国家大地参考框架动态维持理论与方法研究

发布时间：2017-03-26 20:06

  本文关键词：国家大地参考框架动态维持理论与方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：国家大地坐标系的发展与科学技术发展息息相关,先前建立在参考椭球面上的国家大地坐标系大都属于二维参心坐标系。随着科技进步,尤其是以全球导航卫星系统(GNSS)为代表的现代空间技术的迅猛发展,这些参心坐标系已不能满足国民经济发展需求,迫切需要建立与GNSS相适应的地心坐标系。因此,各个国家为陆续建立和采用了以地心坐标系作为新一代的国家大地坐标系的坐标系更新换代工作,随着国家大地坐标系的更新,作为国家大地坐标系具体实现,以GNSS技术为观测手段的国家大地参考框架的高精度动态维持也需要纳入常态化。地心坐标系作为国家大地坐标系,原点是位于包括海洋和大气的整个地球质量中心,是最符合描述地球运动规律的大地坐标系。国家大地坐标系从建立到在国民经济中应用,不仅需要确定坐标系的定义、参考框架的建设、坐标系的启用,参考框架的持续精化与动态维持更是坐标系高精度的必不可少的保证。因为,作为国家大地坐标系的具体实现,国家大地参考框架的精度和稳定性直接决定着利用国家大地坐标系所表示的空间信息的精度和可靠性。因此,本文针对国家大地参考框架的动态维持基本理论与方法开展相关研究。论文的主要研究工作与贡献如下：(1)论文对国内外参考框架的发展现状进行了概述,介绍了ITRF2008、 WGS84、IGS08、NAD83等全球的以及区域(国家)大地参考框架的最新进展。同时,作为比较,分析了我国国家大地坐标系的参考框架的基本构成。进而给出一个完整的国家大地参考框架的组成部分,以及国家大地参考框架建立维持的基本理论与方法。(2)大规模GNSS网分区精密数据处理方法。精确的坐标是国家大地参考框架体系基本要素。以GNSS技术手段实现观测的国家大地参考框架点大都属于大规模GNSS网型架构,因此,在国家大地参考框架维持过程中,面对如此大规模GNSS网,在为框架精化而进行数据处理时,所采用的数据处理策略和分区策略都会是影响到框架的精度重要因素。因此,本论文对构成国家大地参考框架的大规模GNSS网精密数据处理方法开展研究,通过选取适用的框架基准站点以及适用的数据处理策略,对国家大地参考框架网点进行平差计算,获得高精度的国家大地参考框架点坐标及速度场。(3)区域板块运功模型构建方法。板块运动模型是国家大地参考框架体系的重要组成部分。利用板块模型,可以实现框架点当前历元到参考历元的归算。考虑到大范围的地壳板块数量多、运动不一致的特点,以我国大陆地区为例,对区域板块建模方法进行了分析研究,将我国板块划分为七个一级板块、二十个二级板块,利用欧拉矢量分别对一、二级板块建模,并利用2000国家大地坐标系对建立的区域板块模型CPM-CGCS2000进行了评估验证,给出了现框架历元坐标归算到2000国家大地坐标系下的方法,同时为证明CPM-CGCS200板块模型与CGCS2000最为匹配,通过坐标归算对结果进行了验证。(4)格网水平速度场模型构建。格网速度场模型也是国家大地参考框架体系的必不可少的组成要素之一。针对像我国2000国家大地坐标系的参考框架中连续运行参考站(CORS)分布密度不够,无法全面反映参考框架的动态变化特点的这种情况,对建立适用于稀疏CORS站的国家大地参考框架的速度场模型进行了研究,利用十年的2000国家GPS大地控制网数据,采用反距离加权插值法、欧拉矢量法、有限元插值法、最小二乘配置等四种方法,建立了适用于稀疏CORS站的国家大地参考框架的格网速度场模型,通过格网细化内插,可以得到任意一框架点的速度值和坐标值,实现框架的动态维持。(5)顾及非线性变化的国家大地参考框架维持。参考框架点不仅受到线性运动的影响,同时,非线性运动也是影响框架点位精度不可忽略的因素之一。本文研究了顾及非线性变化的国家大地参考框架维持方法,通过基于自适应的奇异谱分析的国家大地参考框架点非线性运动建模和预报,得出了有益的结论。进行非线性运动建模和预报,不仅可以提高参考框架的维持精度,也可以为CGCS2000参考框架的动态维持提供依据。(6)总结与展望。在论文的最后,通过对国家大地参考框架维持理论与方法的研究的总结,给出国家大地参考框架需适时更新的建议。
【关键词】：国家大地坐标系 国家大地参考框架 动态维持 板块模型 格网速度场 非线性建模
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P226.3
【目录】：

• 博士生自认为的论文创新点6-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-19
• 缩略语19-22
• 第一章 绪论22-32
• 1.1 引言22-23
• 1.2 研究背景及意义23-24
• 1.2.1 研究背景23
• 1.2.2 研究意义23-24
• 1.3 国内外发展现状24-29
• 1.3.1 国际大地坐标系及其参考框架24-28
• 1.3.2 国家大地坐标系及其参考框架28-29
• 1.4 本文主要研究内容29-32
• 第二章 国家大地参考框架建立维持的基本理论与方法32-56
• 2.1 全球大地参考框架32-50
• 2.1.1 ITRF33-43
• 2.1.2 WGS 8443-48
• 2.1.3 IGS48-50
• 2.2 国家大地参考框架50-53
• 2.2.1 NAD8350-52
• 2.2.2 CGCS200052-53
• 2.3 小结53-56
• 第三章 大规模GNSS网分区精密数据处理方法56-76
• 3.1 实验数据57-59
• 3.1.1 国家连续运行基准站网(国家级CORS)57-58
• 3.1.2 2000国家GPS大地控制网(部分)58-59
• 3.2 基准站点选取原则59-67
• 3.2.1 七参数-监督分类法60-63
• 3.2.2 站点分布均匀化63-67
• 3.3 超大规模GNSS网的分区67-68
• 3.3.1 分区策略67-68
• 3.3.2 单日数据处理68
• 3.4 平差解算68-71
• 3.4.1 国家连续运行基准站网平差69-70
• 3.4.2 大规模GNSS网平差70-71
• 3.5 精度分析71-73
• 3.6 小结73-76
• 第四章 区域板块运动模型构建方法76-94
• 4.1 板块运动模型建立方法77-79
• 4.1.1 基本原理77-78
• 4.1.2 研究方法78
• 4.1.3 欧拉矢量计算方法78-79
• 4.2 国内外已有模型79-80
• 4.3 中国地区板块运动特性及划分80-85
• 4.3.1 中国板块运动特征80-81
• 4.3.2 中国及邻区板块划分81-83
• 4.3.3 中国大陆板块运动模型83-85
• 4.4 区域板块模型CPM-CGCS2000建立85-88
• 4.4.1 绝对板块运动模型85
• 4.4.2 站点筛选85-86
• 4.4.3 一级板块站点分布及建模86-87
• 4.4.4 二级板块站点分布与建模87-88
• 4.5 模型比较与验证88-93
• 4.5.1 评估原则88-89
• 4.5.2 模型比较89-90
• 4.5.3 坐标归算90-91
• 4.5.4 结果验证91-93
• 4.6 小结93-94
• 第五章 格网速度场模型构建94-112
• 5.1 建模方法94-99
• 5.1.1 欧拉矢量法94-95
• 5.1.2 有限元插值法95
• 5.1.3 距离加权反比插值法95-96
• 5.1.4 最小二乘配置法96-99
• 5.2 精度评估99-104
• 5.3 适用范围及比较104-108
• 5.3.1 适用范围104-105
• 5.3.2 模型比较105-108
• 5.4 我国大陆格网水平速度场108-109
• 5.5 小结109-112
• 第六章 顾及非线性变化的国家大地参考框架维持112-126
• 6.1 框架点非线性运动影响因素112-116
• 6.1.1 板块运动和局部形变112-113
• 6.1.2 流体负荷与冰川均衡调整113
• 6.1.3 地心运动113-114
• 6.1.4 已有处理方法114-116
• 6.2 框架点非线性运动分析116-121
• 6.2.1 基本原理116-119
• 6.2.2 实例分析119-121
• 6.3 框架点非线性预测121-124
• 6.3.1 建模方法121-123
• 6.3.2 实例分析123-124
• 6.4 小结124-126
• 第七章 总结与展望126-130
• 7.1 总结126-128
• 7.1.1 精密数据处理126-127
• 7.1.2 区域板块运动模型及格网速度场127
• 7.1.3 框架点非线性运动建模127-128
• 7.2 展望128-130
• 参考文献130-142
• 攻读学位期间的科研成果142-144
• 致谢144

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