热膨胀效应对GNSS基准站垂向位移非线性变化的影响

天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成GNSS基准站坐标时间序列高程方向的非线性变化。本文提出了一种计算热膨胀效应导致的基准站垂向位移的改进方法:首先利用基岩热膨胀模型和基准站地表温度数据,分别计算热膨胀效应对基准站天线观测墩和基岩的影响量;其次,利用最小二乘拟合方法,同时估计模型中周期项的周期、振幅、相位等信息,而已有方法仅估计振幅与相位信息;最后,基于改进的模型,分析了基准站垂向位移的周期性特征变化。本文利用该方法分析了有代表性的9个IGS基准站的数据。结果表明:基岩热膨胀和天线观测墩热效应能造成测站垂直方向位移变化;在分析的基准站中,最大影响分别可达0.57mm和1.85mm;热膨胀效应造成的GNSS基准站垂直方向位移时间序列具有周年和半周年周期特性,分别可以解释测站U方向坐标时间序列季节性变化的11.2%和3.3%,影响大小随测站纬度的增加而增加,且半周年影响明显小于周年影响;同时,部分测站发现了其他小周期的影响(约51d)。此外,基于该方法,选取了全球107个IGS站,计算了热膨胀造成的各测站垂向位移周年振幅及其相位,结果显示周年振幅最大可达3.3mm,其大小和测站纬度具有比较明显的相关性。     

热膨胀效应对GNSS短基线坐标时间序列影响研究

天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成全球卫星导航系统(GNSS)基准站坐标时间序列非线性变化,本文利用长期观测数据评估了热膨胀效应对GNSS短基线时间序列周期特性的影响. 结果表明:热膨胀效应在高程上可以引起约1 mm的季节性周年信号,可以很好地解释GNSS短基线时间序列中的周期信号,而对平面方向的贡献不大,但是观测墩因日光照射受热不均产生的热弯曲对平面方向上的影响应予以考虑.      

西龙池上水库GPS变形监测系统研究及实现

为了实现对西龙池上水库变形的连续、自动化监测,研制了GPS变形监测软件DDMS,建立了西龙池上水库连续运行监测系统。1a的运行表明,系统具有较高的稳定性,DDMS在观测数据无缺失的情况下,提供有效解的概率高于98%。该软件2h时段解在N、E、U方向的重复性分别为1.2mm、0.9mm、2.2mm,4h时段解算N、E、U方向的重复性为0.8mm、0.7mm、1.5mm。利用本文实现的GPS监测系统可进行高效率的实时、自动化、高精度大坝变形监测。     

HNGICS站ITRF2014框架下三维变化分析

针对河南省内地表沉降问题,利用河南省地质信息连续采集运行系统(HNGICS)分析全省域内地表形变,对比时间基线为10 a的HNGICS基准站ITRF2014框架下三维坐标,获得河南省内三维速度场,分析河南省内地表形变规律与地质环境相关。结果表明:河南省内整体平面位移变化较小,平面变化10 mm以内的基准站16个,在10～20 mm之间的站点15个,整体趋势表现为由西向东,南部水平位移优势方向为东偏北方向30.7°,平均运动速率为0.87 mm/a;北部平原水平位移优势方向为东偏南方向82.6°,平均运动速率为1.6 mm/a,省域内地表存在明显的相对运动;竖直方向上,东部平原地区平均沉降速率为11.0 mm/a,山区平均沉降速率为1.4 mm/a,山区沉降速率远小于平原地区。     

利用合成孔径雷达干涉监测广州佛山地面沉降

为了监测地面沉降,文章采用欧空局的Envisat卫星雷达影像和合成孔径雷达干涉方法计算得出珠江三角洲广州、佛山部分区域的沉降范围、沉降速率与沉降时间序列。研究结果显示:广州与佛山两个城市大部分区域的地面沉降速率在2mm/yr以内,最大沉降速率达到6mm/yr~8mm/yr;考虑到全球平均海平面上升速率约为3mm/yr,而珠三角大部分区域的海拔高度都小于2m,"地陷海升"的双重威胁应当引起人们的高度重视。研究成果可以为我国其他三角洲地区的地面沉降监测和灾害防治工作提供参考。     

利用GRACE分析阿拉斯加地区质量变化

利用GRACE RL05重力场数据反演2003-2012年阿拉斯加地区质量及水储量变化,构建去相关滤波和300km扇形滤波的组合滤波方式。结果显示,在研究期间内,阿拉斯加地区质量以-30.5Gt/yr的速度减小,其加速度为10.1Gt/yr~2,对海平面上升的贡献率为0.08mm/yr。地表质量减小主要在2003-2005年,约为-91.7Gt/yr,2010年5月后呈现上升的趋势,其速度约为20.1Gt/yr。陆地水储量变化趋势与总质量变化一致,十年间,陆地水的变化速度由2003-2005年的-66.7Gt/yr到2010.5-2012年的26.9Gt/yr,2006-2010.4间趋于稳定,研究期间内,陆地水储量的变化速度及加速度分别为-7.5Gt/yr,9.8Gt/yr2,对海平面上升的贡献率为0.02mm/yr。阿拉斯加地区总质量和水储量变化受周年变化影响较强,其周年振幅分别为43.6mm、29.7mm,并且在每年的3月和2月周年振幅分别达到最大值。     

基于CORS数据的合肥地区三维速度场分析

利用GAMIT/GLOBK软件处理了合肥CORS基准站2011年1月～2016年12月持续近6 a的观测数据,获取了基准站的三维速度场,分析了合肥市地壳运动。结果表明,合肥CORS基准站在ITRF2014框架下的水平运动平均速率为34.96 mm/yr,方向为E18.69°S;相对于欧亚板块的水平运动平均速率为6.06 mm/yr,方向为E14.61°S;在垂直方向上,11个基准站的垂直平均速率为1.31 mm/yr,整体表现为上升趋势。     

高分辨率PSI上海市沉降探测及分析

本文在改进的永久散射体(PS)探测方法基础上,应用高分辨率永久散射体雷达干涉(PSI)探测上海市地表沉降,并对沉降原因进行了详细分析。实验选取2008年4月至2010年1月间,由德国卫星TerraSAR-X(TSX)所获取的18幅X波段(波长为3.1 cm)高分辨率SAR影像为数据源,进行PS探测、PSI建模、形变提取和分析。实验结果表明,改进的PS探测方法探测出的PS点是合理和可靠的,且高分辨率SAR影像对地面硬目标识别能力较强,显著提高了PS点的密度和覆盖范围。沉降探测结果显示,最大相对沉降速率达30 mm/yr,平均沉降速率为11.5 mm/yr。     

顾及非构造形变的参考站长期稳定性分析

连续运行参考站可为地表位移研究提供连续可靠的原始数据,研究多个参考站的位置时间序列（ 也称为坐标时间序列） 可以反映出该地区地表沉降和运动趋势,进而对引起运动的线性变化和非线性变化进行研究。本文以江西连续运行参考站网络（ jxcors） 为例,通过建立各参考站3a的位置序列 对 江 西 地 区 的 线 性变化和非线性变化现象进行研究。在江西地区的线性变化中,局部平面变形很小（ 与附近陆态网站点的平均速率差异在1mm/a以内,优势方向差异为1.63°）,垂向变化较为稳定（ 上抬升平均速度为1.887mm/a,沉降平均速度为0.906mm/a）;在非线性变化研究中,参考站存在垂向半年周期的变化规律,进一步研究表明,水文负载是造成该变化的成因之一。     

联合小波和方差分量估计方法分析中国IGS测站时间序列变化特征

利用小波谱分析了中国区域IGS（International GNSS Service）站坐标时间序列中周期信号成分及其随时间的变化,根据小波谱中小波系数的能量在时域上的变化对时间序列进行分段,然后采用方差-协方差验后估计法分析了白噪声+闪烁噪声组合模型下测站在不同时间段的运动特征及变化规律。结果表明,中国区域的IGS站运动特征在不同时间段内是变化的,其中URUM站垂直速度变化大于4 mm,BJFS以及CHAN站水平速度变化大于2 mm,其余站速度变化均在2 mm以内;周年、半周年信号的振幅也均有差异,其中BJFS站垂直分量周年振幅变化最大,超过5 mm;此外,强度较弱的其他周期项存在于分段时间序列中,但其对速度、周期振幅以及噪声分量估计结果影响较小;对时间序列进行分段估计,所得的参数不同,其相差程度可反映出不同时间段内的板块运动等地球物理因素变化的差异。     

基于EMD和RBF神经网络的大坝形变预测

利用长期观测数据结合预测模型对大坝的形变趋势进行估计评价是大坝结构安全监测的必要内容。本文综合利用EMD和RBF神经网络,研究大坝变形时间序列中非线性周期信号变化的内在规律,使用西龙池L022号站4000期数据作为训练样本,对后续80期数据进行预测,并通过对预测结果与实测变形差值的统计分析评价本文方法的预测水平。结果表明,N、E、U 3个方向的RMSE分别为0.878 6、0.360 4和2.235 mm。与BP进行对比,RBF预测效果更好,受数据精度影响较小,MAE、RMSE较BP分别最高可提高63%、57%,且本文方法计算效率高,泛化能力强。     

安徽CORS参考站三维速度场分析

利用GAMIT/GLOBK软件处理安徽连续运行参考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)2011-11~2013-09近2 a的数据,获取了参考站的三维速度场,并分析了安徽省地壳水平运动和陆地垂直运动。结果表明,安徽CORS参考站在ITRF2008框架下的平均水平运动速率为34.44 mm/a,方向为E18.01°S;相对于欧亚板块的平均水平运动速率为6.13 mm/a,方向为E7.31°S;在安徽CORS整体无净旋转基准下,淮北平原的参考站存在1~4 mm/a的水平相对运动。郯庐断裂带在嘉山至泗县一带表现为左旋运动,嘉山以南运动较弱。在垂直方向上,安徽CORS参考站大致以淮河为界表现出南升北降的态势。淮河以南平均隆升速率为2.72 mm/a,淮河以北平均沉降速率为2.98 mm/a。该地区的地面沉降可能与过量抽取地下水和矿产开发等人为因素有关。     

环渤海区域GPS坐标时间序列噪声分析

本文以环渤海区域GPS基准站2013年至2018年观测数据为基础,从噪声特性及时间序列参数方面进行分析。利用最大似然估计法估计环渤海区域27个测站坐标时间序列在不同噪声模型下的噪声量级及时间序列参数。针对最佳噪声模型,利用谱指数和最大似然估计两种方法分别从定性和定量确定。结果表明,测站的最佳噪声模型主要有WN+FN和WN+FN+RWN两种模型组合,绝大多数测站的最佳噪声模型为WN+FN,其中WN+FN+RWN模型主要分布在基岩类型为土层的基准站上,WN+FN模型主要分布在基岩类型为基岩的基准站上。     

山东地壳运动速度场模型建立与分析

建立高精度的地壳运动速度场模型是实现区域大地基准动态维持,反映地面形变,保障基础设施工程建设的重要途径。针对点位分布密集、精度可靠和多年连续重复观测等准确获取区域地壳运动速度场模型的关键问题,通过对山东及周边省份2010年1月—2015年11月连续近6a的130座连续运行参考站点在ITRF2008框架下进行处理,获取时间序列。首次完整建立了山东省地壳运动速度场模型。通过模型分析表明:水平方向,山东省地壳整体向东南方向运动,平均速率为34.3mm/a,运动方向为SE110.25°;垂直方向,鲁中山区及胶东半岛地区地壳较为稳定,鲁北、鲁西等华北平原地区存在显著沉降,最大沉降量位于广饶漏斗区,年沉降量81.6mm/a。     

我国GPS基准站地壳垂直位移周年变化的气象激发

利用全球大气、海洋、积雪和土壤水的地表质量负荷资料 ,计算了中国GPS基准网 2 4个台站垂向位移周年变化的气象激发 ,得到振幅 5mm10mm的高程变化。通过与GPS观测资料解算的垂向位移结果比较 ,大部分台站的结果与GPS结果在振幅上符合比较好 ,但相位普遍超前一到二个月     

Impact of seasonal station motions on VLBI UT1 intensives results

UT1 estimates obtained from the very long baseline interferometry (VLBI) Intensives data depend on the station displacement model used during processing. In particular, because of seasonal variations, the instantaneous station position during the specific intensive session differs from the position predicted by the linear model generally used. This can cause systematic errors in UT1 Intensives results. In this paper, we first investigated the seasonal signal in the station displacements for the 5 VLBI antennas participating in UT1 Intensives observing programs, along with the 8 collocated GPS stations. It was found that a significant annual term is present in the time series for most stations, and its amplitude can reach 8 mm in the height component, and 2 mm in horizontal components. However, the annual signals found in the displacements of the collocated VLBI and GPS stations at some sites differ substantially in amplitude and phase. The semiannual harmonics are relatively small and unstable, and for most stations no prevailing signal was found in the corresponding frequency band. Then two UT1 Intensives series were computed with and without including the seasonal term found in the previous step in the station movement model. Comparison of these series has shown that neglecting the seasonal station position variations can cause a systematic error in UT1 estimates, which can exceed 1  $\upmu $ s, depending on the observing program.     

利用GNSS数据分析大港验潮站地壳沉降

青岛大港验潮站的地壳沉降关系到该站平均海平面的绝对变化,因而也就关系到我国高程基准面的变化。本文利用青岛GNSS基准站约10年的观测数据对该站的地壳沉降变化进行分析。首先将青岛GNSS基准站纳入由50个国际IGS站和43个国内陆态网络基准站组成的全球网中,进行单日松弛解和单日约束解解算,获得该站坐标时间序列。然后对该站垂向坐标时间序列进行分析,利用粗差探测、偏差探测、趋势项分析、频谱分析等方法对粗差、偏差、趋势项和周期项进行探测、分析,并通过时间序列模型估计获得时间序列中的周期项振幅和偏差估值。分析表明青岛GNSS基准站垂直方向近一段时间未发现存在显著性的地壳沉降变化,但受到比较明显的周年和半周年周期变化影响。结合青岛大港验潮站验潮数据分析结果得出结论:青岛大港验潮站平均海平面的绝对上升速率是1.62mm/a。     

基于台州及周边地区CORS站网地表形变时空特征分析

基于台州地区15个连续运行参考站（CORS）2017-2019年的时间序列,对其进行线性拟合,构造三维速度场,并利用功率谱分析及小波变换分析其CORS站周期特征．发现台州地区CORS中基准站水平方向具有平均站速度33.58mm／a,运动方向为东南的水平运动现象,高程方向最大抬升速率3 mm/a,最大沉降速率1 mm/a;从周期上看,CORS站垂直方向相较于水平方向明显很多,具有明显的年周期、半年周期以及季节周期．