close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000103607

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
БУИИЕНТИНЬ
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ
ТОЧНОСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ КООРДИНАТНОЙ ОСНОВЫ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ
Специальность 25.00.32 - «Геодезия»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2005
Работа выполнена на кафедре астрономии и космической геодезии
Московского
государственного
университета
геодезии
и
картографии
(МИИГАиК)
Научный руководитель:
кандидат технических наук,
доцент Крылов Виктор Иванович.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
профессор Маркузе Юрий Исидорович.
доктор технических наук,
с.н.с. Кафтан Владимир Иванович.
Ведущая организация:
Институт Астрономии РАН, г. Москва
Защита диссертации состоится «
диссертационного
совета
»
Д.212.143.03
в
2005 г. в
час. на заседании
Московском
государственном
университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва К-64,
Гороховский пер., д. 4, МИИГАиК, ауд. 321.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИГАиК.
Автореферат разослан «
»
2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
-^^с '(А^»—
Климков Ю.М.
JMejj
TTTer
/</^(?9^9
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
В настоящее время построение опорной геодезической сети перешло от
традиционных на современные технологии с использованием методов и
измерительных средств космической геодезии. Бурное развитие и широкое
применение в высокоточных геодезических работах получила GPS-технология.
Параллельно с этим резко возросли и современные требования к точности
геодезических работ по построению опорных геодезических сетей. В последнее
время
абсолютная точность
их построения уже
выше
сантиметра, а
относительная точность определения взаимоположения пунктов от 10'' до 10"*.
Однако, под воздействием геодинамических факторов и деформаций
земной коры пункты опорной геодезической сети постоянно смещаются со
скоростью до нескольких десятков мм в год. Следовательно, опорную
геодезическую сеть необходимо систематически контролировать, обновлять и
поддерживать на высоком уровне точности.
Координатной основой на территории Социалистической республики
Вьетнам (СРВ) в настоящее время служит государственная геодезическая сеть
(ГТС)
VN-2000, построенная спутниковыми технологиями. Фактически,
геодезические работы по построению этой сети завершились в 1998 г..
Результаты
последних
геодинамических
исследований доказывают,
что
геодезические пункты земной поверхности на территории Вьетнама могут
смещаться со скоростью около 50 мм в год. Следовательно, спустя почти 7 лет
с момента окончания измерительной работы до текущего момента пункты ГТС
Вьетнама могут сместиться от 30 до 40 см.
Это приводит к деформации
геодезической сети и должно учитываться при проведении геодезических
работ.
В связи с этим актуальными представляются исследования и научнотехнические
разработки,
точности ГТС Вьетнама.
посвященные
решению
,
/
проблемы
повышения
—___
БИБЛИОГЕКА
i
4
Цель работы
Целью диссертационной
периодических
движений
работы является
пунктов
исследование
геодезических
сетей
и
вековых и
разработка
методических рекомендаций по повьппению точности и стабильности опорной
системы координат.
Поставленная цель достигнута за счет решения следующих основных
задач:
- выявление векового тренда и скрытых периодичностей в амплитудновременных рядах станций сети IGS;
- обоснование
и
интерпретация
физических
причин
вековых
и
периодических изменений координат пунктов;
- разработка и исследование кинематических моделей, которые описывают
изменения координат пунктов земной поверхности.
Методы исследований
Теоретические методы: метод наименьших квадратов, спектральный
анализ, теория приливов.
Экспериментальные
координат
станций
методы:
сети
IGS,
анализ
реальных
математическое
данных
изменений
моделирование
и
интерполирование.
Научная новизна
Новыми научными результатами можно считать следующие.
1. Разработан математический аппарат для исследования амплитудновременных рядов изменений координат пунктов земной поверхности.
2. Выявлены гармоники с годовым, полугодовым и двухнедельным
периодами изменений координат станций сети 1GS.
3. Получены оценки остаточного влияния приливов и сезонных факторов
на изменения координат пунктов в масштабе всей земной поверхности.
4. Разработана кинематическая модель и обоснована возможность ее
использования для введения поправок в координаты пунктов как сети IGS, так
и ГТС Вьетнама.
5
Практическая ценность работы
1. На моделях и реальных данных проведено исследование итерационного
метода спектрального анализа.
2. Получены рабочие формулы для введения поправок в координаты
пунктов опорных геодезических сетей.
3. Получены оценки влияния геодинамических факторов на координаты
пунктов, расположенных на территории Индокитайского полуострова.
Положения, выносимые иа защиту
1. Итерационный метод спектрального анализа, разработанный на основе
способа наименьших квадратов в сочетании со сканированием частот.
2. Результаты спектрального анализа временных рядов 236 IGS-станций.
3. Численные оценки остаточного влияния приливов и сезонных факторов
на изменения координат пунктов в масштабе всей земной поверхности.
4. Кинематические
модели для аппроксимации
и
прогнозирования
смещения станций глобальной опорной геодезической сети (IGS) и опорной
геодезической сети Вьетнама (VN-2000).
Публикации и апробация работы
По теме диссертации опубликованы 4 научные статьи. Результаты работы
доложены на 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых МИИГАиК (Москва, 3-4 апреля 2003 г.), 59-й юбилейной
научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых
МИИГАиК (Москва, 8-9 апреля 2004 г.). Международной научно-технической
конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК (Москва, 2004 г.), 60-й
юбилейной
научно-технической
конференции
студентов,
аспирантов
и
молодых ученых МИИГАиК (Москва, 6-7 апреля 2005 г.).
Структура диссертации
Диссертация состоит
из введения, пяти глав, заключения, списка
литературы и приложений. Материал диссертации изложен на 181 страницах,
включает 57 рисунков и 43 таблицы. Список литературы содержит 112
наименований.
6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении сформулирована проблема, обоснована ее актуальность,
поставлена цель, определены задачи диссертационной работы и коротко
изложено основное содержание каждой главы диссертации.
Первая
глава
«Необходимость
выявления
и
учета
влияния
геодинамнческих факторов» посвящена обзору литературы. На основании
обзора литературных источников можно заключить:
1. Современные
требования
к
точности
геодезических
работ
по
построению ГТС очень высокие. Абсолютные значения точности уже менее
одного сантиметра, а относительные точности определения взаимоположения
пунктов - от 10'' до 10"*. В то же время, смещение земной поверхности под
влиянием геодинамических факторов составляет от сантиметра до нескольких
сантиметров в год. Это делает задачу исследования по выявлению и учету
влияния геодинамических явлений весьма актуальной и необходимой.
2. Во многих геодинамических исследованиях, проводимых в последнее
время, были зарегистрированы остаточные влияния земных приливов, особенно
на станциях прибрежных территорий. Их амплитуды могут достигать
нескольких сантиметров. Это свидетельствует о неадекватности используемой
приливной модели. Кроме этого, годовые волны также обнаружены при
выполнении исследований. Их амплитуды варьируются от 5 мм до 15 мм.
Исследователи пытались интерпретировать это как результаты сезонного
влияния и их моделировать. Но остается много факторов сезонного характера,
которые
еще
не
моделированы.
Параллельно
с
этими
факторами
геотектонические факторы, в частности, движение литосферных плит, также
заслуживают большого внимания. Публикуемые IGS координаты показывают,
что этот факт не учитывается в процессе обработки результатов GPSизмерений. Естественно, возникает необходимость учета его влияния.
3. Абсолютные
координаты
lGS-станций
определяются
в
системе
координат ITRF-2000 с очень высокой точностью - 3 мм для горизонтальной и
6
мм
для вертикальной
составляющей.
Координаты
каждой
станции
7
публикуются и ежедневно обновляются в двух видах: в виде геоцентрических
прямоугольных координат (х, у, z) в одном файле и в виде топоцентрических
координат (п, е, и) -в другом файле. Высокая точность определения координат
IGS-станций, а также высокая частота их обновления позволяют наблюдать и
фиксировать практически все закономерности изменений координат пунктов.
Следовательно, можно использовать координаты станций IGS для выявления
факторов, непосредственно деформирующих земную поверхность и тем самым
изменяющих координаты находящихся на ней опорных геодезических станций.
Однако, непосредственно использовать файлы координат, публикуемые
службой IGS, для цели исследования неудобно. Поэтому автором диссертации
на языке профаммирования Си разработана программа «TRANS», которая
может автоматически выбирать по заложенному списку кодов станций нужный
файл, его обрабатывать и преобразовывать в удобные для исследования три
независимых файла (три временных ряда). В результате для каждой станции
получаются 6 файлов — 6 временных рядов.
Во второй главе «Разработка и исследование итерационного метода
спектрального
анализа»
описана
теория
и
приведены
результаты
исследований предложенного автором метода преобразования амплитудновременных рядов в амплитудно-частотные ряды. Теоретическое обоснование
итерационного метода спектрального анализа заключается в следующем.
Пусть
УЛ,У2УУ-^Г,—,УП - измеренные значения некоторой величины,
полученные в соответствующие моменты времени t.,t~,t^,...,t„ .
В качестве аналитической функции, аппроксимирующей этот временной
ряд, используем следующее выражение
т
_
у=ал+Ь+ 2 {А^^ ■cos(u>^ ■t)+Bi^sm{(Oj^ ■') + >'р-
(^)
Задача заключается в вычислении коэффициентов а, Ь, Ah Bt, у? для т
гармоник, содержащихся в правой части функции (1), и в нахождении частот cok
этих гармоник.
Решение этой задачи будем выполнять в два этапа. На первом этапе
вычислим приближённые значения искомых неизвестных, а на втором этапе
осуществим их уточнение. Вначале найдём приближённые коэффициенты
векового тренда из усечённой функции (1), представив её в виде уравнений
поправок:
ai.+b-y.=v.,
где V,
-
(2)
поправки в измеренные значения у,. Коэффициенты а, b
вычисляются по методу наименьших квадратов под условием [v'j = min.
После нахождения приближённых коэффициентов а к Ь функцию (1)
представим теперь в виде:
т
I
{А^ cosicoj^■1^)+В^•sin(u)^■ti) + yl)+li=v^,
(3)
где l-=(aJ.+b-y-). Остаётся ещё вычислить коэффициенты гармоникУ4Ь
Bh jv? и соответствующие им частоты cot. Предварительные параметры каждой
гармоники, начиная с первой, можно вычислять последовательно, каждый раз
оставив в выражении (3) только одну очередную гармонику. Тогда уравнения
поправок для этой гармоники будут иметь вид:
iA-cos(cot.)+Bsmi£i}t.)
Однако,
решение
+ y'^)+l-=v-.
нелинейных
уравнений
(4)
(4)
усложняется
тем
обстоятельством, что частота находится в тригонометрических выражениях.
Возможности современной вычислительной техники позволяют преодолеть это
затруднение путём сканирования частоты в заданных пределах. Такой подход
позволяет для каждого значения фиксированной частоты Шк вычислить
коэффициенты гармоники А^, В^ у?
под условием [v^J = min.
Из полученного множества наборов чисел о). А, В » /^
искомым
решением будет то, при котором функция
S = Z[{A(o}}cos((Ut.)+B{o})sm{o)t.)+y'^)-l.]^
/=1
(5)
9
принимает наименьшее значение. Опыт работы по вычислению приближённых
значений искомых параметров функции (1) показал, что сканирование частот
достаточно производить лишь один раз, при этом критерием выбора решений
служат локальные минимумы функции S. т-ая выявляемая гармоника будет та,
значение S которой самое наименьшее среди остальных (кроме значений у т-1
уже выявленных гармоник). Таким образом, в результате первого этапа мы
имеем предварительные значения коэффициентов линейной компоненты а и Ь,
значения коэффициентов Ah В^ у9 гармоник и соответствующие им частоты
со,. Численные эксперименты по реальным данным показали, что значения
ординат оси симметрии колебаний _у? во всех случаях ничтожны. Ими можно
пренебречь при рюализации метода.
На втором этапе придётся лишь уточнить предварительные значения этих
параметров из решения линеаризованной системы уравнений поправок
t,.^a+^b+ Х (cos(<wfi,)-A^,+sin(<afi.)-AB, ) +
•
IT-Л
К
*
К
К
t
К
+ I {BP^t.-cos{o}p.)-Al-t^s\n{cop^)yh(Oj^+
(6)
+Г^л« ^Ь° + I (А^ cosicop.) +В^ -sinicop.))-у. = v..
Тем самым, найдём уточнённые значения параметров функции (1):
0=0°+Аа
b=b'' + Ab А, = А', + АА,. В,=В° + Щ
Результаты
щ={о1 + Асо,
сравнения итерационного метода спектрального анализа по
модельным и реальным данным с методом Фурье-преобразований позволяют
сделать следующие выводы:
- оба метода качественно дают почти одинаковое амплитудно-частотное
представление. Однако, итерационный метод дает количественно лучшие
результаты как по амплитуде, так и по частоте;
- метод
Фурье-преобразований
более
чувствителен
к
количеству
используемых измерений и временному разрешению, чем итерационный метод,
что делает метод Фурье-преобразований нестабильным при работе;
10
- итерационный метод можно использовать с любым
измерений,
в
то
время
как
число
измерений,
количеством
использующихся
в
Фурье-преобразованиях, строго фиксировано. Оно равно 2"*, что может
привести к вынужденному отбрасыванию многих измерений;
- итерационный метод предоставляет возможности комплексного решения
задачи спектрального анализа временных рядов, т.е. определения тренда и
выявления периодических компонент, совместного уточнения параметров и
оценки их точности;
В
качестве иллюстрации на рис. 1 показаны исходный амплитудно-
временной ряд изменений высоты (и) станции MAS1 (Испания) и его
амплитудно-частотное представление.
Амплитудно-временное представление
1994
1994 7
1995 4
1996 1
1996 8
1997 5
1998 2
1998 9
1999 6
2000 3
2001
В р е м я (год)
Фурье-преобразования
I
о
15
30
45
60
75
90 105 120 135 150 165 1
195 210 225 240 255 270 285 300
Частота (1/год)
Итерационный метод
О
15
30
45
60
75
90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
Частота (1/год)
Рис.1. Амплитудно-временное и амплитудно-частотное представление
изменений высоты станции M A S 1-Испания
п
Третья глава «Анализ физических причин вековых и периодических
изменений координат опорных геодезических IGS-станций». Целью этой
главы является интерпретация корреляции между изменениями координат
пунктов и природными явлениями. С помощью предложенного автором метода
проведен спектральный анализ 708 временных рядов топоцентрических
координат 236 IGS-станций. Вековая
компонента обнаружена во всех
рассматриваемых временных рядах. Среди выявленных периодов главными
являются годовая, полугодовая и двухнедельная гармоники. В
табл. 1
представлены выявленные периоды вместе с их частотой появления.
Таблица 1. Список выявленных периодических гармоник
Количество
Выявленный период
станций, в которых
№
(сутки)
обнаружена волна
1
575.26±2.72
82/236 (34.8%)
2
447.02 ±1.89
150/236(63.8%)
3
366.56 + 0.98
203/236 (86.3%)
4
289.34 ±0.81
122/236(51.9%)
5
219.90 ±0.74
140/236 (59.6%)
6
197.58±0.59
125/236(53.2%)
7
180.21 ±0.53
217/236(92.3%)
8
156.77 ±0.58
129/236(54.9%)
9
115.65 ±0.26
192/236(81.7%)
10
88.33 ±0.18
184/236(78.3%)
11
73.35±0.26
136/236(57.9%)
12
58.15±0.14
147/236(62.6%)
13
27.50±0.15
62/236 (26.4%)
14
14.48 ±0.03
82/236 (34.9%)
15
13.67±0.02
211/236(89.8%)
16
9.20 ±0.05
45/236(19.1%)
17
7.17± 0.06
49/236 (20.9%)
/. Анализ влияния приливных факторов на изменения координат пунктов
Результаты
исследований
изучения
приливной
свидетельствуют
о
теории,
хорошем
а
также
согласовании
практических
расчетов
по
приливной теории с полученными практическими результатами. Суть такого
согласования состоит в следующем:
12
- в количестве волн и численных значениях их параметров. 100%
рассматриваемых теоретических
волн (13) обнаружены в практических
результатах с хорошим согласованием по численной величине;
- значения амплитуды выявленных волн в высотной компоненте в 3 — 5 раз
больше, чем их соответствующие
значения
в северной
и восточной
компонентах. Этот факт подтверждают расчеты по рабочим формулам;
- главные волны: двухнедельная и полугодовая волны. Это обосновано их
самым четким пиком, самой большой амплитудой и самой большой частотой
появления. По приливной теории они также являются главными волнами от
зонального прилива;
- двухнедельная и полугодовая волны имеют большие амплитуды на
станциях прибрежных территорий. Их амплитуды на таких станциях в 5-10 раз
больше, чем амплитуды на станциях, расположенных внутри континента.
На основе выполненного анализа можно прийти к следующим выводам:
- большинство выявленных волн имеют гравитационное происхождение и
являются остаточной частью приливных волн;
- влияние
остаточной
части
приливных
волн
может
вызывать
периодические вариации земной поверхности и самих станций от несколько мм
до сантиметра (для станций прибрежных районов). Подавляющую долю
влияния составляют остаточные части от полугодовой и двухнедельной волн.
2. Анализ влияния движения литосферных плит на изменения координат
По полученным вековым компонентам определен горизонтальный вектор
движения каждой IGS-станции. Горизонтальные векторы движения IGSстанций, полученные по GPS-методам и по абсолютной модели движения плит
NNR-NUVEL-1 А, хорошо согласуются (см. табл.2).
Это позволяет сделать следующие выводы:
- результаты GPS-измерений
практически
не только
подтверждают
концепцию геотектоники, но и показывают хорошее согласование в величинах
и направлениях векторов движения с геологической моделью NNR-NUVEL-I А;
13
- горизонтальные вековые смещения IGS-станций вызваны, в основном,
движением литосферных плит. Из-за этого станции смещаются со скоростью до
нескольких десятков мм в год.
Таблица 2. Скорость и направление горизонтальных векторов движения
IGS-станций, полученные по GPS-измерениям и геофизическим данным
Азимут (градус)
Скорость (мм/год)
№
Код
станции
1
2
3
4
5
6
7
8
KARR
TOW2
MAGO
POTS
use
FORT
JABl
SHAO
Плита
b4NRNUVEL1А
GPS
данные
IGS
NNRNUVEL1А
GPS
данные
IGS
Австралийская
Австралийская
Евразийская
Евразийская
Индийская
Южноамериканская
Австралийская
Евразийская
71.0
62.0
20.0
24.0
58.0
13.0
69.0
26.0
67.4
60.8
23.8
24.1
52.9
12.3
74.6
34.8
33.7
28.7
144.0
55.8
44.0
334.9
34.4
28.4
3. Анализ влияния сезонных факторов
155.2
53.9
51.5
337.6
27.2
115.1
32.1
120.8
на изменения координат
Исследования направлены на выяснение корреляции между изменением
количества выпадения осадков, температуры воздуха и вариациями высоты
опорных станций. Для этого на территории бывшего С С С Р выбраны 13 IGSстанций, рядом с которыми находятся метеостанции. Проведен спектральный
анализ
временных
рядов,
образуемых
количеством
выпадения
осадков,
температурой воздуха на выбранных метеостанциях. Сравнение полученных из
спектрального анализа результатов показывает следующее:
- годовой сигнал существует во всех метеорологических временных рядах
и представляет собой самую большую по величине волну среди выявленных
волн. Годовой сигнал также обнаружен во всех временных рядах изменений
высоты и также является главной волной;
- периоды и фаза годовой волны от изменений температуры, количества
осадков
значений
и вариаций
их
высоты
годового
станций хорошо согласуются.
периода
в
среднем
не
более
Расхождение
четырех
суток.
14
Температура воздуха, количество выпадения осадков и вариации высоты
достигают максимума в июне-августе, а минимума - в декабре-феврале;
- кроме годового сигнала, во временных рядах изменений температуры
воздуха и количества осадков обнаружены еще полугодовая гармоника и
другие гармоники, которые также выявлены во временных рядах изменений
высоты, но существенно уступающие годовой гармонике по величине
амплитуды и по точности ее определения.
Исходя из полученных результатов, можно предположить, что осадки и
температура воздуха периодически деформируют земную поверхность с
годовым периодом по вертикальному направлению.
Кроме влияний приливов, температуры воздуха, выпадения осадков, в
годовые
и
полугодовые
изменения
координат
станций, может
быть,
накладываются еще влияния от передвижения поверхностных масс, изменения
грунтовых
вод,
изменения
высот
снежного
покрова
и,
возможно,
систематических ошибок. Следовательно, выявленные гармоники изменений
координат станций представляют собой не что иное, как результирующее
влияние, вызванное разными причинами, но разделение вкладов каждого из них
пока не удается осуществить. Результирующее вертикальное смещение земной
поверхности от таких факторов составляет от 5 мм до 15 мм.
Четвертая
глава
«Разработка
и
исследование
кинематической
модели». Эта глава посвящена разработке и исследованиям кинематической
модели, предназначенной для учета влияния геодинамических факторов. В
общую кинематическую модель, представленную формулой 7, входят вековая
компонента, вызываемая движением литосферных плит, и периодические
гармоники, вызываемые сезонными факторами и остаточной частью приливов:
*СГ^
^СГ-
.со8(-^.(/-Г„)-*'л""""')+
(7)
■соК-^-(1-0-9Г""'")^Ъс'.
iK
'=1
•cos(^-('-0-«'l).
'»
15
где К
-
обозначение
величины, для которой необходимо построить
кинематическую модель. В качестве К могут быть приняты следующие
величины: топоцентрические координаты и, е, и; геоцентрические координаты
X, Y, Z, приращения координат ЛХ, ЛУ, &Z и т.д.,
K(t)-значение
рассматриваемой
величины в момент I,
К^ - значение рассматриваемой величины в выбранный за начало момент времени 1^,
&K(t)-поправка
в начальное значение К^в момент I,
Vf -скорость изменений величины К в момент 1^,
МI, -постоянная ,зависящая от выбора начального момента времени,
T'g -период i-ой гармоники для рассматриваемой величины К,
С'^-амплитуда i-ou гармоники величины К,
ср'^-начальная фаза i - ой гармоники величины К\ т - количество выявленных гармоник.
год.-годовая волна,полугод.-полугодовая волна, двухнедель.- двухнедельная волна.
Кинематическая модель для IGS-станций построена по параметрам,
•I
полученным из спектрального анализа реальных данных. Эти параметры для
станций, не являющихся IGS-пунктами, вычислялись путем интерполирования
с помощью программы Maplnfo. Проведенные в данной работе исследования
показали, что такой интерполятор можно применять для этой цели. На рис. 2 в
качестве примера показано фафическое сравнение кинематических моделей
(синие линии) с реальными вариациями координат одной из IGS-станций.
1996
1996 8
1997 6
1998 4
1999 2
Время (год)
-10
-20
-30
"S -40
г
»
-50
-60
-70
-80
-90
-|()С
1996
2000
1996
1996 8
1997 6
1998 4
1999 2
Рис. 2. Сравнение модельных
координат с реальными координатами
"'1'* '"^'уц^
U - высотная компонента (мм),
п - северная компонента (мм),
е - восточная компонента (мм).
1996 8
1997.6
1998 4
Время (ГОД)
2000
Время (год)
1999 2
2000
16
Выполнена оценка точности кинематической модели, построенной для
IGS-станций, при аппроксимации. Результаты показаны в таблице 3.
Таблица 3. Оценка качества кинематической модели при аппроксимации
реальных смещений за трехлетний интервал времени
№
Код станции
(страна)
(3)
(1)
(2)
(мм)
(мм)
(%)
39.8
5.9
85.09
1
ALBH (Канада)
2
AREQ (Перу)
78.20
AUCK (Новая Зеландия)
50.5
11.0
3
115.6
11.6
89.98
4
BAHR(CIIIA)
126.7
9.4
92.56
5
BRMU (Великобритания)
75.25
С1Т1 (США)
45.9
11.4
6
116.7
GLSV (Украина)
8.3
92.88
7
МАС1 (Австралия)
5.9
92.26
8
76.7
9
100.3
6.3
93.67
0АТ2 (США)
123.1
9.4
92.34
10 TR01 (Норвегия)
6.0
64.5
сред.= 8.5
90.70
сред.=88.29
В табл. 3 и последующих таблицах использованы следующие обозначения:
(1) - максимальное значение смещения в мм станции от первоначального
места за исследуемый интервал времени,
(2) - максимальное расхождение в мм модельных от реальных значений
смещения за исследуемый интервал времени,
(3) - процент смещения, учитываемого кинематической моделью.
При аппроксимации кинематические модели могут учитывать около 50 %
смещения высотной компоненты и около 90 % смещения северной и восточной
компонент. Результаты исследований показывают, что вековая часть в северной
и восточной компоненте и периодическая часть в высотной компоненте хорошо
моделированы. Из-за этого построенная кинематическая модель позволяет
учитывать около 9 0 % реальных смещений. На трехлетнем промежутке времени
с ее помощью можно оценить реальное место станции с ошибкой около 1 см.
Реальное же смещение станции от первоначального места за такой интервал
времени может достичь до десятка сантиметров.
17
Выполнено исследование кинематической модели для прогнозирования
координат Ю8-станций на разные интервалы времени. К примеру, в таблице 4
приведены
результаты
исследований
для станции
BAHR.
Как
показали
исследования, модель позволяет учитывать около 9 0 % смещения при прогнозе
до 5 лет. За такой промежуток времени станции смещались от 10 до 40 см. С
применением
кинематической
модели можно
оценивать реальное
место
станций с точностью не ниже 4 см, а при интервале прогноза до 180 суток
точность прогноза выше 1 см.
Таблица 4. Оценка качества кинематической модели
при прогнозе смещений
№
1
станция B A H R
интервал прогноза
(сутки)
(1)
(2)
(3)
(мм)
(мм)
(%)
1-180
67.4
9.8
85.5
2
181-540
193.3
24.7
87.2
3
541-900
241.0
28.4
88.2
4
901-1150
275.3
31.6
88.5
5
1151-1770
347.3
36.4
89.5
Результаты исследований кинематической модели, построенной методом
интерполяции, на станциях разных районов мира показывают, что с ее
применением реальное место станции прогнозируется на 5 лет с точностью
выше 8 см. Однако, это получается только для тех районов, как Северная
Америка, Западная Европа и Австралия, где обеспечена необходимая плотность
опорных IGS-пунктов. В таких районах вектор горизонтального движения
хорошо
моделирован, однако, существуют
систематические
расхождения
между модельными и реальными координатами в высотной компоненте. Из-за
этого при малых интервалах прогноза (меньше трех лет) кинематическая
модель
может
учитывать только 40-50% доли смещения. Однако, при
увеличении интервала прогноза до 4-5 лет или больше кинематическая модель
может учитывать около 8 0 % доли смещения. Для иллюстрации в таблице 5
приведены
результаты
исследований
качества
кинематической
построенной методом интерполяции для станции L O N G ( С Ш А ) .
модели,
18
Таблица 5. Оценка качества кинематической модели,
построенной методом интерполяции
№
1
станция L O N G
интервал прогноза
(сутки)
(1)
(2)
(3)
(мм)
(мм)
(%)
1-900
122.0
61.9
49.3
2
901-1800
221.1
61.9
72.0
3
1801-3451
408.0
72.2
82.3
В четвертой главе также рассмотрен вопрос о районировании по всей
Земле полученных из спектрального анализа амплитуд, фаз и скоростей. Это
выполнено с помощью интерполятора программы Maplnfo в сочетании с
мировой картой. На рис. 3 показана карта районирования по всей земной
поверхности амплитуд двухнедельной гармоники высотной компоненты.
Рис. 3. Районирование амплитуд двухнедельной волны
для высотной компоненты (красные звездочки - IGS-пункты)
Из представленных результатов можно извлечь следующие выводы:
- Кинематическая
модель
позволяет
учесть
большую
долю
влияния
геодинамических факторов на опорную геодезическую сеть ( О Г С ) , как с
постоянно действующими приемниками, так и без них.
-В
ОГС
кинематическая
с
постоянно
модель,
действующими
построенная
на
приемниками, например
реальных
данных,
IGS,
может
использоваться для аппроксимации и прогнозирования изменения координат с
высокой точностью и на длительный интервал времени, что способствует
19
повышению точности и стабильности сети.
- В o r e без постоянно действующих приемников кинематическая модель,
получаемая
методом
интерполяции,
может
использоваться
для
прогнозирования изменения координат. Она также позволяет повысить
точность и поддержать стабильность сети, однако качество прогноза еще
зависит от обеспечиваемой плотности пунктов с постоянно действующими
приемниками и характера района расположения.
- Предложенная
кинематическая
модель
не
является
жесткой
и
фиксированной, поскольку она получена эмпирическим методом. Она должна
постоянно
находиться
под
контрюлем, корректировкой
и
уточнением
посредством повторных или непрерывных измерений.
Пятая глава: «Предложение по повышению точности геодезической
координатной основы С Р В (кинематический вариант)»
1. Краткое
описание природных условий
СРВ.
Даны
физико-
географические, климатические, а также геофизические, тектонические и
сейсмические
особенности
территории
Вьетнама
и
Индокитайского
полуострова. При этом необходимо отметить следующие факторы:
- длинная морская береговая линия и гидрюлогия Вьетнама создают
благоприятные условия для того, чтобы на его территории могло сильно
действовать приливное влияние;
- ожидается большое влияние от сезонных факторов из-за того, что
температура
воздуха,
воздушное
давление,
количество
осадков,
перераспределение воздуха и вод сильно варьируются;
- большая часть территории Вьетнама находится на одной микроплите,
поэтому горизонтальное перемещение пунктов ГТС должно иметь почти
одинаковое направление.
2. Текущее состояние, нерешенные вопросы для ГГС Вьетнама. Дан обзор
истории построения и современное состояние ГГС Вьетнама: плановой,
высотной,
фавиметрической
первоочередные задачи:
сетей
и
GPS-сети.
Сформулированы
20
- разработка методики GPS-измерений для повышения точности передачи
высот;
- разработка адекватной модели тропосферы для строгой математической
обработки GPS-измерений на территории СРВ;
- разработка
метода
и
построение
модели
для
учета
влияния
геодинамических факторов с целью повышения точности геодезической
координатной основы, переход от статической к кинематической сети.
3. Обзор исследовательских работ
территории
Вьетнама.
Выполняются
по геодинамике, выполненных на
исследования,
в
основном,
горизонтального движения в зонах разлома. Работы по исследованиям влияния
геодинамических явлений в локальных условиях практически отсутствуют.
4. Оценка по кинематической модели влияния геодинамических факторов
на территории Вьетнама и Индокитайского полуострова. Используя карты
районирования скорости, амплитуд двухнедельной, полугодовой и годовой
волн, выполнена оценка влияния геодинамических факторов на территории
Индокитайского полуострова.
Влияние
приливов,
главным
представлением
которых
является
двухнедельная волна, на территории Индокитайского полуострова почти
одинаковое. Здесь приливный фактор может вызвать вертикальные деформации
до 4 мм, а горизонтальные - до 2 мм. В конечном итоге радиус-вектор станции
на этой территории может варьироваться до 5 мм под влиянием приливов.
Под влиянием сезонньпс, приливных и пока необъясняемых факторов
земная поверхность на территории Лаоса, северной части Камбоджи, северной
и центральной частей Вьетнама может испытывать деформации годового
характера с амплитудой около 8 мм для вертикальной компоненты и около 4 мм
для горизонтальных компонент. В
остальных районах такое действие
составляет 5 мм для вертикальной и 3 мм для горизонтальной составляющей.
Результирующее смещение годового характера земной поверхности от таких
факторов составляет от 5 мм до 10 мм.
21
Совместное влияние сезонных, приливных и других факторов также
вызывает у земной поверхности на территории Индокитайского полуострова
периодические деформации полугодового характера. Под влиянием таких
факторов земная поверхность на этой территории периодически деформируется
с амплитудой 2-4 мм для вертикальной компоненты и около 2 мм для
горизонтальных
компонент.
Результирующее
смещение
полугодового
характера земной поверхности от таких факторов составляет 3-5 мм.
Причиной самых значительных горизонтальных перемещений земной
поверхности на территории Индокитайского полуострова является, повидимому, движение литосферных плит. Почти вся территория Индокитайского
района передвигается по восточному направлению со скоростью 25-32 мм в
год, а скорость смещения по северному направлению составляет 10-20 мм в год.
Это вызывает горизонтальное движение в районе порядка 27-37 мм в год.
5. Предложение по повышению точности геодезической координатной
основы Вьетнама (кинематический вариант). Разработка кинематической
модели для станций GPS-cemu Вьетнама и Индокитайской GPS-cemu.
Оценки влияния геодинамических факторов на территории Вьетнама и
Индокитайского полуострова показывают, что под их воздействием станции в
этом районе могут смещаться от 30 до 40 мм в год. Следовательно, учет
влияния таких факторов для повыщения точности и стабильности ГТС
Вьетнама представляет собой весьма актуальную задачу. Однако, в настоящее
время на территории Индокитайского полуострова отсутствуют станции с
постоянно
действующими
приемниками,
измерения
на пунктах ГТС
не
Вьетнама. В
проводятся
периодические
связи с этим, предложены
кинематические варианты для повышения точности и поддержки стабильности
координатной основы Вьетнама и Индокитайского полуострова.
Первый вариант:
- построение (методом интерполяции)
кинематических
моделей для
пунктов ГТС Вьетнама и Индокитайской GPS-сети, и с их помощью введение
поправок в каталожные значения координат этих опорных пунктов;
22
- выполнение периодических измерений на опорных пунктах этих сетей
для корректировки и уточнения построенной модели.
Второй вариант:
- построение на территории Индокитайского полуострова кинематической
геодезической сети и связывание ее с ГТС Вьетнама;
- построение
(на
реальных
данных
или
методом
интерполяции)
кинематических моделей для опорных пунктов ГТС;
- введение поправок в каталожные значения координат опорных пунктов с
помощью полученных моделей;
- выполнение периодических наблюдений на опорных пунктах ГТС с
целью корректировки и уточнения построенной модели.
Часть первого варианта реализована в данной диссертации. На основании
кинематической
модели
получены
формулы, описывающие
изменения
координат 4-х пунктов ГТС VN-2000 и 3-х пунктов Индокитайской GPS-сети с
начальным моментом 2000.0. В качестве иллюстрации в табл. 6 показаны
построенные кинематические модели для исходного пункта VN-2000, а
вычисленные с их помощью поправки в каталожные координаты этого пункта
вместе с результирующим смещением (г, мм) станции приведены в табл. 7.
Таблица 6. Кинематические модели для исходного пункта VN-2000
компоненты кинематической модели
(По, во, Uo каталожные координаты в момент to= 2000.0)
каталожные веков.
периодическая часть
координаты часть
годовая
полугодовая
двухнедельная
0,6.cos
l,9.cos
l,7.cos
-20,0.t
По
(168,66.1-1,77)
(13,07.1-3,28)
(6,62.1-4,93)
0,8.cos
2,5.cos
2,6.cos
30,5.t
во
(168,28.t-5,68)
(13,08.1-1,43)
(6,69.t-2,29)
l,9.cos
3,9.cos
7,6.cos
-l,l.t
Ц.
(168,41.1-2,47)
(12,89.t-5,91)
(6,22.1-1,67)
Результаты сравнения горизонтальных векторов 19-и станций в регионе
Юго-Восточной Азии, которые получены методом интерполяции и моделью
NNR-NUVEL-1A,
свидетельствуют
о систематических
расхождениях по
модулю (9 мм в год) и в направлении (12 градусов). В табл. 7 также
23
представлены расстояния (s, мм) между положениями исходного пункта,
определенными методом интерполяции и моделью NNR-NfUVEL-lA. Это
показало, что за 7 лет исходный пункт мог сместиться на 26 см, но по
кинематической модели можно оценивать его реальное место с ошибкой 8 см.
Таблица 7. Вычисленные поправки в каталожные значения координат
исходного пункта VN-2000
0.5 J.0
поправки в каталожные значения координат (мм)
за интервал времени прогноза (год)
(г - результирующее смещение станции, мм)
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
-12
-23
-32
-44
-52
-64
-72
-84
-92
-104
-112
-125
-132
■ 146
17
32
48
63
79
94
108
126
13«
157
165
186
195
214
Uo
6
-1
3
-1
-1
-3
-3
-7
-3
-11
-3
-14
■6
-15
Г
21
40
5«
77
94
114
130
152
164
П9
199
224
235
259
S
5
И
16
22
27
33
38
43
49
54
60
65
71
tl
п«
е»
Заключение
Теоретические
выполненные
в
разработки
данной
и
экспериментальные
диссертации,
направлены
на
исследования,
установление
закономерностей изменений координат пунктов опорных геодезических сетей с
целью повышения точности вычисления их местоопределения. В рамках
выполнения данной работы получены следующие результаты:
1. Выполнен анализ современных требований к точности построения ГТС
и влияния геодинамических факторюв на деформацию земной поверхности.
Проведен анализ природных условий на территории Вьетнама, текущего
состояния ГГС Вьетнама. Обоснована необходимость введения поправок в
координаты пунктов, положение которых изменяется под воздействием
геодинамических факторов.
2. Разработан и исследован итерационный метод спектрального анализа.
Этот метод позволяет выполнить комплексное решение задачи спектрального
анализа временных рядов, т.е. совместного определения тренда и выявления
периодических компонент, а также выполнения оценки точности искомых
параметров.
)й23 7 55
3. в изменениях координат станций с-
■
"
уверенно выявлены гармоники с двухне
периодами. Обосновано, что вековое дви
РНБ Русский фонд
литосферных плит, изменения же с дву
/лг»г\у^
п
А
2U06-4
остаточной частью Лунного прилива, а и:
—
периодами вызываются совместным вли)
25161
факторов.
4. Разработаны и исследованы кинематические модели для IGS-станций и
станций без постоянно действующих приемников. Эти модели позволяют
аппроксимировать и прогнозировать изменения координат станций, при этом
учитывается до 90% смещений.
5. По
кинематической
модели
выполнена
оценка
влияния
геодинамических факторов на территории Вьетнама и Индокитайского
полуострова.
6. Предложен
кинематический
вариант
повышения
точности
ГТС
Вьетнама, построены кинематические модели для некоторых станций ГТС VN2000 и Индокитайской опорной 0Р8ч;ети.
П У Б Л И К А Ц И И П О Т Е М Е ДИССЕРТАЦИИ
1. Крылов В. И, Буй Йен Тинь. Итеративный метод спектрального
анализа// Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2005, №2. -с. 3-14.
2. Крылов В. И, Буй Йен Тинь. Исследование изменений в положении
станций
наблюдения
ИСЗ
сети
IGS//
Известия
вузов.
Геодезия
и
аэрофотосъемка, 2004, спец. выпуск - с. 3-10.
3. Крылов В. И, Буй Йен Тинь. Координатная основа во Вьетнаме: процесс
построения
и
нерешенные
проблемы//
Известия
вузов.
Геодезия
и
аэрофотосъемка, 2003, спец. выпуск - с. 3-11.
4. Крылов В. И, Буй Йен Тинь. Международные системы отсчета:
современное
состояние// Сборник
«Международная
научно-техническая
конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК», Москва, 8-9 апреля 2004.с. 187-195.
У П П «Репрография» МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер., 4
Подписано в печать 02.11.2005. Гарнитура Тайме
Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,5 '1^раж 80 экз. Заказ №185 Цена договорная
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
906 Кб
Теги
bd000103607
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа