面朝大海,春暖花开

作者:xiaokcehui2023-3-25 10:08分类: 坐标转换(OpenCoord) 标签: OpenCoord

前两天测绘同行高总测试了OpenCoordV1.2.1的ITRF框架转换,与他自己编写ITRF框架转换在X方向有1.6mm的差值,他怀疑误差是由于经纬度和空间直角坐标变换产生的。

检查了源代码和对比测试以后,问题被找了出来,OpenCoordV1.2.1框架转换功能没有使用博文“ITRF框架转换程序实现的理论”中文献的转换公式,而采用的是布尔莎转换公式。

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修订后的OpenCoord版本升级到V1.2.2,下载地址不变。

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高总也将他编写的框架转换软件发过来了,两款软件的计算结果对比如下:

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将空间直角坐标转成经纬度为:

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然后使用经纬度进行框架转换

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经纬度转成空间直角坐标

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两款软件计算结果对比如下,差值小于1mm。

(-106911.292000)-(-106911.291983)=-0.016745mm

(5547857.888200)-(5547857.888235)=-0.035230mm

(3138412.054800)-(3138412.054776)=0.024440mm

细心的读者会发现高总的软件界面还有一个板块欧拉矢量。博主对此也是非常好奇,顺手查了一些文献,借此涨了不少见识。

我们先看看文献的说法。

亚洲区域块体在欧亚板块的东部,位于印度板块、菲律宾海板块、太平洋板块、北美板块和欧洲块体之间,受到印度板块的碰撞和菲律宾海板块的俯冲,是全球板块板内形变和构造块体运动最强烈的地区。由于受到不同性质周边板块的碰撞和俯冲、中国大陆各块体之间的相互作用以及包括亚洲地区日本领土的鄂霍次克海块体—北美板块的延伸块体的作用, 亚洲地区板块运动和板内形变非常复杂 ,是国内外地学界研究的热点。然而众多地学专家研究亚洲区域板内形变都将欧亚板块视为一整块体作为背景场,如AM0-2、AM1-2、HS-NUVEL1、百万年地质平均模型NNR-NUVEL1A 以及近二十年空间技术实测资料建立的板块运动模型ITRF序列等。用欧亚板块运动欧拉参数来研究欧亚局部地区——亚洲块体的形变是不严格,甚至得不到可靠的板内形变。ITRF序列是较短时间尺度的板块运动模型,较好的反映现今板块运动规律和活动方式,但确定欧亚板块运动欧拉参数的台站,80%集中在西欧地区,由此而得到的欧亚板块运动欧拉参数不能代表整个欧亚板块运动特征。因此不能较好地反映亚洲区域形变特征,而更准确的研究亚洲区域形变应该以亚洲区域运动欧拉参数作为背景场,从而获得真正的可靠的结果。

一般有以下两种方法获得点位速度:① 利用现有的NNR-NUVEL1A模型;② 用现在的空间测量数据(GNSS参考站数据)获得。因为NNR-NUVEL1A模型代表的是近几百万年地壳平均运动,不能代表某一点位所在板块的区域运动(事实上中国大陆每个板块相对欧亚板块都有相对运动),也不能代表其近期运动,因此,一般采用第二种方法来确定点位速度。

博主的理解就是:OpenCoordV1.2.2所使用的速度场(即ITRF的速度场)是欧亚板块整体速度场,没有反映内部次一级板块的速度场,见下图,现在内部板块的速度场可通过GNSS参考站的数据计算出来,用欧拉矢量来表征。

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于是学者任营营利用K-Means++算法对地壳运动复杂区域的水平速度场进行聚类分析,以快速准确地对这些区域进行子块体划分。结果表明,划分成果与现有部分二级块体成果相符合,模型平均误差和中误差均小于2mm/a。下图是中国大陆内部二级板块的划分图。下表是二级板块相对于欧亚板块的速度模型。

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最后,博主非常感谢高总,因为他不仅提出了修订OpenCoord的宝贵意见,并且还带来了关于板块运动欧拉矢量的新知识,极大开阔我们的眼界。



参考文献

基于K-Means++的省...运动速度场模型的建立与分析_任营营

利用局域欧拉矢量法建立CGCS2000速度场模型_吴富梅

现今全球板块运动欧拉矢量的重新拟合_曹帅

亚洲板块运动欧拉参数的确定及其板内形变的分析_金双根

中国地壳运动整体速度场模型的建立方法研究_刘经南




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评论:

钻木生松 5个月前(12-29)
原来IERS使用“逆时针旋转”作为正方向,所以其官方公式的旋转矩阵与传统“布尔沙公式”符号相反。且,其比例因子“D”已经乘入旋转参数,表述形式不清晰而已。问题已解决。
本人也从事海洋测绘,平素热衷于硬件通讯调试程序和坐标转换算法的开发和研究,希望有机会能与博主多交流!
xiaokcehui 5个月前(12-30)
@钻木生松: 欢迎交流,也可在公众号“xiaok海洋测绘网”后台留言
钻木生松 5个月前(12-29)
(1)博主文中“布尔沙”公式表述错误,尺度变化量“dK”只作用于一个坐标轴,应该同时作用于三个轴;
(2)ITRF官网中推荐的框架转换公式,D确实只位于对角线,即只作用于一个坐标轴,是因为其单位为e-9,作用微弱而做的简化处理,博主是否有过相关研究?
尤海洋 1年前(2023-04-27)
博主好,高总的ITRF转换框架可以分享一下吗,最近在研究ITRF框架转换。博主的OpenCoord可以直接下载学习,同时,相关博文对于个人的学习帮助很大!
xiaokcehui 1年前(2023-04-28)
@尤海洋: 可以给我发邮箱38110113@qq.com

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