李凱鋒，歐陽永忠，2，陸秀平，任來平

(1.天津海洋測繪研究所，天津300061;2.武漢大學測繪學院，湖北武漢430079)

玉樹地震對周圍衛(wèi)星定位連續(xù)運行站的影響分析

李凱鋒1，歐陽永忠1，2，陸秀平1，任來平1

(1.天津海洋測繪研究所，天津300061;2.武漢大學測繪學院，湖北武漢430079)

利用相同時段長度且年份相鄰的兩組連續(xù)運行站的數據，均勻地選取7個IGS站作為參考基準，采用GAMIT進行數據處理。比較分析7個中國地殼運動觀測網絡站單日解坐標的變化，得出玉樹地震對周圍衛(wèi)星定位連續(xù)運行站的位移有不同程度影響的結論，尤其是在高程方向，平均偏差達到16 mm，個別站點的最大偏差達到30 mm。通過對GPS速度場的計算分析，得出玉樹周圍各塊體的運動情況。

衛(wèi)星定位連續(xù)運行站;IGS站;GAMIT軟件;位移;速度場

一、引 言

2010年4月14日在玉樹發(fā)生了7.1級強烈地震。地震發(fā)生后如何準確、快速地對地殼運動進行調查分析，對科學救災、災后重建以及衛(wèi)星定位連續(xù)運行站的建立和維持都具有重要意義。連續(xù)運行站作為高等級控制測量的基準，其位置的變化及運動速度將影響大地測量成果的精度。因此，本文利用IGS站和中國地殼運動觀測網絡工程部分站的數據，以目前常用的GPS數據處理軟件GAMIT進行處理，分析此次玉樹地震對周圍衛(wèi)星定位連續(xù)運行站的影響。

二、周圍站點選取

在進行GPS數據處理時，為了得到準確的國際地球參考框架下的坐標，測站在近3年連續(xù)觀測，且網形合理，針對玉樹周圍網絡工程站點，選取國內的BJFS、WUHN、KUNM和URUM 4個站點，以及國外的ULAB、HYDE和CUSV 3個站點，共7個IGS站作為參考基準，計算中國地殼運動觀測網絡中的DLHA、XNIN、DXIN、YANC、LHAS、MMMZ和LUZH 7個連續(xù)運行站的單日解坐標。為了分析玉樹地震前后周圍地殼的運動，選取沒有發(fā)生地震的2009年年積日自297至305(對應為10月24日—11月1日)為期9 d的觀測數據，以及2010年年積日自100至108(對應為4月10日—4月18日)為期9 d的觀測數據，數據采樣間隔為30 s，利用IGS最終精密星歷，數據處理采用GAMIT/GLOBK軟件，對兩組數據解算結果進行分析。所選站點分布如圖1所示。

圖1 連續(xù)觀測站站點分布

三、數據處理方案

為提高GPS定位解算精度，基線解算中對數據作如下設定:觀測數據類型(LC_HELP);衛(wèi)星截止高度角(15°);歷元間隔(30 s);對流層延遲(13個);IGS站點坐標約束(NER:0.01 m，0.01 m，0.02 m);網絡工程站的坐標約束(NER:50 m，50 m，50 m);衛(wèi)星軌道約束為松弛約束;電離層約束(0.0 m+8.00×10－6D);對流層模型(Saastamoninen模型);慣性系框架(J2000.0);光壓模型(BERNE);處理模式(RELAX解)。利用GLOBK進行時間序列分析和平差。

四、處理結果分析

GAMIT基線解算結果，主要通過均方根殘差、基線向量、基線重復率3項指標進行評定?；€重復率和相對重復率的計算公式為

式(1)、式(2)中，Rl為基線向量的重復率;Rr為基線向量的相對重復率;n為基線單日解數目;Li為第i日的基線分量(或邊長);為單日解的基線分量(或邊長)的加權平均值;是基線分量中誤差。的計算公式為

由式(3)計算得出基線的NRMS值都在0.18 mm左右，基線解算質量較高，然后計算各個站點的坐標中誤差，采用GLOBK加入基線解的H文件進行聯(lián)合平差。

本文數據后處理以單天松弛解為準觀測值完成的，對于玉樹周圍的中國地震觀測網絡工程基準站而言，則通過緊約束地球自轉參數，利用7個均勻分布在周圍的參考站計算出網絡工程基準站ITRF2005參考框架下的單日坐標。各網絡工程站至玉樹震中的概況如表1所示。經過坐標轉換得到平面和高程方向的單日坐標，單日坐標解B、L、H方向的偏差值的時間序列如圖2和圖3所示，其中，橫軸代表年積日，縱軸為偏差值。

表1 各網絡工程站至玉樹震中的概況

圖2 衛(wèi)星定位連續(xù)運行站B、L、H方向的時間序列變化(2009年)

圖3 玉樹地震前后周圍衛(wèi)星定位連續(xù)運行站B、L、H方向的時間序列變化(2010年)

表2、表3和表4中2009年年積日自297至305為沒有發(fā)生地震的時間段，而2010年年積日自100至108中，年積日為104時發(fā)生玉樹地震。計算平均偏差時，本文用單日坐標解減去測站的已知坐標值。從圖2(a)、圖3(a)和表2可以看出，沒有發(fā)生地震時同一基準站緯度方向的變化都在4.5 mm之內，且變化較平緩;玉樹地震當天，震中東北方向的DLHA、XNIN、DXIN、YANC 4個基準站的緯度方向同時出現(xiàn)最低值，最大偏差達到7.9 mm，表明震中東北方向地殼往南偏移，其他兩個方向的基準站變化不明顯。

表2 緯度方向位移 cm

表3 經度方向位移 cm

從圖2(b)、圖3(b)和表3可以看出，沒有發(fā)生地震時同一基準站經度方向的變化都在4.5 mm之內，且變化非常平緩;年積日為102當天，震中東北方向的DLHA、XNIN和DXIN以及西南方向的LHAS 4個基準站的經度方向同時出現(xiàn)最大值，最大偏差達到5.5 mm，說明震中東北方向和西南方向地殼往東偏移，其他兩個方向的基準站變化不明顯。

從圖2(c)、圖3(c)和表4可以看出，沒有發(fā)生地震時，同一基準站高程方向的變化都在11 mm之內，大部分偏差都小于6 mm，且變化較平緩。玉樹地震當天，震中東北方向的DLHA、XNIN、DXIN、YANC 4個基準站的高程方向同時出現(xiàn)最大值，最大偏差達到19.9 mm，表明震中東北方向地殼發(fā)生隆起，其他兩個方向的基準站高程方向的偏差也在9 mm左右。玉樹地震后的第二天，由于余震的影響，玉樹東南和西南方向的LUZH、MMMZ、LHAS 3個基準站的高程方向同時出現(xiàn)最低值，最大偏差達到30.0 mm，而玉樹東北方向的DLHA和XNIN兩個基準站的高程方向同時出現(xiàn)最低值，偏差達到12.3 mm和6 mm，西南方向地殼比東南、東北方向地殼下沉更嚴重。

表4 高程方向位移 cm

以上分析是基于各個站點的B、L、H方向的變化情況，下面從GPS速度場分析地震對各個站點的影響。設X0為參考歷元的坐標，X為觀測歷元的坐標，本文取時段中的周解坐標，X˙代表運動速度，分別代表東向、北向和垂向速度;t0為參考歷元，t為觀測歷元，本文取時段中的平均歷元。于是上述兩個時段的運動速度可表示為

式中，t02、t09是指參考歷元為2002.8和2009.8。玉樹地震的GPS速度場計算結果如表5所示。

表5 玉樹周圍站點的GPS速率 cm/a

從表5可以看出，由兩個參考歷元計算得出的速率有一定的差別，最大差值出現(xiàn)在LHAS站，差值為64.2 mm。圖4是從水平運動速度來分析各站點的運動方向。

圖4 玉樹周圍的GPS水平速度場

從圖4(a)可以看出，參考歷元為2002.8時，整體水平速度向南，而且速率差別不大。從圖4(b)可以看出，當參考歷元為2009.8時，玉樹震中的東北塊體往東南方向移動;玉樹震中的西南塊體往西南方向移動，而且速度較大;玉樹震中的東南塊體往西南方向移動，但運動速率比西南塊體小。

五、結束語

本文利用玉樹周圍衛(wèi)星定位連續(xù)運行站的數據，均勻選取國內外的7個IGS站作為控制，采用常用的GPS數據處理軟件GAMIT對玉樹周圍的中國地殼運動觀測網絡站的數據進行處理。首先計算出玉樹地震前后幾天的單日坐標解B、L、H坐標值，并與2009年相同時段長度的解算結果進行比較。結果表明，玉樹地震當天高程方向的平均偏差達到16 mm;最大偏差值達到30 mm;緯度方向的最大偏差值達到8 mm;而對經度方向的影響較小。然后通過對GPS速度場的計算分析，得出了玉樹周圍各塊體的運動情況。由于僅采用7個網絡工程站9 d的數據，且震中的西北方向沒有網絡工程站，若采用更長時間序列的觀測數據，有望得到玉樹地震對周圍衛(wèi)星定位連續(xù)運行站影響的更全面、準確的分析。

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The Analysis of Yushu Earthquake’s Effect on Its Surrounding Satellite Continuous Stations

LI Kaifeng，OUYANG Yongzhong，LU Xiuping，REN Laiping

0494-0911(2011)12-0005-04

P228.4

B

2010-11-16

國家海洋局海底科學重點實驗室開放基金資助項目(KLSG1002);國家863計劃資助項目(2006AA06A202)

李凱鋒(1981—)，男，江西修水人，碩士，主要從事GNSS數據處理技術及其應用研究的工作。