Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 4. С. 33-44
Об определении малых «мгновенных» вертикальных смещений земной поверхности ГНСС-методами
Н.В. Шестаков
1, 2 , Д.В. Сысоев
1, 2 , М.Д. Герасименко
1, 2 , Н.Н. Титков
3 , А.Л. Верхотуров
4 , Н.А. Гагарский
2 , А.К. Кишкина
2 , М. Годзе
5 , Х. Такахаши
6 1 Институт прикладной математики ДВО РАН, Владивосток, Россия
2 Дальневосточный федеральный университет, Владивосток
3 Камчатский филиал Единой геофизической службы РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия
4 Вычислительный центр ДВО РАН, Хабаровск, Россия
5 Институт прогноза землетрясений, Сейсмологическое бюро Китая, Пекин, КНР
6 Институт сейсмологии и вулканологии, Хоккайдский университет, Саппоро, Япония
Одобрена к печати: 11.04.2019
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-4-33-44
Математическое моделирование многих природных и техногенных процессов базируется на данных о перемещениях земной поверхности. Для их получения широко используются глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) GPS и ГОЛОНАСС. Особый интерес представляют «мгновенные», реализующиеся за короткий временной интервал (секунды – минуты), вертикальные движения земной поверхности. В статье на основе натурного эксперимента с подвижной ГНСС-антенной исследован вопрос о возможностях регистрации, точности и надёжности определения малых мгновенных перемещений, величины которых изменяются от 6,4 до 32 мм, при помощи наиболее часто используемых для прецизионной обработки ГНСС-измерений программных пакетов (ПП) BERNESE, GAMIT/GLOBK, GIPSY-OASIS и стандартных методик обработки геодинамических ГНСС-данных. Показано, что перемещения во всём исследуемом диапазоне уверенно фиксируются по результатам обработки данных статических суточных GPS- и GPS/ГЛОНАСС-измерений в ПП BERNESE и GAMIT/GLOBK. Программный пакет GIPSY-OASIS не рекомендуется использовать для определения субсантиметровых перемещений в силу большой дисперсии и сравнительно низкой точности получаемых координатных решений. Совместная обработка сигналов GPS и ГЛОНАСС даёт небольшое повышение точности определения смещений. Формальные среднеквадратические ошибки смещений, вычисленные на основе ошибок координат, рассчитываемых программами-обработчиками ГНСС-данных, в ряде случаев не соответствуют реальной точности определения перемещений и нуждаются в корректировке.
Ключевые слова: ГЛОНАСС/GPS-измерения, вертикальные «мгновенные» смещения, эксперимент с подвижной ГНСС-антенной, точность определения перемещений, статистическое тестирование
Полный текстСписок литературы:
- Большаков В. Д., Гайдаев П. А. Теория математической обработки геодезических измерений. 2-е изд. М.: Недра. 1977. 367 с.
- Кафтан В. И., Сидоров В. А., Устинов А. В. Сравнительный анализ точности локального мониторинга движений и деформаций земной поверхности с использованием глобальных навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС // Вулканология и сейсмология. 2017. № 3. С. 50–58.
- Пупатенко В. В., Шестаков Н. В. Моделирование шума в рядах высокочастотных ГНСС-координат, получаемых в режиме реального времени // Успехи современного естествознания. 2017. № 2. С. 140–144.
- Фялковский А. Л. Разработка и исследование технологических решений повышения качества геодезического мониторинга динамических объектов с использованием ГНСС: дис. … канд. техн. наук. М., 2015. 152 с.
- Altamimi Z., Rebischung P., Metivier L., Collilieux X. ITRF2014: A new release of the International Terrestrial Reference Frame modeling nonlinear station motions // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2016. V. 121. P. 6109–6131.
- Bernese GPS Software Version 5.2 / eds. Dach R., Lutz S., Walser P., Fridez P. Bern: AIUB, 2015. 612 p. URL: http://www.bernese.unibe.ch/docs/DOCU52.pdf.
- Betti B., Biagi L., Crespi M., Riguzzi F. GPS sensitivity analysis applied to non-permanent deformation control networks // J. Geodesy. 1999. V. 73. P. 158–167.
- Blewitt G., Kreemer C., Hammond W. C., Gazeaux J. MIDAS robust trend estimator for accurate GPS station velocities without step detection // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2016. V. 121. P. 2054–2068.
- Böhm J., Niell A., Tregoning P., Schuh H. Global Mapping Function (GMF): A new empirical mapping function based on numerical weather model data // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. P. L07304–07308.
- Elósegui P., Davis J. L., Oberlander D., Baena R., Ekström G. Accuracy of high-rate GPS for seismology // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. P. L11308–11312.
- Gazeaux J., Williams S., King M., Bos M., Dach R., Deo M., Moore A. W., Ostini L., Petrie E., Roggero M., Teferle F. N., Olivares G., Webb F. H. Detecting offsets in GPS time series: first results from the detection of offsets in GPS experiment // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2013. V. 118. P. 2397–2407.
- Gregorius T. GIPSY-OASIS II. How it works… Department of Geomatics, University of Newcastle upon Tyne, USA. 1996. 150 p.
- Herring T. A., King R. W., Floyd M. A., McClusky S. C. Introduction to GAMIT/GLOBK Release 10.7. Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, USA, 2018. 54 p. URL: http://geoweb.mit.edu/gg/Intro_GG.pdf.
- Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Walse E. GNSS ― Global Navigation Satellite Systems. GPS, GLONASS, GALILEO and more. Wien: Springer Science and Business Media, 2008. 518 p.
- Kleinherenbrink M., Riva R., Frederikse T. A comparison of methods to estimate vertical land motion trends from GNSS and altimetry at tide gauge stations // Ocean Science. 2018. V. 14. P. 187–204.
- Ray R. D., Ponte R. M. Barometric tides from ECMWF operational analyses // Annales Geophysicae. 2003. V. 21. Iss. 8. P. 1897–1910.
- Sorokin A. A., Makogonov S. I., Korolev S. P. The Information Infrastructure for Collective Scientific Work in the Far East of Russia // Scientific and Technical Information Processing. 2017. V. 4. P. 302–304.
- Steblov G. M., Kogan M. G., Levin B. V., Vasilenko N. F., Prytkov A. S., Frolov D. I. Spatially linked asperities of the 2006–2007 great Kuril earthquakes revealed by GPS // Geophysical Research Letters. 2008. V. 35. P. L22306–22311.
- Steblov G. M., Ekström G., Kogan M. G., Freymueller J. T., Titkov N. N., Vasilenko N. F., Nettles M., Gabsatarov Yu. V., Prytkov A. S. Frolov D. I., Kondratyev M. N. First geodetic observations of a deep earthquake: The 2013 Sea of Okhotsk Mw 8.3, 611 km-deep event // Geophysical Research Letters. 2014. V. 41. P. 3826–3832.
- Wdowinski S., Bock Y., Zhang J., Fang P., Genrich J. Southern California Permanent GPS Geodetic Array: Spatial filtering of daily positions for estimating coseismic and postseismic displacements induced by the 1992 Landers earthquake // J. Geophysical Research. 1997. V. 102. No. B8. P. 18057–18070.
- Zumberge J. F., Heflin M. B., Jefferson D. C., Watkins M. M., Webb F. H. Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks // J. Geophysical Research. 1997. V. 102(B3). P. 5005–5017.