基于棋盘格测试的CORS站点选取方法与流程

基于棋盘格测试的cors站点选取方法
技术领域
1.本发明属于大地测量与地球动力学以及地震学研究中块体负位错模型反演震间形变技术领域，具体涉及基于棋盘格测试的cors站点选取方法。


背景技术：

2.gnss技术在数据获取方面因具有观测精度和可靠性较高、观测范围广、全天候、实时性等优点，在地学界得到广泛的应用，除此之外，目前研究领域还具体深入到地震学、地球动力学、地球物理学、地质学等其他学科。随着多模地基增强系统的不断完善以及在数据处理中多源改化模型精度的不断提高，gnss在高精度监测全球板块运动、区域地壳形变、以及反演地震危险性等领域得到更深入的发展。
3.对于地震危险性的研究，尤其是地震的孕育阶段，mccaffrey等开发了专门用于反演震间形变的defnode负位错程序，利用连续运行参考站cors(continuously operating reference stations)长时间观测数据计算得到的断裂带及其相邻块体速度场，结合块体负位错模型反演震间断裂带各段的闭锁程度以及滑动亏损速率的空间分布特征，从而进行相应的地震危险性分析。
4.传统的震间形变利用负位错反演研究大多针对一条断裂带，其中用于反演的cors站点直接选用断裂带周围块体上的站点，具有一定的盲目性，且研究准备工作不够精细。当针对复杂性工程项目时，比如项目研究范围较大或者带状研究区域较长时，涉及到的断裂带较多且复杂，此时，针对不同断裂带，cors站点的选取工作需要更加精细、合理、科学及可靠。


技术实现要素：

5.为了弥补现有技术的不足，本发明提供基于棋盘格测试的cors站点选取方法，用于选取合理范围的cors站点。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
7.基于棋盘格测试的cors站点选取方法，包括如下步骤：
8.步骤一：获取断裂带的地质数据，利用gis软件对断裂带的几何形态进行拟合简化，形成简化后的断裂带线段；
9.步骤二：在gis软件中，以断裂带为中心，在断裂带两侧对称选取多条虚拟线段，所述虚拟线段的几何形态与断裂带相同；
10.步骤三：在步骤二中确定的虚拟线段上按照设定距离、等间距选取多个特征点，将所述特征点作为模拟cors站点，同时在断裂带左右两侧以包裹所选虚拟站点的轴对称区域作为虚拟板块的范围，并获取所述模拟cors站点与板块的经纬度信息；
11.步骤四：沿断裂带走向，以30km等间距设置4个节点，完成第一排节点的设置；沿断裂带倾向方向，选定第二排节点中的第一个节点，再沿断裂带走向，以30km等间距设置其余3个节点，完成第二排节点设置；
12.步骤五：采用defnode负位错反演程序进行正反演棋盘格测试；
13.步骤六：将正演测试中约束后的断裂带8个节点的闭锁程度与反演测试中获得的断裂带8个节点的闭锁程度进行对比分析，棋盘格黑白灰度图颜色差异越小，测试节点模型对cors站点数据的分辨率和反演的可靠程度越高，并以此作为选点依据；
14.步骤七：依据步骤五、步骤六，对所有模拟cors站点进行测试，确定最终cors站点选取范围。
15.具体地，步骤五包括如下步骤：
16.步骤一：正演测试
17.设定模拟cors站点的速度场，并强制约束断裂带8个节点的闭锁程度，结合模拟cors站点的经纬度信息，通过defnode负位错反演程序获得模拟cors站点的速度场的预测值；
18.步骤二：反演测试
19.将正演时得到的模拟cors站点的速度场的预测值作为约束信息，对断裂带8个节点不进行强制约束，通过defnode负位错反演程序获得断裂带8个节点的闭锁程度。
20.本发明的有益效果：
21.1)本发明利用defnode负位错反演程序，通过仿真cors站点与板块，并利用棋盘格测试进行敏感性分析，棋盘格黑白灰度图颜色差异越小，测试节点模型对cors站点数据的分辨率和反演的可靠程度越高，本发明所述方法可靠性高；
22.2)本发明的研究成果为地震断层活动性研究人员在进行断层布点过程中提供了重要的参考和借鉴，节约了建设cors站点昂贵的成本；
23.3)本专利针对带状区域，研究区域断层活动特性以及动态基准维持时，对其既有的cors站点的选取也具有科学、合理、可靠的参考价值和意义。
附图说明
24.图1为虚拟站点设置结果图；
25.图2为正演过程中节点闭锁系数结果图；
26.图3为反演过程中节点闭锁系数结果图；
27.图4为鲜水河断裂带附近cors站点及速度场示意图；
28.图5为鲜水河断裂带相邻块体划分示意图；
29.图6为鲜水河断裂带25km内站点反演中的节点闭锁程度结果图；
30.图7为鲜水河断裂带25km至100km间站点反演中的节点闭锁程度结果图。
具体实施方式
31.下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
32.基于棋盘格测试的cors站点选取方法，是在defnode负位错模型反演程序的基础上，设置距离断裂带相同距离的多个模拟站点，采用棋盘测试方法进行正反演实验，并进行不同距离的敏感性测试，具体步骤如下：
33.1.获取待研究断裂带的特征节点的走向数据，形成shape格式文件。
34.2.设置相距断裂带不同距离的一系列cors站点，得到一系列虚拟cors站点经纬
度，具体步骤如下：
35.1)在gis软件中对断裂带shape文件进行拟合简化，形成简化后的断裂带线段；
36.2)在gis软件中，以断裂带为中心，在断裂带两侧对称选取多条虚拟线段；虚拟线段的几何形态与断裂带相同，平移复制断裂带线段；
37.3)在新建的虚拟线段上按照一定的距离手动添加虚拟站点，使虚拟站点均匀分布于虚拟线段上；
38.4)在断裂带左右两侧以包含所选虚拟站点的轴对称区域作为虚拟板块的范围，最终效果如图1所示；
39.5)获取所有虚拟站点和虚拟板块节点的经纬度。
40.3.利用块体模型与负位错模型，通过defnode反演程序进行正反演棋盘格测试，判断虚拟站点的设置效果。
41.defnode程序在反演时输入数据包括gps速度场数据、潮汐数据、水准数据、地表倾斜速率、地震滑移向量、断层长期滑动速率、insar数据和断层转换方位角中的一种或者几种数据进行约束反演。在本专利中，由于gps垂直速度场在反演过程中精度不够，所以选用gps水平速度场作为反演约束。
42.如果不考虑块体内部是否发生均匀应变，则反演模型的公式为：
[0043][0044]
上式中，x表示测站位置；vi(x)为测站x的速度；b为块体的数量；
△
b为b块体模型的区域边界，若x在块体b的内部，则h＝1，否则h＝0；rωb为块体b相对于参考块体的欧拉极；i为i方向速度的单位矢量；f为断层数；nk为断层k的节数；φ
nk
为断层k第n个节点的闭锁值；g
ij
(x,x
nk
)为响应函数；hωf为下盘相对于上盘的欧拉极；x
nk
为断层k上第n个节点的位置；j为沿断层面走向或者倾向单位矢量。在上式中等号左边表示地表测站观测所得速度，公式右侧第一部分表示块体的运动，用欧拉极表示，用块体的欧拉极求得块体上站点的刚体运动速率。公式右侧第二部分表示断层闭锁作用，先用参数hωf和x
nk
求得滑动速率，再用滑动速率乘以断层在该位置的闭锁系数就可以求得对应该节点位置的滑动亏损速率。
[0045]
根据上述defnode程序反演断层闭锁程度原理，设置虚拟板块位置并运用棋盘测试对虚拟站点的设置合理性进行实验，具体步骤为：
[0046]
(1)首先沿断裂带走向每30km选取一个节点，总共设置4个节点，倾向方向也每30km选取一个节点，总共两排节点。在正演过程中，输入仿真cors站点的假定速度场和经纬度信息，并且强制约束节点的闭锁系数，白色代表完全闭锁(闭锁系数为1)，黑色代表完全蠕滑(闭锁系数为0)，正演结果如图2所示；
[0047]
(2)反演过程中将模型在正演时得到的速度场的预测值作为约束信息，对8个节点不进行强制约束，反演过程中会得到8个节点的闭锁程度。图3为cors站反演得到的节点模型的闭锁系数；
[0048]
将正演约束后的所有节点闭锁程度与反演得到的节点闭锁程度进行对比分析，就能测试节点模型对cors站点数据的分辨率和反演的可靠程度。对比棋盘测试结果，棋盘格
黑白灰度图颜色差异越小，测试节点模型对cors站点数据的分辨率和反演的可靠程度越高，并以此作为选点依据，选取结果较好的距离作为研究震间形变最有cors站距离。
[0049]
现以鲜水河断裂带为例，具体步骤如下：
[0050]
1)首先获取鲜水河断裂带附近所有可用的中国大陆构造环境监测网络(cmonoc)观测站点的速度场，站点位置与速度场运动趋势如图4所示。
[0051]
2)分别筛选鲜水河断裂带周边25km内与25km至100km之间的可用站点，获取其经纬度坐标与水平方向速度场。
[0052]
3)根据地质资料，对鲜水河断裂带相邻块体进行划分，将研究区域分为巴颜喀拉块体与川西北块体，并获取块体的经纬度坐标，如图5所示。
[0053]
4)利用棋盘测试分别检验25km以内的cors站点与25km至100km间的cors站点的反演敏感性，步骤与前述实施方式中一致，最终结果见图6，7所示。结果表明，25km内的cors站点具备更好的反演效果。
[0054]
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。