■李晉軍（忻州市煤田地質(zhì)勘探隊(duì)山西忻州034000）

利用PPP技術(shù)進(jìn)行震時(shí)GPS臺(tái)站位移監(jiān)測(cè)

■李晉軍
（忻州市煤田地質(zhì)勘探隊(duì)山西忻州034000）

隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高頻GPS接收機(jī)的出現(xiàn)，使其能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)高精度需求的應(yīng)用領(lǐng)域。本文利用精密單點(diǎn)定位技術(shù)（PPP）分析了在Mw 7.8級(jí)尼泊爾大地震期間LHAZ站的運(yùn)動(dòng)情況，獲取了臺(tái)站同震位移，并基于此分析了臺(tái)站受損情況。

精密單點(diǎn)定位GPS臺(tái)站地震位移

1　引言

全球定位系統(tǒng)（GPS）具有全球、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的特點(diǎn)，因而在大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高頻GPS接收機(jī)的出現(xiàn)，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)高精度需求的應(yīng)用領(lǐng)域，如水汽監(jiān)測(cè)、震時(shí)同震位移監(jiān)測(cè)等[2]。傳統(tǒng)的GPS作業(yè)方法大多采用差分GPS技術(shù)，至少需要兩臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀(guān)測(cè)，且作業(yè)范圍受用戶(hù)站與基準(zhǔn)站距離的限制。近年來(lái)，精密單點(diǎn)定位技術(shù)（Precise Point Positioning，簡(jiǎn)稱(chēng)PPP）的出現(xiàn)和快速發(fā)展進(jìn)一步豐富和完善了GPS定位理論及其應(yīng)用。其作業(yè)方法具有簡(jiǎn)單靈活、無(wú)需基準(zhǔn)臺(tái)站、作業(yè)范圍不受限制，定位精度高、且點(diǎn)位精度均勻等優(yōu)勢(shì)，為GPS用戶(hù)提供了一種新的作業(yè)方法。本文基于PPP技術(shù)分析Mw 7.8尼泊爾大地震期間IGS跟蹤網(wǎng)中的LHAZ臺(tái)站位移變化，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

2　精密單點(diǎn)定位技術(shù)

精密單點(diǎn)定位是指基于IGS提供的GPS精密星歷和精密鐘差，用戶(hù)利用單臺(tái)GPS雙頻雙碼接收機(jī)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)在數(shù)千平方公里，乃至全球范圍內(nèi)的任意位置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或事后的高精度定位的技術(shù)[3]。該技術(shù)自上世紀(jì)90年代提出以來(lái)，已經(jīng)歷了20余年的發(fā)展，并逐漸走向成熟。

對(duì)于一個(gè)雙頻GPS接收機(jī)，Li（i=1,2）載波上的偽距和相位觀(guān)測(cè)值可用下式表述：

式中，上標(biāo)g代表衛(wèi)星，Pi為測(cè)碼偽距觀(guān)測(cè)值；φi為載波相位觀(guān)測(cè)值（距離）；dion/Li為電離層延遲；Ni為整周模糊度；c為真空中的光速；dT為衛(wèi)星鐘差；dt為接收機(jī)鐘差；dorb為衛(wèi)星軌道誤差；dtrop為對(duì)流層延遲誤差；為偽距或相位觀(guān)測(cè)值未顧及的其余誤差之和，如潮汐改正、天線(xiàn)相位中心偏差、多路徑效應(yīng)及觀(guān)測(cè)噪聲等。

不同于雙差定位模式，非差PPP模型中各項(xiàng)誤差無(wú)法通過(guò)差分消除。采用雙頻無(wú)電離層組合模型消除電離層延遲，衛(wèi)星軌道誤差及衛(wèi)星鐘差采用精密星歷與精密衛(wèi)星鐘差來(lái)消除。其余大多數(shù)誤差如，天線(xiàn)相位中心偏差、相對(duì)論效應(yīng)、地球自轉(zhuǎn)改正、固體潮、海洋潮、天線(xiàn)相位中心偏差、相位纏繞誤差采用現(xiàn)有模型對(duì)其進(jìn)行精確改正。接收機(jī)鐘差與對(duì)流層濕延遲變化較復(fù)雜，將其當(dāng)作參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。其隨機(jī)模型一般采用高斯白噪聲或隨機(jī)游走模型。由此可知，待估參數(shù)主要包括測(cè)站坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差、無(wú)電離層組合模糊度及天頂對(duì)流層延遲。參數(shù)估計(jì)的方法可以采用序貫最小二乘或卡爾曼濾波。

目前國(guó)際上一些知名科研院所及商業(yè)公司相繼研發(fā)了自己的PPP軟件，如GIPSY、CRS-PPP等軟件。本文的數(shù)據(jù)處理與分析采用GNSS精密定位開(kāi)源軟件包RTKLIB V2.4.3，該軟件包的精密定位模塊RTK-POST，同時(shí)支持RTK解算、PPP解算，軟件界面友好，功能豐富。

3　臺(tái)站位移監(jiān)測(cè)及分析

2015年4月25日06:11:26.270（UTC），在尼泊爾境內(nèi)博克拉地區(qū)發(fā)生了Mw 7.8級(jí)地震，震中位于北緯28.147度，東經(jīng)84.708度，震源深度約20公里。為了分析該地震地殼運(yùn)動(dòng)空間與時(shí)間的變化，選取了距離最近的1個(gè)IGS跟蹤站（LHAZ）在地震期間的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用RTK-POST軟件進(jìn)行事后動(dòng)態(tài)PPP解算。

圖1為L(zhǎng)HAZ臺(tái)站采用動(dòng)態(tài)PPP處理得到的結(jié)果，顯示了地震期間臺(tái)站瞬時(shí)位移變化情況。圖中橫軸時(shí)間系統(tǒng)為GPS時(shí)（GPS Time UTC=16 s），起點(diǎn)為發(fā)震時(shí)刻，時(shí)長(zhǎng)為10分鐘。由圖可知，在截取的地震期間中，LHAZ站隨著地震波的到來(lái)和遠(yuǎn)去，經(jīng)歷了從平靜到劇烈震動(dòng)再到平靜的過(guò)程。在地震發(fā)生后2分多鐘后，臺(tái)站產(chǎn)生了明顯運(yùn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間約100秒左右，期間最大位移在北向達(dá)到了8厘米，在西向達(dá)到了4厘米，在垂直向上方向達(dá)到了6.4厘米。

圖1　尼泊爾大地震震中及LHAZ臺(tái)站分布示意圖

4　結(jié)論

受地震影響，GPS臺(tái)站易發(fā)生移動(dòng)，甚至受損。但同時(shí)也可以利用GPS臺(tái)站的運(yùn)動(dòng)情況為地震監(jiān)測(cè)和研究服務(wù)。結(jié)合尼泊爾大地震，本文采用動(dòng)態(tài)PPP技術(shù)處理和分析了地震當(dāng)天中國(guó)境內(nèi)的LHAZ站的運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)果表明，在地震發(fā)生過(guò)程中，臺(tái)站受地震波影響，發(fā)生了劇烈晃動(dòng)。不過(guò)，由于距離震中較遠(yuǎn)，臺(tái)站發(fā)生的永久性位移較小，未遭到嚴(yán)重變形破壞。

[1]劉經(jīng)南,葉世榕.GPS非差相位精密單點(diǎn)定位技術(shù)探討[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）,27(3):234-239,2002.

[2]Larson K M.GPS Seismology[J].Journal of Geodesy,83(3):227-233,2009.

[3]張小紅,劉經(jīng)南.基于精密單點(diǎn)定位技術(shù)的航空測(cè)量應(yīng)用實(shí)踐[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）,31(1):20-22,2006.

P228.4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-171-1