[發明專利]一種基于CORS站網的高程參考框架動態監測方法

有效

• 申請號: 202110052133.3
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112880634B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 徐杰;董傳勝;孟靜;武劍;張鵬;杜彬
• 申請（專利權）人: 山東省國土測繪院
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01C5/06;G01C25/00;G01S19/14
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 徐榮榮

1.一種基于CORS站網的高程參考框架動態監測方法，其特征在于：具體方法步驟如下：

步驟一：生成CORS站點三維坐標時間序列，在區域內或周邊選定若干個穩定的國際或國家基準站作為約束，解算CORS站網站點三年觀測數據，生產單日解，同時獲得連續多年的綜合解，解算得到CORS站點相對于綜合解三維坐標變化時間序列；

步驟二：開展CORS站大地高時間序列分析與重構，

針對每座CORS站大地高單日解時間序列，以切比雪夫函數為基函數，對時間序列進行低頻參數估計，分離線性項；按低頻參數重構大地高非線性變化時間序列，作為粗差探測的基準，按3倍殘差標準差，探測并剔除粗差，得到干凈的大地高非線性變化時間序列；對時間序列散點進行周期估計，估計得到周期項參數，然后重構大地高非線性變化時間序列；

步驟三：推算大氣壓負荷引起的高程異常變化值，

(1)在各個氣象站點，每個月的實測大氣壓與觀測周期內的平均大氣壓作差，得到每個月大氣壓相對于觀測周期內的平均大氣壓的變化值，轉換得到等效水高的變化，1hPa百帕大氣壓變化對應1cm的垂直負荷形變；(2)利用全球大氣壓模型數據，展開得到負荷球諧系數模型，采用基于負荷球諧系數模型的移去恢復方法和負荷格林函數積分公式，利用大氣壓數據計算得到CORS站點由于大氣壓變化引起的高程異常變化值；

步驟四：推算陸地水負荷引起的高程異常變化值

(1)利用GLDAS模型水文數據，每個月的陸地水儲量與觀測周期內的平均陸地水儲量等效水高作差，得到每個月陸地水儲量相對于觀測周期內的平均陸地水儲量等效水高的變化值；(2)將全球陸地水儲量變化格網展開得到球諧系數模型，基于地球負荷形變理論，利用球諧系數模型，計算得到CORS站點由于陸地水儲量變化引起的高程異常變化值；

步驟五：推算區域海平面變化引起的高程異常變化值

(1)利用AVISO全球海面高數據，每個月的海面高與觀測周期內的平均海面高作差，得到每個月海面高相對于觀測周期內的平均海面高的變化值，并展開得到球諧系數模型；(2)利用高分辨率區域海平面變化數據，采用基于負荷球諧系數模型的移去恢復方法和負荷格林函數積分公式，計算得到CORS站點由于海平面變化引起的高程異常變化值；

步驟六：推算CORS站點點位高程異常變化值，實現高程基準動態監測與維持。

2.根據權利要求1所述的一種基于CORS站網的高程參考框架動態監測方法，其特征在于：步驟二重構的CORS站大地高時間序列值確定點位大地高變化值再加上步驟三到步驟六確定的高程異常變化值，從而確定地單位正常高的變化量，實現高程基準動態監測與維持。

3.根據權利要求1所述的一種基于CORS站網的高程參考框架動態監測方法，其特征在于：步驟二根據CORS站大地高時間序列的線性項和非線性低頻周期參數，即可內插或外推給定兩個時刻的大地高變化

Δh＝v·(t₂-t₁)+Δh′(t₂)-Δh′(t₁) (1)

式中t₁、t₂為給定的兩個時刻，v為大地高線性速率，Δh′(t₁)、Δh′(t₂)分別為在這兩個時刻由低頻周期參數重構計算得到的大地高非線性變化值。

4.根據權利要求1所述的一種基于CORS站網的高程參考框架動態監測方法，其特征在于：基于移去恢復方法計算地表環境負荷引起的高程異常變化值的主要步驟為：

(1)根據負荷彈性形變理論，將全球大氣壓、陸地水、海平面數據轉換為等效水高，與平均值做差得到各月份等效水高變化量，其中平均值為前三個月的等效水高的平均數；

具體是在各個氣象站點，以觀測周期內的平均大氣壓作為基準值，每個月的實測大氣壓與該基準值作差，得到每個月大氣壓相對于基準值的變化值，轉換得到等效水高的變化，1hPa大氣壓變化對應1cm的垂直負荷形變；

(2)利用全球大氣壓模型數據，展開得到負荷球諧系數模型，采用基于負荷球諧系數模型的移去恢復方法和負荷格林函數積分公式，利用大氣壓數據計算得到CORS站點由于大氣壓變化引起的高程異常變化值；

計算點(R，θ，λ)處等效水高變化Δh_w可表示為規格化負荷球諧級數：

式中：R為地球平均半徑；為n階m次規格化負荷球諧系數；為完全規格化締合Legendre函數；

由負荷形變理論可知，地面及地球外部高程異常負荷影響為：

式中：G為萬有引力常數；ρ_w為水的密度；ρ_e為地球平均密度；M為地球總質量；a為地球長半軸半徑；r為地心距離；γ為正常重力；k′_n為n階位負荷勒夫數；

基于格林函數積分計算似大地水準面的區域負荷影響：

單位質量在地表某點引起的引力位，即直接影響為：

式中，g為重力值，為完全規格化締合Legendre函數，ψ為計算點(r，θ，λ)與地面流動點(r′，θ′，λ′)間的球面角距：

cosψ＝cosθcosθ′+sinθsinθ′cos(λ′-λ) (5)

單位質量對固體地球產生負荷，地球因負荷產生形變，引起的引力位變化，及間接影響為：

則單位質量引起的似大地水準面總變化為直接影響和間接影響之和，即似大地水準面對應的格林函數為：

已知地面等效水高變化Δh_w，則似大地水準面變化為等效水高變化與格林函數的空間卷積：

Δζ＝ρ_w∫_SΔh_wU(ψ)dS (8)

式中dS為地面流動積分面元；

在分別求得大氣壓負荷、陸地水負荷和海平面變化引起的高程異常變化后，將其求和即可得到總負荷引起的高程異常變化：

Δζ＝Δζ_Air+Δζ_Lws+Δζ_Ocn (9)

式中Δζ總負荷高程異常變化，Δζ_Air為大氣壓負荷引起的高程異常變化，Δζ_Lws為陸地水負荷引起的高程異常變化，Δζ_Ocn為區域海平面變化引起的高程異常變化。