地球物理大地测量
大型科学
计算平台

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        地球物理大地测量大型科学计算平台高精度重力场逼近与大地水准面计算系统PAGravf4.5(稳态)+地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.0(时变),由中国测绘科学研究院 重力场与垂直基准团队,集成二十年研究成果完全自主研发。科学计算平台基于公益性目的,致力于改善国内外地学领域严重匮乏此类计算资源的科技教育环境,展示大地测量魅力潜力,重构协同异构大地测量基准(多源异构地球数据深度融合的大地测量系统与多种地球观测技术协同的大地测量框架),夯实大地测量应用效能

高精度重力场逼近与大地水准面计算系统PAGravf4.5

高精度重力场逼近与大地水准面计算系统PAGravf4.5

副标题

高精度重力场逼近与大地水准面计算系统(Precise Approach for Earth Gravity field and Geoid)PAGravf4.5,严格遵循物理大地测量学理论和技术要求,通过构造地球外部各类扰动场元、多种性质地形影响统一的解析算法体系,以应对复杂情况下地球物理重力探勘与重力场数据处理需要;构建边值理论框架中重力场积分及径向基函数逼近算法体系,实现多种异质数据混叠的重力场全要素建模与1cm稳态大地水准面精化;挖掘地球重力场数据与方法在高程基准优化、统一与应用计算中的潜力,大力拓展其应用水平。

地球潮汐负荷影响与形变监测计算系统 ETideLoad4.0

地球潮汐负荷影响与形变监测计算系统 ETideLoad4.0

副标题

地球潮汐负荷影响与形变监测计算系统(Earth Tide, Load Effects and Deformation Monitoring)ETideLoad4.0,致力于采用科学一致的地球物理模型和严格统一的数值标准,构造解析相容的大地测量与地球动力学算法,精确计算地面及固体地球外空间各种大地测量观测量及参数的多种潮汐/非潮汐影响,确定与精化全球或区域形变场及时变重力场,实现地表动力环境与地面稳定性变化的定量监测,以促进多种大地测量监测技术协同与多源异构大地测量深度融合。

科学计算平台集课堂教学、自学练习、应用计算与科学研究于一体,适合大地测量与地球科学、地质与地球物理、测绘工程与地理信息、航天与卫星动力学、以及地震与地球动力学等领域高年级本科生、研究生、科研和工程技术人员。

两套科学计算软件系统,在Visual studio 2017 x64集成环境中,采用QT C++(界面)、Intel Fortran(核心功能模块)和mathGL C++(数据可视化)代码级混合编程技术研发PAGravf4.5包含近50个win64程序和500多个功能模块,ETideLoad4.0包含50多个win64程序和600多个功能模块为方便课堂教学与自学练习,两套软件系统均配置完整计算样例。每个程序样例目录下包含操作流程、输入输出数据和程序界面系列截图文件。完成全部样例练习后(每套软件约5个工作日),基本具备独立使用软件系统的能力

PAGravf4.5科学计算系统架构
ETideLoad4.0科学计算系统架构
多种监测技术协同与多源异构数据深度融合原则

多种监测技术协同与多源异构数据深度融合原则

副标题

(1)构造科学一致的地球物理模型、严格统一的数值标准和解析相容的大地测量与地球动力学算法,统一时空监测基准和参考历元,创建空天地海多种大地测量技术协同监测的数理基础环境。

(2)同类多源异构大地测量监测量时序,通过基本大地测量约束或联合测量平差方法(按需要附加监测基准参数),逐历元实现深度融合。

(3)多种类型监测量时间序列,通过物理大地测量、固体地球物理或环境地质动力学约束(按需要附加动力学参数),实现解析深度融合。

(4)通过重构多种监测技术、多源异构数据之间的大地测量与地球动力学时空关联,同步提高时空监测分辨率,拓展时空监测范围,非富监测要素类型,揭示监测对象的地球物理结构和动力学特征。

典型应用

典型应用

副标题

区域形变场与地下水储量变化无缝连续监测

20152016年,利用三峡地区及周边26CORS站、8座重力台站和1座地倾斜台站(点位分布如图)数据,结合河流水文站、气象站的日平均,以及多种卫星测高、资源三号卫星遥感和GRACE卫星重力等观测数据,采用负荷动力学同化方法,综合确定了20101月至20156月三峡地区2ʹ×2ʹ地面垂直形变(图1)、地面重力(图2)、地倾斜(图3)、地下水(图4)及地面稳定性月变化量格网时序。

结果显示:(1)地面垂直形变监测精度5mm,地面重力变化监测精度10μGal。多种大地测量综合的地表动力环境多要素监测方法可行。(2)三峡地区地面垂直形变年变化幅度36mm,大地水准面年变化幅度28mm,地面重力年变化幅度117μGal。(3)长江截流后整个库区的地下水变化量达到每平米增大近0.5m3,影响范围由长江中心线向两边地区扩展超过150km

CORS网地质灾害监测预警能力评估

20172018年,利用浙江省丽水温州及周边38CORS2015年至2017GNSS连续观测数据,结合39座气象站日平均大气压数据,采用已知负荷移去恢复法,计算了20151月至201712月丽水温州地区1ʹ×1ʹ地面垂直形变、地面重力及地面稳定性月变化量格网时间序列。通过定量跟踪地面稳定性变化(如图),评估CORS站网地质灾害前兆捕获能力。

图7_3.png图7_4.png图8_1.png图8_2.png

结果显示:(1CORS网具备地面稳定性降低的时间与地点、持续作用时间与空间影响分布的连续定量跟踪监测能力,具备地质灾害灾变过程追踪与前兆捕获能力。(2)地质灾害发生前,CORS网通过连续监测地面垂直形变、地面重力和地倾斜变化,能提前检测到稳定性降低信号,从而捕获灾害前兆。(3)丽水温州地区CORS站网的地质灾害前兆提前捕获率可达92.5%

海岸带重力场及大地水准面精化

   2011年,针对海岸带大地水准面精化技术难题,提出了较为完整的复杂多源重力场数据融合技术方案,并综合高度不同、交叉混叠、精度差异、分布不均的地面、航空、船载、卫星重力场及多种卫星测高数据(图1),精化了海岸带地区陆海统一重力场,进而基于Stokes边值问题解法,采用局部地形影响与参考重力场组合移去恢复技术,精密确定2.5′×2.5′我国陆海统一的地面扰动重力(图2)、地面垂线偏差、重力似大地水准面(图3)和海面地形(图4)数字模型,使得我国海岸带重力大地水准面首次达到厘米级精度水平。

  经国家测绘产品质量检验测试中心采用280余个GNSS水准点检核,陆海重力似大地水准面中误差3.9cm

  自然资源部大地测量数据处理中心用沿海12省市2010年之前的GNSS水准成果,对海岸带陆海重力似大地水准面进行外部检核,统计结果如表。

(1)天津、上海的地面在2010年之前的一段时间内存在数厘米下沉,境内GNSS水准残差高程异常均值小于总体均值(-0.12m)。

(2)其余省市平均值最大互差不超过3cm,这说明沿海省市重力似大地水准面在厘米级精度水平上是解析无缝的。

(3)中国国家1985高程基准传到海南岛后,在1cm精度水平上无明显差异。


地面沉降与高程基准监测维护

✍2016年,在山东省开展CORS网、重力卫星与水准网联合的垂直基准监测维护示范工作。

2017年,在陕西汉中地区联合CORS网和重力卫星开展区域时变重力场与地下水储量变化无缝连续监测。

2018年,在天津市开展多源多种大地测量综合的地面沉降与区域高程基准稳定性监测。

2019年,在浙江省台州市开展时序InSAR与CORS站网联合的地面沉降监测。

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结果显示:

(1)CORS站不仅能以毫米级精度直接连续监测地面垂直形变,而且与GRACE卫星跟踪卫星监测全球重力场变化原理一样,能以更高时空分辨率、更敏感地监测区域重力场的微小变化。综合地面和卫星多种大地测量,能有效提高地表动力环境多要素监测水平。

(2)在海岸带附近和城市路面,InSAR监测量受地表非形变信息严重干扰,与CORS网时空监测基准统一后,可修复大气延迟误差,补偿负荷潮垂直形变影响,提高地面非线性时变监测能力(图4)。

20200611

学术与技术交流
2020-06-22
针对海洋区域离岸距离5~30km的范围内船载重力测量数据覆盖空白的现状,基于已有测线数据,对其进行不同空间距离采样形成对应的采样序列。利用动态时间规整算法计算其与初始测线数据的相关系数,依据相关系数与采样距离之间的关系,确定了最优重采样空间...
2012-10-25
对海岸带多源重力数据和地形特点,通过理论分析和试算,对若干影响厘米级似大地水准面确定的关键问题进行了剖析,得出一些有益的结论。我国海岸带Molodensky一阶项对高程异常的贡献在10~30cm,需在Molodensky框架中精化重力似大地...
2020-06-28
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