大地测量与地球动力学
 
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2021年 41卷 2期
刊出日期:2021-02-15

地震地质 观测技术 地球物理解释 地壳运动 现代大地测量 观测技术
   
现代大地测量
111 EEMD-多尺度排列熵的GPS高程时间序列降噪方法
鲁铁定,谢建雄

针对GPS高程时间序列受各类噪声干扰的影响,导致难以提取有用信息的问题,提出一种基于整体经验模态分解(EEMD)结合多尺度排列熵(MPE)的阈值降噪方法。该方法以EEMD为核心算法,将原始信号分解成一系列本征模态函数(IMF),并采用MPE作为指标将其分类为噪声IMF、混合IMF和信息IMF;然后利用阈值函数处理混合IMF,实现二次降噪;再重构降噪后的数据与信息IMF,获得降噪结果。仿真信号和实例分析结果表明,该方法与相关系数法、MPE法相比,降噪评价指标RMSE、SNR和dnSNR均为最优,说明该降噪方法效果最好,本文方法获得的降噪结果能够更好地反映出时间序列本身的非线性变化特性,可为GPS高程时间序列分析提供可靠依据。

2021 Vol. 41 (2): 111-115 [摘要] ( 20 ) [PDF 4611KB] ( 115 )
116 基于Prophet-RF模型的GNSS高程坐标时间序列预测分析
李 威,鲁铁定,贺小星,钱文龙

针对GNSS高程坐标时间序列非平稳性与非线性等特点,在深入分析Prophet模型与随机森林(random forest,RF)模型特性的基础上,构建了Prophet-RF组合预测模型,解决了Prophet模型对时间序列非线性部分预测能力较弱的缺陷,且该组合模型具有较强的鲁棒性。本文选用BJFS站高程方向的连续观测数据进行分析,并设计多种组合方案检验组合模型的适用性与精度,实验结果表明,Prophet-RF组合模型较单一的Prophet模型能更好地表现高程坐标时间序列的变化趋势,并得到更高精度的预测数据。

2021 Vol. 41 (2): 116-121 [摘要] ( 28 ) [PDF 2316KB] ( 67 )
122 北斗系统PPP定位精度及收敛速度分析
朱 松,毛 勇, 易文婷,朱家松

选取MGEX亚太区域12个测站1周的观测数据,分析比较BDS-2和BDS-2+3的动态PPP性能。结果表明,加入BDS-3能显著提升动态PPP的收敛速度和定位精度,但由于目前BDS-3精密轨道和钟差产品中的卫星数目有限,收敛速度仍比GPS慢。

2021 Vol. 41 (2): 122-124 [摘要] ( 25 ) [PDF 2719KB] ( 87 )
125 BNC/RTKLIB/PPPWIZARD实时精密单点定位服务性能评估
杜 石,黄观文,葛玉龙,岳 帆

为综合评估目前应用广泛的3款GNSS开源软件BNC、RTKLIB和PPPWIZARD的RTPPP服务性能,均匀选取9个全球IGS-MGEX观测站实时GPS、GLONASS、Galileo三系统数据,对比分析3款软件接收数据流的完整率,并评估不同软件的收敛速度、定位精度和数据有效率。结果显示:1)3款软件的实时数据完整率基本都保持在96%以上,但相比较而言PPPWIZARD软件实时数据的完整率最优,BNC次之,RTKLIB相对较差;2)三系统中BNC、RTKLIB和PPPWIZARD软件分别在14 min、82 min和12 min左右收敛至三维点位精度优于0.5 m;3)在实时定位精度方面,BNC、RTKLIB和PPPWIZARD软件在水平和高程方向定位精度依次为9 cm和12 cm、16 cm和20 cm、7 cm和12 cm,其中PPPWIZARD软件采用了模糊度固定解;4)3款软件在数据有效率指标上存在差别,其中BNC和PPPWIZARD软件数据的有效率均达到95%,RTKLIB软件低于73%。总体而言,BNC与PPPWIZARD软件的实时PPP服务性能指标基本相当,RTKLIB软件稍差。

2021 Vol. 41 (2): 125-130 [摘要] ( 20 ) [PDF 5276KB] ( 87 )
131 北斗电离层模型精度分析
丁毅涛,郭美军

北斗电离层模型包括基本导航的BDSKlob模型、BDGIM模型及广域差分格网电离层模型,本文详细分析2种基本导航的电离层模型因相邻模型参数更新引起的延迟跳变,基于CODE格网电离层模型对比2种电离层模型随空间和时间的变化情况,分析不同电离层模型在不同时段不同纬度的改正精度及定位精度,并利用2018年数据对北斗格网点电离层信息的服务范围和服务精度进行评估。结果表明,相比于BDSKlob模型,BDGIM模型与CODE格网电离层模型更接近,且分布均匀,相邻2组模型参数更新的延迟跳变小于1 ns。BDGIM模型在北半球的改正精度优于南半球,在中国区域及全球范围的改正率分别达到75%及60%以上,明显优于BDSKlob模型,且BDGIM模型相比于BDSKlob模型的定位精度最多可提升45%。北斗格网电离层的有效区域基本覆盖中国范围,电离层延迟误差优于2.08 TECu,改正比例大于80%。

2021 Vol. 41 (2): 131-139 [摘要] ( 17 ) [PDF 15322KB] ( 76 )
140 GNSS-R探测土壤湿度综述
裴悦琨,韩心新

通过对基于GNSS-R土壤湿度探测技术的观测方式及原理进行系统评述,阐述已取得的研究成果,并在此基础上指出研究中存在的不足及未来的发展方向。

2021 Vol. 41 (2): 140-144 [摘要] ( 16 ) [PDF 1564KB] ( 77 )
145 顾及多因子影响的中国西部地区大气加权平均温度模型精化研究
莫智翔,黎 杏,黄良珂,刘立龙,韦欣怡,周清华

针对中国西部地区地形起伏较大等情况,分析大气加权平均温度(Tm)与测站高程、地面温度的关系,利用2014~2016年探空数据,在Bevis模型基础上建立一种与地面温度、高程和季节变化有关的新Tm模型。以2017年探空数据为参考值,对新模型进行精度分析,并与广泛使用的Bevis模型和GPT2w模型进行精度比较。结果表明,以探空数据为参考值,新模型的年均偏差和均方根误差(RMS)分别为-0.08 K和3.89 K,相比Bevis模型、GPT2w-5模型和GPT2w-1模型,其精度(RMS值)分别提高14.3%、20.6%和9.3%。此外,将新Tm模型用于GNSS水汽计算,其水汽计算理论RMS误差和相对误差分别为0.22 mm和1.43%,新模型在中国西部地区的GNSS水汽探测中具有重要的应用价值。

2021 Vol. 41 (2): 145-151 [摘要] ( 19 ) [PDF 6080KB] ( 67 )
152 利用最小二乘支持向量机的短临降雨预测模型构建
赵庆志,刘 洋,姚顽强

针对传统降雨预测理论错报率高及算法拟合精度低等缺陷,将与降雨过程相关的多种气象参数(温度、相对湿度、露点温度、气压等)及时间参数(年积日和天积时)引入短临降雨预测模型的构建。将新加坡2个GNSS和气象并址的测站(NTUS、SNUS)2010~2012年的气象数据及降雨数据作为样本,研究气象参数与降雨数据的时变特征,结果发现,降雨发生前气象参数均表现出异常的变化趋势,且各类气象参数与降雨均表现出弱相关性特征。基于该发现,首次应用最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型实现对未来降雨的预测,将气象参数和时间参数作为模型输入,降雨数据作为模型输出,并利用正确率(TFR)和错报率(FFR)评价LS-SVM模型的精度。实验结果表明,该算法可预测出99%的降雨事件,且FFR为40%;与现有最小二乘降雨预测模型相比,该算法的FFR降低近20%,TFR提高近10%。

2021 Vol. 41 (2): 152-156 [摘要] ( 18 ) [PDF 1634KB] ( 79 )
157 应用分块矩阵求逆解算约束秩亏间接平差模型
谢 波,刘连旺

在通常的四分块矩阵求广义逆矩阵和凯利逆矩阵公式基础上,分析左上角子矩阵为秩亏、右下角子矩阵为零的特殊四分块矩阵的凯利逆矩阵存在条件,应用广义逆矩阵法和矩阵变换法推导该类特殊四分块矩阵的凯利逆矩阵显性表达公式,并用于解算约束秩亏间接平差模型的参数估计。实验数据表明,当满足存在性条件时,应用分块矩阵求逆公式解算约束秩亏间接平差模型的结果与间接平差模型的解算结果一致,表明推导的显性表达公式具有可行性。

2021 Vol. 41 (2): 157-161 [摘要] ( 18 ) [PDF 956KB] ( 56 )
162 基于深度全连接神经网络的大坝变形预测研究
杨 恒,岳建平,邢 尹,周钦坤

将深度全连接神经网络引入大坝变形预测领域,结合大坝多源监测数据的训练样本,建立基于深度全连接神经网络的大坝变形预测模型。利用几种常见的深度优化学习算法对模型进行优化训练,通过对比各损失函数的变化曲线选取最优学习算法,进一步构建基于最优学习算法的深度全连接神经网络大坝变形预测模型;最后结合大坝多源监测数据的测试样本对模型进行检验分析,并将预测结果和传统BP神经网络的预测结果进行对比。研究结果表明,本文的深度全连接神经网络模型预测精度高、实用性强,可为大坝安全监控提供参考。

2021 Vol. 41 (2): 162-166 [摘要] ( 15 ) [PDF 1875KB] ( 66 )
地震地质
167 2020-01-23四川石渠MS4.3地震震源机制及发震构造研究
杨彦明,胡 博,戴 勇,张小艳

基于数字地震台网波形数据,采用gCAP反演方法解算四川石渠MS4.3地震的震源机制。结果表明,最佳双力偶解为节面Ⅰ走向134°、倾角82°、滑动角11°,节面Ⅱ走向42°、倾角79°、滑动角171°;最佳质心深度为9 km,矩震级为MW4.53。为测试震源机制解的稳定性和可靠性,从地壳速度结构、定位误差和数据质量影响等方面进行分析,研究结果表明,这些因素对反演结果影响较小。余震序列展布方向为NW向,主要分布在主震偏北东侧附近,发震断层具有向NE倾的趋势。综合震源区地质构造特征、主震震源机制解和余震序列的空间分布特征,初步判断石渠地震的发震断层面为节面Ⅰ,即长沙贡玛断裂,是一次左旋走滑型地震事件。

2021 Vol. 41 (2): 167-172 [摘要] ( 24 ) [PDF 4639KB] ( 59 )
173 郯庐断裂带苏皖段及邻区b值时空特征研究
余 腾,王 鑫,李明峰,朱益民,孙小荣

采用郯庐断裂带苏皖段及邻区近50 a的地震数据,在定量分析区域最小完备震级MC和推导b值计算的极大似然法基础上,重点研究G-R关系,尤其是b值时空分布演化特征,并依据b值指示意义进行5级以上地震关联性和断裂带影响区域的构造应力分布状况分析。结果显示,依据b值的时间分布特征,研究区中强地震发生时段与中短期b值下降时段关联率达到80%以上;依据b值的空间分布特征,研究区苏北盆地整体及以南和合肥盆地南缘范围内的地壳应力较高,与超高压变质带的分布有较好的一致性,结合相关地质资料认为,该区域处于孕震阶段。

2021 Vol. 41 (2): 173-179 [摘要] ( 17 ) [PDF 7258KB] ( 75 )
180 辽宁南部地区地壳剪切波分裂特征
夏彩韵,张正帅,刘 庚,杨士超

利用辽宁区域数字地震台网2008-01~2018-12近场小地震波形资料,采用剪切波分裂(SAM)方法计算辽宁南部地区8个台站的快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟,主要分析营口(YKO)台和盖县(GAX)台的剪切波分裂参数。分析结果表明:1)8个台站的快剪切波偏振优势方向以NE-NEE和NW两个方向为主,其中5个台站的快波偏振方向为NE和NEE,与区域地质构造形态及华北北部地区的最大主应力场方向基本一致;2)对YKO台和GAX台的剪切波分裂结果进行分析,YKO台剪切波偏振优势方向自2012年起基本保持一致,表明YKO台附近构造应力场较稳定或处于应力均匀加载过程;GAX台剪切波分裂参数随时间的演化较为复杂,其快波偏振方向在2013年小震增强前后发生明显改变,慢波时间延迟较其他台站大,可能反映GAX台下方的地壳各向异性强于其他地区,从而为进一步了解区域应力场特征和构造环境提供理论依据。

2021 Vol. 41 (2): 180-185 [摘要] ( 22 ) [PDF 5061KB] ( 72 )
地球物理解释
186 江苏沿海地区小波多尺度重力场特征与构造活动性分析
张大莲,张 平,李向前,张 硕

利用小波多尺度分析方法对江苏沿海地区重力场进行波场分离,得到多阶小波细节信息。通过对不同阶次小波细节进行分析研究,获得不同深度凹陷及隆起的空间展布情况,并推断研究区内7条深大断裂的走向及倾向,发现以兴化-大丰一带为界,北部断裂大部分走向为NNE向,倾向NW,且坡度较陡;南部断裂大部分走向NEE向,倾向SE,且坡度较缓,这种南北差异可能是下扬子对冲构造格局的反映。结合地震资料分析认为,地震分布与NE向和NEE向、NW向、近EW向(活动)断裂关系密切,东海-赣榆西北部和大丰港沿海一带断裂的活动性较强,应力场相对不稳定,发生地震的风险较高。

2021 Vol. 41 (2): 186-191 [摘要] ( 29 ) [PDF 6755KB] ( 65 )
192 正常重力平均值处地心纬度与偏心率的关系式
席梦寒,欧阳永忠

在计算机代数系统基础上,将正常重力公式进行级数展开,推导出正常重力平均值处地心纬度关于椭球第一偏心率的函数式,并考虑将公式推广至太阳系中的各行星,假定椭球第一偏心率为变量时推导出正常重力平均值处地心纬度关于椭球第一偏心率的函数式。

2021 Vol. 41 (2): 192-195 [摘要] ( 16 ) [PDF 1092KB] ( 64 )
196 利用GRACE时变重力场数据监测长江流域干旱
王杰龙,陈 义

利用2003-01~2014-12 CSR和JPL的RL06 Mascon解、RL06球谐系数(SH)解及level-3等6种GRACE时变重力场模型数据和GPM数据产品,分别计算长江流域的水储量和降雨变化,并利用广义三角帽方法分析GRACE数据的不确定性,同时计算水储量亏损指数(WSDI),以监测和分析长江流域干旱的时空特征,并与改进的帕默尔指数(scPDSI)进行对比。结果表明:目前在反演水储量变化方面,Mascon方法的不确定性小于球谐系数法,JPL_M、CSR_M、CSR_L3、JPL_L3、CSR_SH和JPL_SH的具体不确定性分别为3.51 mm、3.78 mm、5.45 mm、9.87 mm、9.12 mm及10.71 mm;降雨是影响长江流域水储量变化的重要因素,两者的相关系数达0.67,同时两者都具有明显的季节性变化;水储量亏损指数探测到2003-01~2014-12长江流域共历经6次干旱事件,最长时间的干旱始于2003-02,持续24个月;最严重的干旱发生于2006年春季和2011年夏季,强度分别为2.15和1.97;平均水储量亏损指数的空间分布表明,2006-07~2007-06几乎整个长江流域都处于干旱状态,而2011-03~11干旱主要集中于长江流域下游、中游和上游东南地区。

2021 Vol. 41 (2): 196-200 [摘要] ( 18 ) [PDF 4242KB] ( 67 )
201 基于GRACE重力卫星数据监测分析贵州干旱特征
陈 芳,刘绥华,阮 欧,罗 杰

基于GRACE重力卫星数据,采用改进的组合高斯滤波法和尺度因子法提高数据精度,利用陆地水储量变化原理反演贵州2003-08~2013-07的水储量变化量,并将计算的相对水储量指数作为干旱指标,提出运用游程理论基于相对水储量指数识别干旱历时和干旱烈度,监测分析贵州干旱特征。结果表明,基于GRACE卫星数据获得的相对水储量指数与SPI3变化趋势基本一致;GRACE卫星监测到2003-08~2013-07贵州每年都有干旱事件发生,历时最短为1个月,其中历时≥3个月的干旱事件共9次;干旱强度较大的事件发生在2003~2006年和2009~2011年,其中2006年和2011年水储量亏损较严重,与贵州实际的干旱情况相吻合。

2021 Vol. 41 (2): 201-205 [摘要] ( 18 ) [PDF 3997KB] ( 66 )
地壳运动
206 四川盆地南缘筠连-长宁地震区扎子坳断层探测及活动性初步研究
何 强,王世元,周亚东,刘 韶,马 超

通过地震活动性调查、地表地震地质调查、浅层地震勘探、高密度电法勘探及探槽剖面分析等多种手段对扎子坳断层进行综合研究,结果发现,扎子坳断层发育于古生代二叠系砂岩和中生代三叠系灰岩、砂岩地层中,属逆断层,断层总体呈NNE向展布,长约15 km,破碎带影响宽度一般小于20 m,断层规模较小。结合浅层地球物理勘探和探槽剖面分析结果初步推测,扎子坳断层不具备晚更世晚期活动性,为2017-01-28筠连4.9级地震的发震构造。

2021 Vol. 41 (2): 206-211 [摘要] ( 17 ) [PDF 13920KB] ( 66 )
212 冻土路基微动探测方法应用探讨
金 聪,林 松,程 邈,查雁鸿

以哈尔滨某高铁路基勘探为例,采用空间自相关方法提取微动信号频散特征,获取地下150 m介质的横波速度结构及分层特征。结果表明,微动方法可穿透冻土区较厚的覆盖层探测基岩面,且分层界面与钻孔资料一致。该方法施工便利、适用性强,结合钻探资料可精确刻画地下地质层位分布,减少钻探工作量,节约经济成本,具有较高的应用价值和科学意义。

2021 Vol. 41 (2): 212-216 [摘要] ( 13 ) [PDF 4908KB] ( 50 )
观测技术
207 小型化体积式钻孔应变仪的研制
马京杰,李海亮

体积式钻孔应变仪力学原理简单,易于获取可靠资料,但受尺寸限制。现有TJ-2型体应变仪的安装钻孔直径必须大于130 mm,钻孔成本较大,为减少钻孔经费,本文对体积式钻孔应变仪的小型化进行研究,计算体积式钻孔应变仪的灵敏系数和视压缩模量,并根据结果结合材料工艺,研制钻孔直径为110 mm的应变仪。

2021 Vol. 41 (2): 207-220 [摘要] ( 15 ) [PDF 2652KB] ( 56 )
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