利用大地水准面模型计算垂线偏差的方法及精度分析

根据大地水准面与垂线偏差的关系,设计合理的计算方案,给出利用大地水准面模型计算垂线偏差的简化公式,并通过模拟计算探讨大地水准面相对精度、取点间距和已知点选取及个数对计算结果的影响。利用GEOID12B模型分别计算GSVS2011、GSVS2014项目中各测站点和美国西部区域（40°~45°N,100°~105°W,分辨率为1′）的垂线偏差,并与GSVS项目垂线偏差实测值和DEFLEC12B模型值进行比较。结果表明,垂线偏差南北分量和东西分量的计算精度均优于±0.5″,说明利用相对精度为cm甚至亚cm级的大地水准面模型可获取较高精度的垂线偏差。     

现代大地测量学中的垂线偏差

从大地测量学的角度论述了垂线偏差概念从传统到现代的发展和演变,比较全面地探讨了现代垂线偏差的含义和测定方法。通过对垂线偏差量级和误差大小的具体分析,得出结论一般长周期的、幅度较小的非潮汐变化要小于潮汐变化,但短周期的、幅度较大的非潮汐变化则可能与潮汐变化相当,个别地区甚至还会超过潮汐变化,这种情况完全可以用重复重力测量的方法检测到,这也说明重复测量的方法是可行的。     

天文(重力)水准的新手段及其计算方法

介绍当今确定天文大地垂偏差的新仪器－CCD自动天体测量仪和确定两点间高程异常差的新方法，该方法用单极坐标代替繁琐的双极坐标进行计算，讨论了天文重力水准的误差及垂线偏差非线性影响等问题，估计在不久的将来，用这一手段施测山区似大地水准面的精度可望达到厘米级。     

重力异常图数值化实验研究

本文给出了重力异常的线性内插模型,在进行异常图的数值化实验后,利用实测重力值,计算了5′×5′平均空间异常。将其应用于高程异常和垂线偏差计算,取得了预期的精度。     

我国重力场的精化及其派生量的精度估计

简述了局部地形改正、平均空间重力异常、高程异常、垂线偏差等重力场及其派生量的计算方法 ,并着重估计了它们的计算精度。结果表明 :我国 5′× 5′平均空间重力异常中误差小于± 5 .0× 10 - 5ms- 2 的占 4 0 .2 % ,总体精度为± 9× 10 - 5ms- 2 。 5个地区垂线偏差子午分量中误差平均值为± 1″ .2 8,卯酉分量中误差平均值为± 1″ .71。 3个地区高程异常中误差平均值为± 0 .173m。用EGM 96计算我国高程异常的中误差为± 0 .984m。     

基于后向递推与扩展指数的球谐域高斯滤波系数高精度计算方法北大核心CSCD

针对滤波半径较大、参考球面半径较小、球谐阶数较高时,传统高斯滤波球谐系数计算存在不稳定性的问题,将扩展指数法应用于高斯滤波球谐系数的后向递推计算。数值计算和实际应用均表明,该方法基本可实现在任何半径大小球面上、任意滤波半径的超高阶高斯滤波高精度计算。     

利用多代卫星测高数据反演海洋重力异常及大地水准面

联合多代卫星测高数据,研究并实现了多种测高数据联合交叉点平差方法,削弱了数据内部系统性偏差;采用沿轨迹加权最小二乘方法,选取适当的搜索半径,确定了浙江近海剩余垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量η;基于移去 恢复方法和FFT技术,利用剩余垂线偏差,考虑最内圈带的影响,选取适当的积分半径,反演得到了浙江近海高分辨率的重力异常模型和大地水准面模型;将浙江近海重力异常与船测重力进行比较,差值的均方根为±5.231 58 mGal;将浙江近海大地水准面与EGM96及EGM2008模型大地水准面进行比较,差值的均方根分别为±0.694 57 m及±0.029 51 m。     

垂线偏差的确定方法及精度分析

基于美国GSVS2011计划完成的高精度GNSS水准数据及垂线偏差数据,研究确定地面垂线偏差的数值拟合法、GNSS水准法、地球重力场模型法和基于移去恢复技术的数值拟合法等方法的精度。结果表明,数值拟合法、地球重力场模型法和基于移去恢复技术的数值拟合法都具有较好的精度,其中Biharmonic(v4)直接拟合法效果较好,移去恢复技术能在一定程度上提高数值拟合精度,而GNSS水准法精度相对较差。     

基于GPU并行加速的叠前逆时偏移方法

为了提高复杂地下介质的成像精度和偏移算法的计算效率,提出可高效对地下复杂构造进行准确成像的GPU加速叠前逆时偏移方法.该方法采用双程声波方程进行波场延拓,突破倾角限制,借助于高阶有限差分方法实现叠前逆时偏移成像;利用GPU(Graphic Processing Unit)并行加速技术对波场延拓和成像进行计算,相比于传统算法,其计算效率有较大提高,可以解决叠前逆时偏移算法计算量过大问题;在获取波场信息过程中,也采用随机边界条件,实施以计算换存储策略,解决逆时偏移计算中的海量存储问题.模型测试结果表明,该方法能够高效和高精度地对地下复杂地质体成像.     

用卫星测高和船测重力资料联合反演海洋重力异常

基于多颗卫星最新测高资料联合解算的全球平均海平面和中国近海船测重力异常数据,采用3种方法 (Stokes公式逆运算法、垂线偏差法、最小二乘配置法)分别计算了中国近海及其邻域(0°～40°N,105°～145°E)2′× 2′重力异常,重点对3种方法的优缺点及其计算结果进行了比较和分析。结果表明,在海底地形起伏较为强烈的南 海盆地,与船测重力异常比较,最小二乘配置法(LSC)计算精度较高,达到11.2×10-5ms-2。     

EGMTools：重力场模型评估及重力量计算软件

高精度、高分辨率的地球重力场可用于统一全球高程基准及确定大地水准面等,因此全面评估重力场模型精度及其快速导出的各重力量（如高程异常等）具有重要意义。本文利用VS2015+Intel XE 2016平台及OpenMP等并行技术研发一套用于重力场模型评估及相关重力量计算的软件--EGMTools,该软件的主要功能有：1）可实现基于实测点或格网重力异常、高程异常及垂线偏差等数据对重力场模型截断至任意阶次的精度进行评估;2）可实现利用重力场模型计算任意点或格网（SRTM地形表面）重力异常、高程异常及垂线偏差等重力量;3）在全球范围内,可按照一定的格网间隔（如1°×1°）对不同重力场模型所表示的重力量（如高程异常等）按不同的阶次进行比较;4）重力场模型格式转换、阶方差分析及RTM重力量计算的数据预处理等。     

大气负荷效应对浙江地区的影响分析

利用全球大气模型及浙江地区气象站数据，依据大气负荷理论，采用移去-恢复法计算大气压引起的区域负荷形变场及重力场变化。结果表明，在浙江地区大气负荷引起的垂直形变达12.1 mm，产生的地面重力变化超过12 μGal，对水平形变及垂线偏差影响较小，且大气负荷具有明显的年周期及季节性变化规律。     

Combined analysis of gravity and magnetic anomalies using normalized source strength

The traditional combined gravity and magnetic analysis uses the linear regression of the first order vertical derivative of the gravity anomaly and the reduction to the pole ( RTP) magnetic anomaly, and provides the quantitative or semi-quantitative interpretation by calculating the correlation coefficient, slope, and inter-cept.In the calculation process, due to the remanent magnetization, the RTP anomaly still contains the effect of oblique magnetization, as a result, the homologous gravity and magnetic anomalies may display irrelevant results in the linear regression calculation.To solve this problem, we present a new combined analysis using normal-ized source strength ( NSS ) .Based on the Poisson's relation, the gravity field can be transformed into the pseudomagnetic field of the direction of geomagnetic field magnetization under the homologous condition.The NSS of the pseudomagnetic field and that of the original magnetic field are calculated, which are insensitive to the remanence, and then the linear regression analysis is carried out.The approach is tested using synthetic model under complex magnetization, the results show that it can still identify the gravity and magnetic anomalies from same source under strong remanence, and can establish the Poisson's ratio.Finally, this approach is ap-plied in Wudalianchi in China.The results demonstrated that this approach is feasible and can provide the ref-erence for further data processing and interpretation.     

Determination of Antarctic geoid by using global gravity field

With Chinese latest global gravity field model WDM94, the authors providethe geoid height and mean free-air gravity anomaly of Antarctica (The range of latitude is from—60° to—90°). In order to conclude and analyze the characters of Antarctic geoid roundly, the authors collect the latest oversea global gravity field model OSU91 (to degree and order 360) and JGMOSU (to degree and order 360), get the corresponding geoid height and mean free-air gravity anomaly. The results arecompared with the results got from WDM94, thus we get the difference. The standard deviation of geoid height between WDM94 and OSU91 is ± 1.90 re;the deviation of geoid between WDM9 and JGMOSU is ± 2.09 m. The standard deviation of mean gravity anomaly are±8.97 mGal and ± 9.32 mGal respectively.     

重力卫星观测俯冲带特大地震同震重力场变化

利用去相关的DDK3滤波器对得克萨斯空间中心（CSR）发布的GRACE RL06月重力场模型数据进行处理,采用多项式拟合时间序列分析方法成功提取了2004年苏门答腊M_W9.3、2010年智利M_W8.8和2011年日本东北M_W9.0三个地震事件的同震重力变化、大地水准面变化、垂线偏差变化及重力梯度变化。结果表明,3个震例的同震重力变化范围分别为-15.5~6.5 μGal、-9.1~2.1 μGal和-11.1~4.2 μGal;同震大地水准面变化范围为-5.9~0.8 mm、-3.0~0.8 mm 和 -3.2~0.5 mm;垂线偏差NS向变化范围为 -1.2~2.2 mas、-0.9~1.0 mas 和 -1.1~1.4 mas,EW向变化范围为 -1.8~1.0 mas、-0.8~0.8 mas和 -0.7~1.0 mas;重力梯度各分量数值中,rr分量同震变化最大,其次是rθ分量。3次地震的同震信号空间分布均表现为：同震大地水准面和重力变化信号呈非对称两极分布;垂线偏差呈负-正-负或正-负-正三极分布;重力梯度变化信号呈较复杂的多极分布。观测结果与现有的球体位错理论计算结果较一致,可作为重力卫星数据约束震源机制和地球粘度结构的可靠信号来源。     

基于双精度与四精度的重力场解算精度分析

基于动力学方法比较分析了双精度与四精度模式下重力场模型的解算精度,主要包括缔合勒让德函数计算、数值积分器及重力场反演结果。结果显示,在勒让德函数计算方面,部分角度在双精度模式下计算至1 900阶以后会出现溢出问题,而在四精度模式下任何角度都满足精度要求,并且计算结果比双精度模式高8个量级。数值积分器Adams预测校正法积分1 d的位置和速度误差,在四精度模式下比在双精度模式下高4个量级。在精密轨道反演重力场计算方面,动力学方法在双精度及四精度模式下反演结果一致,统计其计算至60阶的累计大地水准面误差为1.29×10~(-5 )m,这是因为动力学方法的线性误差相对计算误差而言是主要误差;非线性动力学方法在四精度模式下比在双精度模式下高7个量级,其大地水准面误差分别为8.92×10~(-15) m和8.16×10~(-8) m。     

基于EGM2008和剩余地形模型的区域似大地水准面精化方法

利用EGM2008计算重力场模型高程异常,结合SRTM和DTM2006.0计算剩余地形模型,进而计算RTM高程异常,以弥补EGM2008重力场模型短波信号缺失的不足。从实测高程异常中减去重力场模型高程异常以及RTM高程异常,得到残余高程异常。利用曲面拟合方法拟合残余高程异常模型,解决高程基准系统偏差问题。通过实际GPS/水准数据计算证明,该方法能显著提高GPS点的高程异常计算精度,达到精化区域似大地水准面的目的。     

高精度重复相对重力观测量提取

采用RANSAC算法剔除观测数据中的离群值,再使用线性内插法进行补全,利用整体投影计算的思想提取两点间的相对重力值,并对其精度和标准差进行检验。结果表明,动态重力观测的残差最大值为4.641 μGal,重复性标准差最大值为4.384 μGal,均优于5 μGal。该方法可获得较高精度的重力观测数据,为在复杂环境下获取相对重力值提供一种新方法。     

重力异常场云计算软件系统

针对重力异常场计算中存在的处理流程繁琐、参数和坐标系统不统一等问题,开发一种跨平台的重力异常场云计算软件系统OnGra。该软件按照区域重力调查规范和大比例尺重力勘查规范,设计、重构、集成现有重力异常场处理算法和自适应提取计算区域数字地形模型算法,可依据野外重力/GNSS观测,批量、自动计算自由空气异常、布格重力异常和均衡重力异常,也可依据卫星重力场模型,提取和计算特定区域的重力异常场。     

区域地壳结构差异对GRACE-FO反演中国近10个月陆地水负荷垂直形变的影响

利用CSR、JPL、GFZ三家机构最新发布的新一代重力卫星GRACE-FO（GRACE-Follow On）时变重力场模型揭示2018-06~2019-05我国陆地水储量随时间演变的时空特征,研究利用Hard与PREM模型分析区域地球结构差异对GRACE-FO重力数据反演我国近10个月陆地水负荷垂直形变的影响。结果表明,60阶径向负荷勒夫数的相对差异为-4.267%,前60阶垂直负荷形变最大差异位于云南一带的澜沧江流域地区,幅值约为0.7 mm/a。因此在使用GRACE-FO重力卫星数据估算中国大陆地表垂直负荷形变时,区域地球结构的影响不容忽视。