巧家地震對周邊衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站穩(wěn)定性的影響分析*

李 強(qiáng)，楊立輝，馬 宣

(1.景洪市國土資源勘測規(guī)劃所，云南 景洪 666100；2.昆明市測繪管理中心，云南 昆明 650500)

0 引言

云南省巧家縣地處小江斷裂帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震頻發(fā)。據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2020年05月18日，巧家縣(北緯27.18°，東經(jīng)103.16°)發(fā)生5.0級地震，震源深度8 km。為了解此次地震對周邊衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站幾何位置的影響情況，本文基于GAMIT/GLOBK軟件10.71版本，解算并獲取了震前、震后周邊基準(zhǔn)站的坐標(biāo)位移量，以此評估該次地震對周邊基準(zhǔn)站穩(wěn)定性的影響。

1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

將震源周邊的qiji、yich、dsba、zhto共4個基準(zhǔn)站作為研究分析對象，其中，qiji距離震源約10 km，yich距離震源約58 km，dsba距離震源約66 km，zhto距離震源約89 km。以bjfs、cusv、hkws、jfng共4個IGS站作為聯(lián)測起算點(diǎn)，選取了2020年05月15日至21日共7天的原始觀測數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件TEQC將數(shù)據(jù)采樣率抽稀為30 s，并對原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效率、多路徑效應(yīng)、信噪比等指標(biāo)均符合相關(guān)規(guī)范要求[1]。數(shù)據(jù)質(zhì)量分析結(jié)果(部分)，如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析結(jié)果(部分)

2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括基線解算、平差等主要環(huán)節(jié)。技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線圖Fig.1 Technology roadmap of data processing

2.1 基線解算

在進(jìn)行基線解算前，如表2所示先準(zhǔn)備表文件、配置文件及模型改正文等[2]。

表2 參數(shù)表文件、配置文件及模型改正文件對照表

再按以下策略對相關(guān)文件進(jìn)行參數(shù)修改，生成相關(guān)過程文件，并配置好各項文件的鏈接，解算策略設(shè)計如下：

1)process.defaults文件中修改“set sint”采樣間隔為30 s，“set nepc”觀測歷元為2010 s，set.aprf=control.apr平差時的控制點(diǎn)；

2)sestbl.文件中基線解算類型Choice of Experiment=BASELINE，基線處理類型Choice of Observable=L1，L2_INDEPENDENT；

3)station.info文件中手動更新控制點(diǎn)與待解算點(diǎn)測站信息，天線高量取方式DHARP；

4)sittbl.文件中修改所有測站約束平面0.02，高程0.05；

5)lfile.文件中配置所有站點(diǎn)的近似坐標(biāo)，對于IGS測站的坐標(biāo)從itrf14.apr框架中提取，對于待解算測站的初始坐標(biāo)利用精密單點(diǎn)定位法獲取。

其中，先驗坐標(biāo)精度為周跳修復(fù)10 m；最終線性改正<30 cm；測站的精度控制為：高精度的已知坐標(biāo)強(qiáng)約束5 cm，待求點(diǎn)坐標(biāo)松弛約束10 m，用于模糊度解算[3]。

2.1.1 基線重復(fù)率

基線重復(fù)率是評價基線解算質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是基線內(nèi)符合精度的反映，其值越小，基線的內(nèi)符合精度越高，基線解算質(zhì)量越好[4-9]?；€處理后計算基線分量ΔN、ΔE、ΔU及邊長的重復(fù)性?；€分量重復(fù)率分析結(jié)果，如表3所示。

表3 基線重復(fù)率分析結(jié)果匯總

由表3可見，基線各分量重復(fù)性均小于3 mm，說明本次解算基線的重復(fù)性良好，整體解算精度較高。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差

標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差nrms是評價單日解質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，通常認(rèn)為nrms值越小，則基線解算精度越高。若nrms<經(jīng)驗值0.3，則視為質(zhì)量評定合格，否則意味著數(shù)據(jù)處理過程有誤，數(shù)據(jù)處理結(jié)果不可靠，需進(jìn)一步分析原因并重新進(jìn)行基線解算。本次解算標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差匯總，如表4所示。

表4 單日解標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差匯總

由表4可見，nrms<經(jīng)驗值0.3，且檢查天空圖和相位殘差圖未發(fā)現(xiàn)異常值，可以認(rèn)為基線解算質(zhì)量評定合格。

2.1.3 模糊度固定率

經(jīng)統(tǒng)計，寬巷模糊度固定率均為100%，窄巷模糊度固定率均在90%以上。模糊度固定率分析結(jié)果，如表5所示。

表5 模糊度固定率

2.2 平差

GLOBK平差參數(shù)設(shè)置如下：

1)待定點(diǎn)的坐標(biāo)松弛(±10 m)；

2)待定點(diǎn)的速度場松弛(±1 m)；

3)衛(wèi)星軌道松弛(±100 m)；

4)地球定向參數(shù)EOP松弛約束。

利用每日整體松弛解文件，在ITRF2014參考框架下，約束選定的IGS站進(jìn)行整體平差，從而獲得各基準(zhǔn)站的坐標(biāo)成果。對單日解所有基線結(jié)果進(jìn)行卡方檢驗，卡方平均值為3.03，卡方檢驗的結(jié)果表明：全部基線中參數(shù)是相容的，基線結(jié)果可靠、正確，全部參與平差處理。

經(jīng)平差處理后得到各基準(zhǔn)站的原始坐標(biāo)時間序列，經(jīng)分析可得出：4個基準(zhǔn)站時間序列一致性較好、單日解誤差較小，此次平差結(jié)果可靠。剔除階躍項和異常值，提取了4個基準(zhǔn)站在ITRF2014下的x、y、z變化量，將年積日為136的基準(zhǔn)站x、y、z坐標(biāo)位移量設(shè)為0，年積日為137至142相對于136的坐標(biāo)變化情況統(tǒng)計，如表6所示。

表6 x、y、z方向各基準(zhǔn)站坐標(biāo)變化量

對表6中的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，得到的結(jié)果見圖2。

從圖2中可直觀看出4個基準(zhǔn)站x、y、z方向上的坐標(biāo)變化情況。

圖2 4個基準(zhǔn)站x、y、z坐標(biāo)變化情況Fig.2 Changes of x，y and z coordinates of 4 reference stations

從表6、圖2中可知：在年積日為139的地震當(dāng)天，各基準(zhǔn)站x、y、z坐標(biāo)變化量發(fā)生了突變，qiji基準(zhǔn)站坐標(biāo)變化量最大，分別為5.03 mm、-8.85 mm、-7.60 mm；所有基準(zhǔn)站的x坐標(biāo)變化為正方向，y、z坐標(biāo)變化為負(fù)方向。由此可以初步推斷，在地震發(fā)生當(dāng)天，距離震源約10 km的qiji基準(zhǔn)站受地震影響較大，其余基準(zhǔn)站受到不同程度的影響。

3 結(jié)論

根據(jù)CH/T 2011—2012《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，當(dāng)區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)內(nèi)個別基準(zhǔn)站發(fā)生顯著位移(平面位置變化超過2 cm，或高程位置變化超過3 cm)時，應(yīng)及時更新基準(zhǔn)站坐標(biāo)。經(jīng)對各基準(zhǔn)站坐標(biāo)位移量進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)此次地震對周邊基準(zhǔn)站穩(wěn)定性影響甚微，未造成顯著位移，可不更新基準(zhǔn)站坐標(biāo)。