基于深度神经网络的GRACE等效水高及地表形变量预测

利用2002-04~2017-06 GRACE月时变重力场信息,反演得到三峡水库区域、长江流域和亚马逊流域的等效水高及地表垂直、水平形变时间序列。在LSTM(long short-term memory)网络基础上,通过堆叠LSTM结构以及在输出层中添加线性连接层来增加网络层数,构成深度LSTM神经网络对时间序列进行预测。引入注意力机制以提高模型对于序列长期特征的提取能力,并使用遗传算法筛选最佳网络层数和优化部分网络超参数。结果表明,在动态预测模式下,纳什系数NSE(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)最差为0.907 9,最好可达0.977 7,标准化的均方根误差R*(scaled root mean square error)最小为0.146 5,最大为0.297 5;在静态预测模式下,评价指标R*均低于0.062 2,NSE均大于0.99,表明模型性能优异。     

利用GRACE、GPS和水准数据研究西秦岭地区现今地壳垂直运动特征

利用GRACE卫星数据改正GPS连续站垂向位移时间序列中的周期变化,用主成分分析方法消除区域共模噪声误差,计算获取西秦岭地区GPS连续站的垂直运动速率,并将其作为速率参考基准,联合水准观测资料基于线性动态平差模型,处理得到西秦岭地区现今地壳垂直运动速度场。结果显示,西秦岭整体处于差异性的快速隆升,主要是由青藏高原东北缘的地壳缩短作用所致。六盘山和天水南侧均以3 mm/a速率抬升,是本区上升最快的地方;其次是陇西地块和鄂尔多斯地块南部,分别以2 mm/a和1 mm/a的速率上升;秦岭造山带和渭河盆地的西部表现为下沉,但渭河盆地下沉最快。西秦岭现今地壳垂直运动可能暗示青藏高原东北缘的现今横向逃逸运动通道已从早期的西秦岭-秦岭地块向北转移到六盘山构造带、鄂尔多斯地块南部。     

基于CORS网监测台州地区陆地水负荷对地表垂直形变的影响

基于CORS站网基线综合解算,利用移去-恢复法和负荷形变法监测陆地水负荷对地表垂直形变的影响.以台州地区为例,对2017～2019年CORS站网和相关区域负荷数据进行分析.结果 表明,台州地区陆地水负荷对地表垂直形变的影响存在季节性变化,地下水负荷影响较为明显,可达cm级;且该影响在年际尺度上相对稳定.利用CORS站网...     

应用GPS定位技术监测滑坡体垂直形变研究

在研究了几种常用的高程系统及其相互关系的基础上 ,从理论上论证了GPS所测得的大地高HGPS的变化同样可以反映滑坡体的垂直运动 ,并结合有关的实验研究了GPS大地高在滑坡监测中的精度及实际应用的效果 ,从而得出了GPS定位技术可用于监测滑坡体垂直运动的结论。     

三峡二期工程蓄水后的垂直形变场

根据三峡地区的数字高程模型(DEM)，模拟三峡二期工程蓄水位达到135m后的水体负载，利用Farrell提出的质量负荷产生的地球形变理论，推算三峡水库水位达到135m后整个库区的垂直形变，与三峡库区GPS形变监测网获得的蓄水前后的垂直形变图像进行对比分析，结果显示：在三斗坪-巴东库段，两者中都出现了3个相同的、明显的垂直形变集中区。在三峡大坝附近，模拟结果比观测结果大8～15mm，说明坝址附近的花岗岩具有较强的刚性；而在香溪，模拟结果比观测结果要小23mm，且GPS观测到长江两岸的垂直变化差异达到22mm，说明该段地质构造的特殊性和复杂性。综合分析表明，三峡大坝坝址所在地的地质构造和地壳是稳定的。     

联合CORS与环境负荷形变数据的香港地表垂向形变

联合GPS解算得到的单日垂向位移和环境负荷形变数据分析香港连续运行参考站(HKCORS)在2018-09-09～23台风“山竹”期间的地表形变特征。2种数据处理结果均表明,台风期间香港地表出现一定程度的沉降,总体变化特征为台风距离香港垂直距离越近,香港地区的地表沉降越大。2种方法所得地表垂直形变趋势较为一致,但在数值上存在差异,主要原因为：1)GPS计算的短时间内地表垂向位移包含温度、纬度、解算误差等影响因素;2)由于缺少地表水、地下水等相关信息,模型模拟各种因素对地表水、地下水的影响时存在较大误差。     

应用GPS监测城市地表形变的初步分析

根据实例,总体介绍了用ＧＰＳ监测城市地表形变的观测及数据处理方法。首先根据ＧＰＳ获得的基线结果进行３维自由网平差,由定期观测获得了各个监测点的水平位移和垂直位移。然后针对城市监测范围较小,在将其按照矩形格网划分后,给出了两种拟合方法：线性内插法和多面函数拟合法。据此,计算获得了城市地表的水平位移场和垂直位移（沉降）面,并对两种方法获得的结果作了比较。根据计算结果绘制了水平位移场、垂直沉降面及其等值线图,可以直观地了解地表形变信息。同时对于用ＧＰＳ监测城市形变的观测和数据处理中需要注意的问题作了简要的分析。     

流动GPS观测资料能否用于地壳垂直形变监测？——以中国大陆为例

长期GPS连续观测可获取高精度的垂直形变速度场,但多期GPS流动观测资料能否用于地壳垂直形变监测尚不明确。本文首先对中国大陆260个陆态网络基准站和2 000个GPS流动站1999~2019年的观测资料进行高精度统一处理,获得各站点的时间序列和速度场,对筛选出的226个基准站和226个流动观测站的垂直形变速度场进行比较分析。结果表明,95%的连续GPS观测站的垂直形变速率误差小于0.5 mm/a,约50%的流动GPS观测站的垂直形变速率误差大于1 mm/a,约40%的流动站与连续站的垂直形变速率残差值大于2 mm/a,且约50%的流动GPS站点的垂直形变趋势与连续站不一致。西部地区的流动GPS观测站的垂直形变监测精度比东部高,这可能与东西部的观测环境和站点稳定性存在差异有关。对GPS连续站和流动站的垂直形变速度场的精度和残差进行分析认为,中国大陆流动GPS观测资料不适用于监测垂直形变小于2 mm/a的地区。     

基于GRACE RL05数据探测苏门答腊Mw8.6地震的同震和震后形变

利用美国德克萨斯大学空间研究中心（UTCSR）最新发布的GRACE卫星RL05月重力场模型数据,采用去相关和300 km半径的高斯平滑滤波,提取出2012年苏门答腊MW8.6地震的同震和震后形变,并利用最小二乘拟合方法计算了地震前后震中附近区域的形变率。结果表明,GRACE卫星观测到的同震形变约为-8~14 cm,震前和震后震中附近区域的形变率分别为1~4 cm/a和-1~-3 cm/a。     

中国区域GPS站海潮负荷形变特征分析

讨论5个全球海洋潮汐模型NAO99b、FES2004、GOT4.7、TPXO7.2和EOT11a在中国区域的差异性和适用性,并基于这些全球海潮模型和高分辨率区域海潮模型,分析中国区域GPS站海潮负荷形变特征。采用GIPSY软件对中国区域GPS站长时间观测数据进行处理,分析高精度区域海洋潮汐模型对中国沿海GPS站高精度位置时间序列的影响。分析表明,加入区域海洋潮汐负荷形变后,对GPS时间序列垂向的影响最大可达5.01 mm,可能会引起GPS时间序列中包含15 d和173 d 的虚假周期信号。     

GPS坐标时间序列中地表环境负载效应区域特征分析

选取全球417个IGS测站2000~2012年环境负载数据分析非潮汐海洋、大气、积雪和土壤湿度等负载对GPS测站时间序列位移的影响以及与测站地理位置之间的联系。研究表明,大气压力对GPS时间序列位移的影响最大,U方向最大达到20 mm,积雪负载的影响最小。4种负载对GPS时间序列高程方向的影响可达cm级,且大气及非潮汐海洋负载呈现显著的区域性特征。     

利用精密水准数据分析晋冀蒙交界区垂直形变特征

在水准复测数据分析过程中,针对水准点遭到破坏导致数据连续性不佳、利用率降低等情况,利用相邻年份同名水准点数据求解垂直形变量,以距离、待内插点与观测点所处断层信息进行确权,构建多项式内插模型,对研究区范围内的垂直形变量进行内插,丰富研究区范围内的数据量,提高数据的连续性及利用率。以每个内插值的垂直形变量、形变速率、形变加速率组成的状态向量构建卡尔曼滤波模型,对研究区范围进行滤波,利用滤波结果对1984年以来晋冀蒙交界区的垂直形变特征进行分析,并与前人研究结果进行对比。实验证明本文方法有效,对地震预测的研究有一定的参考意义。     

湖北地区现今地壳运动的GPS监测与分析

利用GAMIT/GLOBK软件处理湖北CORS网络、陆态网络等76个连续站2011-05～2013-06 的GPS观测数据,得到各测站的精确坐标及测站的时间序列。给出全部测站的水平速度场,各测站的运动速度为6～9 mm/a,运动方向以东向或东南向为主,与华南块体的运动特征基本一致。初步结果表明,湖北地区内部不存在明显的差异运动。同时,计算了湖北地区的主应变率、最大剪应变率。结果表明,湖北地区最大剪应变率敏感区主要分布于断裂带集中的地区,分别位于巴东、秭归和郧县-竹山附近,最大值约为（1.43～1.73）×10-7/a,这一结果与湖北2014年秭归发生的4.5级、4.7级地震以及2014年房县4.0级地震有明显的对应关系。     

山东地区近期垂直形变场精细特征分析

利用山东地区38个GNSS基准站2011～2016年连续6a的观测数据,对山东地区地壳垂向形变场特征进行系统分析。结果表明,山东地区地壳垂向形变具有明显的差异性,形变量最大的区域为山东西南部地区,形变速率约为-24.0mm/a;西北部地区形变速率较大,为-15.0mm/a;东南部以及沿海地区沉降速率较小,为-0.5～3.0mm/a;而在中部地区(泰山山脉)呈隆升趋势,形变速率为0.3～5.0mm/a。     

晋冀蒙地区的垂直形变特征

基于1998、2006和2013年3期水准复测资料,平差计算得到1998~2006年和2006~2013年的垂直形变速率及其垂直形变速率梯度。根据计算结果研究晋冀蒙地区的地壳垂直形变运动趋势以及主要断裂带的活动性,分析区域垂直形变速率和垂直形变速率梯度的演变。结果揭示出吕梁山地块后一时段上升速率增加、太行山地块由前一时段上升变为后一时段下降、盆地地带变化复杂的垂直形变态势。     

GPS动态变形分析中的傅里叶级数恒星日滤波

针对恒星日滤波中计算GPS卫星轨道运行周期提前时间的问题,提出一种基于傅里叶级数曲线拟合的提前时间估计方法。根据跨度达8 526 d的广播星历计算每天中所有可用卫星运行周期相对于前1 d的平均提前时间,将此平均提前时间作为采样点,以8阶三角函数形式展开的傅里叶级数进行曲线拟合,将卫星运行周期的提前时间拟合成关于时间的单一变量函数,免去了繁琐的计算步骤。实验结果表明,傅里叶级数恒星日滤波法缩小了监测点N、E、U三个方向坐标残差序列的均方根值,有效消除了GPS动态变形监测分析中的多路径影响,提高了复杂工程环境下动态变形监测中变形信息提取的能力。