基于Ka/Ku波段测高及船载重力数据的全球海洋重力异常模型构建研究

海洋重力数据在海洋大地测量学、地球物理学、物理海洋、航空航天及军事应用等诸多领域都有重要的意义。随着卫星测量技术的发展,卫星测高已成为反演海洋重力最主要的数据来源。随着测高数据的不断获取,急需对不同类型的测高数据进行最优融合。近海海域中波形数据由于受到陆地影响,一定程度上降低了测高数据的精度。另外,海底地形变化剧烈的海域对应的大地水准面变化剧烈,也影响了重力反演的精度。因此,论文主要就测高数据精度分析、测高数据精细化处理、不同频率测高数据融合、重力异常最优反演方法及重力异常模型精化等方面展开系统地研究,最终建立全球高精度高分辨率的海洋重力异常模型。论文的主要研究内容和成果如下。

融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据,利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron,MLP)建立南海海域(108°E—121°E,6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先,将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据,将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据,训练MLP神经网络模型,训练结束时决定系数R2为99%,平均绝对误差MAE为39.33 m.然后,将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中,可得格网正中心点处的预测海深值.最后,根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比,其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时,为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度,本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得:MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度,更能反应海底地形的变化趋势.

自适应滤波在GPS测速中的应用

GPS定位以及测速误差中包含有卫星星历误差、电离层、对流层延迟以及多路径效应等多种误差,对GPS的测速精度有着十分重要的影响,减小其误差的一种重要的方法即为卡尔曼滤波。由于GPS测速难以确定动态噪声和观测噪声,因此,标准卡尔曼滤波往往不能时时满足假设条件,而致发散。采取自适应的滤波方法对其进行改进并进行了比较,取得了较好的结果。

基于重力异常迭代延拓的南海海底地形反演

通过迭代延拓法对重力异常进行向下延拓,并对导纳法反演的中国南海海底地形进行精度评估。首先,利用HY-2A高度计数据通过最小二乘配置法计算得到重力异常,使用迭代延拓法将重力异常延伸至延拓面;然后,利用重力异常与海底地形的相干性,确定海深反演波段为20~115 km。基于CRUST 1.0全球地壳模型,得到均衡补偿模型参数,海深反演结果表明,均衡补偿导纳海深模型比未补偿导纳海深模型的精度提高约9 m,并且两个反演水深模型略优于ETOPO1水深模型和DTU10水深模型,利用迭代延拓法提升重力异常计算海底地形的精度;最后,给出影响海底地形反演精度的主要因素。

浅谈解析法在分析管线碰撞问题中的应用

城市地下管线设施承担着维持城市正常运行的重要任务,然而各类地下管线埋设错综复杂,因此摸清各类地下管线的位置、属性等重要信息就成为涉及各类管线工程中的一个重要任务。而当把每一类专业管线汇集到一张图纸上时,就不可避免的出现了对综合管线碰撞逻辑的检查问题。笔者通过采用求公垂线、点到直线的距离等数学方法,得出了一种实用的碰撞问题检查方法,并且通过大量试验证明了该方法的可行性和准确性。

集成奇异谱分析和自回归滑动平均预测日本近海海平面变化

本文从日本沿岸选取了28个验潮站及联测的GPS站,利用奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,SSA)和SSA+自回归滑动平均(Auto Regression Moving Average,ARMA)方法预测了2014—2018年的近海海平面变化和地壳垂直变化.并用同时段的验潮及GPS的实际测量值进行验证,结果显示,SSA+ARMA预测的相对海平面精度为0.0357~0.0607 m,地壳垂直运动的精度为0.0049~0.0077 m,绝对海平面的精度为0.0433~0.0683 m,且三者SSA+ARMA的预测结果均优于只用SSA预测的结果.在此基础上本文利用SSA+ARMA预测了日本沿岸2019—2023年的近海绝对海平面变化,结果显示,2019—2023年的平均海面高较往年(2014—2018)升高0.0353 m,2003—2023年绝对海平面的变化率为0.0039 m·a^-1,预测结果较为理想.

GPS/INS松组合与紧组合的实现与定位精度比较

GPS/INS组合导航技术包括两种组合模式:松组合与紧组合。在此分别给出了两种组合模式的算法,编程实现了GPS/INS松组合、紧组合两种组合导航的算法,并在此基础上根据车载组合导航的实测数据,对定位精度进行了比较分析,得出紧组合相比于松组合能够获得更好的定位精度。

三种精密星历内插方法的比较

GPS(Global Positioning System)主要包括三种精密星历的内插方法,分别是拉格朗日内插、牛顿内插、契比雪夫多项式拟合。作者运用MATLAB编程计算阐述了内插精度与内插阶数的关系,并通过实例计算得到了一些比较有意义的结论。

附子理中汤对脾阳虚大鼠AQP4-ANP-pGC轴的影响

目的:从水通道蛋白4-心房利尿钠钛-非可溶性鸟苷酸环化酶(aquaporin4-atrial natriuretic peptide-particulate guanylate cyclase,AQP4-ANP-p GC)通路探讨附子理中汤温阳健脾祛湿的作用机制。方法:选清洁级Wistar大鼠120只,分为空白组、假手术组、模型组和附子理中汤高、中、低剂量组共6个组,每组20只。空白组常态饲养。假手术组与模型组采用"肩胛骨间棕色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT)切除术+高脂饲料喂养+隔日寒冷环境刺激"方法造模(假手术组只找到BAT但不切除)。术后第1天始喂高脂饲料共30 d。在模型组基础上,高、中、低剂量各组分别予附子理中汤40,20,10 g·kg^(-1)·d^(-1)灌胃,其他组给予等体积的生理盐水灌胃。于给药30 d后(其中模型组于造模成功后第1天)取材,苏木素-伊红(HE)染色观察大鼠胃窦与回肠组织病理形态学变化;酶联免疫吸附法(ELISA)检测ANP含量;实时荧光定量PCR(Real-time PCR)法检测AQP4 mRNA表达情况;蛋白免疫印迹法(Western blot)检测AQP4含量。结果:大鼠胃窦与回肠组织HE染色光镜下观察可见,附子理中汤各剂量组大鼠胃肠组织病理学改变均有不同程度的减轻,以高剂量组效果明显。与空白组和假手术组相比,模型组AQP4,ANP含量及AQP4 mRNA相对表达量降低(P<0.05,P<0.01)。与模型组相比,中、高剂量组AQP4,ANP含量及AQP4 mRNA相对表达量升高(P<0.05,P<0.01)。结论:附子理中汤可能通过影响AQP4-ANP-p GC通路中AQP4,ANP含量及AQP4 mRNA表达以参与脾阳虚证大鼠水液代谢的调节。

基于有效波高和风速的Jason-1高度计海况偏差改正六参数模型

海况偏差(Sea State Bias,SSB)是卫星高度计测量海表面高度主要的误差源之一.本文采用Jason-1高度计Ku波段cycle060-cycle140的地球物理数据(GDR),基于泰勒展开公式对海况偏差构造以有效波高和风速为变量的32种参数模型.对测高数据进行编辑,根据海面高、有效波高和风速对所有模型参数进行求解,对求得的模型进行决定系数检验,获得最优的六参数模型.通过将六参数模型的海况偏差校正值与Jason-1高度计GDR数据的非参数模型海况偏差校正值相对比,计算两者互差的rms为1.47 cm,说明六参数模型的海况偏差估计值和非参数模型的海况偏差整体吻合度较好.利用交叉点处海面高不符值和验潮站数据分析六参数模型的海况偏差估计值改正后的海面高观测精度.六参数模型的海况偏差估计值可以将交叉点海面高不符值的rms降低0.001 m.在其他条件都相同的情况下,六参数模型得到的海况偏差估计值改正后的海面高与验潮站数据差值的标准差以及相关系数均略优于GDR中非参数模型的海况偏差改正的海面高与验潮站数据的差值.所以本文的海况偏差六参数模型可以提高雷达高度计的测高精度.