不同卫星导航系统组合监测的玛多地震同震形变与精度分析

为全面分析不同卫星导航系统(GNSS)组合监测地震形变的精度,本文首先基于青海玛多地震(Mw 7.4)周边近场及远场共8个区域CORS站的高频(采样率为1 Hz)GNSS观测数据,采用精密单点定位技术进行高频数据解算,初步分析了多系统组合相对单GPS系统的同震形变精度提升,然后对具有相同卫星系统数/不同卫星系统组合的同震形变误差进行对比分析,最后基于GREC2(GPS/GLONASS/Galileo/BD-2)和GREC3(GPS/GLONASS/Galileo/BD-3)两种组合情况分析了北斗二号与北斗三号的同震形变精度差异。研究结果表明,多系统组合观测同震形变的精度优于单系统,其中GEC2+3(GPS/Galileo/BD-2/BD-3)组合观测同震形变精度最优,相对于单系统GPS而言,在水平方向上的精度提升可达30%～60%,在垂向上的精度平均提升可达30%;在三系统卫星导航系统组合中,含北斗的多系统组合在水平方向上的精度提升最高可达38.75%,垂向上的精度提升最高可达41.46%;北斗三号观测的同震形变精度比北斗二号精度更高、效果更好。     

利用高频GPS数据反演地震要素

介绍了利用高频GPS观测数据反演地震要素的原理和方法. 以2019年7月4日和7月6日发生在美国加州里奇克莱斯特的地震为研究对象，首先利用PRIDE PPP-AR软件进行动态精密单点定位解算以获得测站的位移时间序列，然后使用S变换对位移时间序列去噪，再根据去噪后的时间序列提取地震波的振幅与周期，并提出双重3-sigma法则以分别提取地震波的体波和面波到达时，最后据此反演出地震的震中位置、震级以及发震时刻. 根据本文提出的方法反演得到的震中位置与美国地质勘探局（USGS）发布的位置偏差在10 km左右，震级偏差在0.2级左右，发震时刻偏差在20 s以内. 结果表明，利用高频GPS数据可以较为准确地反演出地震要素.      

2016年意大利阿马特里切Mw 6.2地震震源机制InSAR反演

2016年8月24日，意大利中部阿马特里切（Amatrice）地区发生Mw 6.2地震。采用ALOS-2条带模式和SENTINEL-1A宽幅模式的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据分别进行SAR差分干涉测量处理，获取了该地震的同震形变场。结果显示，本次地震造成意大利中部地区发生明显的地壳形变，在雷达视线向最大沉降量达19.6 cm。基于合成孔径雷达干涉测量（interferometry synthetic aperture radar，InSAR）和GPS同震形变场数据对此次地震的发震断层进行联合反演，通过改进倾角和平滑系数获取方法，得到了最优滑动分布模型。通过使用单断层模型和双断层模型进行反演可知，双断层模型反演结果优于单断层反演结果，两种模型下反演模型相关系数分别为0.85和0.89，发震断层走向分别为160°和158°，倾角分别为44°和46°，倾滑分布主要位于地下5~7 km，平均倾滑角为-80°，最大倾滑量0.9 m位于地壳深度5 km处，该发震断层是亚平宁冲断带的一部分，为NW-SE向延伸的正断层，断层长约20 km。综合使用地震同震形变场和GPS数据对震源机制进行反演、模拟和分析，获取了高精度的震源参数，可以为分析地震危险性和断层破裂参数等提供数据支持。     

GPS测定的2011年日本9.0级地震的中国大陆地区同震位移场

利用陆态网络东北地区的6个GPS基准站地震期间的观测数据反演了日本本州东海岸9.0级强震区域地表的瞬时形变过程,应用160多个陆态网络基准站以及IGS跟踪站的GPS观测数据解算获得中国大陆地区的远场同震位移。将测站按照中国大陆主要构造带(区)进行分配统计可知,东北地区同震位移最大,平均接近20mm;首都圈与郯-庐带及周围地区平均同震位移也在10mm左右;距离震中比较远的鄂尔多斯及周围、阿尔金-祁连山-阿拉善、新疆等地区也受到了该地震的影响,在东方向发生了5mm左右的位移,并且以上地区的优势方向都为东方向;而本次地震对中国的华南(包括南海)以及青藏等地区基本没有影响。这些解算结果对进一步研究地震动力学特征及判定未来地震趋势提供了详实的实测依据。     

一种基于变差系数与滑动时间窗的定量分析方法

为科学、准确地描述台站短水准测段离差分布曲线与正态分布曲线的偏离程度,本文以朝阳地震台为例,利用变差系数结合滑动时间窗对2016年5月22日辽宁朝阳M4.6与M4.3双震与2016年10月29日辽宁喀喇沁左翼M3.8地震前后台站2—3(k)测段离差分布曲线的变化趋势进行了定量分析与总结:一般震前由地壳形变引起的数据异常表现为测段变差系数增大,测段离差分布曲线偏离正态分布,震后测段变差系数减小,测段离差分布曲线恢复正态分布.进而基于最新数据从垂直形变、地震活动性与离差统计3个角度对台站邻近区域的地震危险性进行了初步分析.通过效果图可知,该定量分析方法可为震前数据异常识别提供参考,为地震监测与分析预测提供了一种新思路、新途径.     

运用GPS高频时间序列对地震前兆的探索研究

通过对在日本福岛地震发生前后短时间内的两个GPS测站的时间序列进行拟合以获取在短时间内的地震同震位移数据,通过动态时间序列图的形式对地震同震位移数据进行研究,结果发现,在地震发生时很短的时间内地震同震位移数据会发生大幅度的变化,在地震结束后又恢复正常。这种变化规律可以为地震前兆预测做参考。     

融合多平台DInSAR数据解算拉奎拉地震三维同震形变场

针对单一平台DInSAR技术仅能获取雷达视线方向同震形变场的问题,根据雷达成像的几何条件,融合不同轨道、不同平台的DInSAR数据解算了拉奎拉地震的三维同震形变场。三维形变结果反映的拉奎拉地震发震断层的特征与地质调查的结果较吻合。将得到的三维形变场数据与该地区GPS观测站数据进行比较,结果表明,得到的拉奎拉地震的三维同震形变场比较可靠且精度较高。     

GPS在现今地壳运动与地震监测中的初步应用

以“中国地壳运动观测网络”科学工程项目产出的GPS观测资料为基础 ,采用球坐标系下非连续变形算法对资料进一步做了形变计算 ,以此为基础 ,对我国大陆地块及其边界带运动与形变进行了分析。对GPS基准站的连续观测序列采用小波变换进行分解变换 ,分析了部分震例 ,探讨了GPS连续观测序列提取地震前兆的方法。     

利用GPS资料反演汶川Mw7.9级地震滑动分布

2008年5月12日，青藏高原东缘龙门山断裂带发生Mw 7.9级汶川地震，该地震使得北川-映秀断裂、灌县-江油断裂和汉旺-白鹿断裂带发生了同震破裂。本文主要利用“中国地壳运动观测网络”项目组提供的GPS同震位移资料，采用基于敏感度迭代拟合法(SBIF)及分段发震断层模型，分别应用均匀半空间和分层地壳结构两种方法反演分析了该次地震的精细同震滑动分布。结果表明：（1）SBIF反演方法应用于相对较小的GPS数据集仍然可以获得理想的同震滑动分布;（2）采用考虑分层地壳结构模型的反演结果整体上要优于均匀半空间模型的结果；（3）同震滑动主要发生在10-19千米深度以上，且存在五个滑动峰值区域及北川断裂南西端存在明显的深部滑动区，与震后野外考察结果及余震分布相吻合，同时能够较好地解释GPS观测数据；（4）青川断裂存在明显的右旋走滑分量，其平均滑动量为1.99米，北川断裂主要发生逆冲滑动，平均滑动量为3.35米，灌县断裂的平均滑动量为0.65米；（5）反演得到的地震矩为8.74×1020Nm(Mw 7.90)，与地震学结果吻合。     

基于GPS时间序列分析的地震前后噪声特性差异性研究

针对现有地震预测研究中噪声特性分析研究较少,就较大地震对GPS时间序列噪声特性的影响进行分析. 选取较大地震及相应的临近测站,将GPS时间序列按照时间跨度分为震前4～3 a、前3～2 a、前1～0 a、震后0～1 a、后1～2 a五个时段,分别求取各时段的谱指数,采用不同的噪声模型组合对它们进行噪声特性分析,然后对结果进行对比. 结果表明:地震前后谱指数、速度场、振幅相位等变化较大,GPS时间序列噪声特性对地震响应明显;部分测站地震前后谱指数、速度场、周年振幅等较震前1～0 a具有一致性;地震孕育阶段,闪烁噪声+白噪声(FN+WN)在所有最优噪声模型中所占比例上升,闪烁噪声+随机漫步噪声+白噪声(FN+RWN+WN)中FN在所有噪声分量中所占比例上升,震后均下降,与地震时能量释放,地震后站点运动态势恢复常态相一致.      

长距离GPS/BDS双系统网络RTK方法

基于区域参考站网的网络实时动态定位(real-time kinematic,RTK)方法是实现全球定位系统(global positioning system,GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)高精度定位的主要手段。研究了一种长距离GPS/BDS双系统网络RTK方法,首先采用长距离参考站网GPS/BDS多频观测数据确定宽巷整周模糊度,利用引入大气误差参数的参数估计模型解算GPS/BDS双差载波相位整周模糊度;然后按照长距离参考站网观测误差特性的不同,分类处理参考站观测误差,利用误差内插法计算流动站观测误差,以改正流动站GPS/BDS双系统载波相位观测值的观测误差;最后使用流动站多频载波相位整周模糊度解算方法确定GPS/BDS载波相位整周模糊度并解算位置参数。使用长距离连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)网的实测数据进行实验,结果表明,该方法能够利用长距离GPS/BDS参考站网实现流动站的厘米级定位。     

长距离动态GPS数据处理方法与汶川地震引起的动态地壳形变特征分析

利用长距离GPS动态数据处理方法,根据四川GPS网地震前后的观测数据,计算出了四川GPS网各站点地震前后的位移量。以相对稳定的雅安站为参考站,计算出了绵阳站和郫县站的动态变形序列。汶川地震动态地壳变形分析结果表明,地震期间,绵阳站和郫县站的主运动朝向西北方向,同时伴随有小幅摆动。在高程方向,绵阳站出现先上升后下降的运动特征,郫县站出现上下波动特征。     

两种区域电离层拟合模型比较研究

建立了单基准站和多基准站的三角级数模型和多项式模型,设计了利用邻近站数据进行两种模型内外符合精度检验的方法,分析了两种模型在精度方面的差异。     

一种基于机器学习算法的区域/单站ZTD组合预测模型

针对天顶对流层总延迟(ZTD)具有一定的时空变化特性,提出了一种基于BP神经网络、长短期记忆网络(LSTM)算法的区域/单站ZTD组合预测模型. 以连续14天香港连续运行参考站(CORS)网络18个监测站观测数据为例,利用BP神经网络、LSTM及本文算法进行了区域、单站及二者组合ZTD预测模型研究. HKWS测站的预测结果表明:利用前13天数据预报第14天数据,区域、单站、组合模型ZTD预测的均方根误差（RMSE）分别为10.2 mm、10.4 mm、8.5 mm,组合模型相对于区域、单站模型预测精度分别提升了17.2%、18.4%.      

城市CORS系统数据质量检核与评估分析

针对传统GPS数据分析软件可视化效果不高的情况,本文采用Matlab对TEQC处理的常州武进CZWJ站单天数据质量进行检测,重新绘制图像,提高可视性便于评估分析,利用Python结合TEQC、QC2SKY等软件对常州市CORS系统5个CORS基准站5个季度观测数据分别从数据完整率、头文件信息和数据质量3项指标进行了评估分析,结果表明:常州5个站的数据质量均非常稳定,受多路径效应影响较小,各基准站空间分布合理,能较好地覆盖常州市各行政区划,可作为区域地表变形的监测网。     

长距离GPS/BDS参考站网多频载波相位整周模糊度解算方法

长距离网络RTK是实现GPS/BDS高精度实时定位的主要手段之一,其核心是长距离参考站网GPS/BDS整周模糊度的快速准确确定。本文提出了一种长距离GPS/BDS参考站网载波相位整周模糊度解算方法,首先利用GPS双频观测数据计算和确定宽巷整周模糊度,同时利用BDS的B2、B3频率观测值确定超宽巷整周模糊度。然后建立GPS载波相位整周模糊度和大气延迟误差的参数估计模型,附加双差宽巷整周模糊度的约束,解算双差载波相位整周模糊度,并建立参考站网大气延迟误差的空间相关模型。根据B2、B3频率的超宽巷整周模糊度建立包含大气误差参数的载波相位整周模糊度解算模型,利用大气延迟误差空间相关模型约束BDS双差载波相位整周模糊度的解算。克服了传统的使用无电离层组合值解算整周模糊度的不利影响。采用实测长距离CORS网GPS、BDS多频观测数据进行算法验证,试验结果证明该方法可实现长距离参考站网GPS/BDS载波相位整周模糊度的准确固定。     

东日本Mw9.0大地震前、同震及震后地壳水平运动

利用“中国地壳运动观测网络(二期)”245个GPS连续观测站及其他站的大量观测结果,采用离震中很远的7个GPS站作为位错参考框架,得到2011年3月11日东日本Mw9.0大地震的同震水平位移和应变。此种参考框架的位移场解,符合弹性位错模型离震中很远且水平位移接近于0的要求,不仅有利于位错模型反演,也有利于合理分析此次大地震同震水平位移的影响范围。地震前后区域参考框架下远场GPS连续观测位移时间序列和同震位移弹性位错模型反演结果表明,东日本大地震同震水平位移既是地震断层破裂的结果,也是远场震前数月或数年水平位移的弹性回跳,据此可以进一步确认这些站震前水平位移前兆异常。由于这些震前异常位移中亦包含了同震位移量(方向相反),因此,弹性位错模型为定量研究大地震前远场地壳运动异常提供了一种理论模型。位错参考框架中的同震位移及其位错模型和区域参考框架的位移时间系列的综合研究有助于对此次大地震地壳运动异常的认识。这种持续时间为数月至数年的弹性形变异常,可以为大地震的中短期预测提供依据。     

高精度GPS超短基线场数据处理与分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)接收机、电子全站仪等测绘产品应用程度的提升,现代地理信息产业也不断发展壮大.基线检校场作为测绘仪器检定的重要标准之一,长期以来为社会各方面发展提供了重要的基础支撑.针对新建立的超短基线检校场,运用GAMIT/GLOBK软件进行了高精度数据处理.综合使用周边的国际GNSS服务站(IGS)站、陆态网(CMONOC)参考站,采用不同解算方案分别进行数据处理,并从标准均方根误差(NRMS)值、基线重复性、网平差后点位坐标稳健度等方面进行了对比分析.结果表明,本次超短基线场的建设符合规范和设计要求.对于类似的小范围测站网数据解算,采用分级两步法可以得到较高的解算精度,为超短基线场或者类似的区域测站网的高精度数据解算与分析提供了一些可借鉴的经验.     

基于GPS观测的Baja California地震地壳变形分析

2010-04-04墨西哥Baja California(32.259°N,115.287°W)Ms 7.2级地震发生在GPS连续观测站及钻孔应变仪相当密集的区域,利用GPS监测数据计算出了若干站点地震前后的位移量。地壳变形分析结果表明,离震中近的观测站变形量普遍较大,最大可达0.2m,大部分观测站明显向东南方向运动。通过选择较稳定的观测站作为参考站,计算了4观测站的动态变形序列,同时得到地震波的传播速度为3.2km/s,与应变观测计算结果比较吻合。     

顾及有色噪声的ETS对GPS坐标时间序列影响分析

以12个GPS站12年的坐标序列为研究对象.采用Kashyap信息准则（KIC）噪声模型估计准则对四种组合噪声特性进行估计,探讨慢滑移（ETS）现象对GPS站坐标时间序列的影响,结果表明:ETS引起了GPS站坐标序列模型的变化,E、N方向分量噪声模型占比与U分量模型占比差异较大,可能造成噪声模型的错误估计;ETS后的站速度及其不确定度相比ETS前站速度及其不确定度均有增加,且在U分量表现明显;特殊地理位置的测站可进行标记研究,尽量减少地震运动带来的不利影响,为地壳运动研究提供有价值的参考资料．