动态大地测量反演理论及其苦干应用

本文从固体力学基本方程出发，提出了动态大地测量反问题。运用有限元法和正则化方法建立了动态大地测量反演的基本理论，研究了动态大地测量反问题的解和性质，提出了动态大地测量反演的正则化方法。最后给出了利用动态大地测量数据反演岩石弹性模量、区域边界力和断层滑动量的一般方法。     

动态大地测量反演及其在地震非均匀破裂研究中的应用

本文从固体力学基本方程出发,提出了一类反问题,将其定义为动态大地测量反问题,运用有限元法和正则化方法研究了动态大地测量反问题的解和性质,提出了动态大地测量反演的正则化方法;最后,讨论了动态大地测量反演在地震非均匀破裂研究中的应用,利用大地测量资料反演获得了唐山地震的非均匀破裂图像。     

基于力学模式的动态大地测量数据反演研究

本文在文献（１）的基础上，进一步研究了基于力学模式动态大地测量反演理论。首先提出了力学模式下动态大地测量反问题的六种形式，导出了第一，二类动态大地测量反问题的线性最小的二乘解，研究了动态大地测量反问题的妥；最后，结合数值例子，讨论了利用地壳垂直形变数据反演地壳断层错动的一种方法。     

大地测量中不适定问题的正则化解法研究

大地测量中的不适定问题包括病态问题和秩亏问题.系统研究不适定问题的处理理论和方法,是大地测量数据处理中的一项重要课题,已经发展成为一个重要的学科方向.本文基于TIKHONOV正则化方法和欧吉坤研究员提出的选权拟合的研究思路,充分考虑大地测量实际,抓住正则化矩阵的选取和正则化参数的确定这条主线,对大地测量中的不适定问题进行了深入研究,建立起了一套较系统的不适定问题处理理论及方法的框架,进一步发展了TIKHONOV正则化方法.主要研究内容包括:     

利用偏差改正的方差分量估计方法确定联合反演相对权比

在大地测量联合反演中,方差分量估计法用于确定相对权比时并没有考虑大地测量反演的病态性,利用正则化解代替最小二乘解会引入偏差,会造成方差分量估计不准确问题。针对此提出采用偏差改正方差分量估计方法,以消除正则化解引入偏差的影响,并基于残差的偏差改正方差分量估计与方差分量估计法进行模拟实验。结果表明,进行偏差改正后的方差分量估计法能够较好地反演出滑动分布情况,所提方法针对参数进行偏差改正的方差分量估计考虑了迭代初值引入的偏差,理论更为严密。并将所提方法用于Visso地震和Norcia地震反演中,验证了该方法的可靠性、合理性。     

大地测量联合反演理论和方法研究进展

综述了10多年来国内外大地测量反演问题研究的成果及最新进展，特别是大地测量联合反演模型、大地测量联合反演算法以及大地测量联合反演理论和方法在研究地壳运动、地球构造等中的应用成果，讨论了联合卫星测高、声纳测深及海洋激光雷达遥感信息反演海洋环境参量，联合INSAR、GPS和水准资料反演研究地壳运动和联合各种观测数据反演研究地球内部构造问题。随着科学技术的发展，大地测量联合反演理论和方法研究将在监测全球变化、防灾减灾、发展地球科学理论方面取得更大进展。     

基于三次样条的大地测量半线性反演方法

大地测量反演中的大部分问题都是非线性问题,如何解算和评价非线性反演问题是大地测量反演研究的重点和难点。本文给出了大地测量半线性反演的基本理论,针对实际的观测数据采样并非等距均匀,提出了基于三次样条的大地测量半线性反演方法,该方法综合了当前非线性反演受初始模型受制约较小和线性反演理论具有完善评价体系的优点。     

均方误差意义下的正则化参数二次优化方法

Tikhonov正则化法是大地测量中应用最为广泛的病态问题解算方法之一。影响正则化法解算效果的重要因素是正则化参数,然而,最优正则化参数的确定一直是正则化解算的难题,如L曲线法确定的正则化参数具有稳定性好、可靠性高的优点,但存在过度平滑问题,导致正则化法对模型参数估值精度改善较小。本文从均方误差角度分析了正则化参数对模型参数估计质量的影响。基于奇异值分解技术,提出了由模型参数投影值分块计算均方误差的方法,避免了均方误差迭代计算,并基于均方误差最小准则给出了正则化参数优化方法,实现了对L曲线正则化参数的优化。数值模拟试验与PolInSAR植被高反演试验结果表明,正则化参数优化方法有效改善了正则化法解算效果,提高了模型参数估计精度。     

短基线集形变模型反演的正则化解算方法

针对短基线集形变模型反演中法方程系数矩阵呈病态的问题,提出一种正则化稳健解算方法。该方法基于Tikhonov正则化理论,将形变速率求解问题转化为极小化问题,根据L-曲线法选取正则化参数,考虑最小二乘残差各个分量间的关系选取正则化矩阵,实现短基线集形变模型反演的稳健解算。分别采用LS法、岭估计法和Tikhonov正则化法对覆盖北京地区的29景ENVISAT ASAR数据进行处理,反演出研究区沉降速率图。通过对代表不同沉降情况的21个点的均方误差值和时间相干值、整个研究区的均方误差图等的对比分析,表明本文提出的短基线集形变模型反演的正则化稳健解算方法可获取更可靠的形变监测结果。     

大地测量反演中参数可辨识性问题

大地测量反演是进行大地测量物理解释研究的重要手段。在反演中，参数选择及求解（参数辨识）的正确性必须确保。本文根据有代表性的准则函数推演出大地测量反演参数可辨识条件，给出其适用范围；在概括了典型的大地测量力学模型基础上，讨论了其反演参数可辨识性问题；利用有限元数值反演算例验证了参数可辨识性的结论。表明：大地测量反演参数可辨识条件及其可辨识性的结论，体现了确定大地测量反演参数（种类和个数）理论上的必要性。     

测量中不适定问题的统一解的推导

病态问题和秩亏问题是测量中常见的不适定问题,从正则化矩阵和正则化参数入手对存在于测量中的控制网平差、大地测量反演、GPS快速定位、拟合推估系统误差处理等不适定问题进行处理,成为当前的研究热点。同时,经过统一解的建立,对秩亏问题病态性问题实行新的解法,改进了生产实践中的测量精度,具有一定的学术价值和商业价值。     

利用大地测量资料反演的1976年唐山地震双断层位错模式

本文提出顾先验信息的震源参数非线性反演方法，并应用于１９７６年唐山地震震源参数的反演研究。参加反演计算的大地测量资料中包含了唐山主震和宁河强余震的共同影响，因此在震源参数反演中采用一个双断层模式。利用大地测量资料反演获得的唐山地震双断层模式与相应的地震波反演结果以及地表地质构造考察的结果基本吻合。     

利用均方误差相对变化规律确定正则化参数及其在PolInSAR测量反演中的应用EI北大核心CSCD

正则化方法是大地测量解算病态问题的常用方法,而正则化参数是影响正则化方法解算结果的关键参数。以均方误差最小为准则选取正则化参数,具有较充分的理论依据,可有效实现模型参数估值精度的提升。但是,均方误差计算过程中需要未知参数的真值,在实际情形中只能通过参数估值替代真值估算均方误差,难以获得可靠准确的均方误差值,限制了正则化参数的有效性。鉴于此,本文分析了正则化参数变化引起的方差与偏差变化规律,提出了一种均方误差相对变化值确定方法。依据不同正则化参数下模型参数真值不变原则,计算不同正则化参数下的方差与偏差相对变化量,从而消除参数真值对均方误差估计的影响。本文首先利用不同正则化参数计算两相邻正则化参数间的方差与标准差相对变化量;然后计算两正则化参数间模型参数估值变化量,通过差分运算分析得到两相邻正则化参数下的偏差相对变化量;最后综合标准差变化与偏差变化关系,得到均方误差最大降幅的正则化参数。通过PolInSAR植被高测量试验对本文方法的可行性进行了验证。试验表明,本文方法可有效改善正则化法模型参数估计精度。两个PolInSAR测量试验模型参数反演精度均得到了提高,合理验证了本文方法的可行性与有效性。     

大地测量反演线弹性构造应力场

本文基于地表大地测量位移观测值，提出用大地测量监测资料反演线弹性构造应力场方法。讨论了大地测量监测点分布式、观测随机误差以及岩体介质参数对边界力系数反演值的影响，为实际应用大地测量资料反演线弹性构造应力场提供了参考依据。     

基于偏差原则和正则化方法反演晴空地表BRDF和反照率

提出一种反演晴空地表反照率快速稳健的新算法——混合算法。该方法首先利用双参数模型函数确定正则参数的初始值,然后由基于Morozov偏差原则的高阶收敛算法确定正则参数,继而通过Tikhonov正则化手段来反演BRDF模型。从POLDER-3/PARASOL BRDF数据库中任意挑选不同覆盖的地表像元测量数据,与MODIS全反演法结果作比较,对比较结果给予了讨论;最后选择天津市地区的卫星图像进行反演实验,并就反演结果给出了误差分析和算法模型的评价。     

基于力学模式的大地测量反演理论及应用

本文的研究工作主要集中在大地测量反演的模型建立、求解方法及应用的相关问题的探讨.首先,在综合分析大地测量反演理论与应用现状的基础上,明确了大地测量反演的定义并对反演方法作了分类,提出了深化大地测量反演研究的若干观点. 根据有代表性的准则函数推演出大地测量反演参数可辨识条件,给出其适用范围;概括典型的大地测量力学模型,讨论了其反演参数可辨识性问题.尝试性地提出大地测量反演的模型辨识这样的一个新课题,并初步探讨了大地测量反演模型辨识的定义、原则和方法,基本描绘了现代大地测量反演研究的系统化、模型化和智能化的架构. 探讨了适合于大地测量反演区域变形的位移数据处理方案:①基于相似变换的"特定基准"确定;②基于一种线性模型的"异常位移"定位;③局部构造有限元的处理.方案体现了一种用"拟准检定法"进行"异常位移"定位的新思想.研究了正法反演结果的几种定性检验方案和统计假设检验定量检验方法,引入一种基于概率距离的定量评价新方法. 比较了约束和非约束的各种局部最优化方法(如单纯形法、模式搜索法、鲍威尔法、变量轮换法、混合罚函数法、复合形法等)和全局搜索算法(如蒙特卡罗、遗传算法),通过反演试验,探讨了不同最优化算法在大地测量反演中的有效性.探索了遗传算法在大地测量反演应用研究中的参数设置和算法的实施步骤,反演实例得到了较好的结果. 初步研究了利用包括大地测量位移在内的2种以上的观测物理量进行联合反演的模型和实施步骤,特别提出在联合反演中引入相对权比,并将它作为待反演参数,同其他反演参数一同反演求解的理论和方法.模拟算例结果显示出这种方法具有优越性和合理性. 在阐述了中国大陆及邻域板块边界构造作用力和构造应力场反演研究现状的基础上,本文利用自己开发编制的大地测量反演程序和中国地壳观测网络GPS观测资料和主应力方向数据进行了中国大陆及邻域边界力位移反演和川滇地区边界力的联合反演研究.反演结果表明:①形成现今中国大陆内部位移场和构造应力场的主要力源仍是来自印度板块和欧亚板块的陆-陆碰撞;②太平洋板块和菲律宾海板块作用力虽然比印度板块作用力小,但仍是影响中国大陆东部的重要因素;③日本海弧后盆地现在继续着引张活动,这可能与洋壳后撤所形成的对大陆的拖曳有关;④来自北部的力承载着中国大陆北向运动作用,表现出相当大的阻力;⑤嫩江断裂和西拉木伦河断裂等似有活动迹象,活动方式不能确定;⑥南北构造带在现今构造运动中起着明显的削减作用.     

基于正则化的地表反射特性参数反演方法

区域和全球尺度下研究气候变化,需要准确描述大气边界层处下垫面地表的光反射特性。为此,提出基于正则化的约束反演方法,其核心在于正则化参数的选取。通过L曲线拐点位置的确定,求出最合适的正则化约束参数,以稳定陆表反射特性参数的定量反演。京津唐地区数值反演试验与熵减分析结果表明,可见光红通道和近红外通道的信息指数分别为11.682 2和10.072 6;基于L曲线的地物反射特性正则化反演前后,两个通道的平均信息指数增量分别为0.440 0和0.354 6,最大增量为2.467 2和2.290 5。L曲线正则化方法的优势在于其不依赖于地表参数的先验知识,可有效解决卫星观测信息不足时地表参数的反演问题。     

线性正则化遥感反演中正则化参数的确定方法

研究了线性正则化反演中正则化参数的确定方法,提出了以香农熵减最大化为条件的正则化参数确定方法——最大熵法,并以具体遥感反演实例,和常规正则化参数确定方法比较,证明了最大熵法在观测数据误差不大的情况下有明显优势,在观测数据误差方差大、而先验知识精度较高时也显示优势。     

模拟退火算法及其在大地测量反演中的应用

本文针对大地测量反演算解算中的非线性问题介绍了模拟退火算法的基本原理,结合算例详细讨论了Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ模拟退火算法的特点和大地测量反演解算中的应用,分析比较了模拟退火算法和局部搜索算法在反演解算中各自的特点。     

大地测量非线性随机反演算法

本文简要介绍了大地测量非线性反应演问题的特点,主要讨论了蒙特卡罗法,模拟退火算法和遗传算法等全局随机反演算法的基本原理,解算特点及共在大地测量非线性反演问题的应用。