基于CGCS2000新框架的地物坐标更新策略研究与分析

本文针对未来CGCS2000框架更新后,由此衍生的全国各类实体坐标成果的更新策略和方法进行分析研究,为未来CGCS2000框架维持在GPS布点、数据处理方法及达到的精度方面提供思路和应对策略。采用地形及面积与我国大致相同,且可以公开下载的国外密集的CORS站数据,设计、处理形成了研究所需的不同时长的GPS观测数据集及厘米级、分米级CGCS2000坐标数据仿真集。分别讨论了天文大地网CGCS2000坐标从分米级至厘米级的提升,以及基于CORS的CGCS2000新框架衍生的实体坐标转换的实施方法和策略。对转换到新框架下影响坐标转换精度的因素:格网内插方法、控制点密度、搜索范围、格网间距等进行充分试验分析,确定了:①天文大地点CGCS2000精度从分米级到厘米级提升的最大控制点间距为2.2°,相应为230 km,即全国需要布363个点;但顾及地方框架的自身维护,各省(市)至少有4个站,则全国需在2178个天文大地点进行GPS观测。②要实现新的CGCS2000框架下实体坐标间隔10年的动态更新,若布设985个CORS站,在我国东部和中部控制点间距分别为482 km、西部地区为107 km时可达到5 cm的精度;而全国布置2170个CORS站,对应我国东部、中部、西部地区控制点密度分别为118、374、75 km时可达到3 cm的精度。因试验区为地理近似而非完全一致,本文所得结论和实际会有差异,仅为我国框架衍生的各类实体坐标成果更新机制提供参考和借鉴。

基于现框架下的省市级CORS站到CGCS2000的转换

随着2000国家大地坐标系(CGCS2000)在全国推广应用的逐步深入,解决地方依托CORS站进行当前历元和框架下的测绘产品向CGCS2000转换的问题变得十分迫切。主要介绍如何将新建省市级CORS站坐标转换为CGCS2000下的坐标,供实际应用参考。

天文大地网与GPS2000网联合平差数据处理方法

介绍了天文大地网与GPS2000网联合平差数据处理中的主要数学模型、大规模稀疏矩阵的有效解算方法,用Helmert方差分量估计算法进行地面网的方差分量估计,并用该方法对我国天文大地网的观测数据及空间网数据进行联合平差,得出全网平均点位的点位中误差为0.11 m,点位精度95.5%优于0.3 m。

联合平差中的方差分量估计问题的探讨

天文大地网与GPS空间网联合平差从大的方面分为空间网与地面网两部分。空间网主要是GPS点的三维地心坐标及协方差阵 ;而地面网又涉及到多类观测值 ,主要包括方向观测、导线边、天文方位角三类观测值 ,且各类观测值又分为不同等级的观测。空间网与地面网之间、地面网不同类观测之间及同一类不同观测等级之间的权比不正确将直接影响平差结果 ,因此 ,各类观测值的最佳权匹配就成为联合平差的一个关键。本文就Helmert方差分量简化算法及Baumker简化公式用于联合平差中方差分量估计问题进行讨论 ,并用我国天文大地网 1万点的地面观测数据进行实算、比较、分析 。

大尺度空间域下1980西安坐标系与WGS84坐标系转换方法研究

针对在大范围内进行坐标转换时常用的坐标转换模型,分析将WGS84坐标转换为西安80坐标时根据不同精度已知点及不同大小的转换区域进行坐标转换所能达到的精度,对所用模型转换误差在全国各区域的分布情况进行分析,并以图的形式直观地显示出来,供应用部门使用时参考。

用InSAR技术进行形变监测的研究

卫星合成孔径雷达干涉技术((InSAR)通过对地面同一地区两次或多次平行观测成像得到的复图象对进行处理可获得数字地面模型,用以监测地表面变化。本文简单叙述了(InSAR)基本原理、处理流程及方法,并通过天津SAR数据的处理,详细介绍了SAR数据处理整个过程,之后给出了基于ERS-2天津地区原始数据的实验结果形成的干涉图及数字高程图。

适用于不同椭球的高斯平面坐标正反算的实用算法

本文详细介绍了适用于不同椭球的高斯投影正反算公式中子午线弧长或底点纬度的计算方法,并给出了实用公式。该公式简便实用,便于计算机实现。为验证此公式的正确性,本文最后用该公式计算了54椭球子午线弧长及底点纬度计算式中的各系数,与天文大地网推算的相应系数进行了比较验证。

空间网与地面网联合平差数据处理方法注

针对联合平差数十万个观测值 ,近 2 0万个未知数来说 ,如何有效地组织数据 ,管理数据 ,最大限度地压缩内存是联合平差数据处理的关键。本文主要讨论联合平差数据处理中的主要函数模型和随机模型、大规模稀疏矩阵有效的解算方法并用软件加以实现。作为实例用此软件对小范围的实验区数据进行平差 。

我国高精度GPS陆海垂直运动监测网的数据处理

为了分离海平面与验潮站所在陆地的垂直运动并获得海平面变化的绝对信息 ,对由沿海 5个验潮站组成的高精度 GPS陆海垂直运动监测网的 1998年一期观测数据 ,采用 GAMIT和 GL OBK软件进行了处理 ,并顾及了影响高程因素中由于方位不对称引起的大气延迟及改进的 Niell模型。最终 GPS监测网达到了毫米级的高程精度。

ITRF2008框架简介

介绍ITRF2008采用的策略,所用站点的分布,各项转换参数的精度以及相对于ITRF2005的改进。ITRF2008是基于4个空间大地测量技术(VLBI,SLR,GPS和DORIS)重新处理解的国际地球参考框架精化版本。ITRF2008与ITRF2005这两种技术解的尺度符合度在历元2005.0为1.05±0.13 ppb和0.049±0.010 ppb/a。ITRF2008定向(在历元2005.0)和速度与ITRF2005一致。ITRF2008与ITRF2005的原点在历元2005.0沿X、Y和Z轴的差异分别为:-0.5、-0.9和-4.7 mm。两框架之间的Y和Z平移速率差为零,X平移速度0.3 mm/a。这些参数的估计误差分别为0.2 mm和0.2 mm/a。ITRF2008原点的精度在SLR观测时间段内在1 cm以内。ITRF2008尺度的精度在VLBI和SLR两种技术的共同观测时间段内在1.2 ppb以内。

根据空间网与地面网转换模型确定高斯平面坐标精度的实用模型

介绍根据GPS网平差计算得到的GPS点的空间直角坐标及其协方差阵如何得到高精度的高斯平面直角坐标的精度以及高斯平面基线的精度,并介绍和推导能达到毫米级的数学模型,供实际工程中使用,有广泛的实用价值。

采用经典大地测量技术确定珠峰大地高(2005)的研究

以往对常规测量数据进行处理时,常采用平面与高程分别平差得出珠峰峰顶(山头或觇标)相应于某椭球的平面位置(经纬度)与大地高。提出采用平面与高程进行联合处理的方法,并就这两种方法采用的模型、数据处理方法及最终结果(主要是大地高)进行讨论与分析,并与GPS的结果进行比较,分析其差异。

全球大地测量基准动态修正与服务

目标是建立高精度的全球动态地心坐标参考框架,形成我国独立自主的全球大地测量基准动态修正与服务体系,以满足国家经济建设、国防建设、科学研究以及测绘行业现代化对高精度动态基准日益增长的迫切需求。该年度首先从理论上对全球动态地心参考框架维持中观测数据的误差特性进行了分析,对不同观测数据融合时融合方法、函数模型、随机模型构建进行研究,对全球框架观测台站动态特性及稳定性进行分析,并基于多项原则对全球框架核心站点或控制站点进行优化选取,同时考虑到全球及我国框架的高精度维护,课题该年度还开展了基于多种大地测量技术手段确定地球质心的方法的研究,用全球分布GNSS观测台站10年观测数据,采用不同的技术和方法初步获得的地球质心的运动变化信息。在大网平差算法研究及软件实现上,研究了全球动态地心参考框架数据处理分布式计算技术,完成法方程层面及观测方程层面的参考框架数据处理分布式计算算法研究;完成多模卫星定位数据集成处理原型软件的模块设计和代码编写及大规模网数据组合和平差处理原型软件的模块设计和代码编写;研究基于国内大规模的GNSS区域网的地心坐标参考框架维持方法;为建立高精度全球动态地心坐标参考框架与维持奠定基础。

全球大地测量基准动态修正与服务

目标是建立高精度的全球动态地心坐标参考框架,形成我国独立自主的全球大地测量基准动态修正与服务体系,以满足国家经济建设、国防建设、科学研究以及测绘行业现代化对高精度动态基准日益增长的迫切需求。该年度首先从理论上对全球动态地心参考框架维持中观测数据的误差特性进行了分析,对不同观测数据融合时融合方法、函数模型、随机模型构建进行研究,对全球框架观测台站动态特性及稳定性进行分析,并基于多项原则对全球框架核心站点或控制站点进行优化选取,同时考虑到全球及我国框架的高精度维护,课题本年度还开展了基于多种大地测量技术手段确定地球质心的方法的研究,用全球分布GNSS观测台站10年观测数据,采用不同的技术和方法初步获得的地球质心的运动变化信息。在大网平差算法研究及软件实现上,研究了全球动态地心参考框架数据处理分布式计算技术,完成法方程层面及观测方程层面的参考框架数据处理分布式计算算法研究;完成多模卫星定位数据集成处理原型软件的模块设计和代码编写及大规模网数据组合和平差处理原型软件的模块设计和代码编写;研究基于国内大规模的GNSS区域网的地心坐标参考框架维持方法;为建立高精度全球动态地心坐标参考框架与维持奠定基础。

联合平差中的方差分量估计问题的探讨

参加天文大地网与GPS2000网联合平差的空间网与地面网,都经过了单独平差。获得了各自的坐标平差值及协方差;天文大地网平差后也形成坐标平差值及协方差。从理论上讲联合平差可采用坐标及协方差参与平差或观测值直接参与平差,前者平差模型比较简单。

2000国家大地坐标系椭球参数与GRS 80和WGS 84的比较

根据2000国家大地坐标系(CGCS2000)的定义及其所定义的4个基本椭球常数,推导CGCS2000椭球的主要几何和物理参数,比较这些参数与GRS80和WGS84椭球相应参数之间的差异,给出CGCS2000椭球与GRS80及WGS84椭球定义的正常重力值的差异,并分析在CGCS2000及WGS84系下同一点坐标的差异。研究表明:CGCS2000椭球上的正常重力值与GRS80,WGS84椭球上的正常重力值的差值分别约为-143.54×10-8m/s2和0.02×10-8m/s2。同一点在CGCS2000与GRS80和WGS84下经度相同,纬度的最大差值分别为8.26×10-11″(相当于2.5×10-6mm)和3.6×10-6″(相当于0.11mm)。

基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位

我国的北斗卫星导航定位系统目前已经发射9颗北斗卫星,北斗区域卫星导航系统的基本系统已建设完成,正开展星地联调和测试评估工作,已经具备我国范围内的初步三维定位导航能力。本文研究北斗和GPS的时间系统/坐标系统的统一、卫星广播星历与卫星位置计算,以及二者的高精度定位算法,并实现了北斗和GPS载波相位的数据融合和高精度联合定位,最后通过2011-09-29的实测数据和处理结果证明了本文方法的正确性,同时为北斗二号系统的调试提供了相关试验与结果。

CGCS2000板块模型构建

基于中国地壳运动观测网络2001—2010年跨度长达10年的观测数据,采用基准优选、变异点数据分段处理等策略,计算获得ITRF2005框架下高精度速度场。同时针对国际上现有的NNR NUVEL1A、APKIM2005、PB2002等板块模型在中国区域适应性差,基于中国地质构造特性及实际速度场解算结果,构建了中国20个二级板块模型CPM-CGCS2000。采用本文提出的用板块模型参数将站点归算至CGCS2000的方法对板块模型进行外部检核,并用此方法验证所建的二级块体模型,精度可达2～3 cm。与国际上现有比较成熟的速度场模型———ITRF2005、APKIM2005、PB2002、NUVEL1A及国内文献[1—2]的板块模型进行的比较表明,CPM-CGCS2000板块模型实际精度优于目前现有的模型。

图件更新北京54和西安80坐标系转换方法研究

本文结合国土资源调查图件更新北京54和西安80坐标系转换的具体特点,对各种坐标转换模型进行了分析,研究了一种实用的坐标转换模型。在此基础上编制了适用于国土资源调查中图件更新北京54和西安80坐标系转换特定用途的坐标转换软件,利用实际资料对软件进行了测试分析,测试结果表明,这种实用的坐标转换方法可以满足国土资源调查对坐标转换精度的要求。

我国高精度GPS陆海垂直运动监测网的建立与精度分析

为了将验潮站得到的海平面变化信息与验潮站所在陆地垂直运动分离开来 ,获得海平面变化的绝对信息 ,在我国沿海 5个验潮站建立了一个高精度的 GPS陆海垂直运动监测网。采用 GAMIT和 Globk软件对数据进行处理 ,并顾及影响高程因素中由于方位不对称引起的大气延迟及改进的 Niell模型 ,我们最终得到 GPS监测网毫米级的高程精度。