基于21世纪地球科学发展战略，从科学方法论和科学文化的视角，反思学科发展中可能存在的几个问题：观测理论与技术的“引擎”作用；观测数据挖掘与理解；多尺度动力系统模拟；推进预测进步；学科框架与科学认知途径等。

以向错理论为基础,推导了无限弹性介质空间内断层转动与地面水平位移、垂直位移的关系，采用数值方法模拟计算了龙门山地区主要断层转动在地面产生的水平位移、垂直位移的空间分布，并将计算结果与位错理论模型模拟的结果进行对比。结果表明：1）断层转动在地面产生的水平位移和垂直位移与断层滑动在地面产生的水平位移具有相同的数量级；2）断层转动产生的水平位移场在空间分布上与断层滑动产生的地面位移具有相似的空间分布特征，但在大小和方向上与断层滑动产生的地面位移存在一定的差异；3）断层转动在地表产生的垂直位移比断层滑动产生的垂直位移在空间区域小，主要发生在断层端点附近。

借助均匀弹性块体应变模型，利用GPS观测获得的地壳水平运动速度场，分块计算各个块体的运动参数和应变参数。然后，利用计算获得的参数反算各个块体内部均匀变形场和相邻块体分界带的相对运动。在此基础上，结合构造特征，以及海原六盘山弧形构造带的GPS速度剖面，研究了现今构造的活动性。

基于1999—2007年GPS水平速度场资料，利用块体模型和跨断层速度剖面，并结合断裂带两侧应变场的分布，分析了海原-六盘山断裂带分段及整体运动变形特征。结果表明：托莱山与冷龙岭断裂的滑动性质为走滑兼挤压；金强河断裂变形最显著，剪切应变积累程度最高；毛毛山-老虎山断裂中的毛毛山段比老虎山段应变积累大；海原断裂（狭义）左旋走滑速率为5 mm/a，海原地震至今仍以蠕滑调整为主；六盘山北段有2.4 mm/a的挤压量，其挤压应变积累相对显著，而六盘山中南段变形不明显。海原-六盘山断裂带由西向东整体呈现出走滑兼挤压-走滑-挤压的构造转换样式。

用天津地区2003-10—2009-06月38景ENVISAT ASAR 数据进行差分干涉和PS像元选取实验，提取试验区沉降量，得到该区的平均沉降速率，并在试验区内取4个典型区域PS像元绘制了时间序列沉降图。

利用频谱分析方法，对三峡数字遥测地震台网记录的ML2.0以上地震进行统计计算的结果表明：绝大多数构造型地震的拐角频率大于5.0 Hz，塌陷型地震的拐角频率分布在2.5～4.5 Hz之间；拐角频率较小的塌陷型地震主要分布于煤矿和岩溶管道发育地区，如秭归泄滩和巴东官渡口、火峰等地；拐角频率较大的构造型地震主要分布在断裂构造带附近。

对2012年10月31日三峡库区屈原镇M_L3.8小震群活动的研究表明，是一次与三峡水库蓄水过程直接相关震群活动；地震主要聚集在仙女山断裂带北端，深约10 km，分布在结晶基底附近；震源体的线性尺度较小，主要限定在5 km的范围；主震和较大地震表现为较典型的构造型地震特征；震群活动为水库高水位蓄水引发仙女山断裂北端构造应力调整，其震群为水库触发型构造地震。

为了综合反映水库水位高程、水位变化速率、水位特定高程三方面因素对水库地震活动的影响，引入模糊数学方法，定义水库水位从属函数，并结合水库地震的流体扩散机制假设，讨论了从属函数阈值选取和水体对水库地震活动的影响时间等问题。在此基础上，给出了一种研究水位变化与地震活动之间关系的定量方法，并使用该方法研究了浙江珊溪、福建水口、广东新丰江等三个水库地震与水位的关系。结果表明，水库蓄水初期水位是影响库区地震活动的主要外因，但三个水库的影响时间是有差别的，新丰江水库约为6年，水口水库约为5年，珊溪水库约为4年。

讨论附加不等式约束的间接平差模型的三种经典算法：Lemke法、势函数法以及迭代乘子法，这三种算法都是基于K-T条件的，算法的构造也是以得到K-T点为目标。用同一组数据，采用三种算法，得到了一些有用结论。

研究顾及先验信息的监测网平差方法，给出了平差函数模型和最优参数估计公式：无论是否顾及先验信息，均可采用该式来表达；分析了顾及先验信息平差的精度和适用条件；通过试验揭示了先验精度和虚拟观测值的质量与平差精度之间的关系；计算实例表明顾及先验信息的监测网平差可以提高平差结果的精度。

以GNSS连续站高程分量观测时间序列为例，讨论了不同噪声水平和数据缺失情况对GNSS时间序列分析结果的影响。结果表明，同样的数据缺失，噪声水平越高，对分析结果的影响越大；同样的数据缺失总数，数据缺失连续对分析结果的影响最大；在观测噪声较大的情况下，如果缺数天数超过一定的数量，通常无法用数据插补的方法弥补得到与观测时间长度相当的周期信号的较为可靠的结果。在此基础上，讨论了不同的可靠性需求下对观测数据的要求。并指出，如果顾及年及更短周期变化的情况下，要保证用一年的时间序列观测值求得的线性速率偏差在10%内，例如当噪声水平为9 mm时，则连续缺数应不超过11天，离散缺数应不超过12天。因此在用GNSS连续站高程时间序列研究地壳垂直运动时，应对GNSS连续站的运行状况进行严格的筛选。

提出利用GPS/GLONASS组合精密单点定位方法估计天顶对流层延迟，并与GPS精密单点定位估计的天顶对流层延迟进行对比。将IGS提供的新对流层产品作为参考值来评价对流层延迟的精度。利用位于中国区域的三个IGS站一周的数据进行了试算，结果表明截止高度角和对流层参数波谱密度值的设置会对精密单点定位估计结果产生较大影响，相比GPS单系统，GPS/GLONASS双系统组合的估计结果与IGS产品符合得更好。

通过实测COMPASS数据处理，分析COMPASS伪距观测值精度与卫星高度角的关系，以及当前4GEO+5IGSO导航星座COMPASS伪距单点定位的精度。结果表明，COMPASS伪距多路径效应和观测噪声在0～3 m之间变化，其精度为0.3～0.7 m；卫星高度角越大，多路径效应和观测噪声越小；GEO卫星受到的多路径效应和观测噪声要明显小于IGSO卫星；COMPASS伪距单点定位精度（RMS）在N、E、U方向上分别为3.33、3.45、8.84 m。

利用北京市GPS连续观测网资料反演可降水量，分析2011-07-24—26日暴雨天气过程中GPS可降水量变化特征。研究结果表明，GPS可降水量的变化在暴雨期过程的3个阶段特征为：可降水量的急升时间长短、升幅、量值大小反映水汽累积情况，它与暴雨期降水过程有较明显的对应关系；暴雨过程中可降水量急升达到峰值的过程伴随着明显的降水，进入高值波动阶段后，降水继续维持；可降水量下降的过程中，降水逐步减小至停止。通过北京5个站GPS可降水量变化对比，发现北京GPS可降水量的变化对应了从西南到东北的水汽输送过程。

利用经验模态分解，将北京房山和十三陵跟踪站2000—2006年高程方向时间序列，分解成有限个频率逐渐降低的本征模态分量和表征时间序列线性变化趋势的残差，得到两个站的线性变化速率分别为-0.533 mm/a与-2.083 mm/a。对各分量进行Hilbert变换，得到二维Hilbert边际谱和时间-频率-能量的Hilbert频谱图。结果表明较大振幅的周期项对应的频率均在3 cycle/a以内，两测站均存在半周年信号与周期约为351天的周年信号，以及一个非线性变化趋势项。对时间序列进行EMD低通滤波，并与sym6、db8小波滤波结果进行比较，结果表明EMD去噪结果相对较好，光滑且无毛刺，说明EMD滤波方法具有更强的剔除瞬时强噪声的能力。

为进一步提高无气象参数的区域对流层延迟模型的精度，以香港区域CORS网数据为例，在对湿延迟的周期性、空间因素与干湿延迟的关系、时间和空间与干湿延迟的相关性等研究的基础上，建立了香港精密区域对流层延迟时空模型。测试结果表明，新模型比UNB3等模型精度更高。

利用PANDA软件确定GOCE卫星2009年年积日306—332天的简化动力学和几何学轨道，将简化动力学轨道与GOCE精密科学轨道（PSO）以及与基于PANDA解算的几何学轨道比较，简化动力学轨道重复弧段比较，以及利用SLR观测值检核等4种方式对轨道精度进行评估。结果表明，采用该精密定轨策略所确定的GOCE卫星轨道精度与PSO一致，其径向、切向、法向精度均优于2 cm。

通常在使用MODIS水汽数据改正InSAR中的大气效应时，该数据可能含有云污染，为了改善这种情况，比较了逆距离权倒数、克里格和径向基三种插值三种方法，得出克里格插值方法效果最好，并将该插值方法用于哈尔滨MODIS大气延迟改正试验。实验发现，经过克里格插值的MODIS水汽数据改正后，InSAR与GPS差异的均方根降低了31.25%。

基于香港卫星定位参考站网的实测气压及GPS观测数据，分析气压对天顶总延迟（ZTD）和天顶静力学延迟（ZHD）解算精度的影响。结果表明，在GPS/MET的业务工作中，ZTD对GPS数据处理过程中所采用的气压参数的精度要求较低，甚至可以采用某些气压估计模型（如GPT模型）获得气压参数值；在对天顶静力学延迟参数进行估计时，则需采用精度较高的实测气压参数；对于气象台站和GPS测站位置不一致的情形，应根据两者之间的位置关系，作与高度相关的偏差改正，以便得到GPS测站上高精度的气压参数。

为提高卫星钟差预报的精度，采用最小二乘支持向量机进行预报。对比不同核函数对LSSVM预报精度的影响，并将其与二次多项式和灰色系统模型比较。结果表明，最小二乘支持向量机的短期（1天）预报精度明显优于另外两种模型，且线性核函数更适合最小二乘支持向量机的钟差预报。

针对卫星定轨过程中轨道积分计算量大的特点，提出了基于VS2010并行模式库（PPL）的并行计算定轨方法以及基于C++11（又称C++0x）新标准的代码优化方法。实验表明：与串行定轨方法相比，并行方法以及其他代码优化方法在基于双核处理器的计算机中运行时能够充分发挥硬件优势，大大提高计算效率。

为了提高GNSS完好性，提出一种顾及载波多普勒平滑伪距技术的INS辅助GNSS完好性检测方法。该算法通过运用载波多普勒平滑伪距技术，降低了随机误差的影响，利用INS估算的伪距、伪距率与平滑后的GNSS原始观测信息构造奇偶矢量进行故障检测和隔离。仿真结果表明，基于惯性导航辅助的GNSS完好性检测算法可以提高故障检测概率，当顾及载波多普勒平滑伪距技术时，故障检测性能更优。

空间直角坐标转换需要两套坐标系中公共点的三维坐标值，选取不同的公共点，列立相对应的误差方程求解转换七参数或者十三参数。通过模拟11行15列一共165个测量点在两个不同测站中的坐标，分别选择线性、矩形以及三角形的公共点不同分布位置，以及不同数量的公共点，研究利用其求出的坐标转换参数解算外围以及内部点坐标与理论坐标对比，并以其点位差的欧氏距离作为拟合曲面数据，利用改进的Shepard差值模型建立解算精度的曲面模型，得出其解算点位坐标精度的分布规律。

结合DNSC08-GRA模型中的美国近海测高重力数据，分析比较五种Stokes核函数的计算精度。结果表明，在测试区域，改进的核函数较球形Stokes核函数在精-度上有了明显的提高（约3.4 cm）；而各改进核函数之间差异不明显。利用GPS/水准数据进行检核发现，拟合前后的大地水准面约有1.17 m的系统差，拟合后标准差减小约7 cm。

在研究任意旋转角度三维坐标转换的过程中，针对控制点在两套坐标系下均存在随机误差(EIV模型)的情况，提出在只有三个控制点的情况下采用改进的附有约束条件的加权整体最小二乘法进行解算，在控制点较丰富(四个及以上)的情况下采用多元整体最小二乘法(观测方程的观测值不只一列的整体最小二乘法)进行解算，解决系数矩阵中重复随机元素改正数不相等的问题，提高参数值的精度。

利用Chapman函数结合球谐函数建立电离层反演计算方法，并以静日下中国区域GPS CORS实测数据反演中国区域上空的电离层电子密度值，反演得到的电离层的延迟量与已知值比较，其残差中误差为0.311 m；对垂直方向上和一定高度层面上的电离层电子密度变化的研究表明，运用该方法计算的电子密度具有较高的精度，并能较为直观地反映出电离层不同层间电子密度变化的一致性。

为了从海量的LiDAR点云中分离出建筑物点类，先利用渐进式不规则三角网加密法过滤出地面点类，然后根据建筑物顶面的主成分和法向量分类出建筑物顶面点；在区域增长法分割出初始建筑物面片后，通过面片的形状属性删除围墙面域，并以数学形态学的闭算子填充小的孔洞；最后以建筑物面积阈值剔除小的植被区域。以3个典型的复杂城市区域为例测试算法的提取效果，结果显示建筑物的探测率和探测质量优于92%。

针对Poisson迭代法与极坐标模板法存在的缺陷，给出了基于网格数据的Poisson积分离散求和的改进方法，有效地改善了网格数据离散求和的精度。

针对现代测量数据处理过程中面临的大规模网平差解算难题，分析了基于分区平差模型的大规模网平差并行计算策略，设计了基于Web Services（WS）分布式计算技术的快速平差解算服务方案。结合有效的数值并行计算算法和数据压缩算法，在.NET平台下建立平差子计算Web服务，并通过实验验证了平差并行计算方法的有效性，计算结果表明，WS技术能够大幅提高平差计算效率和现有资源利用率。

由于GPS与北斗二代（BD2）存在系统差异，两系统进行组合定位时，需合理确定两系统观测值的权比。为此，采用Helmert方差分量估计方法对两个系统的伪距观测值与相位观测值在伪距单点定位与相位相对定位时的权比进行分析。结果表明：Helmert方差分量估计可以得到GPS/BD2组合定位时的合理权比，即伪距观测值先验权比为21，相位观测值权比为11。

通过模拟GPS卫星系统的运行以及接收机的运动轨迹，采用11状态PVA（PositionVelocityAcceleration)导航模型进行导航定位分析，并分别采用扩展卡尔曼粒子滤波和扩展卡尔曼滤波计算导航解，结果表明两种滤波均能得出较好导航解，并且前者削弱了多路径效应的影响，进一步提高了导航定位精度，尤其在高程方向精度提高更为明显。

为解决原始多路径误差序列中的噪声干扰，引入最小均方滤波算法，通过选择合适的滤波器长度和步长参数，对原始多路径误差序列进行滤波，结果显示：该算法可以有效地分离真实多路径误差序列和噪声，从而最大限度地削弱多路径效应的影响，使多路径误差改正率维持在80%以上。

分析采用三种不同去噪方法对GPS 动态监测数据去噪的效果。结果表明：对GPS动态观测数据序列采用小波去噪尤其是软阈值去噪方法可以有效地消除随机噪声，提高监测数据的精度。

分析长三角地区GPS连续监测站斜路径水汽观测值的分布情况，特别是不同空间分辨率和时间分辨率条件下，斜路径观测值对网格的覆盖情况，研究了利用此区域网进行水汽三维层析的可行性。结合数值预报资料，采取模拟仿真方法，研究了该区域网用于水汽三维层析的加密方案。实验分析可知，长三角GPS监测网测站几何结构较差，观测值分布不均匀，给层析解算带来一定困难。同时，加密GPS监测网能够从整体上提高层析的精度，主要是改善了底层格网内水汽的垂直结构。

采用时间序列方法对高精度磁悬浮陀螺全站仪采集的原始电流数据进行分析，得出仪器用于计算定向角的转子电流数据多数情况下属于非平稳时间序列，其非平稳时间序列在不同的观测条件下表现出随机趋势性、周期性、条件异方差、异常观测值的特性。研究基于磁悬浮技术的陀螺全站仪定向误差数据的数学模型，用差分的方法剔除趋势项，用BoxJenkins方法对平稳随机序列建模，根据不同的数据特征建立不同的时间序列模型预测和控制用于计算定向角的电流数据的精度，提高定向角的精度。