基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法技术

本公开实施例中提供了一种基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法，属于计算技术领域，具体包括：步骤1，将研究区域格网化，得到多个网格点；步骤2，估计每个所述网格点的海潮模型分潮参数；步骤3，提取每个参考站的GPS分潮参数并据此估计每个所述网格点的GPS分潮参数；步骤4，根据所述海潮模型分潮参数、所述GPS分潮参数和调和分析函数建立格网精化模型，并根据所述网格精化模型计算海潮负荷位移精化结果。通过本公开的方案，提高了测量效率、精准度和适应性。精准度和适应性。精准度和适应性。

【技术实现步骤摘要】
基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法


[0001]本公开实施例涉及计算
，尤其涉及一种基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法。

技术介绍

[0002]目前，沿海地区是水圈、岩石圈、大气圈、生物圈和人类社会相互作用最为频繁、活跃的地区，是地球上自然生态环境最复杂和脆弱的地区之一，同时沿海地区也是全球经济最发达的地区、人口分布密集，全世界约有一半以上的人口生活在距离海岸线200km的范围内。因此，对沿海地区的大范围形变监测是全球生态环境变化研究的重要领域。经过近几十年的发展，GPS与合成孔径雷达干涉测量等空间对地观测技术的理论逐渐完善，且随着观测卫星数量增多、传感器与成像技术的更加成熟，利用GPS和InSAR技术对沿海地区进行大范围的地表形变动态监测逐步成为现实。
[0003]海洋潮汐是由于日月等天体引潮力的影响而产生的海水周期性涨落现象。海洋潮汐会通过负荷的形式影响固体地球的形态与物理参数，如位移负荷、重力负荷、倾斜负荷以及应变负荷等，其中，海潮负荷引起的地表位移在垂直方向上可达10cm，垂向形变梯度达到3cm/100KM。海潮负荷位移具有长波长特性 (波长约为102∽103km)，其空间变化随着范围增大而增大且易与一些地球物理形变耦合，进而影响地表形变的监测结果。因此，对于大地测量技术而言，要实现以毫米甚至亚毫米级的精度对沿海地区进行动态监测，必须要以相同或则更高的精度估计并改正海潮负荷位移的影响。然而，海潮负荷位移估计方法，受海潮模型精度等因素的影响，难以获取沿海地区高精度海潮负荷位移估计结果。现有的海潮负荷位移估计方法主要包括：
[0004]基于海潮模型的海潮负荷位移估计方法，是海潮负荷位移估计最常用的方法，根据Farrell提出的负荷形变理论，利用海潮模型提供海洋潮高、基于地球模型模型的位移负荷格林函数通过离散的褶积积分即可求得地表任意负荷点的海潮负荷位移，但是该方法受到海潮模型精度影响。目前国际上发布的 20多种全球海潮模型能够提供高精度的深海区域潮高数据，由于受到浅海区域复杂的海底地形摩擦、海水密度以及海岸线等影响而使得其在浅海区域的潮高数据精度较差，此外，全球海潮模型在一些海域存在数据缺失的情形，仅仅基于全球海潮模型难以估计近海地区高精度海潮负荷位移。针对全球海潮模型的不足，国际上目前发布了22种区域海潮模型，利用区域海潮模型代替全球海潮模型在浅海区域的数据，能一定程度上精化海潮负荷位移估计。然而，区域海潮模型的精度也始终受到浅海地形较大的影响，且一些浅海区域并没有区域海潮模型或则模型数据太久没更新，使得区域海潮模型精化海潮负荷位移估计的方法在一些海域无法实现或精化效果不理想。
[0005]基于GPS技术的海潮负荷位移估计方法，利用GPS精密单点定位技术可以从测站长时间观测序列中估计海潮负荷位移，该方法可分为静态PPP估计与动态 PPP估计两种。静态PPP方法是将在GPS精密单点定位数据处理中将主要海潮分潮的调和参数与测站坐标一起作为未知参数进行求解，可以得到测站的各个分潮的振幅与相位延迟参数，但是该方法未
知参数太多，容易降低海潮负荷位移的估算强度。动态PPP方法是基于潮汐调和函数，从高采样的动态PPP坐标时间序列中提取潮波的分潮振幅与相位延迟参数，该方法可以弥补静态PPP估计方法会平均化一些海潮负荷信息的不足，但其估计分潮精度通常低于静态方法。已有许多研究表明，基于GPS静态或动态PPP技术，能够从时间域上准确地估计 M2、N2、O1和Q1分潮负荷位移，但由于受到GPS重访周期、轨道误差、多路径效应等影响，K2、K1分潮收敛性和估计精度较差，S2和P1分潮估计精度也由于受到GPS未建模误差的影响而较低。此外，由于GPS站点分布有限，仅基于GPS 技术的海潮负荷位移估计难以得到沿海地区整体的海潮负荷空间变化特征。
[0006]根据以上对现有海潮负荷位移估计方法的分析，可以发现这些方法均存在固有的缺陷，无法获取高精度的海潮负荷位移估计结果，导致GPS与InSAR干涉测量技术中海潮负荷位移不能很好的去除，进而使测量结果无法达到其应有的理论精度。
[0007]可见，有必要设计一种能够获取高精度的、且能反映沿海地区整体空间变化特征的基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本公开实施例提供一种基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法，至少部分解决现有技术中存在测量效率、精准度和适应性较差的问题。
[0009]本公开实施例提供了一种基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法，包括：
[0010]步骤1，将研究区域格网化，得到多个网格点；
[0011]步骤2，估计每个所述网格点的海潮模型分潮参数；
[0012]步骤3，提取每个参考站的GPS分潮参数并据此估计每个所述网格点的GPS 分潮参数；
[0013]步骤4，根据所述海潮模型分潮参数、所述GPS分潮参数和调和分析函数建立格网精化模型，并根据所述网格精化模型计算海潮负荷位移精化结果。
[0014]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤1具体包括：
[0015]通过研究的边界矢量数据，对所述研究区域进行格网化，获得能反映研究整体海潮负荷位移信息的高分辨率格网点。
[0016]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤2具体包括：
[0017]根据海洋潮汐理论，利用位移负荷格林函数基于离散褶积积分计算在频率域中求出各测站处分潮振幅和相位作为所述海潮模型分潮参数：
[0018][0019]其中，d
Model
(L,B,t)是指经纬度坐标为(L,B)的格网点在t时刻的海洋潮汐负荷位移值，H(L
′
,B
′
,t)是全球海域S
G
中某一负荷点的瞬时潮高，(ψ,A)分别代表测站与负荷点之间的球面角距、方位角,ρ
W
是海水密度，R代表地球半径， G(ψ,A)为位移负荷格林函数。
[0020]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤3具体包括：
[0021]步骤3.1，利用解算软件对GPS参考站网资料进行采样间隔为10min的动态精密单点定位处理，得到每个测站未进行海潮负荷位移改正的坐标时间序列，基于最小二乘调和
分析方法从坐标时间序列反演海潮负荷位移分潮参数；
[0022]步骤3.2，提取每个所述参考站的GPS分潮参数后，利用SPOTL软件快速得到参考站的海潮模型分潮参数，并以其构建的分潮相量为自变量，以每个所述参考站的GPS分潮参数构建的分潮相量为因变量，采用全局最小二乘多项式拟合等方法建立GPS分潮相量模型，进而得到每个所述格网点的GPS分潮参数。
[0023]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤4具体包括：
[0024]步骤4.1，组合每个所述网格点的海潮模型分潮参数和GPS分潮参数，得到多个主要潮波分潮参数的格网精化模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS数据的近海地区海潮负荷位移模型精化方法，其特征在于，包括：步骤1，将研究区域格网化，得到多个网格点；步骤2，估计每个所述网格点的海潮模型分潮参数；步骤3，提取每个参考站的GPS分潮参数并据此估计每个所述网格点的GPS分潮参数；步骤4，根据所述海潮模型分潮参数、所述GPS分潮参数和调和分析函数建立格网精化模型，并根据所述网格精化模型计算海潮负荷位移精化结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述步骤1具体包括：通过研究的边界矢量数据，对所述研究区域进行格网化，获得能反映研究整体海潮负荷位移信息的高分辨率格网点。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述步骤2具体包括：根据海洋潮汐理论，利用位移负荷格林函数基于离散褶积积分计算在频率域中求出各测站处分潮振幅和相位作为所述海潮模型分潮参数：其中，d
Model
(L,B,t)是指经纬度坐标为(L,B)的格网点在t时刻的海洋潮汐负荷位移值，H(L
′
,B
′
,t)是全球海域S
G
中某一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琪洁，何威威，张化疑，李佳晨，王梦芮，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：