重力数据粗差探测与剔除方法的研究

根据均值漂移模型,针对重力场特点,综合利用高精度DEM数据及绘图法,本文提出了三种重力数据的粗差探测与剔除方法,对重力点数据进行全面的粗差探测与剔除,为建立我国高精度、高分辨率数字大地水准面、垂线偏差模型提供可靠的基本数据;实际结果表明,该方法正确可靠,是一种行之有效的粗差探测与剔除方法。     

移动开窗检验法及其在GOCE数据粗差探测中的应用

简单回顾观测值粗差探测、识别及控制的基本方法,基于最小二乘推估理论给出卫星重力时间序列数据的粗差探测方法,其基本思路是利用除被探测点以外的观测数据对该点进行推估,并与其真实观测值进行比较,依照某种统计量和一定的准则进行粗差判别.基于上述思想,构造服从t-分布检验统计量,提出了移动开窗检验法,给出一种简单的时间相关函数、窗口宽度的确定方法以及详细的循环检验步骤.利用模拟的GOCE卫星重力梯度数据验证了新方法的有效性.     

一种稳健的倾斜航空影像粗差探测方法

针对倾斜航空摄影匹配数据粗差探测问题,提出一种直接解相对定向模型作为平差数学模型的粗差探测方法。该模型克服传统方法对角元素近似初值的依赖,并且该解法的误差方程式不需要迭代求解。通过与多维粗差同时定位和定值法结合实验表明,该方法能够有效地探测倾斜航空摄影海量数据中的多维粗差,提高观测数据的精度,在倾斜航空摄影实际数据处理中具有较高的应用价值。     

一种改进的MAD钟差粗差探测方法

针对传统中位数绝对偏差（median absolute deviation,MAD）方法在探测钟差粗差方面的不足,提出一种改进的MAD钟差粗差探测方法。以一次差分数据为研究对象,通过深入分析传统MAD方法的工作原理,发现传统MAD方法的数学模型表达存在歧义。在优化探测模型结构的基础上,基于岭回归的基本原理,生成动态MAD,有效克服了部分具有显著趋势变化特征的钟差一次差分数据对粗差探测的干扰。使用国际全球卫星导航系统服务组织提供的GPS精密钟差数据进行了实验,并与传统MAD方法进行比较,结果表明,所提方法相较于传统的MAD方法在粗差探测准确率和查全率方面具有明显优势,实际应用价值较高。     

利用中位数的GPS卫星钟跳探测方法

GPS卫星钟跳是导航卫星钟差数据处理中的一种常见的数据异常。针对由钟差数据量较大引起的粗差探测效率低下,影响用户定位精度的问题,该文对基于中位数的粗差探测方法进行研究;并在分析钟差数据特性的基础上将此方法进行扩展,使其不仅能够探测卫星钟差数据中的粗差,还能探测卫星钟跳。实验结果表明,该文方法能够较好地进行粗差探测和钟跳探测。     

GPS非差数据处理中的粗差处理方法及其应用

探讨了数据探测和稳健估计两大类粗差处理方法,处理了实际GPS观测数据,实现了在非差单点定位数据处理中对单个粗差的有效探测和处理。     

GNSS高程拟合中的粗差探测

测量数据中不可避免的存在粗差,当观测值中含有粗差,会严重的影响观测成果的质量。为了对粗差进行探测,选取了数据探测法、稳健估计、多维粗差的同时定位与定值法(LEGE法)对观测值中的粗差进行检验,并进一步利用数据探测法对LEGE法进行改进,将数据探测法、稳健估计、LEGE法以及改进得到的LEGE+数据探测法应用于GNSS高程拟合的粗差探测中。在实验区域,计算结果表明:稳健估计、LEGE法、LEGE+数据探测法具有良好的抵抗粗差的能力;随着含有粗差的观测值数量增多,与稳健估计、LEGE法、LEGE+数据探测法相比,数据探测法的精度会降低;LEGE法和LEGE+数据探测法对含有粗差的观测值具有一定的修正能力。     

BDS/GPS组合定位可靠性分析与粗差探测研究

全球导航卫星系统多系统融合定位是未来无人驾驶等智能应用的关键基础设施,无人驾驶等智能应用经常需要面对城市等复杂环境,由于受到建筑物的遮挡与多路径的影响,观测值出现误差的概率也在不断增加,因此分析多系统融合定位可靠性并进行粗差的探测识别,确保定位结果准确可靠具有重要意义。基于可靠性理论与假设检验粗差探测方法,采用MGEX(multi-GNSS experiment)测站数据进行可靠性评估与粗差探测实验。实验结果表明,BDS(BeiDou navigation satellite system)/GPS(global positioning system)组合下,双频IF(ionospheric-free)组合定位解算的最小可探测粗差与最大不可探测粗差对定位的影响值较单BDS解算分别下降了7.105 m、22.368 m,双系统较单系统可靠性提升明显。BDS/GPS组合下,双频IF组合定位解算的最小可探测粗差与最大不可探测粗差对定位的影响向量较单频解算结果下降了4.105 m、1.621 m,双频数据较单频数据的可靠性更优。基于可靠性评估结果开展了模拟粗差探测实验,结果表明,双频观测值包含...     

单片空间后方交会内部可靠性研究

根据Baarda的可靠性理论,以空间后方交会为实验模型,在平差过程中引入虚拟控制点和控制点整体平差,并运用数据探测法进行单个粗差探测。实验表明,加入虚拟控制点,能适当提高每个观测值上的多余观测分量,减小控制点上粗差可发现的下界值。使用Baarda数据探测法检测粗差更有效,提高了该平差系统的内部可靠性。当网形结构不好、多余观测分量过少时,这种方法还能探测到数据探测法不能探测到的粗差。     

基于不同学科解决粗差探测问题的方法研究

通过对已有粗差探测成果的研究,本文按照基于的学科不同将其大致分为4类:数理统计粗差探测方法,基于多元统计分析粗差探测方法,线性代数粗差探测方法,人工智能粗差探测方法。然后从这4个方面辐射出已有的关于粗差发现、定位、定值等相关方法的研究,并且针对国内学者对用人工智能方法实现粗差探测未进行成熟研究的现状,提出可行策略并进行实现从而为人工智能和测量数据处理2个学科的结合开拓新的研究方向。     

卫星测高与船载重力测量数据融合的点质量拟合法

以拟合方差最小为准则,通过点质量法拟合船载重力测量数据,得到点质量大小、埋深等参数。回避点质量法数值求解的不稳定性问题,借鉴移去-恢复技术的思路,利用该参数计算船载重力测量点上的重力异常,并将其在测线上的重力异常中扣除,计算出船载重力残差值。以点质量大小、埋深等参数计算卫星测高重力格网点上重力异常,同样得到测高重力残差值。采用加权最小曲率格网化方法,将船载重力残差值与测高重力残差值格网化,进而恢复由点质量大小、埋深等参数计算格网点处的重力异常,实现卫星测高与船载重力测量数据融合。经国际船载重力测量数据检核,融合后的模型较国际船载重力测量数据的平均偏差在1~2 mGal（1 Gal=1×10^-2 m/s²）,标准差约为4 mGal。本文的研究方法可为陆地、海岸带区域的多种重力数据的融合、航空重力及卫星重力的向下延拓等问题提供参考。     

我国陆海统一似大地水准面构建的三维重力矢量法

基于重力场水平分量-垂线偏差对地形信息敏感的特点,根据边值理论由重力与地形数据确定格网垂线偏差模型,在此基础上,首先利用三维重力矢量-格网垂线偏差与格网重力异常,联合格网高程数据求得格网点间高程异常差,然后通过GPS/水准点的控制,构成紧密的几何条件,进行严密平差,从而获得高分辨率、高精度似大地水准面的数值模型。按照本文方法,利用我国6600多个GPS/水准点、1'×1'的格网垂线偏差、格网重力异常、格网高程数据,整体平差计算了我国陆海统一的似大地水准面模型,经GPS/水准点检核,全国似大地水准面的绝对精度达到了4 cm,相对精度优于7 cm。     

Modeling of earth’s gravity fields visualization based on Quad Tree

The problems of the earth’s gravity fields’ visualization are both focus and puzzle currently. Aiming at multiresolution rendering, modeling of the Earth’s gravity fields’ data is discussed in the paper by using LOD algorithm based on Quad Tree. First, this paper employed the method of LOD based on Quad Tree to divide up the regional gravity anomaly data, introduced the combined node evaluation system that was composed of viewpoint related and roughness related systems, and then eliminated the T-cracks that appeared among the gravity anomaly data grids with different resolutions. The test results demonstrated that the gravity anomaly data grids’ rendering effects were living, and the computational power was low. Therefore, the proposed algorithm was a suitable method for modeling the gravity anomaly data and has potential applications in visualization of the earth’s gravity fields.     

利用EGM2008模型与加权组合模型进行高程异常拟合

高程异常拟合是GPS高程测量应用于实际工作的重要技术手段,高精度地求解高程异常是技术关键。本文提出了顾及EGM2008重力场模型的高程异常拟合方法,通过EGM2008重力场模型计算高程异常长波项,并对剩余高程异常利用加权组合模型进行拟合。通过江苏省某市的实测数据验证顾及EGM2008重力场模型的加权组合模型拟合方法。结果表明,该方法的精度达到了厘米级,高程异常拟合效果最大提升了30%。     

导航用重力梯度基准图构建方法的比较研究

基准图是重力梯度辅助导航实用化研究的关键技术,由于依靠实测构造大范围基准图还需要较长时间,理论模型逼近重力梯度开始成为可行的构图方法。系统研究了一种基于自由空间异常或布格异常数据的构图方法,避免了相关研究构建梯度图时较少考虑标准测量数据,构图结果物理意义不明确和缺乏实用性的缺点。以重力归算理论推导了构图方法原理,然后用频域算法实现构图过程中两个关键计算过程,通过算例分析了构图效果。所构基准图数值、轮廓等关键特征均与实测重力梯度吻合较好,证明了该方法在重力梯度辅助导航基准图构建中的实用价值。     

利用重力数据反演中国东海海域莫霍面深度

莫霍面是地壳与上地幔的分界面,莫霍面的研究有助于认识地球深部构造及演化。在以往的研究中,由于重力反演方法、使用资料不同,中国东海海域莫霍面深度反演结果有较大不确定性。通过收集中国东海海域高精度地形和自由空气重力异常数据,计算了布格重力异常并分析了其构造特征。提取了中国福建省大田至中国台湾省花莲剖面和中国东海陆架盆地至菲律宾海盆剖面的重力异常数据,采用人机交互正演、反演拟合技术得到了这两条剖面的地壳密度与莫霍面深度。通过向上延拓的方法提取了莫霍面所引起的重力异常,在两条剖面反演结果和地震探测结果的约束下进行Parker-Oldenburg界面反演,得到了该地区的莫霍面深度。反演结果显示,中国东海海域莫霍面深度的变化范围为-34.4~-8.8 km,其结构呈两凹两凸的特征。     

基于球冠滑动平均的球面重力异常分离方法

将传统直角坐标系中的滑动平均方法(包括圆周法与网格法)运用到球面重力异常分离中。模型实验及实际应用均表明,该方法优于直接截断重力场模型阶次分离异常的方法,能够更好地反映实际地质情况,不仅适用于全球区域也适用于局部区域。     

利用小波变换分离俯冲带重力异常

综合应用小波多重分解法和小波多尺度边缘重构方法研究了重力异常的分离,发现该方法可以同时进行纵向和横向影响的有效分离,为复杂地区重力异常的合理分离提供了参考。在模拟实验的基础上,应用该分离方法对琉球俯冲带地区的重力异常进行了分离。在纵向分离中,提出根据重力异常和海底地形的相关性确定合适的分离尺度。在小波多尺度边缘分析中,通过选择合适的尺度范围同样可以达到分离横向重力异常的效果,而且比多尺度边缘重构方法简单。     

地球重力场模型正演计算软件系统的设计

本文介绍了自主开发的地球重力场模型正演（计算高程异常、重力异常、垂线偏差等）计算软件—EGMCAL,给出了该软件的整体设计框架和功能。利用GFZ（德国地学中心）研制的相关软件验证了该软件的正确性,并利用EGMCAL对我国东部某大桥高程控制网数据进行了处理,得出三种精度最高的模型在此区域的计算结果。     

联合EGM2008模型重力异常和GOCE观测数据构建超高阶地球重力场模型SGG-UGM-1

本文研究了联合卫星观测数据和重力异常数据确定超高阶重力场模型的理论方法,并使用EGM2008模型重力异常和GOCE（gravity field and ocean circulation explorer）观测数据构建了重力场模型SGG-UGM-1。重点研究了由球面格网重力异常快速构建超高阶重力场模型的块对角最小二乘方法,将OpenMP技术引入到块对角最小二乘中以提高计算效率,并基于模拟数据验证了方法及算法和软件模块的正确性。采用本文制定的联合解算策略,利用GOCE重力卫星观测数据构建的220阶次法方程和EGM2008模型重力异常构建的2159阶次块对角法方程,联合求解了2159阶次的重力场模型SGG-UGM-1。将SGG-UGM-1与EGM2008、EIGEN-6C2、EIGEN-6C4等超高阶模型在频谱域内进行了比较分析,结果表明SGG-UGM-1相对参考模型的系数误差较小,且在220阶次内的系数精度相比EGM2008模型有了提高。采用中国与美国的GPS/水准数据和毛乌素测区的航空重力观测数据对这些模型进行了外符合精度的检验。检核结果表明,在中国区域,SGG-UGM-1模型大地水准面的精度在EIGEN-6C2和EIGEN-6C4两个模型之间,优于GOSG-EGM模型和EGM2008模型,与美国区域几个模型的精度相当。利用毛乌素测区的航空重力数据对几个模型进行了检核,结果表明SGG-UGM-1模型计算的重力扰动精度与EGM2008、EIGEN-6C4模型相当,优于GOSG-EGM模型和EIGEN-6C2模型。