ITRF97参考框架下的中国大陆区域地壳板块运动背景场的建立及应用

利用中国地壳运动观测网络工程基准站和基本站的GPS实测结果 ,构造了一个ITRF参考框架下的、充分反映现今板块运动特征的、更为精确的现代中国大陆区域板块运动模型 ,介绍了这一工作的思路、方法和最终结果 。

国际地球参考框架(ITRF)的原点和无整体旋转

目前国际地球参考框架(ITRF)建立和维持中,参考架原点和其定向随时间演变的约束上,并没有遵循协议地球参考系(CTRS)的定义。ITRF的定义和实现不一致的这种特征,将对毫米级地球参考框架的构建产生重要的影响。分析和讨论了最新的国际地球参考框架(ITRF2005)的原点和定向随时间演变的问题,并提出了目前可能解决的办法。

国际地球参考框架2000(ITRF2000)的定义及其参数

对国际地球参考框架2000(ITRF2000)的定义、主要参数及其应满足的条件进行了研究,重点指出了它和历史上的各个ITRFyy的不同,并阐述了各个ITRFyy的联系和区别,给出了它们之间相互转换的参数。

ITRF参考框架和历元对点位坐标的影响

ITRF参考框架和历元历来是卫星大地测量研究的重要内容,随着星站差分的普遍应用,ITRF参考框架和历元在工程应用中也越来越多。参考框架和历元的不同,会引起同一点坐标的差异。为了进一步阐述参考框架和历元,本文首先阐述了地心地固坐标系、地球板块运动、板块漂移的速度场以及它们之间的关系,从而引出建立ITRF参考框架的目的以及框架间的转换方法;其次文章以实际算例说明了板块漂移速度对点位坐标的影响,全球板块漂移速度平均每年约3 cm,地球板块相接处漂移速度会变大;最后文章列举了美国喷气动力实验室、加拿大自然资源大地测量局和澳大利亚地球科学局GNSS数据处理结果的参考框架和历元,给出了星站差分、国家CORS、国家高精度GPS A级网和一些自建的盆地GPS控制网的参考框架和历元,为专业测量人员在国内外施工提供参考。

国际地球参考框架ITRF2014评析

国际地球自转服务组织IERS于2016年1月22日发布了最新的国际地球参考框架ITRF2014。相对于ITRF2008,ITRF2014在测站坐标运动学模型中增加了两个非线性项,即季节项和震后形变。由于更加精确地描述了测站的位移,ITRF2014的精度要优于ITRF2008。然而,ITRF2014的函数模型增加了新的季节项参数,且季节项参数与转换参数线性相关。因此,框架实现时必须对新增加参数施加对应的约束条件。不同的约束方式会导致不同的ITRF实现。本文详细介绍了国际地球参考框架建立中的基本理论概念,回顾了建立框架时可能用到的各种约束方式,对ITRF2014所用的坐标运动模型进行了分析,并对其季节性信号存在的问题进行了评述。

地球参考框架的实现和维持

以ITRF、WGS84等参考框架为例,介绍参考框架的实现和维持方法;在此基础上,归纳总结这些框架间的联系、区别和组合原理,以及最新版本ITRF2005的实现方法。

论地球参考框架的维持

地球参考框架的维持,是指给出随时间变化的框架点坐标。一般有两种形式,即给出速度模型或坐标时间序列。全球参考框架(主要指ITRF)的维持不断趋于完善,区域参考框架一般是指对ITRF的加密。由于区域参考框架的维持主要是通过GPS技术建立CORS网来实现的,因而对IGS实现和维持的参考框架作简要介绍。讨论区域参考框架维持的两种技术途径,并对我国地球参考框架的维持提出几点看法。

一种ITRF框架坐标的间接测量方法

在大范围的精密工程与大地形变测量问题中,选择ITRF参考框架是一种具有现实意义的方法。在具体问题中有时不能直接利用GPS测量相关点位的坐标,或者由于各种原因导致直接利用GPS测量的ITRF坐标误差不能满足具体需要。针对这种问题进行分析,提出一种GPS测量与常规大地测量相结合进行测量大地坐标的方法计算ITRF框架坐标,并对相关重要问题进行分析与研究。

国际地球参考框架数据管理的瓶颈与研究策略

分析了ITRF数据管理的瓶颈——甚大规模对称矩阵的数据管理问题。提出将对称矩阵从半结构化形式转换成全结构化且具有固定字段数的关系型表,再用扩展关系模型原理,建立基于对称-关系模型的数据库。这种对称-关系数据模型理论既能用于管理关系型的数据表又能管理对称矩阵。若用于附甚大规模对称矩阵的ITRF成果数据集,可提高ITRF成果的数据存储、管理和网上发布的效率。

参考框架、坐标变换和地壳运动

讨论参考框架、坐标变换和地壳运动的关系,说明主要由于地壳运动使得参考框架的问题变得十分复杂,而只有通过连续观测,如GPS等连续观测,和对地壳运动的观测与深入研究,才能有效地维持参考框架。简要介绍ITRF(国际地球参考框架)框架的发展与现状,介绍层次不同的三种ITRF2000框架和时空效果不同的三种参考框架,说明这些框架之间的关系。相似变换不仅用于坐标变换,还用于研究不同参考框架(或位移基准)下的相对运动,特别是区域内的相对运动。由于地壳水平和垂直运动有不同的特点,在研究相对运动时应分别作相似变换处理。坐标变换也必须考虑地壳水平和垂直运动的不同特点,分别作变换,以避免垂直运动对水平坐标分量的影响,使得到的坐标变换参数有时效性。建立GNNS等连续观测站是维持参考框架的最有效途径。

CORS坐标参考框架更新探讨

CORS系统运行过程中,由于站点的相对沉降、搬迁、天线更换等原因,导致基准站/网坐标发生了明显变化,必须进行局部站点或站网更新。本文阐述了CORS坐标参考框架的更新原则、方法,针对广东省CORS改造升级过程基准站坐标变化情况,发现了引起基准站坐标变化的天线罩问题,并研究了"偏心观测量"的处理方案;研究解决了个别基准站坐标更新及基准站网坐标参考框架更新问题,保证了广东省CORS系统的持续、高精度运行及站网坐标参考框架的延续。

地壳运动的参考框架

由于包括GPS测量在内的大地测量方法都属于相对测量 ,因此在用大地测量观测结果研究地表观测点的位移时 ,得到的位移图像与所采用的参考框架有关。介绍了WGS84系列和ITRF系列的两种全球参考框架 ,包括它们的定义、实现和维持的方法、两者间的一致性以及参考框架的转换。对局部变形分析提出了一种局部参考框架 。

区域性参考框架的实现和稳定性评估方法研究

以ITRF、IGS等全球参考框架为例,简单介绍全球大地参考框架目前的研究进展和所面临的问题,在此基础上展开区域性参考框架的研究,主要介绍目前区域性参考框架的研究现状和实现方法。同时,基于全球性坐标框架ITRF的稳定性主要评估方法,提出了一种基于区域性参考框架转换参数的方法来评估框架稳定性。

GNSS定位成果在不同ITRF框架间的转换方法研究

GNSS直接定位成果的坐标基准同观测时刻定位所采用的卫星星历基准是一致的,但有时需要获得测站在不同ITRF框架及对应不同历元的坐标,因此基准转换和历元转换是需要的。本文探讨使用约束平差法和速度场法对GNSS定位成果基准和历元进行转换,并分析所能达到的精度,试验结果表明:两种方法都可以达到5 cm左右的转换精度。

ITRF框架基准在高精度GPS测量中的统一

介绍了ITRF(国际地球参考框架)的建立及不同ITRF框架基准的转换关系,讨论了高精度GPS测量中地面点基准的转换。

国际地球参考框架的原点

随着近年来空间大地测量学的不断发展,地球的质量中心(CM)与几何中心(CF)再也不是不可辨别的了。现在,国际地球参考框架(ITRF)原点被确定为CM,显示出相对真实的CM有从几毫米到1cm范围内的季节性变化。由于科学家们研究地球的季节性及短时间尺度的动态形变,并开始把观测的地心运动与地球物理学模型的预测结果进行比较,参考框架显现出了因未考虑地心运动带来的明显误差。本文讨论了ITRF原点的性质,探讨了GPS测量对于地心运动的敏感性。我们发现地心运动的非线性值并没有包含在ITRF中,当前国际地球参考框架原点的特性在长趋势上反映地球的质量中心,但在季节性上反映几何中心。ITRF原点的本质取决于所采纳的运动学模型和无模型的网络运动。现有ITRF的原点应该定义新的术语来精确地反映CM的本质。这样,原点将保持其现有的长期稳定性,从而把季节性时间尺度的原点精度提高到亚毫米级水平。通过1度形变方法,GPS在测定季节和更短时间尺度的地心变化方面具有提供有价值信息的潜能。

地球参考框架的建立和维持

详细总结了ITRF等参考框架的原理,分析了其优缺点和特性并分析了不同地球参考框架的区别。本文在协议研究的基础上,结合我国实际,提出了建立我国新一代地球参考系统的若干建议。

地球参考框架建立的进展与非线性维持的思考

为实现毫米级地球参考框架,必须逐步完善高精度非线性维持技术。本文首先详细介绍了地球参考框架的建立进展,包括国际地球参考框架和历元参考框架的建立历程;然后对非线性维持技术的研究现状进行阐述,指出对地球参考框架非线性维持的两种思路,包括基准站非线性变化建模和历元参考框架建立。最后对构建毫米级地球参考框架提出展望,建议适当增加和完善地面监测网,特别是南半球欠发达地区,利用更长、更大范围的原始数据积累,完善现有框架;增加坐标非线性运动和地心运动的数据积累,并进行深入分析,从而建立精确的改正模型;尽可能准确识别坐标时间序列中的噪声,建立格网噪声模型,从而更加精准地分离真实信号和噪声。

CGCS2000、WGS84以及ITRF框架坐标之间的差异和转换方法

本文详细介绍了CGCS2000、WGS84以及ITRF框架坐标的定义、特点以及相互之间的联系,强调了当前使用WGS84坐标系应该注意的问题;重点探讨了ITRF各框架内以及CGCS2000与WGS84框架外之间的转换问题以及CGCS2000坐标的获取方法。

大地坐标框架理论和实践的进展

分4个方面对2006年10月9日德国慕尼黑国际大地测量会议(GRF2006)的主要内容进行了介绍:1)全球大地坐标框架的进展和评估,并指出了最新的国际地球参考框架2005(ITRF2005)的特点;2)区域大地坐标框架,如欧洲、美洲、北美等区域大地坐标框架的现状和进展;3)高程基准的现代化,介绍了美国和欧洲建立现代化高程基准的进展,探讨了全球高程基准统一的途径;4)构建大地坐标框架中的个别问题,如:甚长基线干涉技术和卫星激光测距技术对确定大地坐标框架的作用、如何削弱大地坐标框架点位周期性变化对用户定位的影响、对采用零潮汐系统的改进意见等。