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GPS 技術與地震監測 earthquake

09.20.2010

 

地球動力學是從地球的整體運動出發,由地球內部和表層的構造運動來探討其動力演化過程,進而尋求其驅動機制。其基本問題是研究地球的變形及其變形機理。 

板塊構造概念帶動了地學的一次重大革命,板間構造和板塊運動理論能否成立或被人接受,均需得到全球板塊運動的最新直接測量結果的支持。此外,板塊運動的動力學機制、板內和板緣運動的複雜性的精細描述等方面,有待更多測量結果去完善。 

中國大陸東部受西太平洋洋型板塊俯衝、削減的影響,造成了一系列與弧後擴張有關的陸緣海伸展和斷陷盆地;西部和西南受印度板塊與青藏塊體陸殼碰撞後的構造效應,形成不同地質構造時期的推覆構造帶。現代地殼運動則以青藏高原的快速隆起和沿巨型活動帶的走滑或逆走滑的強烈變動為特徵。據有限的觀測,其水平運動速率每年高達l~4cm,垂直運動速率每年達1cm。這說明同時存在當代板塊構造學說兩種最具代表性的邊界,即陸-陸殼相碰撞型和洋陸殼俯衝型邊界,既具有主要的全球構造意義,又具有獨特的演化特徵。這裡的現代地殼運動類型多樣,性質複雜,地貌清晰,是全球動力學研究中具有重要特殊地位的實驗場。 

因此,不論從地球動力學、板塊運動還是青藏高原隆起,運用高精度、高時空分辨率、動態實時定量的觀測技術,建立符合實際的地球動力學基礎的全國統一的觀測網絡,勢在必行。 

對於地震監測預報而言,這種緊迫性尤為顯著,因為我國地震台網,尤其是地震前兆網,存在著嚴重的三個主要缺陷:

第一,自1988~1999年,我國大陸共發生6級以上地震53次,其中7級以上地震9次,若以東經105°為界,西部地區發生8次,東部地區為1次,為8 ∶1。可是,在東經105°以西,由於人煙稀少,交通不便,台網佈局極為稀少。一個釋放地震能量90%以上的地區,台網過稀,無疑浪費了寶貴的地震信息的天然資源,大大延遲了人類的實踐,從而延緩了提高地震預報水平的進程。 

第二,全國地震前兆台網都是以“點測”形式進行相對變化量的日常觀測,各台站的觀測數據都是相對獨立的,台站之間數據沒有相互關係。一旦出現異常時,由於是點結構觀測,沒有面上的聯繫,則難以判斷其真偽。

第三,地震活動是區域性和全球性的,而前兆觀測是獨立的,不相關的,則難以研究其與全球地震活動的關係。 

對於能加密西部觀測,具有全球框架意義,又有“面結構”聯繫的高精度的觀測系統,只有運用空間測量技術(甚長基線乾涉測量——VLBI、人衛測距——SLR、全球定位系統——GPS、衛星遙感——RS、合成孔徑雷達干涉測量——INSAR)。特別是GPS技術,近10年來,發展尤快,觀測精度幾乎提高了三個數量級,為監測地殼運動提供了有效的觀測方法。 

一、GPS衛星定位

全球定位系統(Global Positioning System——GPS)是美國國防部主要為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設施進行高精度導航和定位的要求而建立的。 1978年發射了第一顆試驗衛星(BlockⅠ),1989年2月開始發射第一顆工作衛星(BlockⅡ),至1994年底全部24顆衛星已經升空,由於衛星壽命約5年,目前運行的衛星有27顆,大部分是後來發射的。 

1.GPS的特點

由於GPS衛星數目較多,分佈合理,在地球任何地點均可連續同步觀測到至少4顆衛星,在我國最多可同時觀測到13顆衛星(按現運行的27顆講)。從而保障了全球、全天候連續地三維定位。 

實時確定運動目標的三維位置和速度,既可保障運動載體沿預定航線的運行,也可監視和修正航行路線,以及選擇最佳航線。 

定位精度高。目前在大於1000km的基線上,相對定位精度可達10-9;100km可達10-8。 

觀測站之間無需通視,又可使觀測時間縮短。 

實時定位這一導航技術是現代化的重要標誌,使GPS的應用領域不斷拓寬,成為20世紀最大科技成就之一。

2.GPS定位基本原理

·絕對定位方法:絕對定位也稱單點定位,是指相對於地球質心為坐標原點的坐標系中的直接確定觀測站的坐標。其原理是以GPS衛星到用戶接收機天線之間距離的觀測量為基礎,並根據已知的衛星瞬時坐標,來確定用戶接收機天線所對應點位坐標。 

由於實際觀測點至衛星間的距離,因測量瞬時衛星鐘與接收機鐘難以保持嚴格的同步,這種含有鐘差影響的距離,稱為“偽距”。其中衛星鐘差可以應用導航電文中給出的鐘差參數加以改正,而接收機鐘差無法事先知道,故需把它作為一個未知數與觀測點的三維坐標在數據處理中一併求解,因此一個



衛星數據更新: 10.12.2017
頁面最後更新: 10.12.2017
編輯部門: Shelley Canright
技術部門: Brian Dunbar
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