慧天地”关注
文章转载自智绘科服，初审：张艳玲，复审：宋启凡，终审：金君，版权归原作者及刊载媒体全部。
中国大地丈量研究盼望(2019—2023)
党亚民1,蒋涛1,杨元喜2,3,孙寂静4,5,姜卫平6,朱建军7,薛树强1,张小红8,蔚保国9,罗志才10,李星星8,肖云2,3,章传银1,张宝成4,李子申11,冯伟12,任夏2,3,王虎1
1.中国测绘科学研究院,北京100036;
2.地理信息工程国家重点实行室,陕西西安710054;
3.西安测绘研究所,陕西西安710054;
4.中国科学院精密丈量科学与技能创新研究院,湖北武汉430071;
5.中国科学院大学,北京100049;
6.武汉大学卫星导航定位技能研究中心,湖北武汉430079;
7.中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083;
8.武汉大学测绘学院,湖北武汉430079;
9.中国电子科技团体公司第五十四研究所卫星导航体系与装备科技国家重点实行室,河北石家庄050081;
10.华中科技大学物理学院,湖北武汉430074;
11.中国科学院空天信息创新研究院,北京100094;
12.中山大学测绘科学与技能学院,广东珠海519082
择要：
2023年7月11日至2023年7月20日,第28届国际大地丈量学和地球物理学连合会(TheInternationalUnionofGeodesyandGeophysics,IUGG)大会在德国柏林举行。按照IUGG传统,国际大地丈量协会中国委员会(CNC-IAG)构造国内十余家单位编写了“中国大地丈量国家陈诉(2019—2023)”,分别总结了2019至2023年4年期间的中国大地丈量各分支学科研究盼望。本文重要归纳和总结了中国大地丈量学科近几年的团体盼望,侧重各范畴代表性研究盼望,重要内容包罗基准框架、综合PNT与弹性PNT、重力场与垂直基准、GNSS精密产物、多源传感器组合导航和海洋大地丈量6个研究方向。别的,连合国际大地丈量及相干交错学科的发展趋势,对我国大地丈量学科将来发展提出了几点发起。
引文格式：党亚民,蒋涛,杨元喜,等.中国大地丈量研究盼望(2019—2023)[J].测绘学报，2023，52(9)：1419-1436.DOI:10.11947/j.AGCS.2023.20230343
DANGYamin,JIANGTao,YANGYuanxi,etal.ResearchprogressofgeodesyinChina(2019—2023)[J].ActaGeodaeticaetCartographicaSinica,2023,52(9):1419-1436.DOI:10.11947/j.AGCS.2023.20230343
关键词：IUGG基准框架PNT重力场垂直基准导航定位海洋大地丈量
阅读全文：http://xb.chinasmp.com/article/2023/1001-1595/20230901.htm
引言
2019至2023年期间，中国大地丈量工作者紧盯国家经济发展和国防建立发展需求，顺遂完成了多项有影响力的庞大工程和研究工作。北斗卫星导航体系于2021年7月31号正式向环球用户提供定位导航定时(PNT)服务和国际搜救服务，向国内用户提供星基精密单点定位(PPP-B2b)服务和星基导航加强服务[1-2]；历尽艰苦，综合运用多种大地丈量技能，于2020年12月完成了2020珠峰高程丈量[3]；突破系列卫星平台和载荷关键技能，于2021年乐成发射了我国第一组低-低跟踪重力丈量卫星[4]；于2023年3月乐成发射了我国第一组低-低伴飞海洋测高卫星[5]；开端实现了我国海底大地丈量基准试验网建立，研制了成套海底信标装备，突破了海洋大地丈量基准建立系列关键技能[6-8]；毫米级大地丈量坐标基准建立的关键技能攻关取得紧张盼望[9-11]；为了实现从深空到深海的无缝PNT服务，近两年，我国综合PNT论证取得实质性盼望，弹性PNT已经从理论框架渐渐走向了弹性终端研制、弹性观测模子构建和弹性随机模子优化研究等，并取得系列研究结果[12-15]；室内定位导航、复杂环境的定位导航取得丰富的研究结果[16-17]；地球重力场、垂直基准、非线性地球参考框架建立相干理论、大地丈量数据处理惩罚理论与方法等也取得了有影响力的学术产出[18-24]；智能化大地丈量数据处理惩罚也举行了开端实行[25-26]。本文重点梳理了近4年我国大地丈量的重要成绩，同时也为中国大地丈量将来发展重点提出了发起。
1非线性地球参考框架构建与维持
高精度地球参考框架(地球基准框架)作为大地丈量的空间基准，是国家紧张的底子办法。但由于受到与地球物理征象有关的非线性因素的影响，ITRF框架的团体维持精度仍处于厘米级程度。因此，精准刻画出基准站的线性活动、非线性活动和地心活动的真实轨迹是实现毫米级地球参考框架构建与维持技能的关键。必要指出的是，我国北斗环球卫星导航体系，以及系列甚长基线干涉丈量体系和卫星激光丈量站的建立，使得创建我国自主可控、高精度的环球/中国地区地球参考框架成为大概。我国地区框架升级至环球化的“新超过”，将会进一步夯实国家综合PNT体系顶层基准的地基。
1.1地球参考框架动态维持
研究创建1毫米精度的大地丈量坐标基准框架是当前国际大地丈量学界的紧张挑衅，也是我国地区坐标框架建立的目标[9]。毫米级基准框架的实现必要对应的毫米级的动态维持技能。如今，中国学者在框架维持技能方面侧重研究了基于线性速率的线性维持技能、综合思量基准站非线性活动和地心活动的非线性维持技能等[10,18]。通过对环球导航卫星体系(GNSS)测站坐标非线性变革规律及其分布与影响机制研究，表明环境负荷和热膨胀效应是造成基准站的年周期幅度变革的紧张缘故起因，周年性体系偏差、高阶电离层耽误和噪声模子也会产生肯定的影响[27-28]。固然，毫米级动态基准框架的维持尚有系列科学和技能题目必要办理，如GNSS处理惩罚模子的进一步精化、地球物理影响机制和基准站坐标时间序列非线性活动模子精度的耦合效应探索、历元基准框架的精度与稳固性提拔技能等[3]。
1.2地区基准框架维持与垂直形变
高精度地区坐标基准框架是国家经济建立和大型工程建立的底子。如今，我国北斗环球卫星导航体系在构建高精度地区基准框架中与美国环球定位体系(GPS)保持同一程度，融合北斗数据维持地区基准框架，可提拔地区基准框架可靠性，进一步促进了GNSS技能在地区基准框架和数据服务的动态监测和维护中的作用，改进了地区参考系维护的理论和方法[29]。基于GNSS数据研究了珠峰地区块体模子和三维地壳形变特性[30-31]，结果表明该地区地壳垂直形变由南至北跨喜马拉雅山脉呈显着蹊径型分布特性；2015年尼泊尔震后印度板块与欧亚板块存在加快汇聚趋势，从而导致地壳隆升速率增大。
1.3CGCS2000坐标框架的更新与维持
2000国家大地坐标系(CGCS2000)及其坐标基准框架的更新、维持与应用是大地丈量工作者永恒的课题之一，我国学者在中国大陆程度活动速率场模子、板块欧拉矢量活动模子、坐标转换格网模子构建与应用方面取得系列结果[32-33]，为中国动态大地坐标框架最优实现提供了理论与算法支持；将监督聚类统计理论应用于基准站的优选，同时提出了大规模站网的间距分区法，并用板块活动改正实现CGCS2000参考历元的坐标归算。在CGCS2000坐标系毫米级精度维持理论中，有学者提出顾及板块活动的坐标框架更新方法，起首将站点坐标对准ITRF，并思量到板块的移动，将这些坐标修正到CGCS2000框架坐标中；别的，有多位学者利用分析中心提供的无束缚平差法方程组合来估计地区控制站正确坐标[34]。
1.4中国大陆长期GNSS观测数据重新处理惩罚
丰富的GNSS数据源和顾及大地动同震/震后影响改正的精密数据处理惩罚，是包管中国大陆地壳活动速率场精度和可靠性的底子性要素。为此，中国学者基于更新的Repro3算法模子对GNSS数据举行了同一重处理惩罚，以获取更为“干净、可靠”的GNSS坐标时间序列，并连合中国大陆大地动汗青记录，顾及复杂非线性因素(速率、阶跃、周期、同震/震后形变)影响，重新解算了GNSS时序模子，并获取高精度中国大陆GNSS程度速率场[35]；有学者总结了大规模GNSS网数据一体化处理惩罚优化原则与质量评估方案[36]，提出了基于改进周期图谱法和团体最小二乘理论的非匀称GNSS坐标时间序列分析方法，思量了观测偏差、系数阵偏差和卖弄谱峰的影响[37]，提拔了GNSS速率场估计精度；针对非线性震后形变模子，采取附加束缚非线性规划主动估计最优地动弛豫时间，进步了时序模子的团体精度[38]；别的，有学者提出了一种基于谱分析和假设查验的时间序列精化模子，可以对基站活动轨迹模子的精确性和各解算参数的明显性举行查验评估[39]。
1.5中国大陆现今GNSS速率场模子与形变
在风雅化构建中国大陆格网速率场模子过程中，提出了局部无缝Delaunay三角网反间隔加权法，该模子不但思量了站点间隔和方位信息，还能刻画出更为风雅的局部特性，同时降服了边沿地区团体三角网跨度过大以及块体边沿三角网不连续的缺点[40]；为进步中国大陆地区程度速率场的精度，并风雅地刻画其自身的局部活动特性，构建了基于欧拉矢量模子的中国大陆省级块体相对活动模子和部分省内子块体相对活动模子，并利用非监督聚类算法对地壳活动复杂地区的程度速率场举行子块体分别[41]。基于插值得到中国大陆匀称程度格网速率场，分析了中国大陆平面的应变特性，探索了中国大陆地壳变形的分布特性及其与强震的强相干关系[35]；利用改进的K-Means++聚类分析方法将中国大陆分别为7个块体，结果表明与现有的地块分别结果符合度较高，具有较强的可靠性与可信度[35]。
1.6北斗地心基准框架的开端实现与评估
当前国际和地区坐标基准框架重要以GPS观测技能实现，将北斗体系融入地区大地坐标框架维持是中国大地丈量工作的重要任务之一。如今，已有学者利用环球MGEX站北斗观测数据开端实现并评估了新一代利用BDS-3技能构建的环球地心基准框架(CTRF2020)，其参考历元为2020年1月1日，重要结果表现情势为一系列框架点与参考历元的高精度坐标和速率[42]。CTRF2020的开端实现与评估，为将来实现以BDS-3技能为主、多空间大地丈量技能为辅的综合性地球参考框架维持提供参考鉴戒。
2综合PNT与弹性PNT
以GNSS为代表的天基定位、导航和定时(PNT)技能极大地改变了PNT信息转达与服务方式，促进了环球、全天时、全天候的PNT基准同一。然而，天基PNT存在落地信号弱、易被干扰和掩藏等题目，美、欧等天下强国(地区)开始器重其他PNT本领的发展，我国学者也动手研究更加公道的PNT应用和服务模式，以确保用户获取PNT信息的连续性、可靠性和安全性[12]。
2.1综合PNT信息源体系建立
2016年，中国学者率先提出综合PNT概念，与美国2010年提出的PNT体系的核心差别是夸大多物理原理构建的综合PNT体系，实现从深空到深海PNT服务的无缝覆盖。早期的综合PNT是全部PNT信息源的简单集成，但并未对PNT信息源属性举行风雅分别。颠末不绝的论证，中国学者将综合PNT体系分解成综合PNT底子办法和综合PNT应用体系[12]。此中，综合PNT底子办法重要指颠末经心计划和建立的PNT信息源底子办法；综合PNT应用体系则指基于各类PNT底子办法信源和天然界信源的PNT集成应用体系，如综合利用脉冲星信号、重力感知、磁力感知、惯导、视觉、声学等PNT信源实现的PNT应用模式。
综合PNT底子办法无疑是综合PNT体系建立的核心和底子，其建立应当在国家层面举行统筹和规划，确保资源公道规划和利用，并实现PNT信息源从深空到深海的无缝覆盖。综合PNT底子办法包罗拉格朗日点导航星座、高轨卫星定位体系(GNSS)、低轨导航加强星座、地基长波无线电导航定位体系、地面可用的通讯基站网、海面导航定位浮标网、海底声学导航信标网等。如今我国已有长途长波导航台站6个，还将继承优化布局，升级改造，扩大覆盖范围；通讯基站站网布设广泛，如今已有高出480万座通讯基站和高出50万座5G基站，可作为地基PNT服务的紧张增量，中国移动也发布了环球最大的“5G+北斗”高精度定位平台“OnePoint”，可以提供亚米级、厘米级乃至毫米级定位服务[43]；地基加强体系建成地面站天下一张网，可向广大用户提供及时米级、分米级、厘米级和过后毫米级高精度定位和加强服务；海底大地基准网建立和水下导航信标装备研制取得突破，研制了顺应水下3000m水深的“唤醒式”水下信标装置，并在南海海疆布设了海底PNT试验信标网，可以实现10m精度的定位导航服务[6-7]。
2.2弹性PNT应用模式
综合PNT底子办法提供了多物理原理的PNT信息源，天然界还广泛存在天然PNT信息源。为了公道利用PNT底子办法信息源、天然PNT信息源和用户自感知PNT信息源(如惯性导航、光学和图像信息源)，实现用户PNT应用的最优化，中国学者提出了弹性PNT融合应用头脑。该头脑与国际上其他弹性授时概念、弹性定位导航概念的核心差别在于，中国学者提出的弹性PNT包罗：PNT传感器弹性集成、各类PNT感知函数模子弹性优化、随机模子弹性调解和多源信息弹性融合等多源PNT应用全过程的弹性化。
弹性PNT概念自2018年提出后，快速成为研究热门，学者们不但对弹性PNT内涵举行了辨析[7,44]，还针对差别应用场景，提出了多种弹性PNT模子，并实行将深度学习和神经网络等智能算法融入PNT数据处理惩罚[25]。在水下PNT弹性应用方面，中国学者构建了附加周期偏差项和分段多项式相连合的弹性观测模子以补偿水声观测体系偏差影响[45-46]，构建了随机游走噪声以及抗差估计相连合的声学随机模子[46-47]；在都会PNT弹性应用方面，构建了观测先验置信度与贝叶斯最大似然后验估计相连合的观测权重动态更新模子[48]，提出了通过梯度提拔与决定树相连合的惯导偏差补偿模子[49]。在室内和地劣等非袒露空间场景，Wi-Fi、蓝牙、UWB、伪卫星等无线电信号的弹性融合以及惯导、重磁匹配等自主导航本领的弹性集成取得丰富的研究结果[16-17]。
3地球重力场与垂直基准
比年来我国重力卫星任务乐成实行，国产重力仪研发工作稳步推进，创建了多个超高阶重力场模子和纯卫星重力场模子，参加了国际大地丈量协会(IAG)科罗拉多大地水准面建模试验，初次在珠峰地区实行航空重力丈量并实现国际高程参考体系。本节从重力丈量、静态和时变重力场、海洋重力场、大地水准面与垂直基准及重力场理论算法和软件等方面总结比年来地球重力场与垂直基准范畴的研究盼望。
3.1重力丈量
我国创建了一个由80多个站点构成的连续观测重力网络，重力仪器包罗GWR超导重力仪、PET/gPhone、DZW、GS15和TRG-1等各范例重力仪，在地球动力学和地球内部构造研究方面发挥了紧张作用，特别是我国超导重力观测站，与环球40多个站点一起参加环球地球动力学国际相助项目，作出了紧张贡献[50]。中国科学院精密丈量科学与技能创新研究院研制的CHZII型海空重力仪和中国航天科技团体公司研制的SAG系列重力仪正在渐渐走向成熟。2018年，向阳红6号科考船搭载6个型号的海洋重力仪(CHZ-Ⅱ、SAG-2M、SGA-WZ、ZL11、俄罗斯GT-2M和美国LCR)在南海海疆开展对比试验，试验结果表明，国产重力仪的精度靠近GT-2M重力仪，高于LCR重力仪[51]；中科院精测院、浙江工业大学、中国船舶重工团体有限公司分别开展了量子绝对重力仪的研发和试验，办理了冷原子绝对重力仪研制的部分关键题目[52-53]。
我国第一个卫星跟踪卫星模式的重力卫星体系于2021年底乐成发射，该体系采取高-低和低-低卫卫跟踪肴杂丈量模式来获取环球重力场及当时变信息。在轨测试结果表现，卫星体系工作状态正常，各项指标满意计划要求，明显提拔了我国卫星体系的研制程度和空间微重力丈量本领。利用2022年4月1日至2022年8月30日期间的卫星数据反演了60阶次时变地球重力场模子，该模子可以很好地表征环球水文变革，与GRACEFO卫星结果的RMS差值仅为2cm，可为大地丈量、地球物理、地动、水资源管理、冰川学、海洋学和国防安全等提供紧张数据支持[4]。
3.2静态重力场和时变重力场
静态重力场建模方面，武汉大学基于椭球谐分析和系数变更理论，综合GOCE重力卫星、卫星测高海洋重力非常和EGM2008模子陆地重力非常数据及卫星模子法方程构建了2190阶重力场模子SGG-UGM-2[19]。中国测绘科学研究院采取基于椭球谐系数的块对角阵最小二乘方法，利用GOCO06S模子、环球地面重力非常和卫星测高海洋重力非常数据构建了2190阶重力场模子CASM-EGM2020，应用于环球地理信息资源建立工程。武汉大学、同济大学、西南石油大学和广东工业大学分别利用GRACE和GOCE重力卫星数据创建了纯卫星重力场模子WHU-SWPU-GOGR2022S(300阶次)、Tongji-GMMG2021s(300阶次)、SWPU-GRACE2021S(180阶阶次)和GOSG02S(300阶次)。
时变重力场研究方面，华中科技大学基于动力法和短弧法肴杂处理惩罚战略[20]，利用GRACEL1B和AOD数据，构建了月重力场模子序列HUST-Grace2019和HUST-Grace2020。同济大学利用优化的短弧法构建了GRACE月重力场模子序列Tongji-Grace2018，引入滤波后GRACE质量变革估计作为空间束缚，构建了月重力场模子序列Tongji-RegGrace2019，应用时无须再举行滤波处理惩罚，与GRACE官方Mascon解精度相称[54]。武汉大学分别基于动力法和改进能量积分法构建了月重力场模子序列WHURL02和WHU-GRACE-GPD01[55]。西南交通大学采取改进参数化战略解算了月重力场模子序列SWJTU-GRACE-RL02p[56]。西南石油大学利用动力法解算得到睁开至96阶的月重力场模子序列SWPU-GRACE2021[57]。
海洋重力场研究方面，中国学者验证了HY-2A/GM数据有助于提拔海洋重力场反演精度，并连合多源卫星测高和海洋测深数据构建了环球海洋重力非常数据集GMGA1[58]、GMGA2[59]和NSOAS22[60]。新一代宽刈幅干涉测高卫星SWOT可以或许以高精度和高分辨率举行大范围的海面高度丈量，SWOT单周期和多周期数据模仿结果表明，重力场反演精度和分辨率优于传统测高卫星组合[61-62]。利用SARAL/Altika等多源卫星数据创建了南中国海1′×1′海洋重力非常模子SCSGAV1.0[63]。利用多源卫星测高数据解算得到环球重力非常Grav_Alti_WHU，连合船测水深数据构建了环球海底地形模子BAT_WHU2020[64]。
3.3大地水准面与垂直基准
中国测绘科学研究院参加国际大地丈量协会(IAG)科罗拉多大地水准面建模试验，利用谱组合方法连合卫星、地面和航空重力数据构建了大地水准面模子，模子相对于GNSS水准数据的标准差为3cm[21,65-66]；在2020珠峰高程丈量中，初次开展珠峰地区航空重力丈量和峰顶地面重力丈量，连合地面和航空重力数据创建了精度为3.8cm的珠峰重力似大地水准面，初次在珠峰地区实现国际高程参考体系，获取了高精度峰顶正高[3,22,66-67]；提出了连合GNSS站网和地表质量负荷数据的地区高程基准框架维持方法。武汉大学连合超高阶重力场模子与中国GNSS水准数据，分别利用非常位法、正常高反算法及高程非常差法确定了中国1985国家高程基准与环球高程基准之间的垂直毛病[68]。天然资源部大地丈量数据处理惩罚中心分析了天下一等水准点高程近20年的变革[23]，综合利用国家一等水准网、国家GNSS大地控制网等数据创建了中国大陆垂直活动模子[24]。天然资源部第一海洋研究所连合利用长期验潮站、卫星测高等多源数据，在山东沿海等海疆实现了CGCS2000和1985国家高程基准向海疆延伸及陆海垂直基准之间的相互转换[69]。
3.4重力场理论算法和软件
中国学者开展了一系列重力场理论算法和软件研究，讨论了两种差别边界面的球近似第二大地边值题目[70]；研究了基于双向卫星时频转达光学原子钟比对观测的重力位测定方法[71]；提出了基于六边形网格剖分的环球重力场布局，推导了对应的球谐分析和综合算法公式[72-73]；推导了残余地形模子(RTM)大地水准面高的调和改正公式[74]；提出了等角格网和高斯格网的球谐分析算法[75]；提出了一种实用于补偿各类海空重力仪动态效应剩余影响的通用模子，推导了盘算地球外部及地面重力非常垂向梯度环球积分模子的分步改化公式，提出了补偿传统改化模子理论缺陷的修正公式[76-77]；研发了高精度重力场逼近与大地水准面盘算体系PAGravf和地球潮汐负荷效应与形变监测盘算体系ETideLoad[78]。
4GNSS精密产物天生与应用
GNSS高精度服务通常利用环球广泛分布的参考网数据天生卫星轨道和钟差等精密产物，并将其应用于精密定位等诸多范畴。本节先容了武汉大学IGS分析中心与数据中心的发展近况，归纳了GNSS非差非组合数据理论与应用的研究盼望，总结了精密电离层建模与应用的近期结果，讨论了当前广域及时精密定位的技能程度。
4.1武汉大学IGS分析中心与数据中心建立
武汉大学IGS分析中心和数据中心比年来为中国和环球用户提供了更加丰富、精密的GNSS数据和产物。自2019年起，武汉大学IGS分析中心开始提供包罗我国北斗在内的多体系GNSS终极产物，涵盖卫星轨道、钟差和地球自转参数等产物。自2022年起，武汉大学终极产物天生采取了ITRF2020框架并思量了IGS第三次重处理惩罚意见，同时实现了非差含糊度固定以提拔轨道和钟差产物精度[79]。除了对数据处理惩罚设置的改变，数据处理惩罚模子也得到了提拔，尤其是针对我国北斗体系，创建了加强的拓展CODE轨道模子[80]，校准了卫星天线相位中心毛病和变革，思量了差别范例卫星的姿态控制模式[81]。别的，武汉大学分析中心还提供环球电离层产物[82]，并于2020年底开始发布及时电离层产物[83]。武汉大学分析中心自参加IGS及时工作组以来，创建了及时卫星钟差滤波模子[84]，为GLONASS及时钟差估计提供了频间毛病产物[85]，提供了快速卫星相位毛病产物并开源了PRIDEPPP-AR软件[86]。别的，武汉大学还通过绝对天线校正提供天线相位中心改正产物。上述全部数据和产物均可从武汉大学IGS分析中心和数据中心获取(http://www.igs.gnsswhu.cn/)。
4.2GNSS非差非组合数据处理惩罚理论与应用
在当前多频多模GNSS配景下，非差非组合数据处理惩罚上风显着，渐渐成为了主流数据处理惩罚方法。中国学者比年来在GNSS非差非组合数据处理惩罚理论与应用方面取得了丰富的研究结果，重要包罗以PPP技能为代表的单测站数据处理惩罚和以PPP-RTK技能为代表的多测站数据处理惩罚。PPP技能利用外部轨道和钟差等产物处理惩罚单测站GNSS数据以获取高精度位置信息。中国学者将GPS单体系PPP拓展至北斗、伽利略等多体系PPP[87]，将双频PPP拓展至多频和单频，具备了全频全体系、差别吸取机范例兼容的数据处理惩罚本领[88]。别的，冲破了传统PPP模子的吸取机码毛病时稳固假设，创建了顾及吸取机码毛病变革的改进PPP模子[89]。除卫星轨道和钟差外，PPP-RTK技能进一步为用户提供卫星相位毛病和大气产物，实现快速精密定位。比年来，为降服北斗二号多路径效应等伪距未模子化偏差的影响，创建了仅用相位的PPP-RTK模子[90]。为实现GLONASSPPP-RTK，提出了频分多址整数可估PPP-RTK模子[91]，构建了码分多址和频分多址全频全体系非差非组合PPP-RTK数据处理惩罚理论体系[92]。顾及地区电离层耽误特性，创建了电离层加权地区PPP-RTK模子[93]，可进步模子强度并提拔产物估值精度。为实现广域多测站非差非组合数据处理惩罚，提出了全视PPP-RTK模子[94]和分布式数据处理惩罚方法[95]，低落了模子复杂度且提拔了数据处理惩罚服从。
4.3精密电离层建模与应用
电离层是空间大气的紧张构成部分之一。比年来，浩繁中国学者致力于精密电离层建模与应用，取得了丰硕结果，重要包罗：北斗电离层改正模子、及时电离层监测与建模、低轨加强GNSS的电离层建模、基于人工智能的电离层猜测、电离层扰动监测和消除，以及电离层精密产物有关应用等。北斗三号电离层改正模子利用球谐睁开形貌环球垂直电离层分布，向用户播发9个模子参数，该模子在98%的样本中优于IGSGIM模子的修正本领75%[96-97]。由于GNSS监测站的分布不均，部分地区(如海上和极地)电离层建模精度仍非常有限。中国学者比年来利用仿真LEO数据和中国风云等实测LEO数据创建了加强电离层模子[98-99]，并探索了利用GNSS、LEO、卫星测高和电离层掩星等多源数据进一步提拔电离层建模精度的方法[100]。呆板学习、深度学习和神经网络等技能也乐成应用于电离层猜测并取得系列结果[101-102]。电离层扰动会对用户定位带来倒霉影响，我国创建了多个电离层扰动监测网，如中国地壳活动监测网络、空间环境地基综合监测网(子午工程二期)和BDSMART空间大气监测网等，其电离层监测结果将被广泛用于卫星导航、民用航空、空间气候和太阳活动等诸多行业和科学研究范畴。
4.4广域及时精密定位
精密位置是GNSS确定的核心参数之一，同时也是浩繁其他大地丈量参数解算的底子。比年来，GNSS精密位置服务渐渐由地区拓展至广域，由过后发展至及时。浩繁中国学者针对广域及时精密定位在定轨、钟差估计、含糊度固定、大气建模和体系建立等方面开展了丰富的研究。为实现及时精密定轨，滤波数据处理惩罚更换了团体最小二乘解算[103]，非差或双差含糊度固定代替了浮点含糊度估计[104]。为提拔及时钟差估计盘算服从和精度，基于QR分解的信息滤波[105]、基于自顺应调解的Kalman滤波已得到乐成应用[106]。在多频多模配景下，研究天生了双频宽巷、窄巷及超宽巷卫星相位毛病产物[107]，并拓展至每个频率、每种范例的卫星相位毛病产物[108]。也有学者实行了利用人工智能举行大气耽误修正，进步了大气建模精度和可靠性[14,109]。广域及时精密定位服务体系日渐美满，如北斗体系的BDSBAS和PPP-B2b公开服务[1-2]，以及千寻、六分和中国移动等贸易公司的广域及时高精度定位服务。思量到GNSS信号的脆弱性，近期研究开端验证了低轨卫星加强GNSS高精度定位的本领[110]。随着将来成百上千低轨卫星的发射，将实现更加快速可靠的广域及时精密定位服务。
5多源传感器组合导航
比年来，以数字化、智能化为特性的新技能已经渗出到全场景、及时、高精度定位服务的各个范畴。在各类环境感知智能装备、路径规划、举动决定等方面已经取得阶段性结果。为了办理复杂场景下单肯定位技能的固有范围性，基于异构传感器相互融合的多源传感器组合导航技能已成为当前研究的热门之一，取得了一系列创新结果。本节侧重从多源传感器组合导航模子和方法、平台和软件、数据集等方面梳理组合导航的紧张盼望。
5.1组合导航模子和方法
GNSS/INS组合导航技能是如今应用最为广泛的组合导航技能之一。比年来，中国学者在组合算法的初始对准，信息融合及活动学束缚等方面取得明显突破。在初始对准方面，提出了GNSS观测辅助的载体多历元速率优化、GNSS与INS轨迹同等性匹配等方法，实现了面向低本钱MEMSIMU组合体系的航向角快速初始化技能[111-114]。在GNSS观测信息融合方面，利用惯导装备短时间递推精度较高的特点，辅助GNSS数据预处理惩罚与含糊度固定，进步GNSS信号失所时的定位精度[115-117]。在信息融合方式上，扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波及因子图优化算法等都得到了较多研究，进步了信息融合的通用性和妥当性[118-119]。别的学者们针对车辆活动特性，将非完备束缚(non-holonomicconstraint,NHC)、里程计信息与GNSS/INS组合算法相连合，提拔了GNSS信号停止时的导航精度[120-122]。
当GNSS信号长时间或频仍受遮挡时，怎样克制GNSS/INS组合算法偏差累积是必要办理的重要题目。视觉传感器以其更高精度和更低本钱的上风成为当前GNSS/INS组合算法的最佳增补。中国学者在基于特性的视觉导航算法方面做了体系研究，其特性可分为基于点、线、面的天然特性和基于神经网络提取的人工特性[123-124]；在组合方式上可分为松组合和紧组合，此中松组合重要指GNSS解算结果与视觉惯性组合解算结果间举行的融合[125-127]，而紧组合重要指GNSS伪距和相位观测、IMU观测和视觉特性基于原始观测层面的组合[128]。与松组合相比，紧组合可以利用更完备的传感器信息进而得到更为正确的定位结果。视觉传感器高度依靠纹理特性，从而对环境光照和纹理提出了更高要求，相比之下激光雷达作为间隔传感器其重要依靠空间布局特性，可以同视觉传感器实现精良互补。中国学者提出了DRANSAC-RAIM与多普勒近来点迭代算法，实现了都会环境下GNSS/INS/LiDAR组合快速初始化[129]；以扩展卡尔曼滤波为底子，利用雷达点云的平面与边沿特性点实现GNSS/INS/Vision/LiDAR的紧组合及时解算，为GNSS受限环境提供了亚米级导航定位服务[130]。除了及时传感器观测之外，高精舆图中的车道信息也是智能车辆实现高精度定位的常用选择，与激光雷达云点舆图或栅格舆图差别，它的生存和处理惩罚更加轻便。中国学者以众包车辆所收罗的车道信息为底子，利用空间聚类与渐渐拟合算法天生高精舆图车道信息。通过车载视觉与高精舆图间的车道线匹配，实现车道横向与垂向优于10cm的位置校正[131-133]。
类脑导航作为多源融合智能导航范畴的前沿课题，同样引起了学者们的广泛关注。这种方法以人工神经网络为底子，利用差别的神经机制对空间举行感知与表征，实现对导航细胞的功能和布局的建模。借助于新型神经形态传感器和盘算芯片的快速发展，类脑导航研究可以或许开辟出具有类脑性能、乃至逾越大脑导航本领的新型仿生智能导航技能。该技能为降服传统导航技能在智能性、妥当性、顺应性和能源服从等方面的范围性提供了一条有远景的技能蹊径。如今中国学者致力于开辟导航细胞的盘算模子[26,134-135]、路径整合[136-138]与舆图构建[139-140]，构建了类脑导航相干的神经机制和导航解算的底子体系。
5.2平台和软件
比年来，除在多源传感器组合导航模子和方法方面取得明显盼望外，我国学者在平台和软件开辟方面也取得了庞大突破。武汉大学测绘学院GREAT团队开辟了卫星大地丈量与多源导航GREAT软硬件平台。平台硬件支持GNSS、IMU、LiDAR、工业相机等传感器弹性设置，采取自研的时间同步技能实现微秒级硬件时间同步，平台软件兼容Window/Linux平台，支持基于滤波与因子图的GNSS/INS组合、视觉惯性组合、GNSS/Visual/IMU/LiDAR组合等常见的多源传感器组合算法，可以或许提供整套多频、多体系的GNSS后处理惩罚和及时产物，具备全场景、全天候高精度位置服务本领[141]。武汉大学测绘学院PLANET团队自主计划了多传感器融合平台SmartPNT-mate和SmartPNT-mini。该平台集成了GNSS、IMU、里程计、相机、LiDAR以及高精度时间同步板卡和嵌入式人工智能盘算机。别的，还开辟了基于扩展卡尔曼滤波和图优化算法的GNSS/INS组合导航体系开源平台，该平台旨在为相干研究者开辟和美满GNSS/INS组合定位算法提供通用化、模块化、且易于扩展的研究底子框架。上海交通大学开辟了S-Cube软硬件平台，该平台重要面向SLAM算法的开辟和测试，搭载了GNSS吸取机、工业相机、高精度惯性传感器和LiDAR等多种传感器。平台全部传感器均采取自主研发的硬件同步方法，可以实现差别传感器间毫秒级时间耽误。别的，该平台还支持全景相机等其他传感器的接入。
多传感器融合导航技能应用远景广阔，涵盖交通、农业、城建等传统范畴以及主动驾驶、无人机、智能呆板人等新兴范畴，必将促进工业制造2025、数字孪生、聪明都会的快速发展，推动环球一体化PNT在GNSS遮挡条件下的连续定位、导航和授时服务性能，实现更加泛在化、融合化、智能化的一体化时空体系和智能定位服务。
6海洋大地丈量
海洋占地球总面积的71%，加强海洋大地丈量学科建立和海洋大地丈量底子办法建立是我国大地丈量的紧张任务之一[5]。比年来，中国在海洋卫星大地丈量和海底大地丈量观测技能方面均取得紧张突破，海洋大地丈量观测模子和算法研究也取得庞大盼望[5,142-147]。
6.1海洋卫星测高和重力丈量
正确测绘海面地形、测定海洋重力场、确定大地水准面、反演海底地形等是海洋卫星大地丈量的紧张内容，也是比年来我国航天测绘的紧张任务[143]。2023年，我国发射了低-低跟踪海洋测高卫星(同轨跟飞，相距30km，轨道高度约900km)，重要用于开展海洋重力非常丈量，为海洋大地水准面精化和海底地形反演提供天基观测本领。该卫星通过测定卫星到海面的间隔，进而测定海面高和环球海疆格网重力非常。该卫星还创新性地搭载了星载GNSS-R测高仪[5]，用于实现传统激光测高和验潮观测的多机理互补海面高观测，也提拔了泥土和海洋环境参数反演本领[148-149]。比年来，我国也在开展激光多波束测高卫星研制，该卫星对于办理海岸带困难地区以及远海海底地形正确测绘具有紧张实际意义[5]。我国还通过多个国家庞大工程，实行了海洋重力丈量，为国家新一代重力基准、高程基准及南海重力场精化奠定了观测底子，此中创建了精度优于3mGal，分辨率为15s的南海局部重力场模子，对应地区的海底地形反演相对精度优于5%。
比年来，我国多型海空重力仪已经走出实行室，开展了大量比测试验，技能和精度程度大幅提拔，比方国产ZL11-1重力仪与国外LCR和GT-2M重力仪比测表明，基于惯性稳固平台的ZL11-1A海洋重力仪性能已经到达俄罗斯GT-2M划一程度，高出美国双轴稳固平台LCR重力仪[150]。
6.2海底大地丈量
科学家统计，人类如今对大海的探索仅有5%[151]，因此，海洋观测就成为人类认识海洋不可或缺的技能本领。海洋科学具有多学科综合交错的特点，属于学科交错的前沿，其研究范畴重要会合在海洋物质能量循环、跨圈层流固耦合等方面，而海底大地丈量在地壳构造活动及海洋、大气与固体地球多圈层耦合及其复杂动力学过程研究中具有庞大支持作用。“十三五”期间，我国在国家重点研发筹划项目标支持下开启了海底大地丈量基准研究，在南海3000m深海创建了我国首个海底基准与导航定位试验网[142]，实现了我国海底基准站技能装备“0到1”的突破，使我国初次具备了深海基准观测本领。2021年，我国又研发了海底短基线多换能器海底基准站，并在南海开展了深海试验验证工作[152]，该基准站不但可以进步海底基准定位精度，也有望实现单站布设条件下的短基线导航。2023年，我国又开展了多频多模声呐海底基准站信标研制工作，并在南海开展了长间隔导航定位试验。
固然我国比年来在海底大地丈量装备、海底大地基准试验网建立以及导航定位服务方面取得了长足发展，但与美国长达半个世纪、日本近30年的技能积聚与迭代[153]相比，我国海底大地丈量尚处起步阶段，海底基准站长期工作本领有限，尚未发展海底基准低本钱、无人化观测维护装备[5]，发起捉住国家综适时空体系建立机会，进一步加大海底大地基准科技研发和底子办法建立力度，进一步收缩我国与美国、日本等海洋强国在海底大地丈量范畴的差距。
6.3海洋观测数据处理惩罚
在海洋控制网优化计划方面，提出了海面-海底控制网双对称计划原理[142]，研究了丈量船轨迹对海底定位精度和可靠性的影响[152,154]。海洋声速是影响水下声学定位和导航的关键参数，国内学者提出利用反向传播神经网络算法构建基于空间位置、温度和盐度信息的海洋声速场[155]，并提出了声速场参数加强定位方法以及抗差卡尔曼滤波算法[47,156]。研究表明，基于静态声速剖面观测的海底定位精度只能到达米级，特别是声速场的时空变革对高程定位影响尤为显着，为此，国内学者发展了顾及时变声速偏差的弹性声呐定位模子[145]、减弱环境偏差的差分定位模子[141,149]和时变声速影响B样条补偿模子[8,157-159]。为了控制声线弯曲影响，通常采取声线跟踪定位模子，但该模子盘算服从低，且必要思量主动式声呐收发位置的差别，为此国内学者提出了双程传播时间声线跟踪算法[160-161]、高效高阶割线算法[162]和声线弯曲参数声呐观测模子[15]。海底主动式双程观测体系除了涉及椭球交会定位原理外[5,163]，还面对正确的GNSS-声呐换能器臂长偏差影响[164]、海面定位偏差影响[165]，从而必要发展基于先验臂长参数以及先验控制点精度束缚的海底控制参数贝叶斯估计模子[166]，以及更为精准的海底声呐观测随机模子[167]。监测海底构造活动是海底大地丈量的紧张任务，国内学者发展了相近基准站时序连合分析模子[168]。必要指出，随着海底观测无人化技能的不绝进步(包罗无人机、AUV、浮标等)，将来海洋大地控制网数据处理惩罚还面对及时网解技能以及无声速剖面丈量条件下的高精度定位模子构建等题目[169]。
7竣事语
比年来，我国大地丈量在北斗导航卫星体系、国产重力卫星、北斗GNSS基准站网及位置服务等方面取得了明显进步，但也应清醒地认识到，我国大地丈量在底子理论原始创新、观测体系建立、基准框架更新维持、数据开放共享、标准化产物及应用服务等方面与国际先辈程度还存在较大差距。比方，我国CGCS2000坐标基准框架是基于20多年前的ITRF97框架(2000历元)实现的；2001年发布的国家似大地水准面模子CQG2000，已逾20年未更新；天下验潮站观测资源缺乏统筹管理和利用，尚未在国家层面开展陆海无缝垂直基准体系创建和维持；大地丈量重底子办法建立、轻应用服务拓展，数据产物社会化应用服务本领不敷、服务范围窄；投入大量资金建立的大地丈量底子办法和数据资源，无法实现开放共享，处于“冬眠”期，且“清醒”期未知，严峻制约大地丈量对经济建立和社会发展的底子性支持作用，这已成为大地丈量科技和行业发展的瓶颈题目。
针对以上近况和题目，连合国际大地丈量及其相干交错学科范畴的发展趋势，提出以下促进我国大地丈量高质量发展的发起：
(1)以我国大地丈量底子办法为核心，分身环球大地丈量底子办法，构建中国大地丈量观测体系(CGOS)，为社会提供公益型大地丈量基准、高精度导航定位、天然资源监测管理和地质劫难监测等应用服务。
(2)基于国际地球参考框架ITRF2020创建我国新一代的地心坐标基准框架，为社会提供自主、开放、高精度坐标基准框架服务。
(3)创建新一代国家似大地水准面模子，界说国家数字高程基准并定期更新，创建我国1985高程基准与国际高程基准框架的联接，构开国家陆海无缝垂直基准体系和服务体系。
(4)依托天下GNSS基准站网，建立国家大地丈量基准智能化服务平台，实现多源大地丈量数据科学管理、共享和融合，发布坐标、高程、重力和深度基准标准化产物，提供高精度大地丈量基准、导航定位及其他增值性服务。
(5)加强人工智能、量子、光学原子钟、物联网和云盘算等技能在大地丈量方面的研发，拓展大地丈量科技在天然资源管理、天然劫难防治和睦候变革等方面的应用研究。
致谢
特此向参加“中国大地丈量国家陈诉(2019—2023)”(英文)编写工作的专家，以及已往4年致力于大地丈量科学研究的中国学者表现衷心感谢。
作者简介
第一作者简介：党亚民(1965—)，博士，研究员，博士生导师，重要研究方向为大地丈量基准、GNSS精密定位和地球动力学。E-mail:dangym@casm.ac.cn
通讯作者：蒋涛,E-mail:jiangtao@casm.ac.cn
荐读
地球科学范畴高质量科技期刊分级目次公示！
天下首个国土空间规划体例技能规范发布
抢抓卫星“通导遥”融合机会
《慧天地》敬告
《慧天地》公众号聚焦国表里时空信息科技前沿、行业发展动态、跨界融合趋势，发现企业核心竞争力，传播测绘地理信息文化，为相干专业学子提供一样平常学习、考研就业一站式服务，打造政产学研金服用精准对接的平台。
《慧天地》鉴戒《读者》办刊理念，把时空信息范畴的英华内容汇聚到平台上。我们高度器重版权，对于精选的每一篇推文，都会在文章开头明显注明出处，以表达对作者和推文引用平台版权的充实恭敬和感谢；对于泉源于网络作者不明的作品，转载时如出现侵权，请背景留言，我们会及时删除。感谢各人不停以来对《慧天地》的关注和支持！
——《慧天地》运营团队
投稿、转载、商务等相助请接洽
微信号：huitiandi321
邮箱：geomaticshtd@163.com
编辑：付一凡考核：孙凡淅
引导：万剑华传授
CopyrightYourWebSite.SomeRightsReserved.
京ICP备2023016396号-1PoweredByESCLINK.
我要评论