玉树地震对周围卫星定位连续运行站的影响分析

2011-11-15李凯锋欧阳永忠陆秀平任来平

测绘通报 2011年12期

关键词：历元网络工程玉树

李凯锋，欧阳永忠，2，陆秀平，任来平

(1.天津海洋测绘研究所，天津300061;2.武汉大学测绘学院，湖北武汉430079)

玉树地震对周围卫星定位连续运行站的影响分析

李凯锋1，欧阳永忠1，2，陆秀平1，任来平1

(1.天津海洋测绘研究所，天津300061;2.武汉大学测绘学院，湖北武汉430079)

利用相同时段长度且年份相邻的两组连续运行站的数据，均匀地选取7个IGS站作为参考基准，采用GAMIT进行数据处理。比较分析7个中国地壳运动观测网络站单日解坐标的变化，得出玉树地震对周围卫星定位连续运行站的位移有不同程度影响的结论，尤其是在高程方向，平均偏差达到16 mm，个别站点的最大偏差达到30 mm。通过对GPS速度场的计算分析，得出玉树周围各块体的运动情况。

卫星定位连续运行站;IGS站;GAMIT软件;位移;速度场

一、引言

2010年4月14日在玉树发生了7.1级强烈地震。地震发生后如何准确、快速地对地壳运动进行调查分析，对科学救灾、灾后重建以及卫星定位连续运行站的建立和维持都具有重要意义。连续运行站作为高等级控制测量的基准，其位置的变化及运动速度将影响大地测量成果的精度。因此，本文利用IGS站和中国地壳运动观测网络工程部分站的数据，以目前常用的GPS数据处理软件GAMIT进行处理，分析此次玉树地震对周围卫星定位连续运行站的影响。

二、周围站点选取

在进行GPS数据处理时，为了得到准确的国际地球参考框架下的坐标，测站在近3年连续观测，且网形合理，针对玉树周围网络工程站点，选取国内的BJFS、WUHN、KUNM和URUM 4个站点，以及国外的ULAB、HYDE和CUSV 3个站点，共7个IGS站作为参考基准，计算中国地壳运动观测网络中的DLHA、XNIN、DXIN、YANC、LHAS、MMMZ和LUZH 7个连续运行站的单日解坐标。为了分析玉树地震前后周围地壳的运动，选取没有发生地震的2009年年积日自297至305(对应为10月24日—11月1日)为期9 d的观测数据，以及2010年年积日自100至108(对应为4月10日—4月18日)为期9 d的观测数据，数据采样间隔为30 s，利用IGS最终精密星历，数据处理采用GAMIT/GLOBK软件，对两组数据解算结果进行分析。所选站点分布如图1所示。

图1 连续观测站站点分布

三、数据处理方案

为提高GPS定位解算精度，基线解算中对数据作如下设定:观测数据类型(LC_HELP);卫星截止高度角(15°);历元间隔(30 s);对流层延迟(13个);IGS站点坐标约束(NER:0.01 m，0.01 m，0.02 m);网络工程站的坐标约束(NER:50 m，50 m，50 m);卫星轨道约束为松弛约束;电离层约束(0.0 m+8.00×10－6D);对流层模型(Saastamoninen模型);惯性系框架(J2000.0);光压模型(BERNE);处理模式(RELAX解)。利用GLOBK进行时间序列分析和平差。

四、处理结果分析

GAMIT基线解算结果，主要通过均方根残差、基线向量、基线重复率3项指标进行评定。基线重复率和相对重复率的计算公式为

式(1)、式(2)中，Rl为基线向量的重复率;Rr为基线向量的相对重复率;n为基线单日解数目;Li为第i日的基线分量(或边长);为单日解的基线分量(或边长)的加权平均值;是基线分量中误差。的计算公式为

由式(3)计算得出基线的NRMS值都在0.18 mm左右，基线解算质量较高，然后计算各个站点的坐标中误差，采用GLOBK加入基线解的H文件进行联合平差。

本文数据后处理以单天松弛解为准观测值完成的，对于玉树周围的中国地震观测网络工程基准站而言，则通过紧约束地球自转参数，利用7个均匀分布在周围的参考站计算出网络工程基准站ITRF2005参考框架下的单日坐标。各网络工程站至玉树震中的概况如表1所示。经过坐标转换得到平面和高程方向的单日坐标，单日坐标解B、L、H方向的偏差值的时间序列如图2和图3所示，其中，横轴代表年积日，纵轴为偏差值。

表1 各网络工程站至玉树震中的概况

图2 卫星定位连续运行站B、L、H方向的时间序列变化(2009年)

图3 玉树地震前后周围卫星定位连续运行站B、L、H方向的时间序列变化(2010年)

表2、表3和表4中2009年年积日自297至305为没有发生地震的时间段，而2010年年积日自100至108中，年积日为104时发生玉树地震。计算平均偏差时，本文用单日坐标解减去测站的已知坐标值。从图2(a)、图3(a)和表2可以看出，没有发生地震时同一基准站纬度方向的变化都在4.5 mm之内，且变化较平缓;玉树地震当天，震中东北方向的DLHA、XNIN、DXIN、YANC 4个基准站的纬度方向同时出现最低值，最大偏差达到7.9 mm，表明震中东北方向地壳往南偏移，其他两个方向的基准站变化不明显。

表2 纬度方向位移 cm

表3 经度方向位移 cm

从图2(b)、图3(b)和表3可以看出，没有发生地震时同一基准站经度方向的变化都在4.5 mm之内，且变化非常平缓;年积日为102当天，震中东北方向的DLHA、XNIN和DXIN以及西南方向的LHAS 4个基准站的经度方向同时出现最大值，最大偏差达到5.5 mm，说明震中东北方向和西南方向地壳往东偏移，其他两个方向的基准站变化不明显。

从图2(c)、图3(c)和表4可以看出，没有发生地震时，同一基准站高程方向的变化都在11 mm之内，大部分偏差都小于6 mm，且变化较平缓。玉树地震当天，震中东北方向的DLHA、XNIN、DXIN、YANC 4个基准站的高程方向同时出现最大值，最大偏差达到19.9 mm，表明震中东北方向地壳发生隆起，其他两个方向的基准站高程方向的偏差也在9 mm左右。玉树地震后的第二天，由于余震的影响，玉树东南和西南方向的LUZH、MMMZ、LHAS 3个基准站的高程方向同时出现最低值，最大偏差达到30.0 mm，而玉树东北方向的DLHA和XNIN两个基准站的高程方向同时出现最低值，偏差达到12.3 mm和6 mm，西南方向地壳比东南、东北方向地壳下沉更严重。

表4 高程方向位移 cm

以上分析是基于各个站点的B、L、H方向的变化情况，下面从GPS速度场分析地震对各个站点的影响。设X0为参考历元的坐标，X为观测历元的坐标，本文取时段中的周解坐标，X˙代表运动速度，分别代表东向、北向和垂向速度;t0为参考历元，t为观测历元，本文取时段中的平均历元。于是上述两个时段的运动速度可表示为

式中，t02、t09是指参考历元为2002.8和2009.8。玉树地震的GPS速度场计算结果如表5所示。

表5 玉树周围站点的GPS速率 cm/a

从表5可以看出，由两个参考历元计算得出的速率有一定的差别，最大差值出现在LHAS站，差值为64.2 mm。图4是从水平运动速度来分析各站点的运动方向。

图4 玉树周围的GPS水平速度场

从图4(a)可以看出，参考历元为2002.8时，整体水平速度向南，而且速率差别不大。从图4(b)可以看出，当参考历元为2009.8时，玉树震中的东北块体往东南方向移动;玉树震中的西南块体往西南方向移动，而且速度较大;玉树震中的东南块体往西南方向移动，但运动速率比西南块体小。

五、结束语

本文利用玉树周围卫星定位连续运行站的数据，均匀选取国内外的7个IGS站作为控制，采用常用的GPS数据处理软件GAMIT对玉树周围的中国地壳运动观测网络站的数据进行处理。首先计算出玉树地震前后几天的单日坐标解B、L、H坐标值，并与2009年相同时段长度的解算结果进行比较。结果表明，玉树地震当天高程方向的平均偏差达到16 mm;最大偏差值达到30 mm;纬度方向的最大偏差值达到8 mm;而对经度方向的影响较小。然后通过对GPS速度场的计算分析，得出了玉树周围各块体的运动情况。由于仅采用7个网络工程站9 d的数据，且震中的西北方向没有网络工程站，若采用更长时间序列的观测数据，有望得到玉树地震对周围卫星定位连续运行站影响的更全面、准确的分析。

［1］邓明莉，孙和平，徐建桥，等.GPS数据约束的昆仑Ms8.1地震断层的分段模型［J］.大地测量与地球动力学，2008，28(4):31-37.

［2］沈强，乔学军，王琪，等.中国玉树Mw6.9地震InSAR地表形态特征分析［J］.大地测量与地球动力学，2010，30(3):5-9.

［3］ HERRING T A，KING R W，MCCLVSKY S C.GAIMT Reference Manual Release 10.3［R］.Washington，DC: NASA，2006.

［4］张四新，张希，王双绪，等.汶川8.0级地震前后地壳垂直形变分析［J］.大地测量与地球动力学，2008，28(6):43-46.

［5］李建虎，张胜凯，鄂栋臣，等.南极中山站数据处理中IGS框架站的选择［J］.大地测量与地球动力学，2010，30(1):61-65.

［6］张小红，刘经南，FORSBERG R.基于精密单点定位技术的航空测量应用实践［J］.武汉大学学报:信息科学版，2006，31(1):19-22.

［7］叶世榕.GPS非差相位精密单点定位理论与实现［D］.武汉:武汉大学，2002.

［8］ WITCHAYANGKOON B.Elements of GPS Precise Point Positioning［D］.Orono:the University of Maine，2000.

［9］杨元喜.自适应动态导航定位［M］.北京:测绘出版社，2006:54-55.

［10］欧阳永忠，陆秀平，孙纪章，等.GPS测高技术在无验潮水深测量中的应用［J］.海洋测绘，2005，25(1): 6-9.

The Analysis of Yushu Earthquake’s Effect on Its Surrounding Satellite Continuous Stations

LI Kaifeng，OUYANG Yongzhong，LU Xiuping，REN Laiping