GPS動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位技術(shù)及其在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

摘 要： 介紹了高采樣率GPS動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位技術(shù)，利用RTKLIB軟件對(duì)2010年4月4日墨西哥Baja California地震時(shí)的高采樣率GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了PPP處理，并與強(qiáng)震儀積分得到的坐標(biāo)序列進(jìn)行了對(duì)比，得出了一些有益的結(jié)論

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目：高采樣率GPS動(dòng)態(tài)精密定位技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究（2010JK671）， 國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（41304013）。

1、引言

近年來，隨著高采樣率GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)研究的發(fā)展，利用高采樣率GPS接收機(jī)進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)和地震預(yù)報(bào)研究日益成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。大量研究表明，高采樣GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)能夠直接獲取震時(shí)地表位移和地震波信息，可作為地震儀監(jiān)測(cè)技術(shù)的有力補(bǔ)充。理論上，GPS地震監(jiān)測(cè)可以采用相對(duì)定位技術(shù)也可以采用精密單點(diǎn)定位（Precise Point Positioning，PPP）技術(shù)。相對(duì)定位技術(shù)需要提前選擇遠(yuǎn)離震區(qū)的參考站，并且要將參考站數(shù)據(jù)與流動(dòng)站數(shù)據(jù)合并一起處理，實(shí)施起來存在一定難度；而PPP技術(shù)不需選擇參考站，各接收機(jī)自主定位，非常適合地震監(jiān)測(cè)。近年來，PPP技術(shù)已日趨成熟，使用高精度的IGS精密星歷和高采樣率的衛(wèi)星鐘差改正，PPP定位精度已可高達(dá)到cm甚至mm量級(jí)。本文采用Rtklib軟件對(duì)2010年4月4日墨西哥Baja California地震時(shí)的高采樣率GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了PPP動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理，將測(cè)站的PPP坐標(biāo)序列與其附近的地震儀積分得到的坐標(biāo)序列進(jìn)行了對(duì)比分析，得到了一些有益的結(jié)論和建議。

2、RTKLIB軟件簡(jiǎn)介

RTKLIB是日本東京海洋大學(xué)的Tomoji Takasu教授研發(fā)的一套開源GNSS數(shù)據(jù)處理軟件包。該軟件既支持動(dòng)態(tài)相對(duì)定位也支持精密單點(diǎn)定位，功能強(qiáng)大，易學(xué)易用，其主要程序包括RTKPOS、RTKPLOT、RTKNAVI等，用戶界面如下圖1所示。

3 動(dòng)態(tài)PPP數(shù)據(jù)處理

RTKPOST是RTKLIB的核心程序，其動(dòng)態(tài)PPP數(shù)據(jù)處理流程為：①讀取GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)和精密星歷及精密衛(wèi)星鐘差改正文件；②進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括粗差探測(cè)與剔除、系統(tǒng)誤差修正；③構(gòu)建系統(tǒng)方程、采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法進(jìn)行PPP參數(shù)估計(jì)，可解參數(shù)包括接收機(jī)位置/速度/鐘差、對(duì)流層延遲、相位模糊度等。RTKPOST定位完畢之后用戶即可使用RTKPLOT程序繪圖展示PPP坐標(biāo)序列。

4、動(dòng)態(tài)PPP地震監(jiān)測(cè)

協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）時(shí)間2010年4月4日22時(shí)40分，墨西哥Baja California地區(qū)發(fā)生了里氏7.2級(jí)地震。附近的美國加州實(shí)時(shí)網(wǎng)（CRTN）和美國板塊邊界（PBO）網(wǎng)的GPS觀測(cè)站均監(jiān)測(cè)到了此次強(qiáng)震，其中P066、P473、P494、P496、P497、P744均可提供震時(shí)5Hz采樣的GPS數(shù)據(jù)，特別地P744距震中約65公里，與附近的南加州地震臺(tái)網(wǎng)（SCSN）的強(qiáng)震儀NP5028相距140米，P496距震中60公里，與附近的CSSN的強(qiáng)震儀NP5058相距僅70米；為GPS地震監(jiān)測(cè)研究提供了寶貴的震時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。本文使用歐洲定軌中心（CODE）發(fā)布的GPS精密星歷文件和5秒間隔的GPS衛(wèi)星鐘差改正文件，用RTKPOST對(duì)這些GPS站進(jìn)行了動(dòng)態(tài)PPP處理，其中P496的PPP坐標(biāo)序列與NP5058強(qiáng)震儀積分得到的坐標(biāo)序列如下圖2所示。

由圖可見，PPP得到的N向坐標(biāo)與強(qiáng)震儀積分得到的N向坐標(biāo)具有很好的一致性（差異大多為1～2mm），而PPP得到的E向坐標(biāo)與強(qiáng)震儀積分得到的E向坐標(biāo)在地震之前一致性較好，地震發(fā)生后差異逐漸加大，到地震發(fā)生大約30s時(shí)，其E向坐標(biāo)差異才區(qū)域穩(wěn)定并基本保持在20mm左右。對(duì)P494及NP5028進(jìn)行處理對(duì)比之后，同樣發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。筆者分析認(rèn)為，E向坐標(biāo)差異大、精度低的原因與GPS衛(wèi)星的過南北極特性有關(guān)，如何提高PPP的E向坐標(biāo)精度以及如何研制高效、實(shí)用的高動(dòng)態(tài)PPP整數(shù)模糊度固定算法還有待深入研究。■

參考文獻(xiàn)

[1] 方榮新，施闖，陳克杰，等. GPS地震儀：PANDA軟件測(cè)試結(jié)果與驗(yàn)證[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)-信息科學(xué)版.2011，Vol.35（4）：453-456

[2] 吳繼忠. 基于GPS觀測(cè)的BajaCalifornia地震地殼變形分析[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)-信息科學(xué)版.2011，Vol.36（4）：437-441.

[3] 張小紅，郭博峰.單站GPS測(cè)速在實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.地球物理學(xué)報(bào)，2013，56（6）：1928-1936.

作者簡(jiǎn)介：陳憲冬（1972-）男，山東冠縣人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事GPS、GIS方面的教學(xué)科研工作。