基于Prophet-RF模型的GNSS高程坐标时间序列预测分析

针对GNSS高程坐标时间序列非平稳性与非线性等特点,在深入分析Prophet模型与随机森林(ran-dom forest,RF)模型特性的基础上,构建了Prophet-RF组合预测模型,解决了Prophet模型对时间序列非线性部分预测能力较弱的缺陷,且该组合模型具有较强的鲁棒性.本文选用BJFS站高程方向的连续观测数据...     

Prophet模型在GNSS坐标时间序列中的插值分析

针对GNSS坐标时间序列中存在数据缺失的问题,提出将Prophet模型应用于GNSS坐标时间序列的插值中。设计不同的数据随机缺失比例和连续缺失长度,使用Prophet模型、拉格朗日法和三次样条法进行对比实验。结果表明,Prophet模型在GNSS坐标时间序列中具有更高的插值精度并能够保持较好的稳定性,且对于连续缺失的数据插值有着明显的优势。     

基于混沌理论的时间序列区间预测

运用非参数统计的方法，作出混沌时间序列在特定概率限的区间预测，弥补了传统点预测的不足，使预测的适用性得以提高。并通过数据实证验证了该理论方法。     

基于神经网络的混沌时间序列预测

为了提高了RBF神经网络对于混沌时间序列的预测性能,从相空间重构理论出发,建立RBF神经网络,并且改变RBF神经网络训练参数及训练样本数,以Logistic及Lorenz混沌时间序列进行预测仿真,取得了不错的预测效果。     

优化EWT-NLM的自适应GNSS高程时间序列降噪方法

提出一种引入样本熵（SE）优化的经验小波变换（EWT）结合非局部均值（NLM）滤波的组合自适应降噪方法。该方法使用SE确定全部经验模态分量中低频有效信号界限,叠加其余中高频分量后进行NLM滤波处理,之后重构滤波信号与有效信号为最终降噪信号,从而达到滤除高频噪声的目的。模拟数据与实测数据的实验结果表明,优化的EWT-NLM方法整体优于EMD、EWT方法,RMSE分别降低13.41%/10.63%（实测数据/模拟数据）、7.13%/5.78%,信噪比分别提升22.03%/22.54%、9.72%/7.42%。     

一种基于MAD改进的GNSS高程时间序列粗差探测方法

针对GNSS高程时间序列中不可避免地含有粗差,以及在非线性、不平稳性的高程时间序列中粗差难以探测的问题,在传统MAD方法基础上,构建一种引入小波分析的WT-MAD粗差探测方法.利用模拟数据和LHAZ、BJFS、TWTF三个IGS站的实测高程数据进行实验,将WT-MAD法与基于最小二乘的3σ法、IQR法和MAD法进行对比...     

基于CEEMDAN和小波包多阈值的GNSS高程时间序列去噪方法

为提高GNSS高程时间序列的去噪效果,以仿真信号和拉萨站2000~2020年高程时间序列为例,采用自适应噪声完备集合经验模态分解（complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN）方法将信号分解成若干个特征模态函数（intrinsic mode function,IMF）,对每个IMF分量进行小波包多阈值分解,依据不同节点能量占IMF总能量百分比选择不同的阈值准则,将降噪后的节点重构得到降噪后的IMF分量,进而得到降噪后的时间序列。利用信噪比、均方根误差等指标对比分析本文方法、EMD、CEEMDAN、小波去噪和小波包多阈值去噪等5种方法的去噪效果。结果表明,本文方法效果最优。     

不同时间间隔下的遥感时间序列重构模型比较分析

遥感时间序列被广泛用于地表信息探测。然而受传感器和外部条件的影响,时间序列存在不同程度的噪声。时间序列重构模型能够实现时间序列去噪,但不同重构模型应用于不同时间间隔时间序列的精度不同。本文以辽宁省朝阳市为研究区,分别利用1、4、8、16和30 d间隔归一化植被指数（Normalized Difference Vegetable Index, NDVI）时间序列,进行模拟数据实验和物候监测实验,从波形还原能力和物候期提取精度2方面,评价了SG滤波、DL拟合、HANTS 3种模型在不同时间间隔下的重构效果。结果表明,SG滤波模型适用于较大时间间隔的时间序列数据,DL拟合模型适用于较小时间间隔的时间序列数据,HANTS模型对较小间隔的时间序列重构精度较低。在此基础上,从模型自身的角度分析了3者在不同时间间隔下表现的原因,并为面向不同时间间隔时间序列数据的重构模型选择提供了参考。     

基于DIA的GNSS坐标时间序列异常值探测

为解决GNSS坐标时间序列中存在异常值导致地壳形变分析受到影响的问题,首先将经典数据探测法DIA(detection, identification, adaptation)引入GNSS坐标时间序列分析中,基于谐波模型构造相应的统计量;然后采用计算效率更高的改进DIA算法进行异常值探测;最后采用模拟数据和中国大陆地壳运动观测网络(陆态网络)CMONOC实测数据对DIA算法和传统3σ法进行比较。结果表明,DIA算法能够有效探测出GNSS坐标时间序列中的异常值,准确率高于传统3σ法。相较于传统DIA算法,改进后的DIA算法计算效率显著提高。     

地下水水位预测的小波消噪时间序列模型研究

随着工农业的发展,各地区地下水开采量迅速增加,再加上人为浪费和管理不力,使地下水水位普遍下降,部分地区（带）超采现象发生,地下水资源平衡受到严重破坏。地下水水位的下降可导致地下水降落漏斗的形成、地面沉降及水质恶化等一系列水环境问题。同时,考虑到开展大规模的人工补给在短期内是难以实现的,从实用角度看,应大力加强地下水自然补给的研究。     

LOESS用于GNSS垂向坐标时间序列噪声识别与提取

针对GNSS垂向坐标时间序列噪声复杂、精度较差等特点,采用局部加权回归模型(locally weighted regression, LOESS)对中国大陆构造环境监测网络中289个GNSS站的垂向坐标时间序列进行降噪分析。首先利用LOESS方法对预处理后的时间序列进行降噪处理,得到降噪后的时间序列及噪声序列;然后采用Durbin-Watson(DW)检验对降噪后的噪声序列进行自相关性检验,同时采用Wilcoxon秩和检验方法对降噪前后序列的标准差、噪声项、速度不确定度等指标进行显著性检验;最后采用降噪前后序列的信噪比及前3个指标来定量评价降噪效果。结果表明,各测站降噪后的噪声序列不存在自相关性,采用LOESS方法降噪处理后各评价指标均有显著改正,表明LOESS方法能够有效减少GNSS垂向坐标时间序列中的噪声,进一步提高GNSS垂向坐标时间序列的精度。     

基于SSA-Sn法的GNSS坐标时间序列粗差探测

针对GNSS高程坐标时间序列中含有粗差、高程坐标时间序列不平稳、非线性变化导致异常值探测困难等问题,提出一种奇异谱分析SSA与S_n估计量相结合的粗差探测方法。利用实验模拟数据和实测数据分别对该方法的探测效果同常规3σ法和MAD法进行对比,结果表明,SSA-S_n粗差探测方法的总体探测效果更好,能够满足GNSS坐标时间序列高可靠性的需求。     

插补GNSS坐标时间序列的改进DINEOF算法

针对GNSS坐标时间序列插补中数据插值经验正交函数（data interpolating empirical orthogonal functions,DINEOF）算法受低相关度站点影响、连续长空缺插值效果欠佳的问题,提出相关数据插值经验正交函数（coefficient data interpolating empirical orthogonal functions,CDINEOF）算法。首先计算目标站点与其周围站点数据的相关度,然后筛选出相关度较高的数据构建观测矩阵,最后采用DINEOF算法对观测矩阵中的缺失数据进行插补。通过模拟数据和实测数据验证新方法的可行性,并与DINEOF算法和多项式插值法的结果进行对比分析。模拟数据实验结果表明,当观测数据存在连续长空缺时,CDINEOF算法的插值效果优于DINEOF算法和多项式插值法。实测数据实验结果表明,CDINEOF算法在保留方差最大化方面效果最好,与DINEOF算法和多项式插值法相比分别提升了11.8%和6.7%。     

海潮模型差异对GNSS坐标时间序列周期信号及噪声特性影响分析

选取FES2004、EOT11a、TPXO7.2和Chinasea2010等4种海潮模型分别对23个CMONOC沿海测站进行海潮负荷位移改正,分析不同海潮模型对中国沿海区域测站坐标时间序列的影响。定量比较高频潮波参数模型间差异对周期信号的影响,结果表明,周日、半日潮波参数差异对海潮负荷位移改正后序列长周期信号、周年信号和半周年信号功率的影响最大可达4.3%、2.6%、2.0%和9.1%、0.7%、9.6%。基于Chinasea2010和TPXO7.2海潮模型的OTL改正使WN+FN+RWN测站噪声组合所占比例增至43%,而基于FES2004模型的OTL改正对测站速度不确定度的改善最大,39%的测站得到60%~98%的改善。     

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。     

环境负载对GNSS坐标时间序列噪声特性的影响研究

基于中国大陆构造环境监测网络的连续GNSS观测数据,选取云南省25个测站的坐标时间序列研究地表质量变化对建立噪声模型的影响。计算陆地水负载、大气压负载和非潮汐海洋负载引起的测站非线性变化,采用极大似然估计对不同噪声组合进行分析,分别建立负载改正前后各GNSS测站的最优噪声模型,同时估计速度的不确定度。结果发现,云南省GNSS测站各分量的噪声特性主要表现为闪烁噪声+白噪声(FN+WN);环境负载改正能够改变坐标时间序列的最优噪声模型;用加入环境负载改正后建立的最优噪声模型估计各测站的速度不确定度,对于E、N、U分量,分别有72%、80%、68%的测站的速度不确定度变小。     

顾及三维方向的GNSS坐标时间序列粗差探测方法

针对GNSS坐标时间序列中粗差为三维位置粗差的特点,提出综合三维坐标的迭代最小二乘粗差探测方法。通过实验模拟数据,分别利用3倍中误差（3σ）准则和四分位距（interquartile range, IQR）准则对单方向和综合N、E、U三方向的粗差进行探测。结果表明,2种判别准则中,综合考虑3个方向的探测效果远好于单方向的探测效果,且探测效率均超过95%;3σ准则的探测效率稍高于IQR准则,但误判率也较高。在实测数据中的应用表明,SOPAC(Scrips Orbit and Permanent Array Center)提供的部分raw类型全球IGS站时间序列中粗差占0.1%~4.7%;运用IQR准则综合3个方向的粗差探测得到的时间序列要比cleaned trend类型更加干净。     

基于RegEM算法的GPS坐标时间序列插值应用分析

将一种基于数据驱动的RegEM算法引入GPS坐标时间序列插值中,分别采用模拟不同比例连续缺失数据与实测含缺失数据,比较RegEM与拉格朗日方法、三次样条方法、正交多项式方法的插值效果与性能。结果表明,对于模拟不同比例连续缺失数据,RegEM算法插值效果均优于传统方法,且在大量数据连续缺失的情况下效果最优;对于实测含缺失数据,RegEM方法插值所得序列保留方差最大化效果最好,约为正交多项式方法的1.17倍、三次样条方法的1.38倍。