地球物理大地测量大型科学计算平台(下称科学计算平台)包括高精度重力场逼近与大地水准面计算系统PAGravf4.5和地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5,由中国测绘科学研究院章传银研究员团队,集成二十余年研究成果完全自主研发。
科学计算平台基于公益性目的,致力于改善国内外地学领域严重匮乏此类计算资源的科技教育环境,以展示大地测量魅力潜力,重构协同异构大地测量基准,夯实大地测量应用效能,支撑海量地球观测智能化。科学计算平台及其核心模块源代码于2021年9月起对国际社会开放共享。
1. 高精度重力场逼近与大地水准面计算系统
高精度重力场逼近与大地水准面计算系统(Precise Approach of Earth Gravity field and Geoid)PAGravf4.5,严格遵循物理大地测量学要求,统一构造外部各类场元、多种性质地形影响解析算法体系,提升地球物理重力探勘与重力场数据处理水平;科学构建重力场空域边值理论积分与谱域径向基函数逼近算法体系,实现多种异质、不同高度、交叉分布、陆海观测数据混叠的全要素重力场全空间解析建模;研发基于物理大地测量的特色算法,创建多源异构重力勘探解析建模方法,优化与统一高程基准,夯实与提升地球重力场的应用水平。
PAGravf4.5完整覆盖物理大地测量学及地球重力场基本原理、主要方法与全部公式,以改善高等教育环境;有效解决各种外部地形影响、全要素重力场解析建模、多源异构重力勘探建模、外部精度指标测定与计算性能控制系列难题,以夯实拓展应用能力。
物理大地测量学,按其对象的唯一性与可测性要求,研究和测定地球的形状及外部重力场,研究地球参考系与高程基准的重力场理论,研究利用重力场原理及信息完善与发展大地测量学以解决其学科问题,也是精准监测地球负荷形变及重力场变化的一门计量科学。
高精度重力场逼近与大地水准面计算系统PAGravf4.5,主要由地球重力场数据分析与预处理计算,不同高度各类场元多种地形影响计算,高精度重力场逼近与全要素建模,区域高程基准优化、统一与应用计算,以及大地测量数据文件编辑计算与可视化五大子系统构成。
2. 地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统
地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统 (Earth Tide, Load Effect and Deformation Monitoring) ETideLoad4.5,采用一致的地球物理模型和相同的数值标准,构造相容的大地测量与地球动力学算法,统一计算各种大地测量多种潮汐/非潮汐效应,由地表环境观测精确逼近全球和区域负荷形变场,严格依据地球物理大地测量学原理,约束同化多源异质监测数据深度融合,实现陆地水与时变重力场协同监测,定量跟踪地表动力环境与地面稳定性变化,科学支撑多源异质大地测量数据深度融合与多种异构大地测量技术协同监测。
ETideLoad4.5覆盖形变地球大地测量学的基本原理、主要公式与重要方法,以改善高等教育环境;严格按大地测量和固体地球动力学原理,约束同化多源异质数据深度融合,控制多种异构大地测量协同监测,完善大地测量科学技术,夯实拓展应用能力。
形变地球大地测量学,是以形变着的地球本体及地固空间为观测和研究对象的现代大地测量学。大地测量学,以地球本体及地固空间为观测和研究对象,研究和测定地球力学平衡形状(大地水准面)及重力场、点的位置与相互位置关系,监测地球形变及重力场变化、点的运动轨迹与时空协同状态,也是精准度量地球和监测全球变化的一门计量科学。
地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5,主要由全空间全要素潮汐与极移效应解析计算,非潮汐大地测量时序分析处理,多源异质负荷形变场逼近与多种异构协同监测,CORS InSAR融合与地面稳定性计算,以及大地测量数据编辑与可视化五大子系统有机构成。
3. 适用范围、专业领域与使用说明
地球物理大地测量科学计算平台集课堂教学、自学练习、应用计算与科学研究于一体,适合大地测量与地球科学、地质与地球物理、测绘工程与地理信息、航天与卫星动力学、以及地震与地球动力学等领域高年级本科生、研究生、科研和工程技术人员。
两套科学计算软件系统,都在Visual studio 2017 x64集成环境中,采用QT C++(界面)、Intel Fortran(核心功能模块)和mathGL C++(数据可视化)代码级混合编程技术研发。PAGravf4.5包含近50个win64程序和500多个功能模块,ETideLoad4.5包含50多个win64程序和600多个功能模块。
为方便课堂教学与自学练习,两套软件系统均配置完整计算样例。每个程序样例目录下包含操作流程、输入输出数据和程序界面系列截图文件。完成全部样例练习后(每套软件约7个工作日),基本具备独立使用软件系统的能力。