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CORS站用于地表环境参数综合监测研究

冯智杰 张双成 周昕 陈雄川

冯智杰, 张双成, 周昕, 陈雄川. CORS站用于地表环境参数综合监测研究[J]. 全球定位系统, 2023, 48(5): 125-135. doi: 10.12265/j.gnss.2023150
引用本文: 冯智杰, 张双成, 周昕, 陈雄川. CORS站用于地表环境参数综合监测研究[J]. 全球定位系统, 2023, 48(5): 125-135. doi: 10.12265/j.gnss.2023150
FENG Zhijie, ZHANG Shuangcheng, ZHOU Xin, CHEN Xiongchuan. CORS stations for integrated monitoring of surface environmental parameters[J]. GNSS World of China, 2023, 48(5): 125-135. doi: 10.12265/j.gnss.2023150
Citation: FENG Zhijie, ZHANG Shuangcheng, ZHOU Xin, CHEN Xiongchuan. CORS stations for integrated monitoring of surface environmental parameters[J]. GNSS World of China, 2023, 48(5): 125-135. doi: 10.12265/j.gnss.2023150

CORS站用于地表环境参数综合监测研究

doi: 10.12265/j.gnss.2023150
基金项目: 国家自然科学基金(42074041);国家重点研发计划项目(2019YFC1509802);信息工程国家重点实验室基金(SKLGIE2022-ZZ2-07);自然资源部陕西西安地裂缝与地面沉降野外科学观测研究站开放课题(2022-04)
详细信息
    作者简介:

    冯智杰:(1999—),男,硕士,研究方向为GNSS-IR解译地表环境参数

    张双成:(1979—),男,博士,副教授,研究方向为GNSS与InSAR灾害监测

    周昕:(1998—),男,博士,研究方向为GNSS-IR解译土壤湿度研究

    通信作者:

    张双成 E-mail: shuangcheng369@chd.edu.cn

  • 中图分类号: P228.49

CORS stations for integrated monitoring of surface environmental parameters

  • 摘要: 卫星导航定位连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)系统作为GNSS与网络通信技术结合发展出的新兴导航定位CORS系统,具有快速高效、高精度、网络化等优点,不仅可以测量地表位置及运动,还可以借助GNSS信号的折射与反射特征监测地表环境参数变化情况. 本文提出一种将CORS站用于“积雪深度、土壤湿度、大气水汽、地表形变”的地表环境多参数综合监测体系,用以拓展CORS站在生态环境中的广泛应用. 以齐齐哈尔市CORS站BFQE为实验案例,首先获取实验时段中CORS站接收的GNSS观测数据(含信噪比(signal to noise ratio,SNR)数据)、星历数据及气象数据对其进行预处理;其次对重采样的SNR数据采用非线性最小二乘及Lomb-Scargle谱分析方法解译特定时间段的浅层土壤湿度及地表积雪深度;然后通过联测远距离国际地球动力学服务机构站(International GPS Service for Geodynamics,IGS)采用相对定位技术获取测站的地表形变序列与大气水汽序列;最后,结合上述多种地表环境参数结果进行相关性分析,获得参数间的响应关系. 实验结果表明:CORS站用于地表环境综合监测能够有效地监测多参数时间变化,反演得到的环境参数之间具有一定的响应关系. 大气水汽含量会影响降雨的时空分布和强度,大气水汽反演值与降雨在趋势上呈现高度相关;在积雪时段,大气水汽的增加伴随着积雪深度的增加;大气水汽增加形成的降雨是土壤湿度的主要来源,解译土壤湿度总是在强降雨后呈现上升趋势,基于单星的土壤湿度与实测数据平均相关性为0.75,多星融合解译结果的相关性达到0.89,土壤含水率的均方根误差(root mean squared error,RMSE)为0.87%;地表形变时间序列在北(north,N)、东(east,E)方向形变较为稳定,天顶(up,U)方向的形变与大气水汽、积雪深度和土壤湿度存在一定的响应性波动.

     

  • 图  1  地表环境参数综合监测

    图  2  GNSS-IR解译积雪深度及土壤湿度示意图

    图  3  GNSS-PWV解译大气水汽示意图

    图  4  BFQE测站环境图

    图  5  2019-2021年气象序列图

    图  6  2021年雪深反演

    图  7  2021年积雪与降雨关系图

    图  8  BFQE测站菲涅耳反射区

    图  9  2021年土壤湿度反演

    图  10  2021年土壤湿度与降雨关系图

    图  11  2021年大气水汽反演

    图  12  2021年测站形变反演

    图  13  形变速率与降雨关系图

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  • 收稿日期:  2023-07-18
  • 网络出版日期:  2023-10-23

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