论粗差修正与粗差剔除

粗差修正与粗差剔除是保证测量成果质量的基本措施。本文基于均值漂移模型论证了粗差剔除与粗差修正估计的关系。研究结果表明,当粗差修正和粗差剔除均基于同一均值漂移模型时,二者求得的参数估值及残差二次型是等价的。     

基于拟准检定法的多波束测深粗差探测

针对最小二乘趋势面滤波法在多波束测深粗差探测中存在的不足,本文提出将拟准检定法应用于多波束粗差探测中,进而将拟准检定法探测粗差与最小二乘趋势面拟合有机结合起来。通过构造不同阶次的趋势面,并对实测数据进行分析,结果表明:拟准检定法剔除粗差后海底地形表面较为平滑,微小地形得以保存,跳点和孤立点得以剔除。     

极限误差TLS的粗差探测

在测量的观测数据中有可能含有异常值,这些异常值有可能对TLS的估计结果产生较大影响,甚至有可能使估计结果发生变异,因此必须对估计系统中粗差或异常值进行探测及剔除。本文采用TLS对观测数据进行拟合,并利用极限误差特性对初始拟合残差进行分析,得到了较好的粗差探测结果,对于粗差的诊断具有一定的实际指导意义。     

均值漂移模式几种粗差探测法的MDB比较

针对均值漂移模式的几种粗差定位与定值方法，在显著水平和检验功效下，推出最小可探测偏差（minimal detectable bias，MDB）的计算公式。通过数值分析比较，得出观测值独立等精度时，几种方法的MDB的计算结果相同；独立不等精度时，数据探测法、拟准检定法和部分最小二乘法的MDB结果相同，而多维粗差同时定位与定值法略大于其他方法；相关观测情形下，拟准检定法和部分最小二乘法的MDB结果相同，数据探测法的MDB结果最小，多维粗差的同时定位和定值法的MDB结果最大。     

利用L1范数和中位数选取拟准观测值

粗差探测拟准检定法的核心是拟准观测的选取。提出了L₁范数和中位数相结合的方法选取拟准观测值,并设计了相应的准则。首先利用L₁范数方法得到稳健的残差,将其中残差接近于零时对应的观测值直接确定为拟准观测值,然后将余下残差形成新的残差向量,并计算其绝对值的中位数,拟准观测值即为那些余下残差绝对值小于中位数所对应的观测值。GPS网平差和GPS单点定位计算结果表明本文提出的选取拟准观测值的方法有效可行。     

卡尔曼滤波粗差探测在GPS变形监测中的应用

在GPS变形监测中,由于受到周跳、SA政策、整周模糊度解算误差及其多路径效应的影响,致使观测数据中含有粗差。用标准卡尔曼滤波方法进行数据处理时,观测数据中的粗差会在卡尔曼滤波预测残差中得到反映。通过结合标准卡尔曼滤波模型与拟准检定法检测,找出并剔除粗差,处理得到正确的结果,并列举了实例证明该方法的实用性。     

拟准观测的选取和真误差估值的“分群”现象

以往检验粗差有两类不同的方法,一类是假设检验,另一类是抗差估计。它们虽然有显著不同,但都是以最小二乘残差及其函数为研究对象的。文献［8,9］提出了以真误差为研究对象的拟准检定法。该方法通过附加拟准观测真误差的估值极小的条件,直接求解关于真误差的秩亏方程,然后依据真误差估值的分布特征判别和定位粗差。 　拟准检定法的关键是如何正确的选择拟准观测。本文总结了实践中选择拟准观测的原则和方法。选择拟准观测可采用初选与复选两步来实施。初选时将观测值分为4类：“0”类是按一定规则经过初步判断怀疑含粗差可能性很大的,不宜选为拟准检测;“1”类是依内部可靠性指标衡量,所处位置结构差的观测;“2”类与“0”相反,是依一定指标判断含粗差可能性较小的观测;“3”类是除上述三种特殊情况以外,余下的观测。这四类观测中,“2”类以及“3”类中指标值ui相对较小的部分观测可初选为拟准观测。复选是在初选后计算出真误差估值的基础上,选取真误差估值绝对值较小的为拟准观测。本文指出拟准观测的初选可以不唯一。 　利用许多统计学者曾多次讨论过的一个算例［6,11］,详细介绍了选择拟准观测的过程,并将有关结果与以往的结果进行比较,用拟准检定法一方面排除了4个异常观测的影响,另一方面充分利用了其余观测的信息,结果可能更合理一些。 　拟准观测选择适当时,真误差估值有明显的“分群”现象。结合算例,本文用图表的形式形象地分析了这种有趣的现象。在表中,异常的和正常的真误差估值的量值有显著的分界带,含粗差的或异常观测的真误差明显大于正常的;在图中,异常值“浮”在分布图的上部,而正常值则“沉”在下方。依此特性可直观地判定粗差的位置。     

一种卫星钟差异常精确探测的两步法策略

针对卫星钟差数据中的粗差和钟跳两类异常进行精确探测，提出使用历元单差算法和拟准检定法相结合的两步法策略，第1步，依据钟跳和粗差在历元单差序列中不同表现特点，采用历元单差法探测疑似钟跳点并剔除部分粗差；第2步，对按疑似钟跳分段的数据使用拟准检定法精确探测粗差。通过模拟数据算例阐述钟差异常探测过程并进行性能分析，通过实测数据进行算法有效性验证，结果表明，仅使用历元单差法能有效探测疑似钟跳点和部分粗差，其探测的疑似钟跳点包含了真实钟跳；使用两步法既能有效规避钟跳影响，又能精确探测小粗差，探测能力接近底噪的2倍中误差。     

用拟准检定法探测和修复GPS数据中的粗差和周跳

用粗差的拟准检定法来探测和修复GPS相位观测中的粗差和周跳，概述了用拟准检定法探测和修复周跳的数学模型，并给出了具体实施步骤，用两个算例验证本文方法的可行性和有效性。     

论真误差拟准解的基本特性

本文将回答这样一个问题：为什么拟准检定法能准确地定位粗差并估计出粗差大小？首先从理论上论证真误差的估值的重要特性：真误差拟准解的大小完全由它对应的观测值中的粗差决定,因此它能直接反映粗差的位置和大小。本文还用算例验证了这一结论。     

抗差主成分估计在板块运动参数解算中的应用

为解决在采用空间大地测量数据求解板块运动欧拉参数过程中可能出现的矩阵病态问题,以及消除粗差对解算结果的影响,利用抗差主成分估计方法,采用IGG3方案的选权迭代方案对北美板块的2 577个台站进行检测,剔除包含粗差的异常站数据,求出欧拉参数最优解,并进行误差估计,建立北美板块的运动模型。计算结果表明,剔除异常台站前后精度有一定的提高,参数结果与其他模型的解算结果具有较强的一致性。     

CORS站高程非线性速度场及方差波动模型构建方法

本文描述了CORS站高程时间序列采用固定周期项建立线性速度场的基本概念，指出给定周期与实际周期存在偏差的问题。为此，提出了CORS站高程时间序列非线性速度场建模方法。该方法以线性最小二乘解作为迭代初值，利用高斯-牛顿迭代算法求解非线性速度场模型的未知参数，实现了CORS站高程时间序列数据的非线性建模；给出了拟合模型残差平方序列异方差特性的检验方法，阐述了建立GARCH（p，q）模型反映CORS站高程非平稳序列波动情况的基本准则。本文以国内外6个CORS站20余年的高程时间序列为研究对象，建立非线性速度场运动模型。结果表明：CORS站高程运动并不存在严格的整年或半年周期项，近似年周期运动最为明显，近似两年周期运动占比最小，年周期估计偏差达到12%，半年周期偏差18%，两年周期偏差6%，非线性建模精度和效果整体优于线性模型。利用ARCH检验法得到CORS站高程非线性模型的残差平方序列存在异方差性，即残差平方序列具有非平稳特性，引入GARCH（p，q）模型对CORS站高程分量非平稳残差平方序列建模，反映了残差平方序列的非平稳波动。验证了GARCH（p，q）模型对CORS站高程非平稳残差平方序列建模的可行性，为今后利用GARCH（p，q）模型对CORS站高程非平稳噪声序列建模和非线性速度场重构提供了思路。     

CORS站高程非线性速度场估计方法

针对以固定周期项的线性拟合模型建立CORS站垂向速度场运动模型的方法,该文设计非线性最小二乘周期拟合算法以线性LS模型的周期项和振幅等作为非线性模型的初值,迭代求解CORS站非线性高程速度场模型的各周期项参数。以Kunm站近12年的高程时间序列为例,近似的年、半年、两年周期等的频率分别为0.999 87、2.018 4、0.500 185,振幅分别为0.17、0.002、0.23cm,非线性速度场模型拟合后的残差中误差由1.34mm降低为1.25mm。实验结果表明,非线性速度场拟合的周期项并不是固定精确的年、半年等,拟合模型的精度有所提高。     

GPS周解坐标时间序列粗差剔除的策略分析

针对地震、地质构造活动或测站更换接收机或天线等原因导致时间序列中存在粗差的问题,该文通过对站点位置的时间序列的研究分析,可以获取板块运动规律、地球震荡周期变化等信息,这对维护和更新地球参考框架,探究和揭示大地构造变形运动过程、动力学机制及地震活动等相关科学问题具有十分重要的意义。对全球分布的34个IGS站周解坐标时间序列,分别采用3RMS准则和IQR准则进行粗差的剔除,得出低高纬度更适合3RMS准则,中纬度比较适合同时应用两准则结论,为后续研究提供了良好的数据基础。     

GNSS测站速度估计模型重建

获取准确的GNSS测站速度对于研究全球板块运动、地壳形变、地震活动及其地球动力学过程至关重要。为此,以GNSS基线解算后的基线向量作为观测值,重建了最小二乘综合速度解算模型和卡尔曼滤波速度估计模型。模型中,考虑了测站坐标、运动速度、年、半年周期项一同作为参数,在基线解网平差的同时,一并求解获取速度估值。同时,利用坐标时序分析的方法,顾及白噪声和幂律噪声的影响,对单日解坐标时间序列重建了时序速度拟合估计模型,以获取长期趋势项作为速度值。基于3种模型,对川滇地区中国地壳运动观测网络2010—2014年21个GPS基准站的观测数据进行了速度估计与对比分析。结果表明:3种模型所估计测站速度非常接近,差异基本处于0~1mm/a范围之内;速度估值中误差均在亚毫米水平。由此得出,3种速度估计模型具有本质的一致性,均可正确估计测站运动速度,能够满足高精度地壳形变研究的需要。     

利用多面函数拟合和欧拉矢量法建立福建省GPS速度场模型

通过处理福建省卫星导航定位基准服务系统(FJCORS)2013-2015年观测资料,获得GPS站实测运动速度值,在此基础上,分别利用多面函数拟合法和欧拉矢量法构建了福建省及周边区域GPS速度场模型．内符合精度方面,多面函数拟合的速度精度南北分量为1.06 mm／a、东西分量为2.00 mm／a;欧拉矢量法得到的速度精度南北分量为1.36 mm／a、东西分量为1.22 mm／a．外符合精度方面,两种方法模拟得到的检核点速度值与实测速度值的较差均在±2.28 mm／a以内．在福建省陆域内,两种方法得到的速度场具有高度的一致性,运动速度均为35 mm／a左右,运动方向为SE-E向．      

基于台州及周边地区CORS站网地表形变时空特征分析

基于台州地区15个连续运行参考站（CORS）2017-2019年的时间序列,对其进行线性拟合,构造三维速度场,并利用功率谱分析及小波变换分析其CORS站周期特征．发现台州地区CORS中基准站水平方向具有平均站速度33.58mm／a,运动方向为东南的水平运动现象,高程方向最大抬升速率3 mm/a,最大沉降速率1 mm/a;从周期上看,CORS站垂直方向相较于水平方向明显很多,具有明显的年周期、半年周期以及季节周期．      

联合区域叠加滤波法与小波变换去除GPS站坐标时间序列噪声

GPS站坐标时间序列中存在的周期性与非周期性误差严重影响了对测站运动特征的分析及其非线性变化的物理机制解释。因此,为削弱噪声的影响,本文首先利用区域叠加滤波法去除了南加利福尼亚地区16个测站时间序列的共模误差,以此削弱时间序列中存在的包括周年和半周年误差在内的周期性误差。为去除滤波后残留的噪声,对滤波后的信号进行静态离散小波变换,提取了周期为半周年以上的信号。结果表明,联合区域叠加滤波法与小波变换对GPS站坐标时间序列进行处理,既能够削弱周期性误差对信号的影响,又能较好地提取测站的非线性运动信号。     

数值流形方法及在川滇地区地壳运动研究中的应用(英文)

The numerical manifold method （NMM） can calculate the movements and deformations of structures or materials. Both the finite element method （FEM） for continua and the discontinuous deformation analysis （DDA） for block systems are special cases of NMM. NMM has separate mathematical covers and physical meshes： the mathematical covers define only fine or rough approximations; as the real material boundary, the physical mesh defines the integration fields. The mathematical covers are triangle units; the physical mesh includes the fault boundaries, joints, blocks and interfaces of different crust zones on the basis of a geological tectonic background. Aiming at the complex problem of continuous and discontinuous deformation across the Chinese continent, the numerical manifold method （NMM） is brought in to study crustal movement of the Stchuan-Yunnan area. Based on the GPS velocity field in the Sichuan-Yunnan area, a crustal strain and stress field is simulated and analyzed. Moreover, results show that the NMM is a more suitable method than DDA in simulating the movement of the Sichuan-Yunnan area. Finally, a kind of mechanism of crustal motion in the Sichuan-Yunnan area is discussed in the paper.     

基于块体模型的青藏高原及邻区地壳三维构造形变分析

2020珠峰高程测量,获得了丰富的青藏高原及邻区的GNSS监测数据。本文收集了陆态网、尼泊尔CORS网GNSS长期观测数据,计算了该地区20多年GNSS三维速度场,利用GRACE模型精化了垂直速度场,通过活动块体模型,从地壳运动、块体运动与应变、块体相对运动等多个方面研究了青藏高原地壳运动与构造形变特征。研究表明,青藏高原地壳形变具有明显的分区特征,南北向收缩主要表现在拉萨块体,东西向伸展主要表现在巴颜喀拉块体,中部羌塘块体没有明显水平挤压,但地壳隆升速率最大,且水平面积有扩大趋势,本文研究能够在一定程度上支持青藏高原地壳增厚学说。