[发明专利]一种基于GNSS网形变化的形变异常检测方法

说明书

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，尤其涉及区域微动态形变信息提取和形变异常时空分布检测。

背景技术

目前，关于GNSS地壳形变信息提取和形变异常检测方面的研究更多的是集中在这三个方面。一是基于GNSS基线长度变化；二是基于GNSS站坐标位移变化；三是基于GNSS位移场求应变。

第一种方法，通过GNSS基线长度变化只能用来分析区域地壳形变的拉张或压缩，且基线方向与形变方向不同，所得结果差异很大。而且对于走滑或旋转形变，基线变化并不明显。

第二种方法，通过GNSS站坐标位移变化虽可观察到每个台站的位移变化，具有直观性，但是位移依赖于基准，使用不同的基准将会得到不同的位移场。同时，基准站参考框架的选择是一个动态的过程，并不是固定不变的，因此需要找到合适的位移参考基准才能反映真实的地壳形变位移特征，而找到合适的位移参考基准不易。

第三种方法，即通过GNSS位移位移场求应变，可以借助应变张量的计算方法得到区域应变场主应变、剪应变、旋转角和面膨胀的动态变化过程，作为反映区域运动、变形性质和强度随时间变化的参数。但前提是假定单元内部介质均匀,位移连续,小变形等。

一个站的位置变化或一个基线长度的变化反映的仅仅是一个点，一个线的形变信息，并不能代表整体的区域形变特征。而且，若这个点或线形变量表现的很小，那么就难以发现整体区域的微动态形变。同时，从长期连续观测、庞大的GNSS网络中逐期逐站、地毯式筛选的方法检测形变异常信息将会十分耗时，效率很低。

为此，提出了一种利用不受框架和共模噪声影响、相对精度较高GNSS网形变化来检测地壳形变异常的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于GNSS网形变化的形变异常检测方法，能够快速获取形变异常的时空分布信息。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于GNSS网形变化的形变异常检测方法，包括以下步骤：

1)、将检测区域的长期连续观测的GNSS测站组建GNSS时空监测网络；

2)、对各期GNSS监测网进行基线解算和三维无约束自由网平差；

3)、将平差后的GNSS网进行高斯投影得到一个平面的网形及各站点平面坐标；

4)、利用第一期观测网中的一站点坐标作为参考位置，将此点与另一站点构成基线的方向作为参考方向，将其它各期观测的GNSS网进行平移和旋转变换。使每期的网形都统一到一个固定点和一个固定的参考方向上，并得到网中所有测站转换后的坐标；

5)、利用转换后的坐标求取整个GNSS时空监测网络所有基线长度、基线夹角、基线方位角和所有测站位移四个的要素的时空变化序列，作为衡量网形变化的指标；

6)、构建这四要素时空矩阵，进行主成分时空响应分析；

7)、确定形变异常时空分布及演变特征。

所述的步骤4)具体为：设构建的GNSS时空监测网络测站数为m个，观测总期数为n期，选择的第一期参考站坐标为(x₀,y₀)，参考基线边的坐标方位角为α₀，则各期GNSS时空监测网络所有站坐标经平移旋转变换后的新坐标为：

上式中，i表示测站号，取值为i＝1……m；j表示观测期数，取值为j＝1……n。

所述的步骤(5)中利用转换后的坐标求取整个GNSS网所有基线长度、基线夹角、基线方位角和所有测站位移，具体如下所述：

测站i与测站i+1构成的平面基线向量为：

则测站i与测站i+1构成的基线长度为：

基线i～i+1与基线i～i+2之间的夹角为：

基线i～i+1的方位角为：

测站i位移为：

所述的步骤(6)具体包括：

61)、设时空序列矩阵为X_m×n，其中，每一行代表一个测站位移、一条基线长度、一个基线方位角或基线夹角所有期的变化值；每一列表示一期所有测站位移、基线长度、基线方位角或基线夹角的变化值；

62)、为保证所有变化时间序列都是以零为基点，按式(10)对矩阵X_m×n中每一元素实施中心化：

式中，i,j表示矩阵的行列号，i＝1,2…m；j＝1,2…n；