参考框架、坐标变换和地壳运动

讨论参考框架、坐标变换和地壳运动的关系,说明主要由于地壳运动使得参考框架的问题变得十分复杂,而只有通过连续观测,如GPS等连续观测,和对地壳运动的观测与深入研究,才能有效地维持参考框架。简要介绍ITRF(国际地球参考框架)框架的发展与现状,介绍层次不同的三种ITRF2000框架和时空效果不同的三种参考框架,说明这些框架之间的关系。相似变换不仅用于坐标变换,还用于研究不同参考框架(或位移基准)下的相对运动,特别是区域内的相对运动。由于地壳水平和垂直运动有不同的特点,在研究相对运动时应分别作相似变换处理。坐标变换也必须考虑地壳水平和垂直运动的不同特点,分别作变换,以避免垂直运动对水平坐标分量的影响,使得到的坐标变换参数有时效性。建立GNNS等连续观测站是维持参考框架的最有效途径。     

一种GNSS区域站观测数据质量检测方法

经过多年观测与积累,GNSS站数据已形成大数据规模,面对大区域、多年GNSS观测数据,需研究数据质量检测方法,形成快速、常态化检测机制,为GNSS站观测数据快速提取与推广应用提供质量保障。本文提出了一种基于TEQC技术的GNSS区域站观测数据质量检测方法,分析了检测内容、检测方法及方法关键点;以大华北区域660余个站点10期观测数据为研究对象,采用所提出的方法,对其进行质量检测,并对检测结果进行了分析;通过实地考察站址观测环境,分析了误差超限的原因,从而修订了观测工艺流程;基于研究成果构建了适用于大规模GNSS站观测数据质量检测技术体系,可为全国GNSS站观测数据质量检测提供方法参考。     

利用卫星激光测距技术研究全球垂直地壳运动的参考基准

当前地震、地质灾害等现象的频繁发生,表明对于地壳运动尤其是垂直方向的研究是迫切而必需的,而研究垂直地壳运动的一个重要前提就是其参考基准的确立。针对目前国内外对于全球垂直地壳运动参考基准不统一的现状,分析了研究全球统一的垂直地壳运动参考基准的必要性,提出将ITRF2008框架下获取的SLR的垂向速度场作为全球垂直地壳运动参考基准的方案,论证了该方案的合理性,并利用GPS和VLBI的观测数据,求取了其速度场与SLR垂直基准之间的系统差,分析了产生不同大小且方向各异系统差的原因,实现了各速度场与全球垂直地壳运动参考基准的统一。由于该基准包含了较为丰富的地球物理信息,具有可发展、可提高以及直接相对于地球质心等特性,因此,我们推荐将ITRF2008框架下SLR技术获取的垂向速度场定义为全球垂直地壳运动的参考基准。     

利用大地测量观测资料研究青藏高原三维地壳形变及地震危险性评估进展

青藏高原是一个理想而独特的地球科学天然实验场,青藏高原的地壳形变、物质逃逸模式及地震活动性等科学问题一直是地学界关注的重点。以全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)和合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）为代表的空间大地测量技术因其时空分辨率高、覆盖范围广、观测精度高等特点,被应用于现今的地壳形变监测并在地震研究中起着十分重要的作用。首先,综述了青藏高原三维地壳形变研究进展情况,包括青藏高原地壳水平形变的GNSS研究、综合利用GNSS和水准观测资料的青藏高原地壳垂直形变研究、青藏高原InSAR区域形变研究和融合多源大地测量资料构建青藏高原三维形变场等。其次,结合青藏高原三维地壳形变资料介绍了青藏高原活动断裂地震危险性评估的研究进展,讨论了顾及地震应力扰动的概率性地震危险性评估过程以及大地测量观测在地震危险性评估中所起的作用。今后需要加强青藏高原GNSS监测空区的加密观测工作,综合GNSS和InSAR观测结果精化青藏高原的地壳运动与变形模式;开展断...     

基于区域参考框架的GNSS滑坡监测

区域参考框架是实现高精度区域大地形变观测和滑坡灾害长期监测的基础设施。结合活动地块的划分和长期的GNSS观测结果,笔者将我国大陆和海域初步划分为7个“刚性骨架地块”,简称“刚性地块”,拟建立覆盖我国陆海全域的区域参考框架系列:东北、华北、华南、西北、青藏、川滇及南海参考框架。本文介绍了从全球参考框架(IGS14)到区域参考框架的坐标转换方法,并例举了华北参考框架(NChina20)和华南参考框架(SChina20)在滑坡长期监测和滑坡初动自动识别领域的应用。     

海潮对GNSS总天顶延迟量观测的影响

在顾及（方案I）和不顾及（方案Ⅱ）海潮影响的情况下,利用中国地壳运动观测网络工程基准站观测数据分别计算总天顶延迟量,并对其进行比较。通过频谱特征分析,进一步研究了海潮对GNSS总天顶延迟量观测的影响,并得出了一些有益的结论。     

基于GNSS的北京市地面沉降监测研究

利用GNSS技术可以得到大地高,要想得到正常高必须精确已知高程异常.对于垂直变形监测,人们关心的是高程变化量而非高程本身.本文对利用GNSS大地高的变化量取代水准高的变化量的可行性,基准点选取及精度分析,参考框架的建立,大气改正模型的确定等内容进行分析研究.并通过2012年和2015年两期北京市实测GNSS观测数据得到的沉降量与精密水准结果比较分析,验证了GNSS监测地面沉降方案的可行性.     

中国地震局与拓普康在中国地壳运动观测网络工程项目上开展合作

本刊讯 3月27日，中国地震局与拓普康就国家重大基础设施建设项目——中国地壳运动观测网络工程签订采购合同，此次采购的TOPCON GNSS连续运行参考站接收机132台还有NET—G3和CR—G3扼流圈天线。     

流动VLBI选址探讨

本文结合流动VLBI参加的"地壳运动观测网络工程"和"探月工程",从建立和维护我国地心参考框架和深空探测两个角度讨论了流动VLBI站址的选择、以及所选站址对我国VLBI观测网的改善。提出了将流动VLBI站设在海南,这样既增加了南北基线长度,也扩大了可观测射电源的范围,同时在建立和维持我国地心参考框架方面也是较好的选择。     

顾及季节性变形的GNSS高层建筑倾斜和沉降观测方法

以北京华都中心深基坑开挖引起昆仑公寓的沉降和倾斜观测为例,详细介绍了采用GNSS(global navigation satellite system)精密单点定位技术(precise point positioning, PPP)对高层建筑的倾斜和沉降进行长期监测的方法。该方法包括以下4步:①采用PPP解算GNSS天线在全球参考框架(IGS08)中的地心地固(Earthcentered, Earth-fixed,ECEF)坐标(ECEF-XYZ);②将相对于全球参考框架的ECEF-XYZ坐标转换到一个区域性稳定参考框架,即华北参考框架(NChina16)中;③在华北参考框架中将地心坐标转换为站心直角坐标(东西、南北和垂直3方向);④用华北地区季节性地面变形模型校正站心坐标位移时程,恢复建筑结构的真实位移(倾斜和沉降)。研究表明,在华北地区, PPP位移测量精度在水平方向上能够达到2～3 mm,在竖直方向上能够达到6～9 mm(24 h连续观测)。通过将PPP、NChina16与华北季节性地面变形模型相结合,可以实现对华北地区高层建筑和其他大型基础工程的准实时和长期静态变形监测,监测精度可达到毫米级。     

GNSS网形变化的区域地壳形变信息提取方法

针对GNSS三维无约束平差不依赖基准且拥有高精度几何网形的特点,以GNSS监测网作为一个整体的时空观测单元,由GNSS网测站间相互关联的所有基线长度和基线夹角变化综合衡量网形的变化,用网形的变化集中反映区域地壳形变信息。利用地壳形变高空间相关性的特点,采用主成分时空响应分析的方法实现了区域地壳形变信息的快速提取。通过对2013年芦山Ms7.0地震近场区域陆态网GPS基准站2010—2014年观测数据的解算,提取并分析了对应地震前后近场区域地壳形变时空分布特征及形变的动态演变过程。     

GNSS连续站阶跃修复及其对数据处理的影响

近年来,由于仪器更换和强震影响,一些长期稳定的GNSS连续站出现了阶跃,严重地影响了参考框架的稳定性和解算精度,理论上这些测站不能再选为参考框架点。针对GNSS连续站阶跃修复及其对数据处理的影响进行了分析,结果表明：1）如果选用未修复阶跃的测站为框架点,将会扭曲解算结果;2）QOCA能够较为便捷地修复测站阶跃;3）修复测站阶跃能够保证参考框架点的稳定性,并能一定程度提高解算精度。     

A continuous velocity field for Norway

In Norway, as in the rest of Fennoscandia, the process of Glacial Isostatic Adjustment causes ongoing crustal deformation. The vertical and horizontal movements of the Earth can be measured to a high degree of precision using GNSS. The Norwegian GNSS network has gradually been established since the early 1990s and today contains approximately 140 stations. The stations are established both for navigation purposes and for studies of geophysical processes. Only a few of these stations have been analyzed previously. We present new velocity estimates for the Norwegian GNSS network using the processing package GAMIT. We examine the relation between time-series length and precision. With approximately 3.5 years of data, we are able to reproduce the secular vertical rate with a precision of 0.5 mm/year. To establish a continuous crustal velocity field in areas where we have no GNSS receivers or the observation period is too short to obtain reliable results, either interpolation or modeling is required. We experiment with both approaches in this analysis by using (i) a statistical interpolation method called Kriging and (ii) a GIA forward model. In addition, we examine how our vertical velocity field solution is affected by the inclusion of data from repeated leveling. Results from our geophysical model give better estimates on the edge of the network, but inside the network the statistical interpolation method performs better. In general, we find that if we have less than 3.5 years of data for a GNSS station, the interpolated value is better than the velocity estimate based on a single time-series.     

ITRF 2008与ITRF 2014的差异对GNSS数据处理的影响

针对全球导航卫星系统(GNSS)数据处理过程中旧的ITRF 2008参考框架现势性不足及新的ITRF2014框架在数据的数量与质量、参数模型、测站的分布合理性上均有提高等状况,该文以陆态网的最近两年的观测数据为例,对比分析了ITRF2008和ITRF2014框架下各测站的坐标、基线长度、水平速度场的差异,以期为当前高精度GNSS数据处理提供参考。实验表明:两个框架下的成果经基准转换后,测站在X、Y、Z方向的差异均为毫米级;基线差异平均在1 mm以内;水平速度场差值的最大值为5.75(mm·a~(-1)),最小值为-4.88(mm·a~(-1)),平均值为-0.45(mm·a~(-1)),方向上差值的平均值为0.02rad。目前两个框架的差异对一般工程应用基本上可以忽略,但对地震监测的陆态网来说,则必须考虑。     

基于块体模型的青藏高原及邻区地壳三维构造形变分析

2020珠峰高程测量,获得了丰富的青藏高原及邻区的GNSS监测数据。本文收集了陆态网、尼泊尔CORS网GNSS长期观测数据,计算了该地区20多年GNSS三维速度场,利用GRACE模型精化了垂直速度场,通过活动块体模型,从地壳运动、块体运动与应变、块体相对运动等多个方面研究了青藏高原地壳运动与构造形变特征。研究表明,青藏高原地壳形变具有明显的分区特征,南北向收缩主要表现在拉萨块体,东西向伸展主要表现在巴颜喀拉块体,中部羌塘块体没有明显水平挤压,但地壳隆升速率最大,且水平面积有扩大趋势,本文研究能够在一定程度上支持青藏高原地壳增厚学说。     

Assessment of the possible contribution of space ties on-board GNSS satellites to the terrestrial reference frame

The realization of the international terrestrial reference frame (ITRF) is currently based on the data provided by four space geodetic techniques. The accuracy of the different technique-dependent materializations of the frame physical parameters (origin and scale) varies according to the nature of the relevant observables and to the impact of technique-specific errors. A reliable computation of the ITRF requires combining the different inputs, so that the strengths of each technique can compensate for the weaknesses of the others. This combination, however, can only be performed providing some additional information which allows tying together the independent technique networks. At present, the links used for that purpose are topometric surveys (local/terrestrial ties) available at ITRF sites hosting instruments of different techniques. In principle, a possible alternative could be offered by spacecrafts accommodating the positioning payloads of multiple geodetic techniques realizing their co-location in orbit (space ties). In this paper, the GNSS–SLR space ties on-board GPS and GLONASS satellites are thoroughly examined in the framework of global reference frame computations. The investigation focuses on the quality of the realized physical frame parameters. According to the achieved results, the space ties on-board GNSS satellites cannot, at present, substitute terrestrial ties in the computation of the ITRF. The study is completed by a series of synthetic simulations investigating the impact that substantial improvements in the volume and quality of SLR observations to GNSS satellites would have on the precision of the GNSS frame parameters.     

卫星星历参考框架对GNSS相对定位解算的影响分析

系统研究了GNSS精密星历框架变化对GNSS相对定位以及网平差解算的影响。通过实验比较发现,在高精度GNSS相对定位中,若选择的地面参考框架与精密轨道参考框架不一致,则将给区域网基线解和网平差结果带来一定的系统性误差。对于高精度的定位解算而言,2 000 km以上的基线需考虑地面参考基准与星历参考基准的一致性问题,否则将给垂直方向带来一定的系统性偏差。     

Combination of GNSS and SLR observations using satellite co-locations

Satellite Laser Ranging (SLR) observations to Global Navigation Satellite System (GNSS) satellites may be used for several purposes. On one hand, the range measurement may be used as an independent validation for satellite orbits derived solely from GNSS microwave observations. On the other hand, both observation types may be analyzed together to generate a combined orbit. The latter procedure implies that one common set of orbit parameters is estimated from GNSS and SLR data. We performed such a combined processing of GNSS and SLR using the data of the year 2008. During this period, two GPS and four GLONASS satellites could be used as satellite co-locations. We focus on the general procedure for this type of combined processing and the impact on the terrestrial reference frame (including scale and geocenter), the GNSS satellite antenna offsets (SAO) and the SLR range biases. We show that the combination using only satellite co-locations as connection between GNSS and SLR is possible and allows the estimation of SLR station coordinates at the level of 1–2 cm. The SLR observations to GNSS satellites provide the scale allowing the estimation of GNSS SAO without relying on the scale of any a priori terrestrial reference frame. We show that the necessity to estimate SLR range biases does not prohibit the estimation of GNSS SAO. A good distribution of SLR observations allows a common estimation of the two parameter types. The estimated corrections for the GNSS SAO are 119 mm and −13 mm on average for the GPS and GLONASS satellites, respectively. The resulting SLR range biases suggest that it might be sufficient to estimate one parameter per station representing a range bias common to all GNSS satellites. The estimated biases are in the range of a few centimeters up to 5 cm. Scale differences of 0.9 ppb are seen between GNSS and SLR.     

大气负荷对我国GNSS站地壳垂向形变影响分析

为了研究近年来我国GNSS基准站地壳大气负荷垂向形变细部特征,使用格林函数积分及简化方法对中国大陆构造环境监测网络中的6个基准站共计36个月的大气负荷效应进行了计算和分析,结果表明,大气负荷是造成地壳非构造垂向形变的重要因素,大气负荷效应引起的地壳垂向形变量的区域性差异及垂向形变量在我国东北部和西部新疆地区为最大,大气负荷效应改正可使GPS垂向精度进一步提高。