GNSS-MR技术在海洋潮位监测中的应用

为提高海洋潮位监测结果精度,引进GNSS-MR技术,设计海洋潮位监测方法。设计GNSS大地监测系统的观测站位于海洋平面附近,确保由接收机接收的信号为直射信号经过直接反射后合成的信号,实现基于GNSS-MR技术的海洋潮位信号采集;使用二阶多项式处理方式,去除趋势信号中的直射信号,在现有信号的基础上,利用时序残差,转换发射信号处理尺度;根据每日能反演的各卫星的反射信号反馈结果,以对应的观测潮台监测时刻潮高为依据,计算得到多个测站的实时空间点,以此为依据,实现对潮位变化的监测与反演。以某地区海港岸边GPS连续运行观测站作为研究场所,设计对比实验,实验结果证明:设计方法可以有效提高监测结果的准确性。

基于BDS信噪比的潮位监测精度分析与评估

基于非洲东海岸MAYG站2020年年积日268~366的信噪比(SNR)数据开展GNSS-IR(global navigation satellite system interferometric reflectometry)监测海平面高度研究,并与Dzaoudzi验潮站的实测潮位进行对比。结果显示,BDS-GEO不适用于岸基测高;BDS-MEO的监测精度优于BDS-IGSO和GPS。

河北智能型警戒潮位监测点建设探究及应用

河北是遭受各种海洋灾害影响最严重的省份之一,其中风暴潮是造成河北直接经济损失的主要灾害类型。现有的海洋监测设施布放间距较大,不能满足当前防灾减灾需求。为提升全社会海洋灾害防御意识,做好风暴潮的防灾减灾工作,依据河北公布的风暴潮4色警戒潮位值,设计了一种集实时潮汐监测和相关气象信息为一体的警戒潮位智能监测系统。该系统由支撑基础、供电模块、气象及液位传感器、数据采集与转发模块、终端管理系统组成,在沿海地带建设的智能潮位监测点建设成本低、建设速度快且占地面积小。智能潮位监测点的设立,有效提升了河北海洋灾害预警监测能力,同时可为河北海洋灾害预警预报、海洋防灾减灾等提供重要数据支撑和决策依据。

秦皇岛地下水与海平面综合监测站的改建工程——总体思路与应用展望

秦皇岛地下水与海平面综合监测站是由中国地质环境监测院主持的国家地下水监测工程(自然资源部)中三个野外试验场改建项目之一,由河北地质环境监测院具体负责实施。文章详细论述了改建工程的总体思路、各实施环节的具体做法、运行效果、研究进展及其监测成果应用前景。改建项目以始建于1981年的秦皇岛海平面观测站为基础,充分利用监测站所处位置的典型性和代表性。丰富监测要素,拓宽监测领域,实现数据采集、存储及传输等全过程的自动化。在改建总体思路指导下,对监测井内外壁、进水孔和井底的淤泥沙、生物附着物及化学沉积物等进行吹淤或铲除。监测井内更新国产SCA11-3A型浮子式水位计,建立海上小型气象观测站。建成了一个涵盖海平面、海水温盐、大气降水、气压、气温、湿度、风速风向等八项监测指标并且能够实现远程实时传输监测数据的自动化程度较高的现代化综合监测站。建成五年来,综合监测站运行结果表明,改建工程非常成功,运行效果明显,达到了改建工程的预期目的。获取的连续高质量监测数据将为秦皇岛乃至环渤海湾地区地下水循环演化、海水入侵、海岸带生态环境修复及地下水污染治理等提供关键数据支撑。

黄骅港潮汐监测与发布系统

介绍了中国黄骅港潮汐监测与发布系统的研究背景和意义,详述了系统的总体结构、技术方案及功能,介绍了系统使用的计算数学模型,最后展望了该系统的应用前景。

基于小波分析的多模多频GNSS-MR潮位反演

基于小波分析方法,利用GPS、GLONASS、Galileo和Beidou观测数据,通过对不同类型的信噪比数据进行质量分析,筛选质量较好的数据提取瞬时潮位。实验结果表明,基于小波分析的多模多频GNSS-MR潮位反演可大幅提升潮位反演结果的时间分辨率,且精度与LSP方法相当,可达到dm级。

小波分析在GNSS-IR潮位反演中的应用

针对全球卫星导航系统多径反射(GNSS-IR)反演潮位值时易出现时间分辨率不足,而当前常用的多模多频法不适用于所有测站,加窗法会使反演结果精度降低的问题,提出1种小波分析反演方法:利用小波变换分析方法提取信噪比序列的瞬时频率,然后反演瞬时潮位值;最后分别以美国SC02站17 d数据和香港HKQT站13 d数据加以验证,并与经典法、加窗法的反演结果进行分析比较。实验结果表明,用小波变换分析法反演潮位值的精度能达分米级,并且可由原先1段信噪比序列反演1个潮位值提升至单历元信噪比反演1个潮位值,反演点个数大幅增加。

基于潮汐调和分析的全球定位系统-多路径反射测量技术潮位预报

基于全球定位系统的多路径反射(GPS-MR)测量技术的潮位监测已经成为验潮站监测的有效补充,但较少学者利用GPS-MR反演潮位进行潮汐调和分析和预报。为了验证GPS-MR潮位预报的可能性,利用美国大陆板块边缘观测组织(PBO)提供的GPS信噪比数据进行潮位反演,将该反演结果重采样为等间隔潮位序列,利用该潮位序列计算各分潮的调和常数,并进行潮汐预报。通过与美国海洋与大气局(NOAA)提供的实测验潮数据进行对比,结果表明:GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位具有一致性,相关系数为0.94,均方根误差为0.16 m;经样条函数拟合后的1 h GPS-MR潮位序列预测结果同采用验潮站潮位进行预测结果精度相当,同验潮站实测潮位的均方根误差为0.14 m,相关系数为0.97。可见,利用GPS-MR技术进行潮位监测和预报是可行的。

小波分析辅助GPS-R潮位反演

针对使用全球定位系统反射信号测量技术(GPS-R)分离海面直射信号时,低高度角情况下、低阶多项式方法容易出现偏差的问题,提出了一种利用小波分析方法去除直射信号的海面潮位反演算法。通过美国华盛顿州SC02测站2016年年积日(DOY)第92—97天连续6 d观测数据进行验证,结果表明,使用改进的小波分析方法,能够更好地拟合信噪比变化情况,获得更高精度的卫星反射信号;潮位反演精度在L1波段有较小的降低,而在L2波段反演精度有明显的提升。

近海GNSS监测站综合应用技术初步分析

随着对全球卫星导航系统在不同领域应用的不断探索,逐步兴起的GNSS-R技术在大气、海洋遥感领域的应用得到迅速发展,目前,近海GNSS监测站逐渐显示出其在诸多领域的综合应用价值。以位于美国Friday Harbor海岸的SC02站2011―2015年的连续实测数据为例,分析其在地表形变、水汽监测、潮位变化监测等3个不同领域的具体应用。研究结果表明,近海GNSS监测站可以同时应用于地表形变、水汽变化及潮位变化监测,从而进一步拓展了沿海GNSS监测站的应用空间。

GNSS-IR潮位反演中高仰角数据质量控制方法

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system-interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术可利用信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)数据包含的多路径信息反演潮位,但通常需限制仰角范围,导致可用数据量少以及时间分辨率不足。针对上述问题,提出一种数据质量控制方法,重构SNR残差序列获得仅受多路径影响的SNR序列,再设计并训练Transformer神经网络模型对数据进行分类,在潮位反演前筛除无效SNR数据,将高仰角数据纳入可用范围。实验表明,该方法可大幅度提升高仰角数据有效率,将反演站点的可用数据仰角范围扩展至5°~30°,从而显著提升可用数据量和潮位反演值的时间分辨率,对利用GNSS-IR技术的海啸、风暴潮实时监测等应用和长期海平面变化等海洋研究具有重要意义。

GPS-IR用于验证3种海潮模型及其在近海区域的精度分析

随着GNSS理论和应用的快速发展,基于多路径效应的全球定位系统干涉反射测量(GPS-IR)技术已被学者证明可用于潮位变化监测。针对海平面逐年上升、不断侵蚀沿海地区的严峻形势,也为进一步拓展GPS-IR技术在海洋潮汐领域的应用空间,利用布设在美国华盛顿州的GPS基准站(SC02站),对GPS基准站获取的13年的潮位数据进行潮波分析,并结合传统验潮站数据对3种全球海洋潮汐模型TPXO6.2、TPXO9和DTU10进行精度分析与对比试验。试验结果表明,通过GPS-IR反演潮位获取的振幅和迟角与对应验潮站获取的振幅和迟角差异较小;GPS基准站反演潮位获取的潮波系数与利用海潮模型计算得到的潮波系数具有较高的一致性,而且GPS-IR技术在用于获取潮波系数上有着较高的精度。