中国大陆构造环境监测网基准站位移变化分析
（文献综述）
- 绪论
长期累积的全球卫星导航系统基准站坐标时间序列为大地测量学及地球动力学研究提供了基础数据。通过完善数据处理模型及策略，可以建立和维持动态地球参考框架，以便更多的研究进行。本文首先选取中国大陆构造环境监测网（简称“陆态网”）的部分典型基准站2019年的观测数据，通过使用不同的时间序列分析方法，利用MATLAB处理基准站坐标时间序列；其次结合如地表温度、气压、降水量等气象数据将基准站时间序列的水平和高程位移变化规律和趋势分析出结果；最后总结所发现的变化规律和周期性，做出结论并展望未来的发展方向。
- 本文研究的意义
中国地壳运动观测网络由我国“九五”重大科学工程建立，后经改建更名为中国大陆构造环境监测网络，该网络的建设结合中国大陆地形特点、地壳运动趋势和形变特征等因素，经过精细选择建立了一批国家级GPS连续运行观测站。通过多年的连续观测，积累了丰富的GPS观测数据，为我国的大地测量学及地球动力学研究提供了精确的基础数据。通过对这些数据的科学处理与分析，为我国地震趋势预测、抗震救灾、边界勘测、测绘基准建设和高精度坐标框架维持提供了保障和服务。
而国内外基准站高程时间序列分析表明，基准站位移水平和高程方向呈现明显的非线性和周期性特征，不同的基准站包含的周期振荡模式也不相同，这为建立高精度的高程速度场模型带来了较大的困难。因此，如何对 GPS 坐标时间序列中的各类非线性变化进行辨识和建模，进而准确、可靠地提取感兴趣的地球物理信号一直是地学界的难点与热点之一。
本文以陆态网基准站坐标长时间序列为数据处理对象，利用MATLAB实现对数据的处理分析，最后结合气象数据，总结陆态网坐标变化规律和趋势，判断其在工程实践和科学研究中的应用价值，并对未来进行展望。
- 国内外研究现状
3.1 基准站位移变化分析的国内现状
GPS时间序列位移变化特征分析，该方面目前主要是集中于研究时间序列噪声模型及季节性变化等。符养（2002）通过对GPS坐标时间序列计算分析，获取了全球高程季节变化，全球高程方向的整体震荡运动；田云峰（2011）、符养（2002）等对GPS时间序列噪声特性进行了分析，获取了不同站点的时间序列的噪声类型。黄立人（2006）、杨国华（2007）等研究指出，白噪声并不是所有 GPS 连续观测站坐标时间序列的噪声主要成分，如果仅仅把其噪声简单地看作是白噪声，可能会影响到数据处理结果和分析研究的准确性。 韩英、符养（2003）对 GPS 连续观测站时间序列进行了分析研究，利用谱分析和小波分析对中国地区的IGS连续跟踪站高程分量的数据进行了分析，用最小二乘法分离了时间序列噪声中的白噪声与有色噪声，并利用AR模型建立了相关模型，通过分析，获得了 LHAS(拉萨)、SHAO(上海)和 WUHN(武汉)GPS 连续跟踪站高程方向的有色噪声特征。
在时间序列变化的周期性上，罗爱军、王崇明（2009）利用主成分分析法对中国地壳运动观测网络的GPS基准站高程方向的位移时间序列进行分析，基于频谱特性，获取了主要基准站的周年项运动特征及其振幅和相位。田亮（2011）采用自回归滑动平均模型(ARMA)的 Box-Jenkins 法和 Pandit-Wu 法两种建模方法及三角函数法对GPS测站残差时间序列进行研究，通过不同测站残差数据的建模拟合与分析比较，发现三角函数法能更加直观地体现出基准站非线性变化的规律，有利于进一步分析基准站非线性变化规律的性质与机制。姚宜斌、施闯（2007）采用频谱分析的方法对IGS测站存在的各种年周期变化进行分析研究，在此基础上利用经验模型建立了IGS测站速度函数。指出IGS跟踪站的速度值仅用一个线性量表示是不严谨的，应建立其周期性变化模型。顾国华（2005）对中国地壳运动观测网络基准站的 GPS 数据进行处理，获得了自1998年9月至2004 年3月年间的位移时间序列，对其高程方向的位移时间序列进行分析，研究了基准站的垂直位移特点。对中国东部年速率较小的6个基准站垂直位移时间序列进行分析，发现这些基准站的垂直位移变化形态基本一致。经过计算，得出基准站的垂直位移解的精度每周可达3mm。垂直位移年速率普遍比基准站的水平位移年速率低；而一些基准站的垂直位移时间序列与基准站的水平位移时间序列相比，年周期变化非常显著，幅度达到20～50mm。中国大陆西部基准站的年周期变化符合地球自转守恒，并且与地球自转有明显的相关性。 张鹏、蒋志浩（2007）通过对国内GPS跟踪站观测数据形成七年的时间序列进行分析研究，发现GPS基准站的运动具有一定的周期性，最为明显的是高程方向，且发现区域不同时间序列的时频特性也不同。在此基础上，分析研究了跟踪站坐标位置的变化规律，统计分析了站坐标和速度场的精度。
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