海洋垂直基准及转换的技术途径分析

分析了不同海洋垂直基准面的含义及相互转换关系,研究了在高程基准和地球椭球面上表示深度基准面的实现途径,利用长期验潮站观测数据验证了不同时段平均水位和深度基准的确定精度水平。以南海为例,构建了深度基准面(L值)模型、正常高模型和大地高模型。分析和验证表明,长期验潮站的垂直基准可以实现cm级精度确定。更新和统一验潮站垂直基准确定,为海域垂直基准及转换模型提供了必要的基础条件。     

构建广东省统一深度基准的设想

根据广东省基础测绘"十三五"规划陆海统一空间定位基准框架建设的目标,广东省深度基准建设的总体设想是整合已有长期验潮站成果,并在沿海东西两翼潮汐资料缺乏的地区补充完善若干长期验潮站,同时采用CORS站与长期验潮站并置技术完善深度基准面模型,建立广东省统一的深度基准。构建广东陆海统一的海洋测绘大地基准(高程基准与深度基准),是构建广东省海洋地理信息公共服务平台,实现广东省海洋测绘地理信息资源共享,提升广东海洋立体监测和预报服务能力,以及粤港澳大湾区建设的基础和先行工作。根据深度基准的理论,通过分析广东省海洋测绘工作的现状,提出了构建广东省统一深度基准的方法。     

广东省统一深度基准项目的设计研究

根据对广东省现有长期验潮站数量、分布以及水位数据情况的分析,确立了在已有长期验潮站的基础上,采用适当布设短期验潮站的方式,对长期验潮站进行加密补充;建立海区调和常数变化模型,并结合水深数据、卫星测高数据,构建海洋潮汐模型;最终建立深度基准模型的总体设计思路。广东省统一深度基准的建立,可实现深度基准面1985高程模型的构建,相邻测区间水深成果的无缝拼接,沿海水深成果与陆地地形成果的相互转换,GNSS技术下的水深测量(无验潮模式)以及对沿海范围内海岸线和海岛岸线的精确推算。     

关于海洋无缝垂直基准体系建立的思考

探讨海洋无缝垂直基准体系建立的重要意义,提出了建立该体系的总体思想与关键环节,进而针对性地总结了现有的相应研究成果,分析了所存在的主要问题与不足,提出根据各海域潮汐特点分别选取适宜的无缝垂直基准面,在不同垂直基准间建立转换模型,在临界海域建立过渡模型,最终确定适用于全部海域的海洋无缝垂直基准体系的思路,可望为海洋无缝垂直基准体系的最终建立提供指导作用。     

利用GPS连续观测进行中国沿海验潮站地壳垂直形变分析

利用中国沿海GNSS(Global Navigation Satellite System)业务化观测系统2009~2013年的GPS连续观测数据,在统一基准下分析了中国沿海22个长期验潮站的地壳垂直形变。分析结果表明,各验潮站高程时间序列的周期变化与潮汐变化具有较高的关联性;22个验潮站的地壳垂直形变趋势既具有小区域一致性,又存在显著的海区差异;研究验潮站地壳垂直形变,可以有效消除验潮站地壳形变对区域海平面变化的影响,实现海平面变化量的准确提取。     

海洋垂直基准研究进展与展望

海洋垂直基准的构建是海洋测绘的基础性工作。2009—2012年,我国初步构建了中国近岸80海里范围内高程/深度基准转换与统一模型。近年来,这一模型扩展到了我国南海、西太平洋和东印度洋,接下来将逐步构建南北极和全球的无缝垂直基准面模型,这对推动我国数字海洋建设具有基础的支撑作用。本文主要论述和梳理目前国内外主要沿海国家进行海洋垂直基准构建的研究现状,分析了海洋垂直基准构建的主要工作、途径及关键技术,重点阐述了我国在海洋垂直基准建设实践中取得的成果和存在的问题。     

通过大港验潮站坐标确定我国高程基准的垂直偏差

确定局部高程基准相对大地水准面的垂直偏差是统一全球高程基准的重要途径。本文的目的是通过大港验潮站坐标直接确定我国高程基准的垂直偏差。首先给出通过大港验潮站坐标确定我国高程基准垂直偏差的基本原理,然后介绍测定大港验潮站平均海面坐标的方法及过程,接下来通过EGM2008和EIGEN-6C4重力场模型计算出的我国高程基准面的重力位,进而推算获得垂直偏差,并与我国东部地区GPS/水准数据的计算结果进行了比较。经分析发现,EGM2008模型计算结果的可靠性要好于EIGEN-6C4模型;利用大港验潮站坐标计算得到的我国高程基准相对大地水准面的垂直偏差为0.344 m,比利用我国东部261个GPS/水准点数据计算获得的偏差值小0.006 m。     

南极中山站的重力和区域海洋潮汐特征

本文利用中山站弹簧重力仪记录的重力潮汐时间序列、验潮站数据、CATS2008区域和Eot11a全球海潮模型研究重力和海洋潮汐特征。结果表明,在周日频段,潮波O1的海潮振幅达到28 cm,4个主要潮波（Q1、O1、P1和K1）的全球模型与验潮站潮高差之和为4.2 cm,区域模型与验潮站潮高差之和为4.4 cm;在半日频段,潮波M2的海潮振幅达到20 cm,4个主要潮波（N2、M2、S2和K2）的潮高差之和分别为7.7 cm和5.1 cm,说明利用区域模型修正全球模型的重要性。经区域模型修正的全球海潮负荷改正后,重力主波K1、M2和S2的最终残差振幅分别下降了9.84%、56.14%和37.08%,说明区域海潮模型更能反映海洋潮汐的真实特征,用区域模型修正全球海潮模型的有效性得到验证。     

一种基于多源数据的沿岸低潮面模型构建方法

针对沿岸低潮面模型构建时数据多源、精度不等的现状,提出了一种基于多源数据的沿岸低潮面模型构建方法。利用验潮站低潮面数据和基于网格潮汐模型计算的低潮面数据等多源潮汐数据,改进潮汐数据插值方法,根据不同源数据精度信息进行权重配赋,构建顾及不同源数据精度差异的沿岸低潮面模型。实验结果表明,本文所提方法顾及了沿岸海域潮汐运动特点和不同源数据精度差异对建模精度的影响,可以有效利用多源潮汐数据构建较高精度的沿岸低潮面模型,满足低潮线推算等特殊应用对高精度沿岸低潮面模型的需求。     

基于Jason-1卫星测高数据提取海洋潮汐信息研究

为深入研究中国近海区域海洋潮汐活动,基于Jason-1约6年的卫星测高GDR数据,采用调和分析法提取了中国近海区域交叉点的潮汐信息,得到主要分潮的振幅分布图。将其与验潮站资料和FES2004全球海潮模型相比较,其分潮振幅差异基本在3cm以内,结果符合性较好。     

联合大地水准面、海面地形和潮波运动数值模拟的长江口陆海垂直基准转换关系

长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义,而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面3种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型,并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示,垂直基准转换模型中误差为12.4 cm,与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm,尽管大于模型中误差估值,但仍满足国际水道测量规范对测深中垂向最大不确定度的要求。     

远距离高精度GPS潮汐观测及垂直基准转换研究

为实现远岸潮汐精确监测及潮位海图高程转换,基于GPS事后动态处理技术(PPK)开展了远距离高精度潮位观测、提取及垂直基准面确定和转换模型构建方法研究。分别探讨了在锚定和走航情况下瞬时水面高程信号改正方法及潮位有效信息提取的最优截止频率,并给出了在不同情况下深度基准面大地高的计算方法模型及区域无缝深度基准面大地高构建模型。在实际试验中,基线距离在100km范围内,获得了基于深度基准的GPS潮位,精度优于10cm。     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。     

南极中山站重力潮汐观测的海潮负荷效应

综合分析了LaCoste-Romberg(LCR)ET21高精度弹簧重力仪1998年12月26日至2000年1月9日在南极中山站的重力潮汐观测资料，采用目前普遍使用的Schwiderski、Csr3.0和Fes96.2全球海潮模型研究中山站重力潮汐观测的海潮负荷改正问题。结果表明在南极地区，目前的海潮模型存在较大的不确定性，还不足以精密确定该区域的海潮负荷改正。经海潮改正后，重力潮汐观测结果与潮汐理论值之间还存在比较大的差异，观测的周日（01）和半日（M2）潮波重力振幅因子与相应的理论值之间的平均偏差分别为3．8％和7．8％。南极地区附近海域海水的变化半导致该地区海潮负荷响应非常明显的季节性系统变化。     

面向位置服务的室内外统一空间基准转换

随着智慧城市建设的不断推进,对位置服务的需求已经由室外拓展至室内空间,并对室内外一体化服务提出更高要求.由于室内空间范围相对较小且对几何信息表达精度要求较高,因此,通常采用独立的平面或三维直角坐标系作为空间基准,从而造成室内与室外以及不同建筑室内空间基准的差异,影响室内外空间信息的一体化表达与应用.为此,文中在系统分析...     

海道测量水位控制方法研究

将海道测量的垂直基准理论和水位改正方法综合为统一的水位控制理论与方法体系,分析比较了的时差法和最小二乘曲线比较法两种水位改正的软件实现方法的数学模型,讨论了曲线拟合参数的时变性,论证多站水位控制中垂直基准的连续线性特性,给出了水位控制的质量控制指标,得出必要的结论。     

利用GNSS数据分析大港验潮站地壳沉降

青岛大港验潮站的地壳沉降关系到该站平均海平面的绝对变化,因而也就关系到我国高程基准面的变化。本文利用青岛GNSS基准站约10年的观测数据对该站的地壳沉降变化进行分析。首先将青岛GNSS基准站纳入由50个国际IGS站和43个国内陆态网络基准站组成的全球网中,进行单日松弛解和单日约束解解算,获得该站坐标时间序列。然后对该站垂向坐标时间序列进行分析,利用粗差探测、偏差探测、趋势项分析、频谱分析等方法对粗差、偏差、趋势项和周期项进行探测、分析,并通过时间序列模型估计获得时间序列中的周期项振幅和偏差估值。分析表明青岛GNSS基准站垂直方向近一段时间未发现存在显著性的地壳沉降变化,但受到比较明显的周年和半周年周期变化影响。结合青岛大港验潮站验潮数据分析结果得出结论:青岛大港验潮站平均海平面的绝对上升速率是1.62mm/a。     

海图深度基准面传递算法的精度分析

基于最小二乘潮位拟合传递法的数学模型,对短期验潮站海图深度基准面确定方法进行了研究。用实例对所提方法和《海道测量规范》中求取短期验潮站海图深度基准面方法进行了分析比较;探讨了影响最小二乘潮位拟合传递法精度的因素。结果表明:最小二乘潮位拟合传递法用于确定短期验潮站海图深度基准面,具有较高精度,并且可从同步时间、地理环境及站间距离等方面进一步提高该法所得海图深度基准面的精度。     

近海潮汐效应对上海地区精密定位的影响

针对全球海潮模型在不同沿海地区存在差异性以及在中国近海精度不高的问题,利用全球海潮模型FES2004和NAO99b计算上海地区(经纬度范围为120.85°E～122.2°E,30.6667°N～31.8833°N)S₂、M₂、K₁和O₁四个分潮的海潮负荷位移在垂直分量上的差异;并利用中国近海模型osu.chinasea.2010对全球海潮模型FES2004中相应的区域进行替换,计算近海效应对SHJZ站(上海金山)、SHJBS站(上海宝山)、SHAO站(上海佘山)以及DCMD站(上海崇明)四个测站精密定位的影响。结果表明:1) 全球海潮模型FES2004和NAO99b在上海地区存在较明显的差异,尤其是垂直分量,最大接近4 mm,且两个模型的差异随离海洋距离增大而减小;2) 利用修正前后的全球海潮模型FES2004经过计算分析得出,近海效应对上海地区GPS测站精密定位的影响达到5 mm,对测站垂直分量的位移影响从大到小分别是DCMD站(5.1 mm)、SHBS站(4.9 mm)、SHJS(4.2 mm)、SHAO(3.6 mm)。