第一講 GPS與地殼形變測量

1、高等應用測量課程安排 課程總學時為24 1、第一講 GPS與地殼形變測量 2、第二講 GPS站點形變數(shù)據(jù)的處理與分析 3、第三講 精密工程測量 4、第四講 精密距離測量 5、第五講 精密角度測量 6、第六講 精密水準測量 7、相關的實驗和實習 第一講：GPS技術與地殼形變監(jiān)測 地殼形變監(jiān)測的主要目的：為地震預報提供依據(jù)。 1976年7月28日3時42分54秒，在河北省唐山、豐南一帶，發(fā)生了7.8級強烈地震，震中區(qū)烈度11度，地震波及天津市和北京市。這次地震集中在工礦企業(yè)集中、人口稠密的城市，造成242419人喪生(包括天津等受災區(qū))，100多萬人受傷，15886戶家庭解體，3817人成為截癱患

2、者，25061人肢體殘廢，遺留下孤寡老人3675位，孤兒4204人，數(shù)十萬居民轉眼變成失去家園的難民。 被震毀的唐山機車車輛廠全景被震毀的唐山機車車輛廠全景 被震毀的唐山機車車輛廠全景被震毀的唐山機車車輛廠全景 大地震后彎曲的鐵路2012年5月12日汶川大地震 大量的震例研究表明：地震的孕育和地殼的垂直形變存在密切的關系，地震的孕育會表現(xiàn)出地殼的垂直形變，而地殼的垂直形變可能表明地震得孕育正在進行。(1)唐山地區(qū)垂直形變速率圖圖3.17日本新潟地區(qū)垂直形變速率圖 1.3 地殼形變監(jiān)測的方法（1）地震發(fā)生的原因1.3 地殼形變監(jiān)測的方法 （2）地殼形變的測量監(jiān)測方法 1.精密水準測量 2.GPS

3、基線觀測GPS基線時間序列 3.GPS點位觀測GPS點位時間序列1.4 地殼形變監(jiān)測網的布設圖2.1中國歷史地震震中分布圖(公元前2300年公元2000年)Fig. 2.1 The earthquakes epicenter distribution of Chinese history (2300 BC-2000 AD)1.4 地殼形變監(jiān)測網的布設圖2.2 我國地震帶分布圖Fig.2.2 The Seismic belt distribution in China1.4 地殼形變監(jiān)測網的布設 中國地殼運動觀測網絡GPS數(shù)據(jù)服務中心（http:/:8080/）。 (1)基準網 (2) 基本網

4、(3) 區(qū)域網1.4 地殼形變監(jiān)測網的布設（1）基準網圖2.3 中國地殼運動觀測網絡基準點示意圖Fig.2.3 The benchmarks of China crustal movement observation network1.4 地殼形變監(jiān)測網的布設編號點名概略位置經度緯度BJSH十三陵116.2240.25JIXN薊縣117.5340.08DLHA德令哈97.3837.38HLAR海拉爾119.7449.27LUZH瀘州105.4128.87WUSH烏什79.2141.20BJFS北京房山115.8939.61LHAS拉薩91.1029.66URUM烏魯木齊87.6043.81WU

5、HN武漢114.3630.53XNIN西寧101.7736.60CHAN長春125.4443.79SHAO上海121.2031.10DXIN鼎新100.2040.98TASH塔什庫爾干75.2337.77XIAA西安108.9934.181.4 地殼形變監(jiān)測網的布設（2）基本網圖2.4 中國地殼運動觀測網絡基本點示意圖Fig.2.4 The basic points of China crustal movement observation network1.4 地殼形變監(jiān)測網的布設編號點名概略位置編號點名概略位置經度緯度經度緯度JB01五臺113.3238.75JB29高臺99.8139.4

6、1JB02北戴河119.4739.83JB30格爾木94.8736.43JB03青島120.4336.05JB31冷湖93.4138.81JB04溧水119.0331.65JB32索爾庫里90.9838.59JB05長治113.1836.23JB33九寨溝103.8933.28JB06嵩山113.1034.52JB34馬爾康102.3131.71JB07興縣111.0338.49JB35乾寧101.5030.49JB08彬縣108.0935.06JB36馬 邊103.5328.84JB09阿左旗105.6738.81JB37鹽 源101.5127.42JB10雙鴨山131.1746.65JB3

7、8麗 江100.1726.881.4 地殼形變監(jiān)測網的布設（3）區(qū)域網圖2.5 中國地殼運動觀測網絡區(qū)域網點示意圖Fig. 2.5Area networks of China crustal movement observation network（2）基本點1.4 地殼形變監(jiān)測網的布設圖2.6 中國地殼運動觀測網絡各級網點示意圖Fig. 2.6 All levels of China crustal movement observation network1.5 數(shù)據(jù)的解算 (1)解算概述解算概述 中國地殼運動觀測網絡的數(shù)據(jù)處理中心采用了國際上先進的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)的處理，即美國麻

8、省理工學院等研制的GAMIT/GLOBK 軟件, 瑞士伯爾尼大學天文研究所研制的BERNESE 軟件等。 平臺為LINUX平臺，軟件為GAMIT。（2）數(shù)據(jù)解算的精度）數(shù)據(jù)解算的精度 中國地殼運動觀測網絡自運行以來，顧國華(1997)，喬學軍(1998)、王琪(2003)等對基本網觀測精度的統(tǒng)計分析表明：基線定位水平分量精度為2-5mm，垂直分量為7-15mm，全國網基線長相對精度為l0-9,區(qū)域網基線長度相對精度為10-8，單天整體解點位重復精度NS方向平均在4mm以內，EW向分量精度平均在8mm以內，垂直分量一般不越過l 5mm。（2）數(shù)據(jù)解算的精度）數(shù)據(jù)解算的精度 劉光明等對中國地殼運動

9、觀測網絡歷年觀測的數(shù)據(jù)重新進行處理，基于“中國地殼運動觀測網絡”工程1999-2009年的1081個GPS觀測站數(shù)據(jù)，聯(lián)合47個國際IGS核心站，獲得了這些點于2000.0歷元在ITRF2000框架中的坐標及速度，并且計算得到了網絡各點坐標分量中誤差的均值和各點速度分量中誤差的均值15，見表2.3。(2) 數(shù)據(jù)解算的精度數(shù)據(jù)解算的精度網絡點位X (mm)Y (mm)Z (mm)Vx (mm/a)Vy (mm/a)Vz(mm/a)基準點0.360.610.460.060.050.07基本點3.163.343.590.770.540.72區(qū)域點3.554.624.800.930.741.01(3)

10、數(shù)據(jù)解算的相關成果A.點位坐標時間序列 DLHA坐標時間序列(3)數(shù)據(jù)解算的相關成果DLHA坐標時間序列(3)數(shù)據(jù)解算的相關成果圖3.6 DLHA坐標時間序列(3)數(shù)據(jù)解算的相關成果 B.GPS基準站基線變化序列分析 圖3.13 DLHA-URUM和DLHA-TASH基線時間序列（德令哈烏魯木齊）（德令哈塔什庫爾干） (3)數(shù)據(jù)解算的相關成果C.基準站點坐標日變化量siteN(m)E(m)U(m)time(year)DateLUZH-0.033460.1008080.0066042008.24720080401LUZH-0.034260.1022080.0016042008.252008040

11、2LUZH-0.035560.1037080.0085042008.25320080403LUZH-0.035960.1031080.0033042008.25620080404LUZH-0.035660.1023080.0035042008.25820080405LUZH-0.035060.1017080.0005042008.26120080406LUZH-0.037060.1018080.0017042008.26420080407LUZH-0.034860.1014080.0078042008.26620080408LUZH-0.036460.1049080.0034042008.26

12、920080409LUZH-0.035060.1017080.0046042008.27220080410LUZH-0.036060.1018080.0067042008.27520080411LUZH-0.035360.1052080.0096042008.27720080412LUZH-0.038860.1057080.0092042008.2820080413LUZH-0.036560.1053080.0045042008.28320080414LUZH-0.036960.1046083.8E-062008.28620080415LUZH-0.034560.103708-0.00022008.28820080416LUZH-0.035760.1062080.0046042008.29120080417LUZH-0.035560.1076080.0099042008.29420080418LUZH-0.035660.1022080.0097042008.29620080