裴紅兵，蘇中球

(1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西　南寧　530029；2.廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣西　南寧　530012)

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基于GPS數(shù)據(jù)的廣西區(qū)域水平速度場(chǎng)研究

裴紅兵1，蘇中球2

(1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧530029；2.廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧530012)

文章基于2012-2015年為期三年多的GPS觀測(cè)資料，結(jié)合廣西中部地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，利用GAMIT/GLOBK計(jì)算了廣西中部地區(qū)在ITRF05框架下的水平速度場(chǎng)，分析了廣西中部區(qū)域水平運(yùn)動(dòng)特征。結(jié)果表明：廣西中部區(qū)域水平運(yùn)動(dòng)以E方向31 mm/a，N方向-12 mm/a隨華南板塊向東南方向移動(dòng)。

GPS；GAMIT/GLOBK；ITRF05；速度場(chǎng)

0　引言

廣西中部地區(qū)位于中國(guó)地殼七大板塊之一的華南板塊西南處，總體上隨華南板塊作構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，史上地殼運(yùn)動(dòng)頻繁，歷史上先后經(jīng)歷了7個(gè)活動(dòng)時(shí)期與19次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[1]。而研究區(qū)域?qū)儆趶V西三級(jí)構(gòu)造單元中的桂東北-桂中拗陷單元中，目前地殼運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。為了研究廣西中部區(qū)域現(xiàn)今地殼的水平運(yùn)動(dòng)特征，本文利用GPS連續(xù)運(yùn)行參考站為期三年多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算了區(qū)域地殼在ITRF05框架下的水平速度場(chǎng)，分析了現(xiàn)今廣西中部區(qū)域地殼水平運(yùn)動(dòng)的特征。

1　GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文計(jì)算速度場(chǎng)的數(shù)據(jù)來(lái)源于南方測(cè)繪在廣西各市建立的自用的CORS站點(diǎn)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)資源有限，只收集到了南寧、柳州、河池、桂平四個(gè)站點(diǎn)2012-2015

年為期三年多的數(shù)據(jù)。站點(diǎn)分布見圖1。

圖1　站點(diǎn)分布示意圖

在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前，對(duì)所采用的CORS站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并以此對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍。質(zhì)量分析采用TEQC軟件，在該軟件的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核功能中，TEQC可生成9個(gè)結(jié)果文件，包括P1多路徑觀測(cè)值文件、P2多路徑觀測(cè)值文件、L1頻率上的信噪比文件、L2頻率上的信噪比文件、質(zhì)量檢查綜述文件等[2]。在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中，主要查看質(zhì)量檢查綜述文件，文件里面綜述了觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)定，從而確定觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核中，根據(jù)以下原則進(jìn)行參考站數(shù)據(jù)的剔除[3]：

(1)Mp1≤0.3，Mp2≤0.4；

(2)SN1≥4.5，SN2≥5.5；

(3)無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)百分比≤2%。

在分析完4個(gè)站點(diǎn)的所有觀測(cè)數(shù)據(jù)后，根據(jù)上述原則對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，完成數(shù)據(jù)預(yù)處理的過(guò)程。

2　GMAIT/GLOBK軟件數(shù)據(jù)處理

本文數(shù)據(jù)處理軟件利用世界上優(yōu)秀的GPS高精度數(shù)據(jù)處理軟件之一的GAMIT/GLOBK處理，該軟件廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如：高精度GPS測(cè)量數(shù)據(jù)解算、地殼運(yùn)動(dòng)與形變分析處理、解算衛(wèi)星軌道、地球定向參數(shù)等；軟件在處理長(zhǎng)基線與連續(xù)時(shí)段的靜態(tài)定位GPS數(shù)據(jù)方面具有運(yùn)算速度快、解算結(jié)果準(zhǔn)確、自動(dòng)化處理程度高的特點(diǎn)；解算時(shí)顧及了極移、章動(dòng)、閏秒、頻移與有關(guān)軌道的各種攝動(dòng)力改正等因素的影響，使得GAMIT基線解算的相對(duì)精度可以達(dá)到10-9量級(jí)。

GAMIT/GLOBK軟件分為兩大模塊，GAMIT與GLOBK；不同的模塊功能不同，GAMIT模塊主要用來(lái)對(duì)GPS數(shù)據(jù)基線進(jìn)行解算，生成單天解h文件及精度評(píng)定Q文件等。而對(duì)h文件后處理則需要GLOBK模塊進(jìn)行，這是一個(gè)卡爾曼濾波器，GLOBK軟件的核心思想就是卡爾曼濾波，其目的是綜合處理多時(shí)段、多元測(cè)算數(shù)據(jù)，生成一個(gè)統(tǒng)一框架下的測(cè)站坐標(biāo)、ERP(地球自轉(zhuǎn)參數(shù))、衛(wèi)星軌道參數(shù)等的綜合解。該軟件所需要的初始輸入信息是經(jīng)過(guò)GAMIT軟件所處理后得到的測(cè)站坐標(biāo)、衛(wèi)星軌道參數(shù)、EPR等的估值與其協(xié)方差矩陣。因此，在GAMIT前期數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要對(duì)全球參數(shù)施加松弛約束，以便GLOBK對(duì)參數(shù)施加統(tǒng)一的約束。

3　區(qū)域速度場(chǎng)模型的構(gòu)建

3.1IGS站點(diǎn)的初選

本文解算的是空間大地測(cè)量CORS站的位置坐標(biāo)及其速度信息，因此測(cè)站的外部控制框架需統(tǒng)一，框架基準(zhǔn)點(diǎn)需均勻分布在測(cè)區(qū)周邊8個(gè)方位且不能少于3個(gè)點(diǎn)。一般而言，框架點(diǎn)的選擇包括以下4條原則[4]：

(1)連續(xù)性原則：即測(cè)站在連續(xù)觀測(cè)的時(shí)間上有近3年(或以上)的時(shí)間段；

(2)穩(wěn)定性原則：測(cè)站需遠(yuǎn)離變形區(qū)域，應(yīng)位于剛性板塊上；

(3)高精度原則：測(cè)站的速度場(chǎng)精度應(yīng)優(yōu)于3 mm/a；

(4)多種解原則：至少3種不同分析解速度殘差好于3 mm/a。

在滿足以上4個(gè)原則的基礎(chǔ)上，還要根據(jù)IGS站時(shí)間序列的穩(wěn)定性及精度方面來(lái)慎重選擇框架點(diǎn)。

綜合國(guó)內(nèi)外的研究，站點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)增加兩個(gè)方面[5]：在上述四個(gè)原則的基礎(chǔ)上還應(yīng)包括：

(1)平衡性原則，所選站點(diǎn)盡量分布均勻；

(2)精度一致性原則。

根據(jù)以上選取站點(diǎn)方法及標(biāo)準(zhǔn)，且參考已有的研究結(jié)論，本文初步選取了國(guó)內(nèi)及周邊的12個(gè)IGS站：BJFS、SHAO、KUNM、LHAZ、WUHN、IRKT、SUWN、KHAJ、NOVM、KIT3、CUSV、PIMO。

3.2區(qū)域網(wǎng)單天解解算

GPS數(shù)據(jù)框架處理的目的主要是獲得高精度的基于ITRF05框架下的站址坐標(biāo)與廣西區(qū)域板塊速度場(chǎng)模型，處理方案應(yīng)同全球網(wǎng)處理的策略一致。最后使用干凈的雙差相位數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，從而可以獲得高精度的基線處理結(jié)果?；€解算完成后，查看單天解中的Q文件，Q文件中包含了解算精度與可靠性的評(píng)定指標(biāo)，主要查看的是NRMS(均方根殘差)值，如果NRMS值<0.5，則認(rèn)為數(shù)據(jù)精度符合要求；NRMS值>0.5則認(rèn)為數(shù)據(jù)中有大周跳沒有剔除，需要再處理或者使用CVIEW進(jìn)行人工處理。本文計(jì)算NRMS值均<0.25，由于篇幅有限，不一一羅列。

3.3區(qū)域網(wǎng)平差

3.3.1IGS框架點(diǎn)的終選

在GLOBK平差過(guò)程中，區(qū)域框架站點(diǎn)采用我國(guó)區(qū)域周邊IGS站。選取步驟為：

(1)基于框架點(diǎn)的時(shí)序圖與定量的參考標(biāo)準(zhǔn)對(duì)框架點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析初選；

(2)基于初選結(jié)果利用七參數(shù)法對(duì)框架點(diǎn)進(jìn)行精選；

(3)實(shí)施監(jiān)督分類，采用分級(jí)柵格化對(duì)框架點(diǎn)進(jìn)行處理使其分布均勻化。

圖2～3為初選的12個(gè)IGS站點(diǎn)2013-12-1～2015-12-29時(shí)間段的時(shí)序圖。篇幅有限，本文只列出了2個(gè)站點(diǎn)的時(shí)間序列圖。

圖2　BJFS站點(diǎn)時(shí)序圖

圖3　cusv站點(diǎn)時(shí)序圖

根據(jù)3.1章節(jié)闡述的框架點(diǎn)的選取原則，本文選取了我國(guó)周邊及內(nèi)部的5個(gè)IGS站：SHAO、BJFS、WHUN、KUNM、PIMO。5個(gè)IGS站的精確站址坐標(biāo)由速度場(chǎng)精確地歸算到ITRF05框架、2015.990歷元下，作為整個(gè)CORS框架點(diǎn)的外部控制。

3.3.2區(qū)域網(wǎng)平差

用GLOBK軟件進(jìn)行平差處理，在網(wǎng)平差處理過(guò)程中，選取ITRF05框架、觀測(cè)歷元為觀測(cè)時(shí)間最后一天歷元，即2015.990下的坐標(biāo)，采用5個(gè)高精度的IGS站在ITRF05框架下的精確的站址坐標(biāo)作為擬穩(wěn)基準(zhǔn)對(duì)南方CORS的4個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差，獲得南方CORS的4個(gè)站點(diǎn)在統(tǒng)一的ITRF05瞬時(shí)歷元下的坐標(biāo)。解算得到的南方CORS站點(diǎn)在ITRF05框架2015.990歷元下的結(jié)果及精度情況見表1。

表1　南方CORS站點(diǎn)ITRF05框架2015.990歷元下坐標(biāo)表

注：為避免泄密，南方CORS的4個(gè)站點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)省略小數(shù)點(diǎn)前5位。

平差后各站點(diǎn)的精度在X、Y方向優(yōu)于2.5 mm，Z方向優(yōu)于2 mm，解算精度較高。

3.4廣西中部區(qū)域水平速度場(chǎng)的構(gòu)建

GLOBK平差完成后，提取平差得到CORS 4個(gè)站點(diǎn)的速度信息，并利用GMT進(jìn)行速度場(chǎng)圖繪制。CORS站點(diǎn)速度場(chǎng)精度及速度場(chǎng)圖如表2所示。

表2　ITRF05框架下CORS站點(diǎn)速度信息表

注：為避免泄密，CORS的4個(gè)站點(diǎn)的經(jīng)緯度省略小數(shù)點(diǎn)后5位。

從表2可以看出，CORS各站點(diǎn)速度E、N方向精度<2 mm/yr，各站點(diǎn)E方向速度大約為30 mm/yr，N方向速度為-10 mm/yr，H方向大約為-2 mm/yr，其中GX03站點(diǎn)精度較高，因?yàn)樵撜镜臑榛鶐r觀測(cè)墩，穩(wěn)定性較高，其他站點(diǎn)為屋頂觀測(cè)墩，自身穩(wěn)定性較差。利用GMT進(jìn)行速度場(chǎng)圖繪制，得到廣西區(qū)域性速度場(chǎng)，如圖4所示。

圖4　廣西區(qū)域性速度場(chǎng)示意圖

4　結(jié)語(yǔ)

本文利用南方測(cè)繪在廣西4個(gè)城市建立的CORS站點(diǎn)為期三年的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算了廣西中部地區(qū)現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)的水平速度場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果表明：廣西中部地區(qū)地殼隨華南板塊以E方向31.02 mm/a，N方向-11.91 mm/a向東南方向移動(dòng)。與廖超明博士計(jì)算的廣西區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)水平速度場(chǎng)量值基本一致[6]。本文所建速度場(chǎng)模型水平方向精度優(yōu)于2 mm/yr，精度較高，滿足空間基準(zhǔn)框架維護(hù)、地殼形變監(jiān)測(cè)、各種位置服務(wù)等經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息化建設(shè)的多種需求。

[1]莫敬業(yè).廣西通志.地震志[M].南寧：廣西人民出版社，1990.

[2]郭淑艷，付常玲，馬娜.應(yīng)用TEQC軟件對(duì)GPS載波相位數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2006(6)：6.

[3]桂朋.TEQC數(shù)據(jù)預(yù)處理及其在GPS基線解算中的應(yīng)用[J].科技資訊，2009(15)：15.

[4]秘金鐘，蔣志浩，張鵬，等.IGS跟蹤站與國(guó)內(nèi)跟蹤站聯(lián)合處理的框架點(diǎn)選擇研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版).2007，32(8)：704-706，710.

[5]楊志強(qiáng)，王利，付宗堂.GPS監(jiān)測(cè)青藏板塊運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的GAMIT/GLOBK處理方法及有關(guān)研究[J].西安工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，22(3)：46-29.

[6]廖超明，葉世榕，周曉慧，等.廣西區(qū)域現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)構(gòu)造特性研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2008，33(8)：854-858.

Study on Guangxi Region Level Velocity Field Based on GPS Data

PEI Hong-bing1，SU Zhong-qiu2

(1.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029；2.Guangxi Water & Power Design Institute，Nanning，Guangxi，530012)

Based on 2012-2015 GPS observation data，combined with the geological structure in cen-tral region of Guangxi，and through GAMIT/GLOBK，this article calculated the horizontal velocity field of central Guangxi region under ITRF05 framework，and analyzed the horizontal motion features of central Guangxi region.The results showed that：the central Guangxi region is horizontally moving southeast to-gether with South China plate at the direction of E 31mm/a and N -12mm/a.

GPS；GAMIT/GLOBK；ITRF05；Velocity field

U495

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.009

1673-4874(2016)05-0032-04

2016-04-24

裴紅兵(1981—)，工程師，研究方向：水運(yùn)工程勘測(cè)設(shè)計(jì)與研究；

蘇中球(1980—)，高級(jí)工程師，研究方向：水利電力勘測(cè)測(cè)量。