基于GPS数据的广西区域水平速度场研究

裴红兵，苏中球

(1.广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西　南宁　530029；2.广西水利电力勘测设计研究院，广西　南宁　530012)



基于GPS数据的广西区域水平速度场研究

裴红兵1，苏中球2

(1.广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530029；2.广西水利电力勘测设计研究院，广西南宁530012)

文章基于2012-2015年为期三年多的GPS观测资料，结合广西中部地区的地质构造，利用GAMIT/GLOBK计算了广西中部地区在ITRF05框架下的水平速度场，分析了广西中部区域水平运动特征。结果表明：广西中部区域水平运动以E方向31 mm/a，N方向-12 mm/a随华南板块向东南方向移动。

GPS；GAMIT/GLOBK；ITRF05；速度场

0　引言

广西中部地区位于中国地壳七大板块之一的华南板块西南处，总体上随华南板块作构造运动，史上地壳运动频繁，历史上先后经历了7个活动时期与19次构造运动[1]。而研究区域属于广西三级构造单元中的桂东北-桂中拗陷单元中，目前地壳运动相对稳定。为了研究广西中部区域现今地壳的水平运动特征，本文利用GPS连续运行参考站为期三年多的观测数据，计算了区域地壳在ITRF05框架下的水平速度场，分析了现今广西中部区域地壳水平运动的特征。

1　GPS数据预处理

本文计算速度场的数据来源于南方测绘在广西各市建立的自用的CORS站点数据，由于数据资源有限，只收集到了南宁、柳州、河池、桂平四个站点2012-2015

年为期三年多的数据。站点分布见图1。

图1　站点分布示意图

在进行数据处理之前，对所采用的CORS站点数据进行预处理，对其质量进行评价，并以此对数据进行取舍。质量分析采用TEQC软件，在该软件的数据质量检核功能中，TEQC可生成9个结果文件，包括P1多路径观测值文件、P2多路径观测值文件、L1频率上的信噪比文件、L2频率上的信噪比文件、质量检查综述文件等[2]。在数据质量检查中，主要查看质量检查综述文件，文件里面综述了观测数据的质量评定，从而确定观测数据的质量。在数据质量检核中，根据以下原则进行参考站数据的剔除[3]：

(1)Mp1≤0.3，Mp2≤0.4；

(2)SN1≥4.5，SN2≥5.5；

(3)无效观测数据百分比≤2%。

在分析完4个站点的所有观测数据后，根据上述原则对观测数据进行剔除，完成数据预处理的过程。

2　GMAIT/GLOBK软件数据处理

本文数据处理软件利用世界上优秀的GPS高精度数据处理软件之一的GAMIT/GLOBK处理，该软件广泛应用于很多领域，如：高精度GPS测量数据解算、地壳运动与形变分析处理、解算卫星轨道、地球定向参数等；软件在处理长基线与连续时段的静态定位GPS数据方面具有运算速度快、解算结果准确、自动化处理程度高的特点；解算时顾及了极移、章动、闰秒、频移与有关轨道的各种摄动力改正等因素的影响，使得GAMIT基线解算的相对精度可以达到10-9量级。

GAMIT/GLOBK软件分为两大模块，GAMIT与GLOBK；不同的模块功能不同，GAMIT模块主要用来对GPS数据基线进行解算，生成单天解h文件及精度评定Q文件等。而对h文件后处理则需要GLOBK模块进行，这是一个卡尔曼滤波器，GLOBK软件的核心思想就是卡尔曼滤波，其目的是综合处理多时段、多元测算数据，生成一个统一框架下的测站坐标、ERP(地球自转参数)、卫星轨道参数等的综合解。该软件所需要的初始输入信息是经过GAMIT软件所处理后得到的测站坐标、卫星轨道参数、EPR等的估值与其协方差矩阵。因此，在GAMIT前期数据处理时，需要对全球参数施加松弛约束，以便GLOBK对参数施加统一的约束。

3　区域速度场模型的构建

3.1IGS站点的初选

本文解算的是空间大地测量CORS站的位置坐标及其速度信息，因此测站的外部控制框架需统一，框架基准点需均匀分布在测区周边8个方位且不能少于3个点。一般而言，框架点的选择包括以下4条原则[4]：

(1)连续性原则：即测站在连续观测的时间上有近3年(或以上)的时间段；

(2)稳定性原则：测站需远离变形区域，应位于刚性板块上；

(3)高精度原则：测站的速度场精度应优于3 mm/a；

(4)多种解原则：至少3种不同分析解速度残差好于3 mm/a。

在满足以上4个原则的基础上，还要根据IGS站时间序列的稳定性及精度方面来慎重选择框架点。

综合国内外的研究，站点选择标准应增加两个方面[5]：在上述四个原则的基础上还应包括：

(1)平衡性原则，所选站点尽量分布均匀；

(2)精度一致性原则。

根据以上选取站点方法及标准，且参考已有的研究结论，本文初步选取了国内及周边的12个IGS站：BJFS、SHAO、KUNM、LHAZ、WUHN、IRKT、SUWN、KHAJ、NOVM、KIT3、CUSV、PIMO。

3.2区域网单天解解算

GPS数据框架处理的目的主要是获得高精度的基于ITRF05框架下的站址坐标与广西区域板块速度场模型，处理方案应同全球网处理的策略一致。最后使用干净的双差相位数据进行定位，从而可以获得高精度的基线处理结果。基线解算完成后，查看单天解中的Q文件，Q文件中包含了解算精度与可靠性的评定指标，主要查看的是NRMS(均方根残差)值，如果NRMS值<0.5，则认为数据精度符合要求；NRMS值>0.5则认为数据中有大周跳没有剔除，需要再处理或者使用CVIEW进行人工处理。本文计算NRMS值均<0.25，由于篇幅有限，不一一罗列。

3.3区域网平差

3.3.1IGS框架点的终选

在GLOBK平差过程中，区域框架站点采用我国区域周边IGS站。选取步骤为：

(1)基于框架点的时序图与定量的参考标准对框架点的数据质量进行分析初选；

(2)基于初选结果利用七参数法对框架点进行精选；

(3)实施监督分类，采用分级栅格化对框架点进行处理使其分布均匀化。

图2～3为初选的12个IGS站点2013-12-1～2015-12-29时间段的时序图。篇幅有限，本文只列出了2个站点的时间序列图。

图2　BJFS站点时序图

图3　cusv站点时序图

根据3.1章节阐述的框架点的选取原则，本文选取了我国周边及内部的5个IGS站：SHAO、BJFS、WHUN、KUNM、PIMO。5个IGS站的精确站址坐标由速度场精确地归算到ITRF05框架、2015.990历元下，作为整个CORS框架点的外部控制。

3.3.2区域网平差

用GLOBK软件进行平差处理，在网平差处理过程中，选取ITRF05框架、观测历元为观测时间最后一天历元，即2015.990下的坐标，采用5个高精度的IGS站在ITRF05框架下的精确的站址坐标作为拟稳基准对南方CORS的4个站点数据进行联合平差，获得南方CORS的4个站点在统一的ITRF05瞬时历元下的坐标。解算得到的南方CORS站点在ITRF05框架2015.990历元下的结果及精度情况见表1。

表1　南方CORS站点ITRF05框架2015.990历元下坐标表

注：为避免泄密，南方CORS的4个站点的空间直角坐标省略小数点前5位。

平差后各站点的精度在X、Y方向优于2.5 mm，Z方向优于2 mm，解算精度较高。

3.4广西中部区域水平速度场的构建

GLOBK平差完成后，提取平差得到CORS 4个站点的速度信息，并利用GMT进行速度场图绘制。CORS站点速度场精度及速度场图如表2所示。

表2　ITRF05框架下CORS站点速度信息表

注：为避免泄密，CORS的4个站点的经纬度省略小数点后5位。

从表2可以看出，CORS各站点速度E、N方向精度<2 mm/yr，各站点E方向速度大约为30 mm/yr，N方向速度为-10 mm/yr，H方向大约为-2 mm/yr，其中GX03站点精度较高，因为该站的为基岩观测墩，稳定性较高，其他站点为屋顶观测墩，自身稳定性较差。利用GMT进行速度场图绘制，得到广西区域性速度场，如图4所示。

图4　广西区域性速度场示意图

4　结语

本文利用南方测绘在广西4个城市建立的CORS站点为期三年的连续观测数据，计算了广西中部地区现今地壳运动的水平速度场。计算结果表明：广西中部地区地壳随华南板块以E方向31.02 mm/a，N方向-11.91 mm/a向东南方向移动。与廖超明博士计算的广西区域地壳运动水平速度场量值基本一致[6]。本文所建速度场模型水平方向精度优于2 mm/yr，精度较高，满足空间基准框架维护、地壳形变监测、各种位置服务等经济社会信息化建设的多种需求。

[1]莫敬业.广西通志.地震志[M].南宁：广西人民出版社，1990.

[2]郭淑艳，付常玲，马娜.应用TEQC软件对GPS载波相位数据进行质量分析[J].科技经济市场，2006(6)：6.

[3]桂朋.TEQC数据预处理及其在GPS基线解算中的应用[J].科技资讯，2009(15)：15.

[4]秘金钟，蒋志浩，张鹏，等.IGS跟踪站与国内跟踪站联合处理的框架点选择研究[J].武汉大学学报(信息科学版).2007，32(8)：704-706，710.

[5]杨志强，王利，付宗堂.GPS监测青藏板块运动数据的GAMIT/GLOBK处理方法及有关研究[J].西安工程学院学报，1999，22(3)：46-29.

[6]廖超明，叶世榕，周晓慧，等.广西区域现今地壳运动构造特性研究[J].武汉大学学报(信息科学版)，2008，33(8)：854-858.

Study on Guangxi Region Level Velocity Field Based on GPS Data

PEI Hong-bing1，SU Zhong-qiu2

(1.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029；2.Guangxi Water & Power Design Institute，Nanning，Guangxi，530012)

Based on 2012-2015 GPS observation data，combined with the geological structure in cen-tral region of Guangxi，and through GAMIT/GLOBK，this article calculated the horizontal velocity field of central Guangxi region under ITRF05 framework，and analyzed the horizontal motion features of central Guangxi region.The results showed that：the central Guangxi region is horizontally moving southeast to-gether with South China plate at the direction of E 31mm/a and N -12mm/a.

GPS；GAMIT/GLOBK；ITRF05；Velocity field

U495

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.009

1673-4874(2016)05-0032-04

2016-04-24

裴红兵(1981—)，工程师，研究方向：水运工程勘测设计与研究；

苏中球(1980—)，高级工程师，研究方向：水利电力勘测测量。