基于GNSS的区域参考框架维持方法研究

高精度区域参考框架是空天地大地测量观测系统的基础,也是国家重大基础设施的基础。大地测量基准不仅为各类传感器观测提供统一的参考基准,也为地球几何测量、地球重力场以及地球动态变化监测提供参考基准。空间大地测量技术是现代参考框架建设与维持的主要手段,尤其是全球导航卫星系统(GNSS)技术以其具有的高精度、全天候、实时性等优势,特别适合于区域参考框架的动态监测与维持。地球是不断变化的弹性体,导致高精度的GNSS时序信息中隐含了各种构造信号、地球潮汐信号、板块运动信号、地形局部变化信号、季节性变化信号等多种非线性信号。采用GNSS进行参考框架监测与维持必须精细扣除各类系统噪声的影响,还需反演各类地球表层和内部运动信息,进而求得能够实际表征地球参考框架的点位坐标信息。基于此,论文系统地探讨了GNSS观测的时空特性与非线性影响,并基于中国北斗导航卫星系统(BDS-3)系列观测,系统研究中国区域参考框架构建与维持相关理论与算法,同时以复杂环境下的山区区域作为示范区进行了试验分析与验证。论文的主要研究工作和成果包括以下6个方面。

顾及起算点误差的区域参考框架约束方法研究

利用Helmert转换模型,首先对起算点先验坐标可能存在的粗差进行探测并剔除,其次依据剩余起算点坐标的相似变换构建最小约束条件,最后实现整网坐标框架的确定。选取中国境内及周边IGS站和陆态网GNSS基准站单周观测数据,采用IGS站ITRF2014坐标分别构建参数加权约束、最小约束、顾及IGS站先验坐标误差的Helmert模型约束,然后利用不同的基准约束平差方法获取整网坐标成果。实验结果表明,利用Helmert模型能有效削弱起算点坐标粗差对网形扭曲的影响,在一定程度上可提高区域参考框架的精度和可靠性。

地球参考框架ITRF2008在中国大地基准中的应用

利用国际地球参考框架ITRF2008及中国大陆连续基准站数据,分析了ITRF2008与ITRF2005及CGCS2000的差异,得出ITRF2008比早期的模型精度更高,但也存在着一定的差异性,这与观测台站、板块本身,数据解算策略等因素有关;中国地壳板块运动的不均匀性和复杂性造成了CGCS2000的变化,需对其进行动态维护。同时对CGCS2000与ITRF2008之间转换的方案也作了初步讨论。

高精度GNSS服务中对流层映射函数的影响性分析

针对GNSS服务中如何获取高精度的大地高以及GNSS气象中对流层湿延迟项,文中采用3种试验方案,利用对流层变化复杂的香港区域CORS,分析不同映射函数在不同高度角时对精密服务的影响。结果表明:在高度角为15°时VMF1、GMF、NMF映射函数获取基线重复性相当,天顶延迟变化规律一致;在低高度角为10°时,基于VMF1映射函数的基线重复率更好,对大气变化的敏感性更强,GMF映射函数获取的天顶延迟精度较好,NMF映射函数获取的精度较弱。

基于三角剖分与方向线拼接的高精度坐标转换格网模型的建立

结合图形学思想,提出基于三角剖分与方向线拼接的算法构建高精度坐标转换格网模型。以中国东部与南部某城市数据为例进行比较,结果表明,该方法能发挥图形结构在已知点选取中的作用,有效控制误差传递,获取很好的拼接效果,且各三角形子区互不影响,拼接区不存在拼接缝,验证了该方法的可行性与可靠性。

顾及区域属性的不规则似大地水准面的移动窗口拼接方法

针对我国陆地区域似大地水准面具有不等精度性与不规则性特点,提出顾及区域属性的似大地水准面移动窗口拼接算法。采用我国西南某区域的似大地水准面进行拼接试验,验证该算法可行性与可靠性。结果表明,考虑区域属性可增强拼接区域中精度相对高的控制作用,有效削弱拼接区的系统偏差,拼接精度较优于拟合拼接的方法;同时,该算法模型严密、计算效率快。

日本大地震(Mw 9.0)对中国大地基准框架的影响

搜集日本震前与震后中国大地基准33个观测站10 d的GPS数据,采用相同的数据处理模式将震前与震后结果统一到相同的框架与历元下,分析日本大地震对中国大地基准的影响。计算结果表明,日本大地震对我国东北及沿海大地基准站影响稍大,平面变化最大将近2.2 cm,垂直变化最大将近2.0 cm,对内陆大地基准站影响不明显。我国东北地区有向东南方向变化的位移,且我国大地基准大都略有抬升,这与此次地震机理较一致。

广西北部湾沿海地区水鸟多样性及季节变动

于2010年开始,对广西北部湾沿海地区水鸟多样性及其季节分布和变动情况进行调查研究。结果广西北部湾沿海地区共调查记录到水鸟151种,隶属于8目24科,其中国家重点保护鸟类有19种。本地区水鸟以冬候鸟比例最大,占51%。水鸟多样性的季节变动巨大,夏季主要是鹭科和秧鸡科鸟类为多,到冬季鹭科鸟类减少,鸻形目鸟类大幅度增加。水鸟的时间分布大致划分为迁徙期、繁殖期和越冬期,部分水鸟的繁殖、迁徙、越冬期有交叉重叠。

基于地基GPS与MODIS遥感影像的映射函数与大气可降水汽分析

为了提高短期和中小尺度灾害性天气可降水汽预报的准确性和实时性,利用西安地基GPS数据和MODIS遥感影像,采用NMF、GMF和VMF1映射函数设计了4种获取天顶干延迟初始值的方案,探讨了映射函数对计算天顶总延迟的影响。结果表明:在卫星高度角为10°时,VMF1映射函数反演效果和精度最佳,GMF映射函数次之,NMF映射函数最弱,而在卫星高度角为15°时,上述3种映射函数效果相当。最后,结合综合水汽含量与可降水汽的关系,通过计算地基GPS和MODIS遥感影像综合水汽含量,得到了地基GPS和MODIS遥感影像可降水汽(PPWV-GPS,PPWV-MODIS),并拟合了二者之间的线性关系,结果为PPWV-MODIS=1.421 7PPWV-GPS-2.143,相关系数为0.952 1。

基于双差GPS Kalman滤波的方法实时动态监测水汽变化

基于双差模型的地基GPS反演水汽法通常滞后时间一般为1～2h,而基于非差精密单点定位技术,由于目前无法解决卫星钟差问题,基本也是事后处理模式,且通常反演的水汽时间分辨率较低。研究基于双差GPS卡尔曼滤波的方法实时动态监测水汽变化,采用西安地区地面沉降监测网的数据并利用双差网解的方法和精密单点定位程序,验证了该算法的有效性。

附加对流层约束的大高差区域短时GNSS网解及其性能

大落差高山区域GNSS监测严重受制于对流层延迟影响,导致定位精度降低。本文提出附加地面点对流层延迟先验信息约束方法,实现短时同步双差观测高精度解算。该方法能充分利用远距离地面站网的增强信息,显著减少高山区域监测的观测时长,增大站间距离,降低山区测量任务的作业成本。本文从观测时长、基线距离时空特性及基站数量3方面进行适用性试验验证,试验结果表明,以地面站点长期GNSS观测获得的高精度对流层延迟作为约束,可有效削弱大落差引起的残余对流层延迟的影响,提高整周模糊度固定率,实现山顶监测点的快速高精度定位和对流层延迟参数估计;与非约束法相比,对流层先验约束后各坐标分量精度均有所提高,高程方向精度提高明显。

TDI-CCD的空间分辨率特性

TDI-CCD的极限分辨率为空间采样频率的一半,且受到像元几何孔径、电荷转移失效率、速度匹配和电荷转移离散运动的影响。在低光照度下,分辨率则将受到噪声限制。TDI级数对分辨率的影响被详细分析。结果表明TDI-CCD具有优良的低光照扫描特性。

我国东北区域参考框架的空间关系时空特性研究

以东北地区2005~2018年近14 a的中国地壳运动观测网络数据为基础,采用三角划分方法构建相邻区域的基线时间序列,从频谱特征、残余共模误差、空间相对运动规律3个方面进行时空特征分析。结果表明,基线各分量的周期性影响主要以年周期和半年周期为主;基线之间的残余共模误差在平面方向的影响约为1.14 mm,垂直方向的影响最大为3.17 mm;平均随机影响在东西方向最大;基线水平分量在空间尺度上逐年缩短,以北东方向的基线为主,在南北分量尤为明显,且在近海和内陆地区都有较明显的缩短趋势。

区域似大地水准面拟合方法及适用性分析

结合地形复杂程度、面积大小、GPS/水准精度与重力似大地水准面分辨率等特点,系统分析了多种区域似大地水准面拟合方法的特点及适应性,并将其成功应用于多个省市似大地水准面精化,取得良好效果。

GPS可降水汽与MODIS可降水汽回归性分析

地基GPS可反演大气可降水汽,为气象预报提供高精度的大气水汽数据。然而GPS观测仅可以提供离散点的水汽值,MODIS却可以提供空间连续变化的水汽值,但MODIS水汽反演误差的存在使其不能满足气象预报的精度要求,因此两种遥感水汽的融合研究尤为必要。基于此,该文利用西安2006年7月-2009年7月7期GPS观测数据、地面气象实测数据和对应的MODIS数据,研究了GPS与MODIS两种遥感水汽间的回归关系,在考虑水汽的季节性变化的基础上建立了两者的回归模型,并由此建立了直接对MODIS反演水汽值的校正模型。根据多个经验模型,确定了西安GPS湿延迟与GPS可降水汽的比值:夏季取6.00、冬季取6.52。

PTV-GC/MS-SIM法检测卷烟烟气中的B[a]P

采用程序升温汽化(programmed temperature vaporization,PTV)大体积进样与气相色谱-质谱选择离子扫描模式(GC/MS-SIM)联用,检测了卷烟主流烟气中苯并[a]芘(benzo[a]pyrene B[a]P),优化了PTV-GC/MS-SIM检测卷烟烟气B[a]P的参数。样品经反相C18固相萃取柱(solid-phase extraction,SPE)纯化后的洗脱液不再需要浓缩,直接应用PTV技术进样,提高了洗脱液的利用率,缩短了分析时间,提高了GC/MS-SIM检测卷烟烟气B[a]P的灵敏度。

提高CO_2膨胀烟丝内在质量的技术研究

为了提高CO2膨胀烟丝的内在质量,采用正交试验设计法分析膨胀热端工艺(气体温度、气体风速、蒸汽流量)对膨胀烟丝内在质量的影响;根据热端优化结果,分析来料烟丝水分、浸渍时间对膨胀烟丝内在质量影响。结果表明:在试验范围内,来料烟丝水分22.0%、浸渍时间80s、工艺气体温度240℃时,膨胀烟丝内在质量最佳,应用到配方中,感官质量明显提高。因此,较低的工艺气体温度,较低的来料烟丝水分、较短的浸渍时间对膨胀烟丝的内在质量是有利的。

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。

1954年北京坐标系和1980西安坐标系精度分析及其适用性研究

利用分布均匀、精度高、现时性好的参心坐标系与2000坐标系重合点成果,采用基准转换Bursa模型,利用转换残差分析了全国54坐标系和80坐标系成果平面精度,客观地评价了其适用性,对继续或终止使用80坐标系和54坐标系提出了合理的建议。

一种顾及坡度因子与极值的地表面积计算法

针对局部地形的非线性变化与图形的极值信息对地表面积计算结果的影响,提出了一种顾及坡度因子与图形极值的地表面积计算法,分析了地表面积计算理论与误差。最后以中国西部具有典型地貌特征的两县数据为例进行试验分析。试验结果表明,该方法在一定程度上对局部地形逼近具有一定的改进,宏观上与规格格网交叉对角划线法具有一定的相似度。文中推导的三角网面积传递误差可初步表明考虑局部地形坡度因子与极值的地表面积计算结果可靠性更高。