GNSS水准高程变化自适应融合的垂直形变分析

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)与水准是获取垂直形变量的重要手段,由于不同的仪器、误差模型、数据处理方法等因素,GNSS、水准两类高程变化结果之间存在系统偏差问题,由此提出了一种GNSS与水准高程变化的自适应融合方法。首先利用自适应最小二乘配置建立GNSS与水准重合点两类高程变化量之间的转换模型;然后利用转换模型修正其他GNSS控制点的高程变化量;最后利用反距离加权法建立区域高程变化速度格网模型。实验以山东省水准网与GNSS控制网数据为例,利用高程变化较一致的60个GNSS水准点建立高程变化转换模型,实现了GNSS与水准高程变化的有效融合,削弱了GNSS大地高变化与正常高变化之间的系统偏差,提高了山东省区域高程变化分析的可靠性。     

远距离海岛高程基准传递关键技术研究

GNSS水准法远距离海岛高程基准传递方法基于GNSS测量的陆海大地高差,结合由重力、地形和重力场模型等信息拟合的高程异常差,求取陆海之间的正常高差;再结合陆地已知水准点成果,实现海岛高程基准的传递。对多源数据融合技术和基于重力场信息的高程异常融合技术进行了阐述,并以青岛市黄岛地区为例,验证了该方法的有效性。     

北京市沉降区CORS站高程基准变化分析

根据北京市连续运行参考站(CORS)系统多年累积的连续观测数据,研究CORS站坐标高程基准的变化规律,利用北京市沉降区高程水准复测的高差结果验证其准确性,得出以下结论:CORS站垂直方向运动普遍存在明显的周期变化,虽然部分测站的两种高差结果相差较大,但全球卫星导航系统(GNSS)高差与水准高差的趋势项相似度极高,北京市...     

利用自适应水准网动态平差建立山东垂直运动速度模型

大地测量技术是地面沉降灾害监测的重要手段,其中水准测量是地壳垂直运动速度的经典观测手段。针对多期水准网测量数据中的异常误差,提出一种多期水准网自适应动态平差方法。改进等价权函数,进一步抑制观测数据中的异常误差影响;采用最小二乘配置方法,建立区域垂直运动速度模型。以山东境内及周边二等水准网数据为例进行验证,验证结果表明,该方法有效削弱了水准观测数据中异常误差影响,提高了二等水准网动态平差精度;并通过获取的山东省最近十年高精度垂直运动速度,得出了山东区域北部、西部整体上呈下降运动趋势,东部、东南整体上呈缓慢上升趋势的结论。     

芦山地震科考水准数据处理分析研究

主要利用芦山地震科考的水准测量项目提供的数据进行处理分析,处理过程中利用二网点"石棉SCSM"的GNSS(Global Navigation Satellite System,GNSS)数据获取了该点的绝对速率变化值,并将得到的绝对速率变化值融合到水准网的动静态平差中,然后将动态平差后水准环与摩西线公共点"Ⅰ新石46-1"的速率变化值引入摩西线的水准点速率变化计算中。最后对处理结果进行了后续的分析,给出区域年垂直形变速率图,并尝试对鲜水河断裂带的中谷-康定段进行了几何参数的反演。     

顾及波浪影响和深度约束的水下控制网点绝对坐标的精确确定

为解决传统海底控制网点绝对坐标确定费时费力、垂直解精度不高的问题,提出一种顾及波浪影响和深度约束的水下控制网点绝对坐标精确确定方法。首先,开展了波浪影响研究,提出水下控制网点间高差确定方法以及利用该高差和GNSS垂直解的网点绝对高程确定方法。在此基础上,提出附加深度约束的圆走航单点绝对三维基准传递法、深度约束的二维自由网平差法及联合点间高精度深度差的组合约束平差法和三维联合约束平差法。最后对提出的方法进行验证。该方法可提高作业效率,将传统方法高程确定精度提高了1个量级。     

基于GNSS的北京市地面沉降监测研究

利用GNSS技术可以得到大地高,要想得到正常高必须精确已知高程异常.对于垂直变形监测,人们关心的是高程变化量而非高程本身.本文对利用GNSS大地高的变化量取代水准高的变化量的可行性,基准点选取及精度分析,参考框架的建立,大气改正模型的确定等内容进行分析研究.并通过2012年和2015年两期北京市实测GNSS观测数据得到的沉降量与精密水准结果比较分析,验证了GNSS监测地面沉降方案的可行性.     

利用GNSS水准成果融合构建中国大陆垂直运动模型

水准和全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)成果是研究中国大陆垂直运动的重要数据,充分发挥水准点高精度和GNSS点分布均匀的优势,有利于提升垂直运动模型的可靠性。在融合过程中,针对水准和GNSS成果缺少重合点导致速度融合失效的问题,提出一种基于模型结果融合的方法,分别利用水准和GNSS成果建立垂直运动模型,并基于模型格网点精度及控制点与模型格网点的最近距离联合确定两类模型点权值,逐点加权平均,实现两类模型的融合;针对利用反距离加权方法建模过程中观测点速度精度和空间距离均影响定权结果的问题,提出了权因子相乘的方法,合理确定各因素影响程度。综合利用国家一等水准网、国家GNSS大地控制网等成果,基于双因子相乘的方式定权建立单源垂直运动模型,并按照基于结果融合的方法建立了中国大陆垂直运动模型。结果表明,华北、苏沪一带沉降严重,极个别区域沉降速度达100 mm/a;东北、西藏一带呈现隆升趋势,局部隆升速度达5 mm/a;其余地区垂直运动相对稳定。     

单模型的联合平差试验

本文讨论了在摄影测量单模型平差中,利用大地观测数据及外方位元素观测值与摄影测量进行联合平差时对平差结果的影响:距离和高差分别对平面精度和高程度都有明显的改善,角度观测值对平面和高程精度都有所改善;精度较高的像片外方位元素可使无控制点条件下的平差达到或接近仅有四个控制点的平差精度;各种观测值联合平差比单独平差的精度有不同程度的提高。     

基于GNSS水准和重力场误差特性的大地水准面精度评估方法

缺乏有效的大地水准面成果精度评估方法,是高程基准现代化及其成果应用面临的关键问题。本文基于GNSS水准高程异常与重力场频域误差特性,研究GNSS水准与重力地面高程异常融合的技术要求,进而提出一种大地水准面成果的误差表达与精度评估方法。经示例测试分析,得出主要结论如下:①实用地面高程异常(即融合后的似大地水准面)精度,应采用随距离非线性变化的高程异常差误差曲线表达;②似大地水准面的精度评估,推荐采用两项误差指标和两条误差曲线共4个要素完整表达,即重力地面高程异常差误差、实用地面高程异常内部误差、实用地面高程异常差误差曲线与GNSS水准高程异常差误差曲线;③当两个GNSS水准点间距离接近或小于所有GNSS水准点平均间距时,GNSS水准高程异常对实用地面高程异常的贡献起主要作用;④较大空间尺度的实用地面高程异常精度主要依靠重力地面高程异常控制。     

一等水准成果构建的中国大陆垂直运动模型研究

国家多期一等水准网成果是研究中国大陆地壳垂直运动的宝贵数据.综合利用国家三期一等水准网成果,分析中国近50年地壳垂直运动变化趋势.首先,确定水准重合点高程变化量,计算重合点变化速率;然后,基于拟合点和检核点残差分布评估常用插值方法的优劣性,确定最优建模方法;最后,构建基于水准成果的中国大陆垂直运动模型,分析各区域垂直运...     

高程系统定义分析与高精度GNSS代替水准算法

从高程系统定义出发,探讨高程基准面的重力等位性质,测试分析不同类型高程系统地面点高程之间的差异,考察GNSS代替水准与实际水准测量成果的一致性,进而提出新的GNSS代替水准算法。主要结论包括:(1)当精度要求达到厘米级水平时,正常高的基准面也应是大地水准面。中国国家1985高程基准采用正常高系统,其高程基准面是过青岛零点的大地水准面。(2)近地空间中等解析正高面与大地水准面平行,GNSS代替水准能直接测定地面点的解析正高,但正常高系统更有利于描述地势和地形起伏。(3)本文给出的GNSS代替水准测定近地点正常高算法,大地高误差对正常高结果的影响比大地水准面误差大,前者影响约为后者的1.5倍。     

利用大地边值问题方法统一全球高程基准

为解决世界各国高程基准差异的问题,提出联合卫星重力场模型、地面重力数据、GNSS大地高、局部高程基准的正高或正常高,按大地边值问题法确定局部高程基准重力位差的方法。首先推导了利用传统地面"有偏"重力异常确定高程基准重力位差的方法;接着利用改化Stokes核函数削弱"有偏"重力异常的影响,并联合卫星重力场模型和地面"有偏"重力数据,得到独立于任何局部高程基准的重力水准面,以此来确定局部高程基准重力位差;最后利用GNSS+水准数据和重力大地水准面确定了美国高程基准与全球高程基准W₀的重力位差为-4.82±0.05 m²s^-2。     

联合EMD-HD和小波分解的GNSS坐标时间序列降噪分析EI北大核心CSCD

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)在GNSS坐标时间序列的降噪过程中存在筛选准则的选取和模态混叠效应等问题,本文引入Hausdorff距离(Hausdorff distance,HD)筛选准则并结合小波分解(wavelet decomposition,WD),提出EMD-HD&WD算法。通过对我国大陆构造环境监测网络149个GNSS测站的垂向坐标时间序列降噪处理,分别利用复合指标T值、测站的速度不确定度和闪烁噪声振幅验证算法的可靠性和普适性。结果显示:HD优于现有的筛选准则;EMD-HD&WD算法对测站的速度不确定度和闪烁噪声振幅的平均改正率均为88.4%。分析表明,本文算法能够有效识别和剔除噪声并且改善EMD的模态混叠效应,提高GNSS垂向坐标时间序列的模型精度。     

连续中间法三角高程测量权的探讨

在测量平差过程中,权的选取会对平差结果造成一定的影响。定权不合理会导致高差观测值改正数分配不合理,严重时会扭曲三角高程平差值,继而平差结果不能真实反映实际观测。本文在分析连续中间法三角高程测量原理的基础上,依据权的定义及误差理论,推导了中间法三角高程测量平差计算中权的确定公式,得出了权与测站距离平方和成反比的定权方法,该方法能客观地反映中间法三角高程测量高差观测值间的权比,有助于改善三角高程测量的精度。     

改进的GNSS/水准点优化选择的逐步剔除法

GNSS/水准联测点的合理选择对GNSS高程拟合至关重要,剔除法是一种较好的优化选点方法,传统的剔除法是以高程异常拟合误差最小为目标函数进行优化选点,可能会出现选点不均匀情况。鉴于此,提出根据GNSS/水准点生成的泰森多边形面积大小进行优化选点,并在此基础上对传统优化选点的方法进行改进,即同时考虑高程异常拟合误差大小及由泰森法生成的多边形面积大小进行优化选点（称为综合法）。以1~3次多项式拟合模型为研究对象,实验结果表明,GNSS/水准点优化选择的综合法可在改善点分布的同时获得稳定性好、精度较高的高程异常拟合结果。     

基于块体模型的青藏高原及邻区地壳三维构造形变分析

2020珠峰高程测量,获得了丰富的青藏高原及邻区的GNSS监测数据。本文收集了陆态网、尼泊尔CORS网GNSS长期观测数据,计算了该地区20多年GNSS三维速度场,利用GRACE模型精化了垂直速度场,通过活动块体模型,从地壳运动、块体运动与应变、块体相对运动等多个方面研究了青藏高原地壳运动与构造形变特征。研究表明,青藏高原地壳形变具有明显的分区特征,南北向收缩主要表现在拉萨块体,东西向伸展主要表现在巴颜喀拉块体,中部羌塘块体没有明显水平挤压,但地壳隆升速率最大,且水平面积有扩大趋势,本文研究能够在一定程度上支持青藏高原地壳增厚学说。     

GNSS精化高程与拟合高程一致性分析与检验

针对似大地水准面精化和利用GNSS大地高获取点位的正常高在进行水准拟合这两种获得点位高程的问题,采用Bland-Altman一致性算法,进行两种测量结果的差值、比值和百分比值三种方法进行作图分析,计算它们的一致性界限和一致性界限范围内的比例,并做出一致性推断。通过河南省某地的实例分析,提出的Bland-Altman一致性算法能较好地解决两种测量方法的一致性问题,研究结果表明通过Bland-Altman的一致性界限分析,可以解决似大地水准面精化和GNSS水准拟合高程是否具有一致性的问题。提出的采用Bland-Altman算法进行两种测量方法的一致性算法,实现了两种测量方法的是否具有一致性的定量分析。     

Mutual validation of GNSS height measurements and high-precision geometric-astronomical leveling

The method of geometric-astronomical leveling is presented as a suited technique for the validation of GNSS (Global Navigation Satellite System) heights. In geometric-astronomical leveling, the ellipsoidal height differences are obtained by combining conventional spirit leveling and astronomical leveling. Astronomical leveling with recently developed digital zenith camera systems is capable of providing the geometry of equipotential surfaces of the gravity field accurate to a few 0.1 mm per km. This is comparable to the accuracy of spirit leveling. Consequently, geometric-astronomical leveling yields accurate ellipsoidal height differences that may serve as an independent check on GNSS height measurements at local scales. A test was performed in a local geodetic network near Hanover. GPS observations were simultaneously carried out at five stations over a time span of 48 h and processed considering state-of-the-art techniques and sophisticated new approaches to reduce station-dependent errors. The comparison of GPS height differences with those from geometric-astronomical leveling shows a promising agreement of some millimeters. The experiment indicates the currently achievable accuracy level of GPS height measurements and demonstrates the practical applicability of the proposed approach for the validation of GNSS height measurements as well as the evaluation of GNSS height processing strategies.