近海海域垂线偏差的测量试验及精度分析

为深入研究垂线偏差在海域的精度水平,在我国渤海近海区域利用数字天顶仪及精密单点定位技术测量获得了若干高精度垂线偏差测量值,利用测量值对EGM2008模型、Jason-1卫星数据、DTU10海面高模型及点质量模型计算得到的垂线偏差进行了比对分析。以测量结果为基准,比较结果表明,EGM2008模型的计算结果相对较好,Jason-1卫星数据和点质量模型次之,DTU10海面高计算结果较差。以长岛观测点为代表,EGM2008模型、Jason-1卫星数据、点质量模型计算的垂线偏差与数字天顶仪测量获得的垂线偏差的差异(子午和卯酉两个方向)在1. 5″以内。     

联合多代卫星测高数据建立中国近海垂线偏差模型

联合T/P数据、T/P新轨道数据、ERS2数据、GFO数据、Geosat GM数据和ERS-1/168数据,用测高卫星记录点的位置信息直接计算沿轨大地水准面的方向导数,在交叉点处联合方位角推求垂线偏差,然后利用Shepard插值法得到了中国近海2′×2′格网分辨率子午圈和卯酉圈垂线偏差模型。将其与2′×2′分辨率的CLS_SHOW 99垂线偏差模型比较,在子午圈分量上的RMS为0.87,″在卯酉圈分量上的RMS为1.45″。     

利用卫星测高垂线偏差计算其他重力场元的特性分析

利用卫星测高技术确定海洋重力场,垂线偏差数据作为导出观测量在实际工作中被普遍采用。利用物理大地测量边值问题的定义以及扰动位在球面边界条件下的解,给出了由垂线偏差计算大地水准面高、重力异常和扰动重力的公式。分析了不同积分计算公式在重力场阶谱表达形式下对垂线偏差误差的抑制作用,也分析了不同积分核函数的变化特性,得出基本结论:在利用卫星测高数据求解海洋重力场时,当以格网化海面垂线偏差数据计算重力场参数时,求解的大地水准面高的有效性和稳定性优于重力异常和扰动重力。     

卫星测高中的垂线偏差法

卫星测高中的垂线偏差法是当前利用卫星测高技术研究海洋重力场的最优方法,包括利用卫星测高数据计算垂线偏差和利用该垂线偏差确定海洋重力场两部分。研究了Sandwell、Olgiafi、Hwang测高垂线偏差的计算方法和Molodenskii、Hwang利用测高垂线偏差确定海洋重力场的基本原理,分析比较了上述方法的异同,为科学地利用卫星测高资料反演海洋重力场提供理论依据。     

TOPEX/Poseidon卫星测高的垂线偏差修正

详细介绍了卫星测高垂线偏差的计算方法,计算了TOPEX/Poseidon高度计资料一个周期沿迹的垂线偏差南分量ξ和西分量η,进而计算了由于垂线偏差造成的测高误差ΔH和修正后的海面高度.结果表明,垂线偏差造成的测高误差基本为-5～5 mm,在个别海域的测高误差超过10 cm,但数据点极少.     

顾及垂线偏差的重力大地水准面差距内插法

指出传统距离加权内插法的不足,推导了垂线偏差同大地水准面差距偏导数的转换公式,在此基础上利用间接平差模型得到了顾及垂线偏差的重力大地水准面差距内插法,改进了传统距离加权平均法。     

一种基于SWOT宽刈幅模拟数据的沿轨垂线偏差求解方法

2022年12月16日成功发射的SWOT是新一代宽刈幅测高卫星,预期可以提供全球海域及内陆水面的二维条带高度信息,有望解决传统一维观测值解算垂线偏差方向分量精度不一的问题。本文利用SWOT模拟数据联立多个方向求解沿轨垂线偏差,并根据模拟数据特点提出两种提升解算精度方案：一是选取联立观测值时适当增大距离,二是根据SWOT条带数据质量分别赋权。与EGM2008模型检核表明,SWOT模拟数据求得的垂线偏差南北向检核标准差为0.416 8角秒,东西向模型检核标准差为0.472 9角秒,解算质量优于其他方案,证明了改进方案的可行性,并利用“天宫二”号宽刈幅数据进行了方法验证,表明可应用于SWOT真实数据求解垂线偏差。     

EGM96与EGM2008地球重力场模型精度比较

给出了由地球重力场模型计算重力异常和垂线偏差的公式,利用36阶、360阶EGM96、EGM2008地球重力场模型计算了国内某地区格网点重力异常和地面垂线偏差,并将其与实测数据进行比较,从而对这两种模型的精度进行了分析和比较。结果表明,在表示国内某地区格网点重力异常时,EGM2008模型精度较高;在表示地面垂线偏差时,两种模型的精度相当。     

基于神经网络的机载激光测深偏差模型构建

为提高机载激光测深（airborne LiDAR bathymetry,ALB）精度,需对ALB原始测深偏差进行修正。通过顾及ALB测深偏差诸影响参数,基于神经网络方法,利用实测样本数据训练获得ALB神经网络偏差模型,然后基于神经网络偏差模型对ALB原始测深数据进行修正。结果表明ALB原始测深偏差较大,需进行修正。传统线性偏差模型和本文神经网络模型均能有效修正ALB测深偏差。相比线性偏差模型,神经网络偏差模型具有更高内符合和外符合精度。基于神经网络的ALB偏差建模方法能有效提高ALB测深精度。     

波束角偏差对多波束测量的影响及校正

波束角偏差是影响多波束系统测量精度的因素之一,严重时导致测量的海底地形成凸凹形状的伪地形。论述了波束角偏差产生的原因以及对多波束系统测量精度的影响,介绍了借用EM系列多波束系统配置的横向参数校准软件对波束角偏差进行校正的方法,经实际应用,该方法很好地校正了波束角偏差,提高了测量数据的精度。     

雷达高度计海况偏差估计神经网络模型研究

本文基于Jason-2高度计数据,在12个不同季节的cycle数据中组合1~6个cycle的有效波高、风速和海况偏差为训练集,选取Jason-2的另外3个不同季节的cycle数据集为测试集。经检验分析,确定3个cycle对应的BP神经网络模型。将该模型应用于HY-2高度计海况偏差的估计,通过海况偏差与有效波高及风速的拟合优度、解释方差和残差对比分析,结果表明:神经网络BP模型可以有效应用于HY-2的海况偏差估计并明显优于传统海况偏差参数模型。     

西太平洋海域卫星测高重力异常反演与精度评估

联合T/P、ERS1/GM、ERS1/ERM、ERS2/ERM、GEOSAT/ERM、GEOSAT/GM等多源卫星测高数据,基于逆Vening-Meinesz公式和EGM2008模型,采用移去-恢复方法和快速傅里叶变换算法构建了中国西太平洋海域(0°~40°N,105°E~145°E)1'×1'重力异常模型,选取两个不同特征区域航线,将构建的重力异常模型、EGM2008重力异常模型、美国Scripps海洋研究所重力异常与船测重力数据进行比较分析。结果表明,构建的重力异常模型与船测重力总体趋势变化较为一致、与船测重力比较均方根差为4.16m Gal,总体精度与EGM2008模型重力异常、美国Scripps海洋研究所重力异常相当,反演精度和分辨率达到国际领先水平。     

雷达高度计海况偏差估计非参数模型研究

本文基于Jason-2高度计,采用核函数估计（NW）和局部线性回归估计(LLR)两种非参数估计方法,选用高斯(Gaussian)核函数和球谐(Epanechnikov)核函数及固定带宽和局部可调带宽。对不同组合形式的模型进行优选,确定LLR估计方法的Epanechnikov核函数、局部可调带宽为最优非参数模型。通过对最优非参数模型和参数模型结果进行对比分析表明,非参数模型在北高纬度区域表现更优,而在中低纬度及南纬区域参数模型不失优势。将非参数模型应用于我国HY-2A高度计,得到与以上同样的结论。     

基于点质量方法的似大地水准面计算模型改化及分析检验

针对源自位场等效源理论和点质量方法的似大地水准面计算模型适用性问题,重点围绕虚拟点质量反演和似大地水准面计算两个解算阶段,分别提出了3种实用化的积分模型改化方法,同时设计了3个阶段改化模型试验检验方案,使用超高阶位EGM2008作为数值模拟标准场,对两个解算阶段不同改化模型的计算效果进行了数值精度检核,并开展了数据观测噪声影响评估检验,得出了一些有参考和实际应用价值的研究结论。在一定条件下,使用改化点质量方法计算似大地水准面可获得1 cm的内符合度。     

海空重力测量技术体系构建与研究若干进展(三):数值模型构建与数据综合应用技术

分析评述了作者所在研究团队在海空重力测量技术体系建设领域取得的一些有理论意义和实用价值的研究成果,主要从各项关键技术的研究背景、研究思路、难点突破、成果应用前景等几个方面进行了分析和总结,回答了该研究领域涉及理论方法和工程应用的一系列科学问题。其目的之一是向读者成体系地推荐我们多年积累的研究成果,目的之二是想借此机会通过回顾和梳理研究团队的发展轨迹和科学感悟,在新的起点上定位未来的发展方向、发展目标和发展思路。分三个部分进行介绍,本文为第三部分,主要涉及海空重力测量数值模型构建与数据综合应用两个领域的研究成果。     

深圳香港海域浪潮耦合模型的建立及其应用

以河口海岸海洋模型ECOM和第三代海浪模型SWAN为基础,以全球天文潮预报模式TPXO6.2和台风参数模型风场及气压场作为驱动,采用海洋-陆架区-海岸三重嵌套网格,建立了适用于深圳香港水域天文潮-风暴潮-台风浪耦合模型。以0814号台风"黑格比"为算例,进行了耦合模拟计算,计算结果显示,天文潮、风暴潮位和浪高与实测值符合良好,天文潮的均方根误差小于0.15 m,有效波高误差0.9 m,风暴高潮位平均误差0.23 m;并分析了风暴潮位和波浪的相互影响,以及深港水域波浪场的分布,4 m水深考虑风暴潮位影响有效波高提高0.40 m,沿岸波浪增水在0.20 m以内。     

三种最新全球海潮模型在中国沿海的精度评估

海潮负荷形变是我国沿海GNSS实时观测的重要误差源之一,分析和确定最优海潮模型进行负荷改正,有助于提高GNSS解算精度和可靠性。利用沿海33个验潮站连续3 a的实测潮位资料,以8个主要分潮(M₂、S₂、N₂、K₂、K₁、O₁、P₁和Q₁)的潮高和方根(Root Sum Squares,RSS)为评价指标,对最新全球海潮模型FES2014、EOT20和TPXO9在中国沿海的模型精度进行评估。结果表明：3种最新海潮模型相比其前期版本(FES2004、EOT11a和TPXO7.2),在中国沿海的模型精度整体改进幅度分别为72.39%、67.73%和31.37%;3种最新海潮模型中,FES2014在中国沿海的RSS均值和标准差分别为7.91和7.75 cm,模型精度相对最高,EOT20的模型精度略低于FES2014,二者精度均显著优于模型NAO.99jb和NAO.99b(后两处模型在先前研究中被认为在中国沿海精度较优),...     

江苏省沿海海域影像地图集的编制与研究

2013年,江苏省成为国家3个海域无人机(UAV)基地建设省份之一。按照国家海域无人机基地建设的有关要求,江苏省海域动态监视监测中心先后购置了海域无人机和应急指挥监控车,并沿着江苏近千千米的海岸带开展了大量的无人机航拍。为将已有的无人机航拍数据给更多的海域管理者和社会公众提供服务,着手编制《江苏省沿海海域影像地图集》。文章简述了江苏沿海开发概况,介绍了图集的编制过程和技术创新点,对其他影像地图集的编制具有一定的参考价值。     

基于Ecopath模型的海州湾及邻近海域生态系统结构研究

基于2018年海州湾及邻近海域的渔业资源底拖网调查数据,运用Ecopath with Ecosim 6.5 (EwE)软件构建由26个功能群组成的海州湾及邻近海域生态系统Ecopath模型,对现阶段该生态系统的营养结构、营养相互关系和系统总特征等进行分析,旨在为实施基于生态系统的渔业管理提供理论依据。结果表明：海州湾及邻近海域生态系统各功能群的营养级范围为1.00～4.19,其中鱼类营养级范围较广,为3.22～4.19;浮游动物和其他软体动物受初级生产者和捕食者的双重作用,处于重要的营养位置;生态系统总体特征分析显示,该生态系统的总初级生产量与总呼吸量的比值为7.096,总初级生产量与总生物量的比值为56.866,系统的连接指数和系统杂食指数分别为0.429和0.204,说明该生态系统目前处于不成熟、不稳定的状态,容易受外界扰动的影响。本文通过对海州湾及邻近海域生态系统模型进行研究,解析了该海域营养结构和系统发育状况,将为海州湾渔业资源的可持续利用和科学管理提供理论依据。     

近岸区不规则波成工模型的研究：1.模型的建立

以不规则波在缓变地形和缓变流场水域的折射－绕射理论以及风浪的成长,衰减理论为基础,得到近岸区不规则波长成模型,结合近岸波浪特性和海洋工程应用的实际情况,建立综合考虑海岸,折射,白浪,底摩擦,流,风和非线性作用诸因素的近岸不规则波数值计算模型,该模型具有二维波谱特性及实用性,文章力图使模式更合理地反映近岸波浪的传播,成长和衰减规律而整个计算工作量则较小,可在微型电子计算机上得以实现。