地球物理大地测量
科学计算软件

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地球物理大地测量科学计算软件

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地球潮汐负荷影响与形变监测计算系统 ETideLoad4.0，用于地球物理大地测量监测科学计算，主要由大地测量全要素各类固体地球潮汐影响计算，地面大地测量非潮汐时间序列处理分析，高分负荷形变场及时变重力场逼近计算，CORS/InSAR协同监测与地面稳定性估计，以及大地测量数据编辑计算与可视化五大子系统有机构成。

重力场及大地水准面精化系统PALGrav4.0，用于地面、海洋及近地空间重力场数据处理，大地水准面外部各类场元多种性质地形影响精密计算，各类重力场积分正反算与解析延拓，稳态大地水准面精化，以及区域高程基准优化与应用计算等工作。PALGrav科学目标是高精度局部重力场逼近和1cm水平稳态大地水准面精化。

用户可根据工程或研究需要，设计技术方案和操作流程，灵活组织有关功能模块，开展地球物理大地测量计算分析工作。软件适合大地测量、地球物理、测绘科学、环境灾害、水文气象、卫星动力学、地震与地球动力学等高年级本科生、研究生、科研和工程技术人员。

两套科学计算软件系统，都在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。ETideLoad4.0包含50多个win64程序和600多个功能模块；PALGrav4.0包含40多个win64程序和近400个功能模块。

为方便自学、教学与技术培训，绝大多数程序配有完整计算样例，每个样例目录包括程序操作流程文件、输入输出样例数据文件和程序界面系列截图。完成全部样例练习后(ETideLoad4.0约5个工作日/PALGrav4.0约3个工作日)，基本具备独立使用软件系统的能力。

多种监测技术协同与多源异构数据深度融合原则

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（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）同类型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）不同类型多种监测量时序，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

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地面形变场及稳定性变化无缝连续监测

2015至2016年，利用三峡地区及周边26座CORS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2010年1月至2015年6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

2017至2018年，利用浙江省丽水温州及周边38座CORS站2015年至2017年GNSS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2015年1月至2017年12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：（1）CORS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。