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摘要：近几年，大地测量学科深入地学研究领域中一个热门的话题是大地测量联合反演问题。随着如今经济的飞速发展，科学技术更是得以进一步发展，大地测量联合反演理论和方法的研究在发展地球科学理论、防灾减灾、监测全球变化方面做出了巨大的贡献。本文主要探讨大地测量联合反演模型、算法及理论应用的研究。
关键词：联合反演理论；海洋环境参量；地球介质参数；地壳运动
一、前言
近年来，人类社会所面临的生态环境退化、自然灾害和资源短缺的问题越来越严重。因此如何进一步监测生态环境、减灾和合理开发资源是我们需研究探讨的热门话题，现代大地测量学科便应运而生。大地测量反演主要是通过大地测量观测数据，对地球表面客观形变的演化规律和特征进行研究，进而对地球内部的物性特征和参数进行推求，揭示地球内部动力过程。如今，大地测量反演已经成为大地测量学科深入地学领域，探索地球奥秘的最重要的方法之一。
二、大地测量联合反演模型的研究
早在1991年赵少荣就系统的研究了“基于固体力学的大地测量反演问题”，给出了多种大地测量反演的解算模型，主要是基于固体力学模式。后来许才军进一步研究出来大地测量联合反演构造应力场的解算模型。后来晁定波等人又进一步研究提出四维整体大地测量模型，主要包括有重力监测数据、GPS水准、GPS和水准四维。将其结合固体力学基本方程，在进一步有效的整体处理地球物理数据和大地测量，使边界的大地测量约束得以进一步增强，促进了反演解的可靠性和稳定性，对刚度矩阵方程数学性质加以改善，并对其阶数加以降低。
后来由于扩建了永久GPS网，在其基础上P.Segall等人便可以在时空上拥有更多的地壳形变量数据，网络反演滤波模型便得以建立。这种模型可以通过大量收集各种大地测量网络数据进一步分析，对断层滑动的时空分布做出估计，进一步反演获取瞬时和空间平滑、局部移动、观测误差等各种参数。
大地测量反演原本只需单一的观测数据的反演，如今的大地测量联合发展问题已经发展成多种观测数据的反演。这种多种观测数据的大地测量联合反演问题包括地质、地震等不同类型的多种观测数据，而不仅仅是大地测量的多种观测数据。要建立完善的大地测量反演模型，就要涉及到反演参数识别、反演模型选择、观测数据的类型和正演模型等。由于反演模型的举出是正演模型，因此只有要有正确的反演模型，就要清楚正演问题并建立正演模型。
1.联合变形、重力和地震资料反演研究地球内部介质参数
要通过地表的形变观测资料并进一步对地球的内部的物质运动和应力场就需要地球内部介质的弹性参数u和λ。通过查询观测资料可以了解到在地球内部，介质的弹性参数u和λ在纵向和横向都是不均匀的。要对地球介质弹性参数u和λ进行研究可以通过查阅变形资料，要对参数u和λ的不均匀性进行研究就可以查询地震和重力观测资料。其实要对参数u和λ结构进行进一步探求，可以转变为通过地震和重力观测资料反演纵波速度、横波速度和密度参数结构的问题。因为参数u和λ和纵波速度、横波速度和密度参数相关联，不仅重力数据的场源是密度参数，且纵波速度、横波速度和密度参数正是地震观测资料的场源。通过联合变形、重力和地震资料来对地球介质参数的联合反演问题进行研究可以表示为：
2.大地测量反演模型与参数的辨别
如今有大量不同类型的大地测量联合反演模型，但不论是哪种模型的采用，其反演模型参数的确定都要在符合相关准则的前提下使反演理论数据和实际观测数据达到最佳拟合。在大地测量联合反演中，大地测量联合反演的模型辨识就是模型参数和模型选择的可确定性。早在1998年吕爱钟等人就在理论上对反演问题的参数可辨识问题进行探讨。在2001年独知行等人在简单的力学模型的前提下，对反演参数的可辨识性进行了进一步研究探讨。但还是需要进一步对反演模型与参数的可辨识性问题进行研究。因为大地测量联合反演问题相对来说是一个比较复杂的问题，在进行反演研究时难以简化成有解析表达式的模型。因为其研究对象可以是地球的一个特定部分，也可以是全球，具有复杂的形状、边界条件和材料性质。
三、大地测量联合反演算法的研究
数值法和解析法是两种主要的大地测量反演方法。但如今比较常用的是数值法，因为解析法的应用范围比较小，只能用于线性问题或者简单的非线性问题，所以相对来说比较不常用。在数值法中进展最快，研究最普遍的是优化反演方法。该方法主要是通过建立目标函数转变为求解优化问题进而估计反演参数。大地测量随机反演算法对模型空间参数优化的充分利用不仅使反演解的稳定性得到改善，还促进了反演参数的约束。大地测量随机反演方法主要有遗传算法、模拟退火法和蒙特卡罗法。其中地球物理大地测量的反演解中遗传算法被大量使用。在利用随机方法获取全局最优解的基础上，可利用基于贝叶斯理论的高斯_牛顿法通过迭代计算获取全局最优解，这种联合方法使反演计算的可靠性和效率都得以提高，不仅利用了基于先验信息利用贝叶斯方法可以获取局部最优解的特点，且充分利用了随机方法可以在全局解域内搜索全局解的特点。对以上算法的研究不仅对于动力学问题的探索有很大帮助，而且也可以更有效对中国大陆的地壳运动进行研究。
四、大地测量联合反演理论的应用
1.联合大地测量资料、活断层运动速率和地震矩张量反演地壳运动速度场
Holt等人在1993年等人通过研究探讨提出通过地震矩张量获取地壳变率，进而对地壳运动速度场进行反演。近几年，这种方法已被发展为利用大地测量、活断层运动速率和地震矩张量资料综合反演地壳运动速度场。这种方法主要是基于双三次样条函数，利用反演方法在一定厚度的板壳上拟合构造应变率分布，进而求出连续的地壳运动速度场。
2.利用GPS、水准、重力资料反演研究活动断裂模式
要高精度的获取地壳运动的信息在如今科学技术飞速发展的时代已经不是一件难事。地壳深部断层活动的响应就是地表的观测结果，根据地表反演研究地壳深部活动断裂模式如今取得了可观的成就，对位错模式的大地测量反演的理论和方法进一步发展和完善。主要的内容有：应用基于力学模式的一般反演理论，对有限元法进行引入，也提出了更一般的位错模式反演公式，也进一步消除了传统方法中几何尺度固定、常位错和均匀介质等限制性假设，可对弹性模量进行反弹；将传统线性滑动模式进一步进行扩展，变为非线性滑动模式，不仅提出对该分量导数表达式，且顾忌了张性分量；应用于各种大地测量观测量的联合反演，其中也包括重力变化，给出了震源参数反演，也顾及了先验信息。
五、结语
大地测量学中一个关键的研究问题是大地测量反演，在地质学、海洋学中等学科都起到了很大的推动作用，成为一种通过研究复杂的地球动力学现象，进而对全球性或区域性的地球事件进行解释的最重要的方法之一。
参考文献：
[1]李爽，许才军，王新洲.论多种数据联合反演的模式及算法[J].大地测量与地球动力学，2002， 22 （3）
[2]张朝玉.大地测量反演若干理论问题研究[D] [博士论文].武汉：武汉大学， 2008
[3]胡明城.现代大地测量学的理论及其应用[M].北京：测绘出版社， 2010-10
[4]独知行.基于力学模式的大地测量反演理论及应用[D] [博士论文].武汉：中国科学院测量与地球物理研究所， 2009
[5]刘洁，宋惠珍，巫映祥，刘贵梅.倾斜断层深部不均匀滑动的反演计算[J].地震地质2011， 17 （1）
关键词：联合反演理论；海洋环境参量；地球介质参数；地壳运动
一、前言
近年来，人类社会所面临的生态环境退化、自然灾害和资源短缺的问题越来越严重。因此如何进一步监测生态环境、减灾和合理开发资源是我们需研究探讨的热门话题，现代大地测量学科便应运而生。大地测量反演主要是通过大地测量观测数据，对地球表面客观形变的演化规律和特征进行研究，进而对地球内部的物性特征和参数进行推求，揭示地球内部动力过程。如今，大地测量反演已经成为大地测量学科深入地学领域，探索地球奥秘的最重要的方法之一。
二、大地测量联合反演模型的研究
早在1991年赵少荣就系统的研究了“基于固体力学的大地测量反演问题”，给出了多种大地测量反演的解算模型，主要是基于固体力学模式。后来许才军进一步研究出来大地测量联合反演构造应力场的解算模型。后来晁定波等人又进一步研究提出四维整体大地测量模型，主要包括有重力监测数据、GPS水准、GPS和水准四维。将其结合固体力学基本方程，在进一步有效的整体处理地球物理数据和大地测量，使边界的大地测量约束得以进一步增强，促进了反演解的可靠性和稳定性，对刚度矩阵方程数学性质加以改善，并对其阶数加以降低。
后来由于扩建了永久GPS网，在其基础上P.Segall等人便可以在时空上拥有更多的地壳形变量数据，网络反演滤波模型便得以建立。这种模型可以通过大量收集各种大地测量网络数据进一步分析，对断层滑动的时空分布做出估计，进一步反演获取瞬时和空间平滑、局部移动、观测误差等各种参数。
大地测量反演原本只需单一的观测数据的反演，如今的大地测量联合发展问题已经发展成多种观测数据的反演。这种多种观测数据的大地测量联合反演问题包括地质、地震等不同类型的多种观测数据，而不仅仅是大地测量的多种观测数据。要建立完善的大地测量反演模型，就要涉及到反演参数识别、反演模型选择、观测数据的类型和正演模型等。由于反演模型的举出是正演模型，因此只有要有正确的反演模型，就要清楚正演问题并建立正演模型。
1.联合变形、重力和地震资料反演研究地球内部介质参数
要通过地表的形变观测资料并进一步对地球的内部的物质运动和应力场就需要地球内部介质的弹性参数u和λ。通过查询观测资料可以了解到在地球内部，介质的弹性参数u和λ在纵向和横向都是不均匀的。要对地球介质弹性参数u和λ进行研究可以通过查阅变形资料，要对参数u和λ的不均匀性进行研究就可以查询地震和重力观测资料。其实要对参数u和λ结构进行进一步探求，可以转变为通过地震和重力观测资料反演纵波速度、横波速度和密度参数结构的问题。因为参数u和λ和纵波速度、横波速度和密度参数相关联，不仅重力数据的场源是密度参数，且纵波速度、横波速度和密度参数正是地震观测资料的场源。通过联合变形、重力和地震资料来对地球介质参数的联合反演问题进行研究可以表示为：
2.大地测量反演模型与参数的辨别
如今有大量不同类型的大地测量联合反演模型，但不论是哪种模型的采用，其反演模型参数的确定都要在符合相关准则的前提下使反演理论数据和实际观测数据达到最佳拟合。在大地测量联合反演中，大地测量联合反演的模型辨识就是模型参数和模型选择的可确定性。早在1998年吕爱钟等人就在理论上对反演问题的参数可辨识问题进行探讨。在2001年独知行等人在简单的力学模型的前提下，对反演参数的可辨识性进行了进一步研究探讨。但还是需要进一步对反演模型与参数的可辨识性问题进行研究。因为大地测量联合反演问题相对来说是一个比较复杂的问题，在进行反演研究时难以简化成有解析表达式的模型。因为其研究对象可以是地球的一个特定部分，也可以是全球，具有复杂的形状、边界条件和材料性质。
三、大地测量联合反演算法的研究
数值法和解析法是两种主要的大地测量反演方法。但如今比较常用的是数值法，因为解析法的应用范围比较小，只能用于线性问题或者简单的非线性问题，所以相对来说比较不常用。在数值法中进展最快，研究最普遍的是优化反演方法。该方法主要是通过建立目标函数转变为求解优化问题进而估计反演参数。大地测量随机反演算法对模型空间参数优化的充分利用不仅使反演解的稳定性得到改善，还促进了反演参数的约束。大地测量随机反演方法主要有遗传算法、模拟退火法和蒙特卡罗法。其中地球物理大地测量的反演解中遗传算法被大量使用。在利用随机方法获取全局最优解的基础上，可利用基于贝叶斯理论的高斯_牛顿法通过迭代计算获取全局最优解，这种联合方法使反演计算的可靠性和效率都得以提高，不仅利用了基于先验信息利用贝叶斯方法可以获取局部最优解的特点，且充分利用了随机方法可以在全局解域内搜索全局解的特点。对以上算法的研究不仅对于动力学问题的探索有很大帮助，而且也可以更有效对中国大陆的地壳运动进行研究。
四、大地测量联合反演理论的应用
1.联合大地测量资料、活断层运动速率和地震矩张量反演地壳运动速度场
Holt等人在1993年等人通过研究探讨提出通过地震矩张量获取地壳变率，进而对地壳运动速度场进行反演。近几年，这种方法已被发展为利用大地测量、活断层运动速率和地震矩张量资料综合反演地壳运动速度场。这种方法主要是基于双三次样条函数，利用反演方法在一定厚度的板壳上拟合构造应变率分布，进而求出连续的地壳运动速度场。
2.利用GPS、水准、重力资料反演研究活动断裂模式
要高精度的获取地壳运动的信息在如今科学技术飞速发展的时代已经不是一件难事。地壳深部断层活动的响应就是地表的观测结果，根据地表反演研究地壳深部活动断裂模式如今取得了可观的成就，对位错模式的大地测量反演的理论和方法进一步发展和完善。主要的内容有：应用基于力学模式的一般反演理论，对有限元法进行引入，也提出了更一般的位错模式反演公式，也进一步消除了传统方法中几何尺度固定、常位错和均匀介质等限制性假设，可对弹性模量进行反弹；将传统线性滑动模式进一步进行扩展，变为非线性滑动模式，不仅提出对该分量导数表达式，且顾忌了张性分量；应用于各种大地测量观测量的联合反演，其中也包括重力变化，给出了震源参数反演，也顾及了先验信息。
五、结语
大地测量学中一个关键的研究问题是大地测量反演，在地质学、海洋学中等学科都起到了很大的推动作用，成为一种通过研究复杂的地球动力学现象，进而对全球性或区域性的地球事件进行解释的最重要的方法之一。
参考文献：
[1]李爽，许才军，王新洲.论多种数据联合反演的模式及算法[J].大地测量与地球动力学，2002， 22 （3）
[2]张朝玉.大地测量反演若干理论问题研究[D] [博士论文].武汉：武汉大学， 2008
[3]胡明城.现代大地测量学的理论及其应用[M].北京：测绘出版社， 2010-10
[4]独知行.基于力学模式的大地测量反演理论及应用[D] [博士论文].武汉：中国科学院测量与地球物理研究所， 2009
[5]刘洁，宋惠珍，巫映祥，刘贵梅.倾斜断层深部不均匀滑动的反演计算[J].地震地质2011， 17 （1）