监测地壳微小移动 GPS在地壳变形监测中的应用
时间：2019-05-28 03:23:14 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：由于变形监测中我们关心的是在两期变形监测中所求得的变形监测点的坐标之间的差异,而不是变形监测点本身的坐标。从正因为如此，GPS技术成为地壳变形监测的一种有效手段。GPS卫星定位技术在地球动力学中的应用,主要是用GPS来监测全球和区域板块运动,监测区域和局部地壳运动,从而进行地球成因及动力机制的研究。
Abstract: Because transforming what we concerned in the monitor is at two transform to monitor in beg of transform to monitor to order of sit the difference of of mark, not transform a monitor to order oneself of sit a mark.From positive as it does, the GPS technique becomes a kind of effective means that the earth crust transforms a monitor.The GPS satellite positions technique"s application in the Earth dynamics, mainly is to monitor world and district tectonic plate movement with GPS, monitor the district tie department earth crust sport, carry on the Earth to become thus because of and the research of power mechanism.
关键字：GPS、变形监测网、ITRF2000框架
Key word: GPS, transform to monitor net, ITRF2000 frameses
中图分类号：P315.72+5文献标识码：A文章编号：
1、GPS监测网观测方案的拟定
观测方案是一个涉及全局的重大问题，既要考虑到全网的精度，又要尽量减小外业作业费用和作业时间。GPS变形监测网点位选定后，观测方案的拟定对整个GPS的精度起到重要的作用，试验表明，较好的观测方案有:
①相每期观测时应选择最佳卫星分布且卫星较多的时段，如能够注意到相同或似的分布状态则更好。
②多期观测应做到每期观测时GPS收机台数不变;
③多台GPS收机的同步观测方案,如果实际情况允许，最好做到每点1机进行同步观测。
2、GPS监测网设计原则
GPS变形监测网周围布设4个以上稳定的基准点，基准点间以及基准点与变形点之间距离不宜超出5Km。有条件的地方最好引入高级GPS点的WG84坐标作为GPS变形监测网的位置基准，提高基线解算的精度。基准点的高程可以二等水准测定作为其检查是否稳定的基础数据，GPS观测解算的大地高作为已知高程数据，定期检测稳定性。
(l)GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形。三角形网的几何结构强，具有较好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗差，保障网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布不均，因此本次测来年测量采用三角形网；
(2)为确定网中各点的正常高，需选取水准点用以高程约束，一般不少于三个，且在网中均匀分布。在本次GPS测量中，GPS点与原有地面控制点尽量重合，以便确定GPS网与地面网之间的转换参数。
3、GPS监测站点实地布设及观测要求
3.1、布设原则
由于GPS测量观测站之间不一定要求相互通视，而且网的图形结构比较灵活，所以选点工作比常规控制测量的选点要简便。
(l)点位选择时，应选在便于安置接收机、视野开阔的位置；
(2)点位目标要显著，视场周围15°以上不应有障碍物，以减小GPS信号被阻挡或障碍物吸收；要选在交通方便，土质坚实、便于保存，有利于其它观测手段扩展与联测的地方；
(3)点位应远离大功率无线电发射源、高压输电线；
(4)点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体；
(5)选定的点位，应按要求埋石作标志，并绘制点之记、测站环视图和GPS网选点图；
3.2、观测作业要求
(l)观测组必须严格遵守调度命令，保证分区观测各点同步观测，每时段连续观测24小时，每站观测4个时段(观测时间长度4昼夜，共96小时);
(2)每天北京时间7:40至8:00做好GPS接收机的数据传输工作，保证观测数据顺利存入计算机中;
(3)因为各种因素影响观测数据不足94小时，必须在一个分区内同步补测，保证94小时的数据量;
(4)安装天线必须强制对中，严格整平，指北线指北;
(5)天线高每天独立量取两次，每次应在不同位置读取两个量测值，取平均值作为当次天线高(取位至lmm)，两次天线高互差不得大于5mm;
(6)观测手薄中，气象数据每天开测时记录1次，以后每2小时记录1次，气象数据记录时间采用uTc时间，气象数据(包括干温、湿温、气压)温度记到0.2度(C)，气压记到0.2毫巴;
(7)输入接收机中的4字符点名点号，前两位是XX的汉语拼音的第一字母“SS”，后两位是点号。
4、地壳变形GPS监测数据处理
4.1数据处理策略
GPS观测数据的处理策略是采用当今国际上最先进的GIPSY “精确单点定位”（Precise Point Positioning—PPP）方法。该方法的核心原理是充分利用IGS（国际GPS服务）基于全球200多个GPS跟踪站监测结果和7个计算分析中心的综合处理结果所获取的精密卫星轨道资料、精密卫星时钟改正资料、卫星掩蔽信息及有关地球的时间、极移、旋转和极轴方向等资料，将它们看作已知（由于涉及大量的分析计算和检核，这些资料通常滞后2周产出）。这样，我们就可以仅利用单点的观测数据，快速、精确地确定出该点的坐标及协方差矩阵的单日松弛约束解。实际中，我们采用了下列的方法和步骤：
1)在完成野外观测两周后，通过FTP在JPL的专门网站上，获得观测期间内各天的精密卫星轨道资料、精密卫星时钟改正资料、卫星掩蔽信息及有关地球的时间、极移、旋转和极轴方向等资料。
2)采用“精确单点定位”方法，对本地网每天各观测点的数据进行单独处理，获得各点的坐标和协方差矩阵的单日松弛约束解。然后将所有本地站点的松弛约束解合并在一起，进行整周模糊度解算（可进一步提高结果精度），获得本地网的单日松弛约束解。
3)在全球范围内选取若干（如25个）IGS核心站构成一个IGS全球核心站子网，通过Internet获取其RINEX数据，并用“精确单点定位”方法单独处理各核心站数据后进行合并，获得全球IGS核心站子网坐标及协方差矩阵的单日松弛约束解。
4）将本地网单日松弛约束解和全球IGS核心站子网的单日松弛约束解合并在一起，以IGS核心站为“桥梁”，将合并后的单日松弛约束解归化到全球参考框架（ITRF2000）下，获得各点在ITRF2000框架下的精确坐标及任意两站点之间的基线距离。
4.2数据处理结果
表2
站点名称 经度（º ′ ″） 纬度（º ′ ″） 高程 （m）
XX01 XX1923 1035813 1582.97
XX02 XX3044 1041034 1636.32
XX03 XX0143 1044445 1770.18
表2列出了处理后各点在全球ITRF2000参考框架中的精确坐标，它们是两天观测结果的平均值。
结论：
通过对GPS监测网得到数据对于研究我国大陆现今地壳运动与形变,地球动力学和地震前兆现象,探索大陆地震孕育和发生规律提供了重要基础，减少地震所带来的危害提供可靠的依据。目前用GPS来监测板块运动和地壳形变的精度,在水平速度上可达2mm/年,水平方向形变可达到1-2mm/年,垂直方向可达2-4mm/年,基线相对精度可达10 ˉ9.这一精度完全可以用来监测板块运动和地壳运动.
参考文献：
[1]徐绍铨等.GPS测量原理及应用.武汉.武汉大学出版社，2002.
[2]周忠谟，易杰军，周琪等.GPS测量原理与应用.北京.测绘出版社，1999.
[3]吴云等.GPS在现今地壳运动与地震监测中的初步应用.武汉大学学报，2003，28
[4] 蒋志浩,秘金钟,李毓麟,张鹏，测绘科学报，国家基础地理信息中心, 2003年
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
