基于CGCS2000的中国地壳水平运动速度场模型研究

首先介绍通过数据处理获取CGCS 2000(中国大地坐标系统2000)下点位坐标和速度场的方法,其次研究分析在CGCS 2000下建立满足中国大陆区域无整体旋转条件的中国大陆板块位移基准方法,计算得到的CGCS 2000下中国大陆区域的欧拉角速度是0.2997(°)/Ma,旋转极的位置为(64.77°N,94.093°E),最后利用计算获取的CGCS 2000下的国家高精度GPS网的坐标和速度值,采用有限元插值方法建立中国大陆区域地壳运动速度场模型,并初步分析CGCS2000下的中国大陆地壳运动整体趋势.通过本文的研究可以进一步维护和精化中国CGCS 2000的稳定性、动态性和精确性,也可对CGCS 2000坐标参考框架下的中国区域地壳运动特征的研究提供科学方法和高时空分辨率的基础数据.

Abstract：

Firstly, the processing strategy of obtaining the coordinate and velocity based on the CGCS 2000 (Chinese geocentric 3D coordinate system)is introduced. Secondly, a new plates displacement reference frame of Chinese mainland subjected to the regional No-Net-Rotation (NNR) conditions is researched, The results inferred the position of the Euler rotation pole of the Chinese mainland plates is (64, 77°N,94.093°E) and its rate is 0. 299 7(°)/Ma based on the CGCS 2000. Finally, Crustal movement velocity field of Chinese mainland are inferred through the precise result of CORS and national GPS network, and the model of crustal deformation velocity field has been established based on the adoptions of finite element interpolation method. On which, the regional crustal deformation characters of China mainland have been proximately analyzed. Based on the study of this paper, the precision, dynamics and reliability of CGCS 2000 would be further renewed and maintained, further more the basic data with high spatial-temporal resolution and scientific methods are referred to study characteristics of Chinese mainland crustal movement.     

单波束测深数据的插值精度分析

基于误差传播定律,对稀疏的离散水深点内插值进行了精度分析,建立了单波束水深内插值中误差表达的数学模型,利用我国南方某海岸带的3个试验区的进行了试验。试验结果表明,反距离加权法、Shepard法和线性插值三角网法,辅以自适应搜索半径法,内插水深值粗差比例普遍低于5%,质量与效率上为较优的插值模型;内插值精度与数据源精度有关,但与数据源密度关系不大;在给定深度测量极限误差情况下,建议在制定有关数字水深模型标准时,对水深在20 m以内的格网点水深值极限误差可设置为0.4 m。     

使用克里金插值法进行CGCS2000到海南地方坐标系的转换

在工程施工中,通常使用的是地方独立坐标系,各类工程施工图、成果图都要求使用地方平面坐标。如何实现GPS测量坐标到地方坐标的转换,一直是工程施工中的热点问题。本文介绍了从GPS定位坐标至平面坐标的两种转换模型,其中坐标网格法采用格网内插,算法设计简单,计算复杂度低,但精度会受内插网点的影响。在海南岛范围内精度较高,但沿海区域因无差值节点,需将格网外推。克里金内插法计算复杂度较高,但利用变形区域附近的点内插出畸变趋势,转换效果较好。通过对全岛范围约200个静态GPS点位、水准点位的转换结果进行比较,克里金转换算法可以满足一般工程测量的要求。     

顾及框架点坐标误差的三维基准转换严密模型

框架点坐标是由观测数据通过平差得到的,不可避免地受到观测误差的影响。针对原框架和目标框架坐标均存在误差、非公共点与公共点间存在相关性,以及转换系数矩阵中仅部分元素存在误差的实际情况,提出了同时考虑框架内误差以及转换点间相关性的基准转换严密模型,该模型将公共点和非公共点联合处理,同时计算坐标转换参数和所有点的坐标转换值,推导出了新的严格坐标转换公式,该公式为传统坐标转换公式基础上增加一改正量的形式;进一步,推导了原框架和目标框架坐标的方差不一致情况下的坐标转换模型的自适应解法;最后,利用"陆态网络工程"2000个区域站的实测坐标进行坐标转换验证,结果表明,这种严密模型较传统坐标转换模型具有更高的坐标转换精度。     

多面函数拟合在地壳水平运动研究中的应用

多面函数拟合法已被应用于地壳垂直形变模型的分析中。利用这一曲面拟合理论成功地研究了地壳水平形变模型。详细推导了相应的公式。为本方法的进一步研究与应用提供了几点启示。     

基于三维格网的坐标转换改进方法

介绍了格网坐标转换方法,对格网点插值在区域边缘及已知点病态分布的情况进行了讨论。以TIN三角元优选策略增强格网点插值精度和稳定性。最后通过实例数据,验证了格网转换的精度及改进策略的有效性。     

基于GPS资料采用数值流形拟合川滇地壳运动速度场

利用国家重大科学工程中国地壳运动观测网络的两期GPS观测值得到川滇区域内测站的速度。以这些速度为约束，基于数值流形模型拟合了川滇地区的速度场。它很好地结合了块体内部的连续变形和块体间的非连续变形。较非连续变形分析模型，地质构造速度模型和配置拟合模型等更真实模拟了地壳运动速度场，为相关地学研究提供了很好的基础。     

A measure of average error variance of line features

This article presents a new development in measuring the positional error of line features in Geographic Information Systems (GIS), in the form of a new measure for estimating the average error variance of line features, including line segment, polyline, polygon, and curved lines. This average error measure is represented in the form of a covariance matrix derived by an analytical approach. Corresponding error indicators are derived from this matrix. The error of line features mainly results from two factors: (1) an error propagated from the original component points of line features and (2) a model error of interpolation between these points. In this study, a method of average error estimation has been derived regarding the first type error of line features that are interpolated by either linear or cubic interpolation methods. The main contribution of the research is the provision of an error measure to assess the quality of spatial data in application settings. The proposed error models for estimating average error variance of line features in a GIS are illustrated by both simulated and practical experiments. The results show that the line accuracy from a linear interpolation is better than a line interpolated using a cubic model.     

GPS监测网数据处理方案研究

处理大尺度ＧＰＳ监测网多期复测成果的时期,数据处理方案是一个重要问题。作者在处理首都圈ＧＰＳ地形变监测网数据的过程中,经过长期探索和大量试算,提出了制定数据处理方案的基本原则：要采用一个自洽的地球参考框架和常数系统;要采用精度最高的同一种粗密星历和相应的地球自转参数;要采用最先进的同一种数据处理软件以及采用同一的参考基准和约束条件。由于地壳处于运动之中,大尺度ＧＰＳ监测网的参考基准应是动态基准。研     

DEM内插方法与精度评定

本文通过介绍DEM引出了数字高程模型内插方法研究分析的必要性。比较了各种DEM内插方法,并且说明了各种精度模型。最后通过两种不同的内插方法得出国家测绘局的规定的28个检查点的高程,并进行对比以达到对DEM内插精度的分析。     

球面坐标系非连续变形分析折数学模型

从球面坐标系的弹性力学基础方程出发，推导出球面上块体的位移与6个位移不变量之间的数学关系，进一步建立了联立方程式的球面坐标形式，为大范围现代地壳运动的非连续形变形下了数学基础。     

一种抗差的形变数据插补方法

针对传统基于空间插值和时间序列上的插值补全形变缺失数据的方法在空间点位分布稀疏、观测值连续缺失以及含有粗差的情况下插补效果不佳的问题,提出了一种基于抗差Kriged Kalman Filter的形变缺失数据插补方法。该方法是一种时空插值的算法,在空间点位分布稀疏时考虑时间上的相关性,在时间上出现连续缺失时考虑其他点位对插补点的影响,以提高插补缺失数据的精度。又将抗差估计融合到Kriged Kalman Filter中以抵抗形变数据中粗差对插补精度的影响。利用模拟数据及天津GPS地面沉降数据进行了实验分析。结果表明:由于该法考虑了监测点的时空相关性以及具有抗差性能,使得插补结果在空间点位稀疏、连续缺失或具有粗差的情况下都具有较高的插补精度。     

基于坐标转换法的GPS-RTK高程测量及成果检核

GPS-RTK高程测量的主要方法是坐标转换和高程拟合。本文主要结合某线路介绍了坐标转换方法以及如何对其测量成果进行检核。常规的高程检核方法是比较联测水准点高程和GPS-RTK测量高程,而本文结合线路作业的特点提出了利用直线或平面拟合方法对线路基于坐标转换法获得的GPS-RTK高程测量成果进行检核,结果表明本文的方法是可行的。     

GPS城市地壳变形监测网的数据处理及精度分析

应用GPS定位技术进行城市或区域地壳变形监测,研究了GPS监测的数据处理和精度分析的理论和方法.使用高精度的定位分析软件GAMIT,对某城市地壳变形监测网的试验观测数据进行数据处理,并对解算得到的基线向量和坐标分别进行精度分析,结果表明:在100km范围内,GPS基线重复率在平面上比例误差可以达到10-8,垂直方向比例误差可以达到10-7;GPS监测点的三维坐标重复率精度可达到3mm左右,能满足城市或区域地壳变形监测的精度要求.     

Combining the geodetic models of vertical crustal deformation

Different kinds of analytical models of vertical curstal deformation have both advantages and disadvantages, and are appropriate to different deformation patterns. It is difficult to identify which deformation model is most suitable for a particular deformation area. In order to obtain a more precise and reliable analytical result, the combined model based on forecast theory has been approached. As a result, the fitting ability of single models is significantly improved. The combined model still possesses the same important features as the single models, which enable transferal of the derived crustal deformation information, within or even outside the time span of the data coverage, from geodetic sites to any user-specified locations where geodetic data may not exist. Examples are presented of both numerical simulation and a real-life situation, and the results are analysed in detail to demonstrate the efficiency of the proposed methodology. Received: 26 January 1998 / Accepted 14 August 1998     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

A MATLAB-based Kriged Kalman Filter software for interpolating missing data in GNSS coordinate time series

GNSS coordinate time series data for permanent reference stations often suffer from random, or even continuous, missing data. Missing data interpolation is necessary due to the fact that some data processing methods require evenly spaced data. Traditional missing data interpolation methods usually use single point time series, without considering spatial correlations between points. We present a MATLAB software for dynamic spatiotemporal interpolation of GNSS missing data based on the Kriged Kalman Filter model. With the graphical user interface, users can load source GNSS data, set parameters, view the interpolated series and save the final results. The SCIGN GPS data indicate that the software is an effective tool for GNSS coordinate time series missing data interpolation.     

非连续变形分析与现代地壳运动研究

介绍了非连续变表分析（DDA）方法的原理、特点及适用范围，分析了DDA方法较常用的有限元法的优越性，进一步提出把现有平面DDA推广到球面DDA方程的基本思路，希望为在大范围内研究地壳运动找到突破口。在此基础上，结合目前我国地学研究的热点，提出了三类最具代表性的实际问题，应用DDA方法可以在此方面进行深入研究。     

三峡水库蓄水对地壳形变及大地水准面的影响

利用资源三号(ZY-3)高分辨率遥感影像提取三峡库区水体数据,通过负荷格林函数积分模型法计算出三峡水库蓄水过程中水体对地壳形变及对大地水准面的影响。研究发现:1三峡库区近岸地壳垂直形变与水库水位呈负相关关系,大地水准面与水库水位呈正相关关系;水位上升,长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心;2三峡水库蓄水造成的地壳垂直形变最大可达35mm左右,大地水准面形变最大值在8mm左右,而对库区地壳水平形变影响不超过0.5mm;3出现形变最大值的地点是忠县环湾一带,而并非是三峡大坝周边。     

变形分析与预测模型中病态问题分析

本文对变形分析与预测模型中的线性回归分析法、时间序列分析模型、灰色系统分析模型中的病态问题进行了理论分析和数值模拟。通过对变形观测资料施加干扰噪声,采用最小二乘原理,得出了三种模型中每一个参数与干扰噪声的数值关系表达式。指出在变形解释和变形预测中,用这三种模型进行建模分析时必须先检查信息矩阵A=XTX的病态程度,采取有效方法减轻A=XTX的病态程度后方可使用这三种模型。