1、地壳形变地壳形变课程设计课程设计 课程设计课程设计概述概述 一、一、课程设计课程设计目的目的 1. 对课程中所学到的知识有更深的理解，做到理论联系实际，通过课程设计巩固所学 知识。 2. 初步培养分析解决问题的能力，培养学生踏实的深入研究问题的能力。 3. 为毕业设计打下基础，使学生对于论文的写作和科研的过程有一定认识。 4. 培养学生的实际动手能力和自主思考能力。 二、二、课程设计课程设计题目名称题目名称 区域地壳形变的 GPS 测量（地壳垂直形变） 三、三、课程设计课程设计要求要求 1. 查阅相关文献，了解区域地壳形变的 GPS 测量（地壳垂直形变）目前的进展情况。 2. 深入理解区域地壳
2、形变的 GPS 测量（地壳垂直形变）的必要性并能充分说明理由。 3. 论证 GPS 应用于地壳垂直形变监测的可行性，对比 GPS 与水准测量应用于地壳垂 直形变的优劣。 4. 评定区域地壳形变的 GPS 测量的效果并进行总结。 区域地壳形变的 GPS 测量（地壳垂直形变） 摘要 从 GPS 的原理及其应用出发，在现在的技术水平所能达到的理论精度的情况下讨论 了 GPS 技术应用于地壳垂直形变监测的可行性及其与水准测量相比较的优劣，并通过程序 和数据进行了论证。 关键词 GPS 地壳垂直形变 可行性 水准测量 引言 GPS定位技术有精度高, 速度快, 操作简单等优点国内外大量的实践表明, 利用G
3、PS进行 平面相对定位的精度能够达到0.11*10-6D甚至更高, 这是常规测量技术难以比拟的。但是由 于受区域性大地水准面的精度及电离层延迟误差等因素的影响, GPS技术应用受到不同程度 的限制，GPS高程的应用还有待进一步研究。因此，GPS在我国高程控制网的布设中应用得 较少。从某种程度上讲, 未能充分发挥GPS测量能够提供3维坐标的优越性, 基于这种情况, 有必要对GPS高程测量的理论和方法进行研究，以促进其在测量实践中的应用。 利用GPS求得的是地面点在WGS-84坐标系中的大地高, 而目前我国的实用高程系统， 采用的是正常高, 虽然如此，但在垂直变形监测的特定情况下, 人们关心的是高
4、程的变化而 不是高程本身，因而考虑在地面沉降监测中可用站坐标系下的U分量变化代替水准测量高差 的变化。 1 GPS 技术应用于地壳垂直形变监测必要性 GPS 测量的高程分量的精度要比水平分量的精度低得多, 这已经被许多GPS 测量的实 际结果所证实。但是对于地面垂直变形这种一方面需要从沉降区外将高程基准引入到沉降 区, 另一方面又需在沉降区内开展观测点密度很高的精密水准测量的特殊情况, 用GPS 测 量取代或部分取代精密水准测量技术上是否可能，经济上是否合算， 还是人们感兴趣的问 题。 为了进行区域地壳垂直形变的监测， 往往需要从直线距离很远的地方的稳定的高程基准 点引入高程， 然后传递到监测
5、区。 从目的来看这其中有很多测量工作和经费用于高程传递上， 而且很多地方水准无法进行测量，GPS在这方面有其独特的优势，甚至可以进行连续观测得 到监测区域的垂直运动速率，因此在大面积、长时间地壳垂直型变监测中GPS技术的应用是 必要的能节省大量的时间和经费而且能得到连续的形变数据， 对于一些水准测量无法到达的 特别地区，GPS也可以得到相应的形变数据。 2 GPS 技术应用与地壳垂直型变监测的可行性 2.1 理论推导 GPS测量得到的是大地高, 精密水准测量测定的是正高。 两者之间的换算需要知道观测 点上的精确的大地水准面差距h。 目前尚无法以毫米级的精度得到某个区域的h分布, 因而无 法用G
6、PS测得的大地高与水准测得的正高直接比较来验证GPS高程分量的精度。 对于地面沉降监测来说,往往关心的主要是高程的变化, 而不是高程本身。因此用站心 坐标系下的U分量变化与水准测量测得的高差变化进行比较, 来考察GPS 测定高差的精度。 为此, 建立以某测站C为站心的空间直角坐标系(N, E,U)。 为简便起见,我们把地球简化为一 个球。 在图1 中, N轴为过C点子午的切线且指向北; E轴为过C点的平行圈的切线且指向东; U 轴则为过C点的半径方向且指向球外。图中O为IT RF 参考系的坐标原点, SC为过C点且以O 为球心的球面; GC为过C点的大地水准面。地面上另有一点D, D点相对于C点的站心坐标的高 度分量为UD , 而D点相对于C 点的高差为hDC。假定C点不动, 由于地壳运动, D点相对于C 点 垂直移动到D点, D相对于C 点的站坐标的U分量为UD,相对于C 点的高差为hDC。此时, D点相对于C点的高差变化为h , 有 D CD C hhh （1） 而相应的站坐标U分量的变化为U :
