氣象GPS數(shù)據用于形變研究的可行性分析

鄭海剛，劉東旺，季永華，王雪瑩，沈小七，陳安國

（1.安徽省地震局，安徽合肥230031；2.安徽省大氣探測技術保障中心,安徽合肥230000）

氣象GPS數(shù)據用于形變研究的可行性分析

鄭海剛1，劉東旺1，季永華2，王雪瑩1，沈小七1，陳安國1

（1.安徽省地震局，安徽合肥230031；2.安徽省大氣探測技術保障中心,安徽合肥230000）

為了論證氣象GPS觀測數(shù)據用于地殼形變研究的可行性。本文運用TEQC軟件,對安徽氣象GPS觀測數(shù)據進行了質量檢測，按照IGS的質量標準給出了質量報告,篩選出了可用于后續(xù)解算的數(shù)據。在此基礎上，運用GAM IT/GLBOK（版本號 10.34）軟件，對可用觀測數(shù)據進行了解算。結果顯示站點水平位移分量時間序列的變化趨勢與文獻四的研究結果是一致的。由此，我們認為氣象GPS觀測數(shù)據用于地殼形變研究是可行的。

GPS觀測；TEQC；GAM IT/GLBOK；可行性分析

在將氣象系統(tǒng)GPS原始數(shù)據運用于地殼形變研究時，對其可行性進行分析是非常有必要的一項工作。本文首先運用TEQC軟件對GPS原始觀測數(shù)據進行了質量檢測，并按照IGS的評價標準給出了質量報告；其次，運用GAM IT/GLBOK（版本號10.34）對可用數(shù)據進行了合理解算，將獲得的站點時間序列變化趨勢與文獻四的研究結果進行了比較，發(fā)現(xiàn)研究所用站點的變化趨勢與國內“陸態(tài)網絡”25個基準站的變化趨勢是一致的。

1 研究站點簡介

安徽氣象GPS/MET水汽監(jiān)測網由13個站點組成，本次研究采用了該網10個GPS站的連續(xù)觀測資料。所采用站點設備均為 Leica GRX1200單星接收機和AX1202GG大地型雙星天線，其起始觀測時間除壽縣站為2007年4月、蚌埠站為2008年1月外，其他均為2006年7月份。站點具體分布位置見圖1。

2 數(shù)據質量檢查及分析

由于本研究所采用的 GPS站點為氣象系統(tǒng)所建，我們對觀測量的多路徑效應及接收機的周跳等情況不甚了解，數(shù)據是否符合IGS的質量標準，是否能用于后續(xù)的地殼形變分析，都需要有一個可靠的質量報告作為依據。鑒于此，本次研究運用UNAVCO(university NAVSTAR consortium)開發(fā)研制的公開免費軟件TEQC對數(shù)據質量進行了檢測，按照IGS的質量標準給出了質量報告，并篩選了后續(xù)解算可用的數(shù)據。

2.1 TEQC軟件簡介

TEQC是一款操作簡單且功能強大的GPS數(shù)據預處理軟件，主要包括3個功能模塊：數(shù)據格式轉換、數(shù)據編輯及數(shù)據的質量檢測[1，5，7]。

圖1 GPS站點空間分布圖

本文僅使用其數(shù)據的質量檢測模塊，該模塊用于檢測雙頻GPS/GLONASS接收機靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據質量，其基本原理是通過偽距和相位觀測量的線性組合，計算出L1、L2（L1、L2為載波相位觀測值得到的偽距）觀測量的多路徑效應、電離層對相位的影響、電離層延遲的變化及接收機的鐘漂和周跳等[1]。其質量檢測模塊根據是否利用導航文件信息可分為兩種模式：qc-lite和qc-full[1，2]。

對于大量的GPS數(shù)據進行質量檢測時，主要查看后綴名為.S的文件 (如上例中的 behf2000.07S)中較為重要的結果參數(shù)，即 L1、L2載波的多路徑效應指標MP1和MP2；觀測值與周跳數(shù)的比o/slps值。o/slps值能直接反映出數(shù)據的周跳情況，本文采用其另外一種表示方式[3，6]：

2.2 計算結果與分析

本文對安徽氣象GPS/MET水汽監(jiān)測網10個GPS連續(xù)站點2007年至2010年的數(shù)據，運用TEQC軟件對進行質量檢測，產出了這些觀測數(shù)據每天的質量檢測報告，經統(tǒng)計后得到了這些站點數(shù)據質量主要指標值CSR、MP1和MP2的年平均值，具體見表1。

表1 安徽氣象GPS站CSR、MP1、MP2值(2007至2010年)

由表1可見，安徽氣象大部分GPS站點的數(shù)據質量是比較穩(wěn)定的。其中東至站2007年至2010年的CSR值為5.81、8.62、6.71和8.61，阜陽站的2007年至2010年的CSR值為8.74、289、286和299，這些時段的CSR值均比其他站點高，特別是阜陽站2008年至2010年的CRS值比其他站點明顯高出很多。除阜陽站外，其他所有站點的 MP2都比較好，MP1值也僅有太湖站和東至站在2008年略大于0.5。

IGS(InternationalGPS Service)的數(shù)據質量檢測分析顯示，超過半數(shù)的IGS站的CSR年平均值小于5，2/3以上的CSR平均值是在10以下。對于多路徑效應而言，2/3的IGS站的MP1平均值小于0.5，而2/3的MP2平均值小于0.75。

依照2/3的IGS站的質量標準對結果進行統(tǒng)計，列出符合這個標準的臺站數(shù)占總數(shù)的百分比見表2。

表2 安徽氣象系統(tǒng)GPS站數(shù)據質量統(tǒng)計/%

顯然，通過上述統(tǒng)計分析，我們可以發(fā)現(xiàn)除阜陽站以外，安徽氣象GPS/MET水汽監(jiān)測網其他9個GPS站點的數(shù)據質量基本符合IGS站的標準。因此，在后續(xù)解算過程中，僅使用質量符合標準的 9個站的原始觀測數(shù)據。

3 數(shù)據解算及對比分析

3.1 解算過程簡介

本次數(shù)據處理軟件采用GAM IT/GLBOK（版本號10.34），以IGS精密星歷數(shù)據及其核心觀測站的坐標和運動率為控制參數(shù)，對GPS站點觀測數(shù)據進行統(tǒng)一解算。在解算過程中，為了加強GPS站點同國內基準站及全球網的幾何聯(lián)系，加入了國內 5個 IGS國際站（SHAO、WUHN、KUNM、URUM、CHAN），以得到位置及協(xié)方差矩陣的無偏差解。在進行平差處理時，通過與國內及周邊 15個 IGS跟蹤站（BJFS、CHAN、KUNM、LHAS、SHAO、WUHN、TCMS、TNM L、ULAB、CUSV、URUM、LHAZ、TWTF、GUAO、DAEJ）的聯(lián)合平差，將區(qū)域GPS觀測系統(tǒng)與全球地心坐標系統(tǒng)相連，得到了研究站點在全球地殼運動模型中的位移時間序列。

3.2 解算結果對比分析

研究解算所得數(shù)據均是在 ITRF2005(International Terrestrial Reference System 2005)構架下的單日解，坐標為GAM IT軟件解算的NEU坐標系列。解算所得各測站坐標均方根誤差(RMS)均滿足長周期大地測量的坐標精度要求 (<10mm)。本次研究共獲得了安徽氣象GPS/MET水汽監(jiān)測網9個GPS站點的站點水平位移分量時間序列，均存在趨勢變化，即南北分量向南運動，東西分量向東運動。這種變化趨勢與王梅副研究員2008年對“中國地殼觀測網絡”25個基準站的研究結果“N分量及E分量均有明顯的趨勢變化，南北分量在東部地區(qū)向S運動；東西分量的全部表現(xiàn)為向E運動[4]”是一致的。由于文章篇幅有限，本文僅以合肥站站點水平位移分量時間序列圖為例進行展示（見圖2）。

圖2 合肥站水平時間序列

4 結論

1）通過TEQC對安徽氣象GPS/MET水汽監(jiān)測網10個GPS觀測資料進行質量檢測，顯示安徽氣象GPS/ MET水汽監(jiān)測網有9個站點的數(shù)據質量比較穩(wěn)定，說明其觀測環(huán)境和觀測質量良好，運用于后續(xù)解算工作是可行的。

2）通過對9個可用站點的數(shù)據進行解算，發(fā)現(xiàn)各站點水平位移分量時間序列變化趨勢與文獻四的研究結果是一致的，這進一步為安徽氣象GPS/MET水汽監(jiān)測網的GPS觀測資料運用于地殼形變分析的可行性提供了有力證據。

致謝：感謝武艷強博士等在數(shù)據解算過程中給予的熱心幫助。

[1] 范士杰，郭際明，彭秀英，等.TEQC在GPS數(shù)據預處理中的應用與分析[J].測繪信息與工程，2004，29(2)：33-35

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[3] 李軍，王繼業(yè).東北亞地區(qū)GPS觀測數(shù)據質量檢測和分析[J].武漢大學學報：信息科學版，2006，31(3)：209-212

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Feasibility Analysis of Anhui Meteorological GPS Data for Deformation Research

by ZHENG Haigang

To demonstrate Anhui meteorological GPS data for crustal deformation research of feasibility.This paper discusses the quality of Anhui meteorological GPS data with TEQC,givesout the qualityreport according to IGS data quality status,and selects the available data for GPS solution.On this basis,we process solutes available data with GAMIT/GLBOK（Release 10.34）.The results showed that the change trend of sites horizontal components time series is consistent with the research results by associate researcher WANG Mei.Therefore,we consider that Anhui meteorological GPS data applied to crustal deformation research is feasible.

GPS；TEQC；GAMIT/GLBOK；feasibility analysis

2011-05-31

項目來源：中國地震局震情跟蹤工作任務青年課題（2011020204）；安徽省地震科研基金資助項目（20100502）；中國地震局震情跟蹤工作任務重點課題（2011013301）。

P228.42

B

1672-4623(2011)06-0037-03

鄭海剛，碩士，工程師，主要從事地震地質及GPS應用研究。