surface (on a fixed boundary). Numerical experiments deal with (i) global gravity field modelling using synthetic data (surface gravity disturbances generated from a global geopotential model (GGM)) (ii) local gravity field modelling in Slovakia using observed gravity data. In order to extend computations, the memory requirements are reduced using elimination of the far-zone effects by incorporating GGM or a coarse global numerical solution obtained by BEM. Statistical characteristics of residuals between numerical solutions and GGM confirm the reliability of the approach and indicate accuracy of numerical solutions for the global models. A local refinement in Slovakia results in a local (national) quasigeoid model, which when compared with GPS-levelling data, does not make a large improvement on existing remove-restore-based models.     

Accuracy analysis for SST gravity field model in China

IntroductionThe high-accauary and high-resolution Earth’sgravity field can be recovered with satellite-to-satellite tracking (SST) technique , the preciseintersatellite tracking technique . The SSTtech-nique has been studied since 1960’s . The modesof S…     

中国区域SST卫星重力场模型精度分析

通过比较最新SST地球重力场模型EIGEN_GRACE02S、GGM02S和EGM96模型在中国区域与WDM94模型重力异常残差的差异，分析差异产生的原因及分布，研究新一代卫星重力方法对于提高区域重力场模型精度的潜力以及存在的问题。结果证明，卫星跟踪卫星方法对于现有模型中低阶部分有明显改善。