利用陆态网络连续GNSS资料分析流动站速率精度与可靠性

利用中国大陆构造环境监测网络（陆态网络）的GNSS连续站资料,分析GNSS流动站观测的精度与可靠性,研究时间跨度、观测周期以及观测时长对速率精度的影响。结果表明,时间跨度对流动站速率精度的影响显著,观测时间越长,流动站速率越接近连续站。按照陆态网络目前每2 a观测1期的模式,当时间跨度达到16 a时,流动站与连续站速率差异的标准差在水平方向约为0.1 mm/a,垂直方向约为0.3 mm/a。不同观测时长对流动站水平速率差异的影响基本小于0.15 mm/a,垂直方向小于0.45 mm/a。当观测时长大于或等于3 d时,在水平方向的速率差异的标准差小于0.1 mm/a。在时间跨度、观测时长一定时,观测周期越短,流动观测站结果越接近连续观测站结果。     

2015年尼泊尔MW7.8地震近场GNSS时间序列分析

收集尼泊尔地震近场密集的GNSS测站数据,采用GAMIT/GLOBK软件包解算2011～2017年尼泊尔近场58个GNSS连续观测站和41个震后GNSS流动观测站数据,对获得的数据进行周期性、共模误差以及噪声的时间序列分析。结果显示：1)GRACE改正GNSS时间序列周期项,可使E、N、U三个分量的WRMS平均降低15.52%、26.41%和45.06%;2)针对时间序列中存在大量缺失数据,改进传统的PCA方法,利用第一主成分计算共模误差,3个分量有效率分别达到61.91%、53.91%和53.88%;3)噪声分析表明,尼泊尔地震近场GNSS站点最佳噪声模型为WN+FN,相比单纯的WN模型,WN+FN模型估计震间速度、同震和震后位移误差分别约为其6～9倍、4～7倍和2～4倍。该研究结果对区域坐标框架维护、尼泊尔地震的同震破裂和震后余滑的地球物理模型反演具有重要意义。     

朝鲜2017年核爆对中国东北地区形变场的影响

基于19个连续GNSS观测站的多种采样率（10 Hz、1 Hz和30 s）数据,分析2017-09-03朝鲜核爆对中国东北地区地壳形变场的影响。静态位移分析结果显示,距核爆现场最近的GNSS观测站JLCB没有产生明显的同震形变,与基于均匀半无限弹性空间断裂位错模型正演模拟的结果一致;GNSS应变结果显示,此次核爆在东北区域引起主应变的略微调整,但总体调整量在10-8以内,没有引起区域范围内面应变的变化;高频GNSS动态形变分析结果显示,核爆在JLCB站处没有引起明显的波形变化。另外,高频GNSS受到多路径效应的影响,可能会引起cm级的扰动,利用恒星日滤波方法可以抑制多路径的影响,得到精度更高、更可靠的动态形变结果。     

基于周期项参数模型的GPS流动观测改正方法研究

利用GPS流动观测站200 km范围内站点的连续观测时间序列提高GPS流动观测的定位精度,探讨GPS流动观测结果的可靠性。结果表明：1）流动观测站点速度测量值与连续观测结果差值标准差在改正后平均减小37.97%;2）TAIN、CASH两个站点的同址观测实测值改正后偏离值平均减小38.9%。     

基准站天线罩影响分析及标定方法研究

天线罩是一种为保护天线正常工作而设置在天线外部的结构物.为避免受到外部机械损伤,保证天线的电性能以维持正常运行,许多北斗/GNSS基准站的天线都会使用天线罩进行遮盖.由于天线罩本身材质特殊,不同型号天线受其影响不同,特别是对北斗/GNSS高程解算影响差异显著.本文首先给出了天线罩对北斗/GNSS信号吸收和折射基本原理,然后针对北斗/GNSS基准站更换天线或者天线罩时对定位、特别是高程方向的影响,提出了使用偏心观测量进行重新标定的方法.基于广东省北斗地基增强系统测试结果表明该方法可以有效改正天线罩的影响,满足北斗地基增强系统基准站坐标精度的要求.     

环境负载对GNSS坐标时间序列噪声特性的影响研究

基于中国大陆构造环境监测网络的连续GNSS观测数据,选取云南省25个测站的坐标时间序列研究地表质量变化对建立噪声模型的影响。计算陆地水负载、大气压负载和非潮汐海洋负载引起的测站非线性变化,采用极大似然估计对不同噪声组合进行分析,分别建立负载改正前后各GNSS测站的最优噪声模型,同时估计速度的不确定度。结果发现,云南省GNSS测站各分量的噪声特性主要表现为闪烁噪声+白噪声(FN+WN);环境负载改正能够改变坐标时间序列的最优噪声模型;用加入环境负载改正后建立的最优噪声模型估计各测站的速度不确定度,对于E、N、U分量,分别有72%、80%、68%的测站的速度不确定度变小。     

不同海潮模型对中国沿海区域海潮负荷位移改正影响分析

选取FES2004、EOT11a、TPXO7.2和Chinasea2010等4个海潮模型，首先通过矢量差评价不同海潮模型的潮波参数差异，然后利用中国大陆构造环境监测网络23个沿海测站的GNSS连续观测数据，通过计算不同海潮模型改正前后GNSS时间序列的wRMS，评价基于不同海潮模型的海潮负荷位移改正的有效性。结果表明，不同海潮模型的潮波参数存在mm级差异，且沿海区域差异远比内陆区域显著。此外，海潮负荷改正对中国沿海区域测站坐标时间序列wRMS影响较大，大部分测站坐标时间序列进行海潮负荷改正后，wRMS减小10%~70%；改正后wRMS改善幅度与测站所属区域有关，东海沿岸测站wRMS的改善较渤海、黄海和东海沿岸测站更显著，可减小50%以上；wRMS改善程度的模型间差异为1%~2%，其中基于FES2004模型的改正对序列wRMS的影响最大，可达67.5%。     

基于GNSS的单波束测深系统在大中型水库水下地形测量中的应用

随着水库在经济社会发展中所起的作用日趋明显,对水库的开发、治理更加重视,获取高精度的水库水下地形数据变得更加急迫.随着测深技术、差分GNSS技术以及姿态传感器的不断发展,基于GNSS的测深系统为水下地形测量提供了全新的解决方案.通过合理规划测线,经过声速改正、吃水改正,利用船载GNSS导航定位和测深仪采集测深数据,经转...     

流动GPS观测资料能否用于地壳垂直形变监测？——以中国大陆为例

长期GPS连续观测可获取高精度的垂直形变速度场,但多期GPS流动观测资料能否用于地壳垂直形变监测尚不明确。本文首先对中国大陆260个陆态网络基准站和2 000个GPS流动站1999~2019年的观测资料进行高精度统一处理,获得各站点的时间序列和速度场,对筛选出的226个基准站和226个流动观测站的垂直形变速度场进行比较分析。结果表明,95%的连续GPS观测站的垂直形变速率误差小于0.5 mm/a,约50%的流动GPS观测站的垂直形变速率误差大于1 mm/a,约40%的流动站与连续站的垂直形变速率残差值大于2 mm/a,且约50%的流动GPS站点的垂直形变趋势与连续站不一致。西部地区的流动GPS观测站的垂直形变监测精度比东部高,这可能与东西部的观测环境和站点稳定性存在差异有关。对GPS连续站和流动站的垂直形变速度场的精度和残差进行分析认为,中国大陆流动GPS观测资料不适用于监测垂直形变小于2 mm/a的地区。     

地表温度变化对GNSS连续运行基准站垂向形变影响研究

利用实测地表温度数据,计算温度变化对GNSS基准站观测墩和基岩垂向形变的影响;联合大气负荷变化,综合分析温度变化对基准站垂向形变的影响规律。以新疆GNSS连续运行基准站数据为例,结果表明,温度变化对新疆GNSS连续运行基准站垂向影响的年周期项振幅为1.4～2.1 mm,半周年振幅为0.01～0.33 mm,周年项振幅占主要部分;垂向时间序列变化扣除温度变化影响后,RMS值平均减小0.55 mm,精度提高约9%;温度变化与大气负荷变化对垂向形变影响的趋势基本一致,呈现上半年增加、下半年下降,扣除两项影响后精度提高约13%。研究表明,温度和大气负荷变化均为基准站垂向位移周期性变化的重要影响因素。     

不同深度及形状的土层GNSS观测站建设试验

通过对土层深度大于100 m的陕西杨凌试验场地3个不同埋深及形状GNSS观测墩的GPS、电磁波测距及水准观测结果进行比对，定量分析各墩的垂向及墩间距离变化，得出较优的观测墩建设设计方案。结果表明，直接采用土模、埋深8 m的试验墩综合指标最好，带有承重底盘埋深3 m的观测墩次之，埋深5 m的最差。试验结果可为我国西部土层区域同类观测墩建设提供设计依据。     

重轨星载InSAR形变监测中一种改进的大气延迟相位校正方法

在传统空间辐射计方法基础上,将对流层中水汽垂直分层效应集成到校正模型中,提出一种改进的InSAR大气延迟相位校正方法。为验证改进方法的可行性,利用MERIS近红外水汽产品去除北京地区地面沉降InSAR监测中的大气延迟相位。以陆态网络GNSS站点监测结果为基准,验证改进的大气校正方法的监测精度。改进的大气校正方法、空间辐射计校正法和未校正的InSAR监测结果与陆态网络GNSS站点监测结果对比显示,均方根误差分别为0.388 cm、0.603 cm、0.685 cm,表明改进的方法相比于未校正和传统方法具有更高的精度,能有效削弱干涉图中的大气延迟相位误差。     

非构造形变对中国大陆GNSS基准站垂向周期运动的影响

解算陆态网络2011~2013年GNSS基准站,获取其坐标时间序列,并定量计算非潮汐海洋、大气、积雪和土壤湿度对测站产生的非构造形变,以修正GNSS垂向时间序列。修正后,GNSS垂向序列特性发生显著变化:周年运动振幅和初相均发生明显变化,振幅明显缩小(个别站增大),缩小幅度因不同区域而存在差异;修正前相位与修正后存在一定的系统偏差,大约滞后2~3个月,这种系统偏差可能是GNSS测站对地球物理因素"迟钝反应"的综合表现;半周年运动的变化主要体现在振幅上,缩小幅度在1mm左右。     

东北稳定参考框架NEChina20

选用中国地壳运动观测网络（CMONOC）在东北地区2012~2019年的GNSS观测数据,建立东北稳定参考框架（NEChina20）,实现由全球参考框架IGS14到NEChina20的位置坐标转换。NEChina20与全球参考框架IGS14保持坐标系缩放比例一致,两者在历元2020.0对齐。NEChina20的精度（稳定性）在水平方向约为0.5 mm/a, 在垂直方向 约为0.6 mm/a。参考框架的稳定性随时间的推移和覆盖面积的增加而退化,建议NEChina20 的适用范围在时间上限于从2005~2025年约20 a的时间窗口,在空间上限于东北地块及南端的河套断陷带和张家口-渤海断裂带。选用东北地区4个基岩站2000~2019年的GNSS连续观测数据,建立东北地区季节性地面升降模型。NEChina20与该季节性模型相结合,为在东北地区开展长期的、高精度的变形观测构建了基础设施。     

顾及GNSS坐标时间序列中季节信号的CEEMD降噪方法

针对互补集合经验模态分解（complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD）在GNSS坐标时间序列降噪过程中需要选取筛选准则的问题,提出一种顾及GNSS坐标时间序列中季节信号的CEEMD降噪方法。首先利用CEEMD方法对GNSS坐标时间序列进行分解,然后计算各本征模态函数（intrinsic mode function,IMF）的平均周期,将平均周期低于120 d的IMF分量作为噪声分量扣除,并重构剩余分量为信号分量。利用该方法对中国大陆227个GNSS垂向坐标时间序列进行降噪,并与以连续均方误差和相关系数为筛选准则的CEEMD降噪方法的结果进行对比。结果表明,本文方法未出现过度降噪,而其他2种方法均导致部分测站的季节信号被扣除;在未过度降噪站点,本文方法GNSS坐标时间序列的RMS、幂律噪声和速度不确定度的平均改正率分别为19.13%、88.29%和86.46%,优于其他2种方法。     

济宁城区地面沉降监测系统设计与施工技术

结合济宁城区地面沉降实际情况,在充分考虑实时监测、精细监测和应急统测需求的基础上,设计了包含监测站、水准监测网以及GNSS监测网在内的地面沉降监测系统。提出了地面沉降多功能一体化监测站建设方案,将数据中心、监测标组、地下水监测、GNSS连续运行(基岩)基准站、科普宣传、安防等功能进行综合配套建设,可以在场地、设备、电力网络和基础设施等方面实现共享利用,大大提高了地面沉降监测设施的利用效率。监测标组包含基岩标、分层标、水位观测孔、孔隙水压力观测孔以及数据采集设备。为了便于数据的采集、接收、存储、处理和展示,以"数据中心+监测站"模式,在服务器上建立综合性地面沉降监测管理系统。充分利用监测设施实物、宣传片、展板等开展地面沉降防治科普宣传教育活动。在济宁城区范围内,利用水准点和GNSS监测点,构建地面沉降监测网络。     

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大规模GPS揭示的华北地区现今垂直运动

对华北地区1999年以来的大规模GPS流动站、连续站观测资料采用最新的数据处理策略进行统一处理,获得364个测站的有效垂直运动速度场。结果显示,该区域垂直形变有升有降,总体上与地貌相关：山西高原、燕山及苏鲁带以隆升为主,而华北平原由于开采地下水造成大面积下沉。通过对垂直运动场进行区域平均分析,得到山西高原平均上升速率为1.8 mm/a,苏鲁造山带及燕山地区上升速率不显著。华北平原的垂直运动主要以沉陷为主,最大下沉速率达144.0 mm/a,平均为40.0 mm/a。大规模GPS垂直运动特征显示,华北地区现今垂直运动是新构造运动的继承,并叠加有人为造成的地面沉降。