玉樹地震對周圍衛星定位連續運行站的影響分析

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)

玉樹地震對周圍衛星定位連續運行站的影響分析

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星定位連續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。

衛星定位連續運行站;IGS站;GAMIT軟件;位移;速度場

一、引 言

2010年4月14日在玉樹發生了7.1級強烈地震。地震發生后如何準確、快速地對地殼運動進行調查分析，對科學救災、災后重建以及衛星定位連續運行站的建立和維持都具有重要意義。連續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星定位連續運行站的影響。

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。基線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 衛星定位連續運行站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星定位連續運行站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最大值，最大偏差達到19.9 mm，表明震中東北方向地殼發生隆起，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星定位連續運行站的數據，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星定位連續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。