[发明专利]一种地表潮汐位移获取方法及应用方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于GPS和经验潮汐模型的地表潮汐位移获取方法及应用方法和系统，该方法包括：基于潮汐调和分析方法，利用经验潮汐模型计算分潮的调和参数、基于GPS基准网站的观测数据并利用PPP测定技术计算分潮的调和参数；再利用计算出的调和参数构建样本数据集，并引入机器学习进行网络训练得到目标分潮对应的预测模型；最终利用潮汐位移改正模型得到地表潮汐位移，潮汐位移改正模型中目标分潮的分潮位移是利用预测模型计算；其他分潮位移采用经验潮汐模型计算。综上建立了一个高精度、高效率的潮汐位移改正模型，适用于高精度、大范围InSAR形变测量。

技术领域

本发明属于地表形变监测技术领域，具体涉及一种基于GPS和经验潮汐模型的地表潮汐位移获取方法及应用方法和系统。

背景技术

合成孔径差分干涉测量技术已广泛应用于地面形变测量，随着空间尺度的增大，InSAR差分干涉测量的固体潮和海洋潮汐负荷位移也随之增大。固体潮和海洋潮汐负荷效应是固体地球对日、月引力变化和海洋质量重分布的弹性响应，都是非线性的空间大尺度信号。以往的研究表明，在ERS1/2、ENVISAT ASAR数据的DInSAR干涉图中海洋潮汐负荷，而在100km级的幅宽尺度下通常忽略固体潮效应的影响。Sentinel-1A/B任务为确定地面变形提供了更大的空间尺度的数据，沿美国西海岸SAR卫星轨道上多幅SAR图像拼接的长度能够达到数千公里，其DInSAR干涉图测量的固体潮和海洋潮汐负荷效应的最大位移值超过了78mm。然而，在空间大尺度DInSAR干涉图中，多视后的像素量仍然达到10⁷至10⁸的数量级，传统的固体潮和海洋潮汐负荷模型的单点计算不能满足该空间尺度下像素级的快速计算要求，因此，面向长条带DInSAR干涉测量，建立一种能够高效、高精度确定固体潮和海洋潮汐负荷位移改正模型实有必要。

现有的固体潮和海洋潮汐负荷位移的算法主要是分为：

1.根据IERS2010协议中的固体潮和海洋潮汐负荷对应的经验潮汐模型的潮汐位移估计法；

2.利用PPP测定技术来确定海洋潮汐负荷位移。

其中，经验潮汐模型中固体潮模型具有较高的精度，通常误差值小于固体潮位移的1％，但海潮模型在近海区域的欠准确性可能导致海洋潮汐负荷位移的误差。海潮模型是一个具有适当分辨率的格网模型，格网点表示海潮分潮的调和参数，将格网点的潮汐调和参数代入到海洋潮汐负荷模型，可以预测海洋潮汐负荷效应引起的地表形变位移。许多空间分辨率为0.125°×0.125°或0.5°×0.5°的全球海潮模型在海岸附近无法准确地反映潮高的变化。

研究者们利用静态/动态PPP测定技术来确定海洋潮汐负荷位移，在GPS观测时间序列大于1000天时，动态PPP测定技术可以准确测定主要海潮分潮的调和参数，其中，M2、S2、O1、N2和Q1分潮的位移精度在0.2mm水平。然而，GPS观测站的数量是有限的，因此一定程序限制了其应用空间，尤其是面对沿海空间大尺度地表形变监测应用时，GPS观测站的数量限制了监测范围以及潮汐负荷位移的计算效率。

综上所述，基于GPS的PPP测定技术以及经验潮汐模型潮汐位移估计法具有各自的优势以及弊端，如何充分利用其各自优势以及规避短处，建立一个高精度、高效率的潮汐位移改正模型是本发明的研究点，进而为快速、准确地改正长条带DInSAR干涉图中各像元位置的地表潮汐位移奠定了基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于GPS和经验潮汐模型的地表潮汐位移获取方法及应用方法和系统，所述方法构建了潮汐位移改正模型，其融合了基于GPS和经验潮汐模型的潮汐位移数据，充分利用了PPP测定技术在部分分潮位移测定上的高精度特征，同时通过构建预测模型有效克服了GPS观测站数量约束的问题，提升了地表潮汐位移的获取精度，并通过引入机器学习构建预测模型也提升了测定效率，构建了一个高精度、高效率的潮汐位移改正模型，适用于高精度、大范围InSAR形变测量应用中，为快速、准确地改正长条带DInSAR干涉图中各像元位置的地表潮汐位移奠定了基础。