地球表层质量变化监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种地球表层质量变化监测方法及系统，首先获取研究区域的待监测数据时间序列，并基于所述待监测数据时间序列确定地球表面质量变化引起的总体受力值；然后将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果。本发明专利技术实施例中在确定Mascon质量块的分布信息时依流域自动划分Mascon质量块，考虑了流域，避免了不同流域或者海陆边界在解算时产生信号泄露和扭曲的现象发生，从而提高了Mascon模型的空间分辨率，提高了地球表层质量变化监测结果的准确性。而且，结合最小二乘平差方法对总体受力值进行解算，可以进一步提高监测结果的准确性，降低监测误差。

【技术实现步骤摘要】
地球表层质量变化监测方法及系统
本专利技术涉及地理监测
，尤其涉及一种地球表层质量变化监测方法及系统。
技术介绍
GRACE/GRACE-FO卫星是观测地球时变重力场的卫星，陆地冰川消融、水库蓄水、地下水过度开采、海平面与环流变化和强地震等等所有引起质量的变化的事件都能被GRACE/GRACE-FO卫星所观测到。GRACE/GRACE-FO卫星开创了高精度观测全球重力场与气候变化的新纪元，也是监测全球环境变化的有力手段。GRACE/GRACE-FO卫星的数据处理分为4个层级：Level0、Level1a/1b、Level2以及Level3。从Level1b到Level2的数据处理主要指利用卫星所搭载仪器的实际观测数据解算时变地球重力场模型。Level3为对Level2产品进行再处理后的全球质量变化格网数据。由于Level2产品里包含大量的南北条带误差，需要采用高斯滤波和去条带算法进行降噪。但这些方法通常会导致不同程度的信号扭曲和泄漏，尤其以海陆交界处的信号泄漏效应更为明显，从而进一步降低了GRACE/GRACE-FO卫星的空间分辨率。近年来兴起的质量瘤(massconcentration，Mascon)方法，从一定程度上克服了这些缺点，具有以下优势：1)能够以较容易的方式引入地球物理先验信息；2)信号扭曲和泄漏较小；3)空间分辨率高；4)灵活的地表质量块参数化方式等优点。因而逐渐成为一种新的主流算法。目前Mascon方法已经用于低-低卫星追踪卫星任务的数据分析，其显著特点是在建模过程中把地表物质迁移参数化，建立起对应的引力场变化模型，并主要通过卫星的高精度星间观测数据，把质量变化对应的等效水高直接作为参数解算。与球谐系数不同，Mascon并不是定义在整个球面上，而是针对感兴趣的区域直接引入参数建模，可以灵活选择质量异常的空间分辨率，同时减弱时变信号中存在的严重的南北条带误差。简单来说，相当于直接从卫星的仪器实际观测数据(Level1b)解算出研究区域的质量变化产品(Level3)，跳过输出Level2产品。目前，经典Mascon方法解算的地表质量变化模型广泛用于科研界。但是经典的Mascon方法在划分Mascon块时，容易导致不同流域或者海陆边界在解算时产生信号泄露和扭曲的现象，从而导致降低Mascon模型的空间分辨率。
技术实现思路
本专利技术提供一种地球表层质量变化监测方法及系统，用以解决现有技术中存在的缺陷。本专利技术提供一种地球表层质量变化监测方法，包括：获取研究区域的待监测数据时间序列，并基于所述待监测数据时间序列确定地球表面质量变化引起的总体受力值；将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果；其中，所述Mascon质量模型用于基于预先确定的Mascon质量块的分布信息，采用最小二乘平差方法对所述总体受力值进行解算得到所述监测结果；所述Mascon质量块的分布信息基于历史卫星观测数据，依流域自动划分Mascon质量块后确定。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述Mascon质量块的分布信息具体基于如下方法确定：获取全球区域底图数据以及预先划分的正六边形格网数据，所述全球区域底图数据以及所述正六边形格网数据基于所述历史卫星观测数据确定；若判断获知所述全球区域底图数据与所述正六边形格网数据中每个正六边形格网存在地理拓扑关系，则计算所述全球区域底图数据中各流域对应的正六边形格网的数量，并基于所述数量以及所述正六边形格网数据中每个正六边形格网的面积，依流域自动划分Mascon质量块，确定所述Mascon质量块的分布信息。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述计算所述全球区域底图数据中各流域对应的正六边形格网的数量，之前还包括：将所述正六边形格网数据转换至地心坐标系，得到地心坐标系下的正六边形格网数据。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，之前还包括：确定物理先验信息，所述物理先验信息包括处于不同流域的Mascon质量块之间无质量流通；相应地，所述Mascon质量模型具体用于：基于预先确定的Mascon质量块的分布信息以及所述物理先验信息，采用最小二乘平差方法对所述总体受力值进行解算得到所述监测结果。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述最小二乘平差方法中采用的法方程矩阵基于Tikhonov正则化方法对原始法方程矩阵进行处理得到；所述Tikhonov正则化方法采用的正则化矩阵基于所述Mascon质量块的分布信息确定。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果，之后还包括：确定所述研究区域对应的外部检核数据；基于方差分量估计法，采用所述外部检核数据，对所述Mascon质量模型的综合精度进行评定。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述待监测数据时间序列为卫星观测数据时间序列；相应地，所述基于所述待监测数据时间序列，确定地球表面质量变化引起的总体受力值，具体包括：对所述卫星观测数据时间序列进行数据质量判断；若判断获知所述卫星观测数据时间序列的数据质量符合要求，则对所述卫星观测数据时间序列进行粗差剔除并进行插值，得到新的卫星观测数据时间序列；基于新的卫星观测数据时间序列，确定所述总体受力值。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述待监测数据时间序列为卫星观测数据时间序列；相应地，所述基于所述待监测数据时间序列，确定地球表面质量变化引起的总体受力值，具体包括：基于所述卫星观测数据时间序列中任一时间点数据，确定卫星的受力总值，并基于背景力模型，确定所述卫星受到的背景力值；基于所述受力总值以及所述背景力值，确定所述任一时间点数据对应的地球表面质量变化引起的受力值，并基于各时间点数据对应的地球表面质量变化引起的受力值，确定所述总体受力值。根据本专利技术提供的一种地球表层质量变化监测方法，所述待监测数据时间序列为模拟数据时间序列；相应地，所述获取研究区域的待监测数据时间序列，具体包括：设定模拟卫星参数，并基于真实卫星所处的外部环境，对所述模拟卫星参数进行校正；基于校正后的模拟卫星参数，确定所述模拟数据时间序列。本专利技术还提供一种地球表层质量变化监测系统，包括：确定模块，用于获取研究区域的待监测数据时间序列，并基于所述待监测数据时间序列，确定地球表面质量变化引起的总体受力值；监测模块，用于将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果；其中，所述Mascon质量模型用于基于预先确定的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地球表层质量变化监测方法，其特征在于，包括：/n获取研究区域的待监测数据时间序列，并基于所述待监测数据时间序列确定地球表面质量变化引起的总体受力值；/n将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果；/n其中，所述Mascon质量模型用于基于预先确定的Mascon质量块的分布信息，采用最小二乘平差方法对所述总体受力值进行解算得到所述监测结果；所述Mascon质量块的分布信息基于历史卫星观测数据，依流域自动划分Mascon质量块后确定。/n

【技术特征摘要】
1.一种地球表层质量变化监测方法，其特征在于，包括：
获取研究区域的待监测数据时间序列，并基于所述待监测数据时间序列确定地球表面质量变化引起的总体受力值；
将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果；
其中，所述Mascon质量模型用于基于预先确定的Mascon质量块的分布信息，采用最小二乘平差方法对所述总体受力值进行解算得到所述监测结果；所述Mascon质量块的分布信息基于历史卫星观测数据，依流域自动划分Mascon质量块后确定。


2.根据权利要求1所述的地球表层质量变化监测方法，其特征在于，所述Mascon质量块的分布信息具体基于如下方法确定：
获取全球区域底图数据以及预先划分的正六边形格网数据，所述全球区域底图数据以及所述正六边形格网数据基于所述历史卫星观测数据确定；
若判断获知所述全球区域底图数据与所述正六边形格网数据中每个正六边形格网存在地理拓扑关系，则计算所述全球区域底图数据中各流域对应的正六边形格网的数量，并基于所述数量以及所述正六边形格网数据中每个正六边形格网的面积，依流域自动划分Mascon质量块，确定所述Mascon质量块的分布信息。


3.根据权利要求1所述的地球表层质量变化监测方法，其特征在于，所述将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，之前还包括：确定物理先验信息，所述物理先验信息包括处于不同流域的Mascon质量块之间无质量流通；
相应地，所述Mascon质量模型具体用于：
基于预先确定的Mascon质量块的分布信息以及所述物理先验信息，采用最小二乘平差方法对所述总体受力值进行解算得到所述监测结果。


4.根据权利要求1所述的地球表层质量变化监测方法，其特征在于，所述最小二乘平差方法中采用的法方程矩阵基于Tikhonov正则化方法对原始法方程矩阵进行处理得到；
所述Tikhonov正则化方法采用的正则化矩阵基于所述Mascon质量块的分布信息确定。


5.根据权利要求1所述的地球表层质量变化监测方法，其特征在于，所述将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果，之后还包括：
确定所述研究区域对应的外部检核数据；
基于方差分量估计法...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉将军，闫政文，肖云，栾奕，潘宗鹏，
申请(专利权)人：南方科技大学，西安测绘研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44