规模GNSS网数据处理一体化方案与中国大陆水平格网速度场模型构建研究

针对当前大规模GNSS网在数据预处理、组织管理、基准站选取、处理策略、分区方案、质量检核与评估以及现有研究中速度场模型数据量小、连续性不佳、现势性不强等问题,首先基于2011~2017年陆态网260多个连续运行基准站的观测数据探讨大网解算的一体化数据处理流程,给出适用于大规模GNSS网数据处理的优化原则与质量评估方案,并着重分析不同的数据解算成果评估策略,其对大规模GNSS站网的高精度数据解算具有借鉴和参考意义;然后基于解算得到的ITRF2014框架下高精度速度场成果,采用克里金插值构建中国大陆水平格网速度场模型,并利用国内IGS站和陆态网区域站的精确速度值,对格网内插结果进行外部检验,结果表明,东、北方向速度残差的平均误差和中误差均小于2 mm/a,验证了模型的准确性、可靠性、简便性与现势性。     

中国大陆速度场模型建立方法研究

将中国大陆划分成东北、华北、华南、青藏、西北5个块体,基于克里金插值法、最小二乘配置法、最小二乘配置移动拟合推估法等3种方法及速度场数据研究中国大陆速度场模型建立方法。利用外检点分析不同建模方法的精度情况,最小二乘配置法在大部分块体（华北、华南、东北块体）的拟合精度都较高,表现稳定|克里金插值法在青藏、华北块体的拟合精度较高。利用克里金插值法与最小二乘配置法获取中国大陆1°×1°格网中心点速度场成果,两种方法成果差异较小。     

四川省CORS网地壳运动速度场模型研究

使用GAMIT/GLOBK解算2006~2015年覆盖四川地区的50个CORS站的观测数据,并提取坐标时间序列,获得速度场模型。对四川省整体地壳运动以及区域应变场进行分析,结果表明,四川省CORS站水平方向平均速度为38.72 mm/a,速度场的优势方向为S73.9°E;欧亚框架下水平方向平均速度为14.40 mm/a,优势方向为S77.78°E,较ITRF2008框架下的速度降低了24.32 mm/a;垂直方向平均速度为3.43 mm/a,整体上表现为隆升状态,位于东部平原的少部分测站处于下降趋势,可能是由于城市建设、地下水或者煤矿、石油等自然资源的过度采伐导致;最大主应变率达到7.31×10-11/a,最小主应变率为-5.4×10-11/a,其中区域地壳面膨胀率高值区域集中在川西,低值区域和最大剪切应变率高值区域分布在三大断裂带附近。     

基于CMONOC建立和评估中国大陆地壳运动速度场模型

针对现有速度场模型采用数据少、现势性不强的问题,详细论述了速度场模型建立的数据获取与处理方法,利用中国大陆地壳运动监测网络中260个连续运行基准站2011~2015年的连续观测数据,采用GAMIT/GLOBK与GMT软件,获得高精度的定位及速度成果,并基于上述速度成果采用克里金插值法构建了中国大陆地壳运动速度场1°×1°格网模型。最后利用IERS公布的中国区域7个IGS站实测速度以及全国范围内均匀分布的陆态网络区域站实测速度,对模型内插结果进行检核,验证了模型的现势性、精确性和可靠性。     

用GPS测量数据模拟中国大陆现今地壳水平速度场及应变场

基于连续介质力学理论,提出了直接利用ＧＰＳ测量资料建立地壳运动与形变模型的方法。把整个中国大陆视为由无穷多个微元集合而成的连续介质体,并假定每一个微元体的转动矢量服从统一的、连续的泰勒级数分布,由此引进一组待定参数,称之为地壳运动与形变参数。利用全国网１９９４年和１９９６年的两期ＧＰＳ观测数据,组成矛盾方程组,应用阻尼最小二乘方法,经迭代解算,得到所需要的地壳运动与形变参数。依据这些参数模拟地壳水平速度场及应变场,并将ＧＰＳ结果与地质、地球物理的研究成果作了对比分析,这些结果基本上一致,能相互印证。最后初步探讨了周边板块对中国大陆的作用。     

大规模GNSS网多进程并行解算研究

针对大规模GNSS网常规数据处理时效性差、效率低的问题,基于GAMIT/GLOBK软件,利用进程池技术从多时段与多子网2个维度分别设计共享内存模型数据并行算法,并融合实现大规模GNSS网在时间域和空间域上的时空一体化双层并行解决方案。该方案可突破软件传统串行处理GNSS数据时效性差、多核计算资源利用率低的限制,在测试环境下最大加速比高达19.39,可充分挖掘计算机算力,大幅提升大规模GNSS网数据处理的时效性。     

基于精密单点定位和自适应最小二乘配置建立新疆水平速度场格网模型

针对双差计算测站坐标效率低下的问题,采用GNSSer精密单点定位方式多核并行处理测站数据,加快解算速度;针对测站速度含有随机信号导致速度场建模精度降低的问题,采用最小二乘配置来估计随机信号,并引入Helmert方差分量估计来调整噪声与信号协方差矩阵间的不合理关系,建立精度更高的速度场模型。以新疆陆态网络2011~2017年连续运行基准站为例,利用GNSSer精密单点定位方式获取坐标时间序列,大幅提升了解算效率,验证了GNSSer的可靠性和高效性,证实精密单点定位可获得与双差定位基本一致的速度信息（差异在1.5 mm/a以内）;建立新疆水平速度场格网模型,结果表明,新疆水平运动速度为27.1~34.8 mm/a,整体趋势为北向偏东,自西南到东北部,运动方向由北偏东向东偏转。     

广西区域速度场模型构建与应变特征分析

利用GAMIT/GLOBK软件解算2009-01～2019-06广西地区83个GNSS站数据,获得ITRF2014框架下GNSS站速度场,并通过Kriging插值法构建广西区域三维速度场模型。联合广西及周边136个GNSS站观测结果,采用格网距离加权法计算区域应变场,并对应变场特征进行分析。结果表明,ITRF2014框架下广西区域平均水平运动速率为34.95 mm/a,优势方向为N106.3°E,垂向运动表现为区域性缓慢隆升和沉降。23.5°N以北区域呈面应变压缩变形状态,以近SN向、NW向主压应变为主;23.5°N以南区域则呈面应变拉张变形状态,并以自西向东扇形展开的张应变为主。剪切应变场表现为四周高值、中部过渡带为低值。研究区内近10 a内地震主要发生在剪切应变高值向低值转变的区域,且时空上具有从断裂带一端向另一端迁移并折返的变化特点。     

应用PANDA软件计算中国大陆水平运动速度场

利用PANDA软件计算2011-01～2014-10“陆态网络”所有基准站的单日解坐标,并采用QOCA软件解算基准站水平运动速度场。分析显示,PANDA软件水平定位精度达到2 mm,且根据QOCA软件计算的“陆态网络”基准站水平运动速度场与中国地震局发布的速度场互差RMS在东西、南北方向分别为112 mm/a、0.95 mm/a,表明计算结果准确、可靠。在此基础上,基于速度场数值结果描述了中国大陆相对欧亚板块的水平运动速度场的空间分布特征。     

中国大陆速度场在CGCS2000坐标转换中的应用研究

基于中国大陆区域2074个具有实测速度的已知测站,进行中国大陆速度场在CGCS2000坐标转换中的应用研究.采用不同内插组合方法,充分考虑未知点与已知速度测站的距离因素,使已知速度测站的数据得到充分利用.相比于单纯利用速度场格网模型,该方法得到的未知点速度精度具有较大幅度提高,其在点位X、Y、Z三个方向上的历元归算精度...     

基于2000国家大地坐标系的中国大陆速度场获取

2000国家大地坐标系(CGCS2000)不具备速度场信息,不能完整表述中国地心坐标参考框架的动态性和现势性,因此,有必要基于CGCS2000建立中国大陆速度场模型。介绍了基于CGCS2000中国大陆速度场获取的方法;利用2000~2010年国家GPS连续运行站及国际IGS站的大量重复观测数据,获得了高精度GPS连续运行站点位成果及速度场成果,发现点位水平方向的精度优于±2mm,垂直方向的精度优于±3mm;速度场南北方向精度优于每年±1.6mm,东西方向精度优于每年±1.8mm;研究了11年来国家GPS连续运行站的变化趋势及变化量,获得了各个站点的运动趋势,并与中国地壳运动观测网络重合点进行分析比较,发现其差异较小,证明了计算结果的可靠性和可行性,说明CGCS2000为速度场模型的建立可提供高精度数据。     

中国大陆地壳运动与强震关系研究

利用GPS观测结果研究了中国大陆当前地壳运动的空间分布及其所揭示的大区域构造变形背景与趋势;讨论了区域水平运动、应变率场分布与强震地点的关系;通过对昆仑山口西Ms8.1等地震区域水平运动与形变的分析,研究了强震过程的区域形变场变化的主要特征;提出了识别孕震形变场以进行中长期强震地点预测的思路和途径。     

中国沿海海洋站GNSS坐标时间序列噪声模型的建立与分析

选取中国沿海海洋站中与验潮室并址的22个GNSS基准站近9 a的观测资料,利用最大似然估计法分析各站时间序列的噪声特性,建立最优噪声模型;然后顾及有色噪声,利用最优噪声模型估计测站速度,并与纯白噪声模型和GLOBK获取的速度及误差进行对比分析。结果表明：1）沿海海洋站的GNSS时间序列均含有有色噪声,各分量的噪声特性不完全一致,E方向和U分量均以白噪声+闪烁噪声为主,N分量以白噪声+闪烁噪声和白噪声+一阶马尔科夫噪声+随机漫步噪声为主。2）全国沿海3个海区N、E分量的白噪声和闪烁噪声基本呈现越往南噪声越大的规律,南海海区U分量的白噪声和闪烁噪声最大。3）顾及有色噪声的速度中误差是仅考虑白噪声和GLOBK估计的速度中误差估计值的5～10倍,这种差异比内陆观测站的要大。4）在对海洋站GNSS时间序列进行速度分析时,为获取正确的速度值,应该先准确判断噪声的类型,再顾及有色噪声的影响估计测站速度。     

大规模地球科学知识图谱构建与共享应用框架研究与实践

地球科学（以下简称地学）知识图谱具有强大的知识表示和语义推理能力，已成为地学大数据和地学人工智能发展必要的基础设施。然而，目前的地学知识图谱研究主要面向实验场景，缺乏面向实际应用的大规模地学知识图谱构建方法和共享应用框架研究，导致尚未真正在地学领域现实应用中得到使用。为此，本文面向地学大数据和人工智能研究与应用对地学知识图谱的迫切需求，首先研究了大规模地学知识图谱的构建技术，在此基础上，提出一种覆盖地学知识图谱构建、共享和应用全生命周期的总体框架。然后，以“深时数字地球（DDE）”国际大科学计划为例，开展了面向实际应用的知识图谱平台研发实践。最后，利用该平台，构建了DDE大规模地学知识图谱，开展了知识图谱开放共享，有效实现了知识图谱应用，证明本框架可有效支撑大规模地学知识图谱的构建与共享应用。本文对于地学知识图谱现实应用价值的实现具有重要的促进作用。     

WCPS与Web传输协议的地理格网互操作耦合模型及应用研究

地理格网互操作增强了地理格网信息资源的融合能力,促进了地理格网信息资源的充分合理利用。然而,地理格网互操作解决方案复杂,通用Web协议没有针对具体地理格网互操作的定义,需研究通用Web协议与地理格网互操作的藕合。OGC WCPS是比较好的地理格网互操作语言规范。本研究在剖析WCPS语言主要特点基础上,归纳了标准的地理格网及其互操作的函数模型,分析了地理格网互操作Web实现的相关协议与标准规范,创造性地提出WCPS与Web传输协议的地理格网互操作耦合模型,针对地理格网分析的Web实现展开快速原型研究,结果表明,WCPS与Web应用协议的耦合可有效提高地理格网分析的互操作性,增强GIS基础设施的服务功能,为WCS Processing扩展标准的制定与更新提供了科学判据,从而为国家区域数字化建设提供支持。     

中国大陆东南边缘海现时地壳运动与地震动力学综合研究

在东亚大陆动力学和西太平洋动力学背景下 ,定量研究中国大陆东南边缘海的现今区域地壳运动、动力学及地震危险性。基于 1994～ 1998年福建 -台北网、中国大陆网、台湾 -吕宋 (菲律宾 )网和东亚大陆及西太平洋的 IGS网等 4种不同空间尺度的 GPS测量结果 ,结合近 10 0年来的强震震源机制解、近 2 0余年来跨断层形变网、精密水准网、激光测距网及原地应力测量等结果 ,以及地球物理数值模拟与地质学成果 ,通过对多层次构造运动的分析、多学科结果的互验互补和整体综合研究 ,获得如下结果 :( 1)本研究区同时存在陆、海相互对进的两种地壳水平运动 :大陆东南沿海 11～ 12 mm/ a向东南、海洋对大陆 3mm/ a向西北以及台湾东海岸 53mm/ a向西北的运动 ;( 2 )台湾岛可能存在着以 2 4°N附近为其旋转轴的右旋运动 ;( 3) GPS和地形变测量求出现今区域应力场主压应力方向为 NW( NWW)向 ,与不同时间尺度的地震学和地质学结果一致 ;( 4 )观测与数值模拟共同证实 ,印度板块和菲律宾海板块对欧亚板块的联合动力作用是导致本区上述地壳运动的原因 ;前者导致的地壳运动速度比后者约大 4倍 ,但前者仅导致准均匀场 ,而后者则可产生变形局部化过程的非均匀场 ,从而为强震孕育提供动力 ;( 5)菲律宾海板块在台湾东侧对欧亚板块     

矢量瓦片并行构建与分布式存储模型研究

矢量瓦片体积小、生成效率高、支持动态交互,较传统栅格瓦片有诸多优势,是下一代互联网地图服务研究的重点。为了解决当前矢量瓦片研究中处理速度慢,扩展性差等问题,本文利用并行计算框架Spark进行矢量瓦片快速构建,通过自定义转换函数,将原始矢量数据GeoJson转换成mvt瓦片集;对于生成的矢量瓦片集,本文基于分布式内存文件系统Alluxio设计一个瓦片存储模型-VectorTileStore,模型以键值对进行数据存储,瓦片元数据占据前八个键值对,单个瓦片占据一个键值对,在数据写入的同时,基于键构建一个哈希索引,用于快速访问,模型兼容海量瓦片的组织存储,具有很强的扩展性。通过实验结果表明,本文提出的矢量瓦片并行构建算法较单机构建算法运行时间平均减少49.6%,分布式存储模型VectorTileStore较传统方案更适合海量矢量瓦片存储,存取时间效率更高。     

流计算与传感网集成的城市内涝模型实时感知研究

从实时数据计算与地理过程模型集成的角度出发,针对流计算模型、系统耦合架构等难点,提出了基于开放标准的传感网与流计算耦合架构、实时内涝信息流计算模型等方法,设计并实现了一种基于流计算的城市内涝模型实时感知原型系统,并通过案例实验结果与分析,验证了方法的可行性。