单站GPS测速在地震监测中的应用(3)

在图1 (b) 同震形变中, MIZU在地震发生前和发生后的同震形变在厘米级, 而根据其他文献及信息[7], 强震使MIZU站向南偏移了1.13m, 向东偏移了2.13m, 在垂直方向下沉了0.1m, 这个信息并未在图1的同震形变中体现出来, 这可能是由于本方法中计算的同震位移是通过对速度进行积分得到的, 虽然速度信息受卫星轨道和钟差、对流层误差等的影响较小, 但各个历元的误差积累对同震位移的影响不可忽略, 导致同震位移与实际结果不一致。

　　2.2 2012年新疆地震

　　2012年6月30日新疆地震的相关信息见表1 (http://www.cenc.ac.cn/) 。

　　表1 2012年6月30日新疆地震信息Table 1 Xinjiang earthquake information at June 30, 2012    下载原表

　　表1 2012年6月30日新疆地震信息Table 1 Xinjiang earthquake information at June 30, 2012

　　选取此次地震期间离震中较近的两个陆态网监测站 (XJSH和XJKC) , 监测站位置与震中的关系见图3。图4和图5为这两个测站在地震期间的在东西方向上的测速结果和同震位移。

　　图3 监测站分布Fig.3 Monitoring station distribution

 

　　结合表1、图3和图4、图5结果可知, 此次地震 (发生时刻为5时7分31秒) 震中所在位置为43.4N, 84.4E, 其中XJSH距离震中137km, XJKC距离震中240km。从速度变化图上可以看出, 在XJSH站, 其E方向速度变化幅度在8分35秒左右开始变大;在XJKC站, 其E方向速度变化幅度在9分6秒左右开始变化。两站之间时间差异约为31s, 而两站距离震中的差异为103km。按照地震传播方式, 其横波是S波, 对地面产生前后左右的抖动, 破坏性较强, 传播速度约为3.2~4.0km/s, 这与XJSH和XJKC站速度发生抖动的时间差和距离差吻合。且从XJSH和XJKC的速度变化图中可以看出, XJKC的振幅比XJSH的小一些, 这也是由于XJKC距离震中较远的缘故。由此可见, 当GPS监测站距离震中越远, 其测速变化反应时间也越慢。当多个站同时监测测速变化时, 可以通过时间差确定震中位置。

　　图5 XJKC站东西方向测速结果和同震位移Fig.5 GPS velocity variation and coseismic displacement in East/West direction at XJKC

　　3 结语

　　本文介绍了单站GPS测速的原理和方法, 在该方法的基础上对2011年3月11日日本地震和2012年6月30日新疆地震期间的GPS测速结果进行了试验。由分析可知, GPS测速精度可到几个mm/s, 当震中较浅, 且GPS监测站离震中较近时, 单站GPS测速能反演地震期间观测站的速度变化信息和震中与监测站的位置关系, 后续可以探索此方法在地震监测中的应用。

　　参考文献

　　[1]Larson K M.GPS seismology[J].Journal of Geodesy, 2009, 83 (3) :227~233.
　　[2]张小红, 郭博峰.单站GPS测速在实时地震监测中的应用[J].地球物理学报, 2013, 56 (6) :1928~1936.Zhang Xiaohong, Guo Bofeng.Real-time tracking the instantaneous movement of crust during earthquake with a standalone GPS receiver[J].Chinese Journal of Geophysics, 2013, 56 (6) :1928~1936. (in Chinese)
　　[3]何海波, 杨元喜, 孙中苗.几种GPS测速方法的比较分析[J].测绘学报, 2002, 31 (3) :217~221.He Haibo, Yang Yuanxi, Sun Zhongmiao.A comparison of several approaches for velocity determination with GPS[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2002, 31 (3) :217~221. (in Chinese)
　　[4]陈远, 于兴旺, 叶聪云.GPS多普勒观测值测速的精度分析[J].全球定位系统, 2008, (1) :31~34.Chen Yuan, Yu Xingwang, Ye Congyun.Analysis of singlepoint GPS velocity determination with Doppler[J].GPS World, 2008, (1) :31~34. (in Chinese)
　　[5]Hebert C J, Keith J, Ryan S et al.DGPS kinematic carrier phase signal simulation analysis for precise aircraft velocity determination[C].Proceedings of the Annual Meeting Institute of Navigation, Albuquerque, 1997.
　　[6]王甫红, 张小红, 黄劲松.GPS单点测速的误差分析及精度评价[J].武汉大学学报 (信息科学版) , 2007, 32 (6) :515~519.Wang Fuhong, Zhang Xiaohong, Huang Jinsong.Error analysis and accuracy assessment of GPS absolute velocity determination without SA[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2007, 32 (6) :515~519. (in Chinese)
　　[7]张小红, 郭斐, 郭博峰等.利用高频GPS进行地表同震位移监测及震相识别[J].地球物理学报, 2012, 55 (6) :1912~1918.Zhang Xiaohong, Guo Fei, Guo Bofeng et al.Coseismic displacement monitoring and wave picking with high-frequency GPS[J].Chinese Journal Geophysics, 2012, 56 (6) :1912~1918. (in Chinese)
　　[8]鲁洋为, 王振杰.GPS实时单站速度位移解算方法及其精度分析[J].大地测量与测量工程, 2016, 36 (2) :150~153.Lu Yangwei, Wang Zhenjie.Real-time single-station velocity and displacement determination and its accuracy analysis based on GPS[J].Journal of Geodesy and Geodynamics, 2016, 36 (2) :150~153. (in Chinese)
　　[9]郭爱智, 王勇, 刘根友等.高频GPS实时单点测速误差分析[J].大地测量与地球动力学, 2013, 33 (5) , 34~38.Guo Aizhi, Wang Yong, Liu Genyou et al.Error analysis of high-rate GPS data real-time single-point velocity-determination[J].Journal of Geodesy and Geodynamics, 2013, 33 (5) :34~38. (in Chinese)
　　[10]汪晓龙, 王振杰, 姬生月等.单站BDS与GPS实时测速方法研究[J].导航定位学报, 2015, 3 (3) , 39~42.Wang Xiaolong, Wang Zhenjie, Ji Shengyue et al.Single station velocity estimation:GPS vs BDS[J].Journal of Navigation and Positioning, 2015, 3 (3) :39~42. (in Chinese)