GPSGPS キネマティックキネマティック PPPPPPによる地殻変動観測による地殻変動観測
技術コンサルタント技術コンサルタント // 東京海洋大産学連携研究員東京海洋大産学連携研究員
高須知二 高須知二 Tomoji TakasuTomoji Takasu [email protected], http://[email protected], http://gpspp.sakura.ne.jp
GPS Kinematic-PPP (Precise point positioning):GPS Kinematic-PPP (Precise point positioning): observation of crustal deformation by using 1-Hz GPS dataobservation of crustal deformation by using 1-Hz GPS data
キネマティックキネマティック GPS: GPS: 応用応用
• 精密測量 (RTK etc)• 海底地殻変動観測• GPS 津波計• 火山地殻変動観測• 低軌道衛星精密軌道決定• GPS 地震計• ...
地殻変動観測手段地殻変動観測手段
広帯域 強震計高感度VLBI SLR
GPS(スタティッ
ク)
キネマティック GPS
干渉 SAR
mm
cm
dm
1 年 1 月 1 日 1 時間 1 分 1 秒
精度レーザ伸縮計
地震計
GPS vs GPS vs 地震計地震計
地震計GPS広帯域 強震計
測定 座標 速度 加速度
周波数(Hz) DC-0.5 0.003-10 0.01-50
雑音 大 小 小
振り切れ 無 有 稀
変位測定 絶対/直接 1 回積分 2 回積分
GPSGPS 地震計地震計 : : 主な研究主な研究
• K.M.Larson et al. (2003), Science• J.Kouba (2003, 2005), SGeG• Y.Bock et al. (2004), GRL• M.Irwan et al. (2004), EPS• S.Miyazaki et al. (2004), GRL• Y.Ohta et al. (2006), EPS• J.F.Genrich at al. (2006), JGR ...
PPP vs PPP vs 相対測位相対測位
相対測位PPP精密単独測位 長基線 短基線
基準点 不要 必要
測位解 絶対座標 相対(基線ベクトル)
雑音 中 大 小Ambiguity Float Fix/Float Fix
リアルタイム ? ? RTK
多点解析 速い 遅い
PPP:PPP: 衛星時計補間の影響 衛星時計補間の影響 (1)(1)IGS MIZU : 5min 間隔
IGS IGR
CODE JPL
10cm
E-W
N-S
U-D
PPP:PPP: 衛星時計補間の影響 衛星時計補間の影響 (2)(2)
IGS (Interpolated) IGR (Interpolated)
CODE JPL
10cm
E-W
N-S
U-D
IGS MIZU : 30s 間隔
PPP:PPP: 衛星時計補間の影響 衛星時計補間の影響 (3)(3)
IGS (Interpolated) IGR (Interpolated)
CODE (Interpolated) JPL (Interpolated)
10cm
E-W
N-S
U-D
IGS MIZU : 1Hz
HR-PPP (High-rate PPP)HR-PPP (High-rate PPP)
Step1
Step2
HR 観測
データ
1Hz 衛星時計推定
キネマティック PPP
測位解
精密暦( 軌道 )
1Hz 衛星時計
HR 観測
データ
1Hz1Hz 衛星時計推定衛星時計推定IGS SatClock(300s)
Clock Estimation
IGS SatOrbit
(15min)
QC
(HR)
(300s)
Sat Clock
Rcv Clock
1Hz Sat Clock
Interpolation
Static-PPP(300s)
ZTDPOS BIASRcv
ClockOBS
時計推定時計推定 /PPP/PPP モデルモデル
• EKF/S (PPP:3pass, CLK:1pass)• 電離層遅延 : 電離層フリー線形結合• 対流圏遅延 : ZTD 推定 +NMF/GMF• アンテナモデル : IGS01/IGS05• 局位置変動 :
固体地球潮汐 , 海洋荷重 , 極運動潮汐• Phase Windup 補正
HR-IGSHR-IGS 局局
(2004/12 月 , 58 局 )
精密解析ソフト精密解析ソフト : GT0.6.3: GT0.6.3
http://gpspp.sakura.ne.jp
10-1
100
101
102
103
104
105
10-14
10-13
10-12
10-11
Averaging Time (sec)
Alla
n D
evia
tion
y (
)
衛星時計安定度衛星時計安定度2004/12/25 0:00:00-23:59:59 GPST
Block II/IIA CsBlock II/IIA RbBlock IIR Rb
1s
時計補間誤差 (Max)5min : 1.5-10cm
30s : 0.3-1cm
100s10s
1Hz HR-PPP1Hz HR-PPP 測位解例測位解例MIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST
CODE (Interpolated)
1Hz HR-PPP
E-W
N-S
U-D
10cm
HR-PPPHR-PPP ノイズ源ノイズ源
• 受信機雑音• 搬送波位相マルチパス• 電離層遅延補正残差• 対流圏遅延補正残差• アンテナモデル誤差• 衛星軌道 / 衛星時計誤差• ...
搬送波位相マルチパス 搬送波位相マルチパス (1)(1)
10cmMIZU (IGS)
搬送波位相マルチパス 搬送波位相マルチパス (2)(2)
PRN15-MIZU 2004/12/25 0:34-1:24
PRN15-MIZU 2004/12/26 0:30-1:20
2cm
2cm
Sidereal FilterSidereal FilterMIZU(IGS) : 2004/12/25 0:00:00-2:59:59GPST
without Sidereal Filter
with Sidereal Filter
E-W
N-S
U-D
10cm
解析実行時間例解析実行時間例
条件 実行時間
HR 衛星時計推定
1Hz-3H30 衛星,50 局
49 分
キネマティックPPP
1Hz-3H50 局
22 分
Core2Duo 2.4GHz, Win XP, GT0.6.3, Matlab7.3
HR-PPPHR-PPP による地震解析例による地震解析例
• デナリ断層地震 (2002/11/3)• 東北地震 (2003/5/26)• 新潟県中越地震 (2004/10/23)• スマトラ地震 (2004/12/26)• カムチャッカ半島東地震 (2006/4/21)• ジャワ島地震 (2006/5/17)• 択捉沖 ( クリル島 ) 地震 (2006/11/15)
デナリ断層地震 デナリ断層地震 (1)(1)
2002/11/322:12:41(Mw7.9)5.0km
0 1000 2000km
デナリ断層地震 デナリ断層地震 (2)(2)
IGS FAIRHR-PPP
デナリ断層地震 デナリ断層地震 (3)(3)
IGS BREWHR-PPP
L
R
デナリ断層地震 デナリ断層地震 (4)(4)K.M.Larson et al. (2002), Scienceとの比較
FAIR HR-PPP
東北地震 東北地震 (1)(1)
2003/5/269:24:32(Mw7.0)68.2km
0 50 100km
東北地震 東北地震 (2)(2)
IGS MIZUHR-PPP
東北地震 東北地震 (4)(4)
K-NET IWT011強震計 (2 回積
分 )
東北地震 東北地震 (5)(5)
K-NET IWT011強震計 (2 回積
分)
新潟県中越地震 新潟県中越地震 (1)(1)
2004/10/238:56:00(Mw6.6)16km
0 20 40km
8:00 9:00 10:00 11:00
塩沢 檜枝岐 松之山 安塚 湯之谷 新潟大和 高柳 福島南郷 只見 小千谷 守門 柏崎2 柏崎1 栃尾 金山 新潟三島 出雲崎 新潟下田 新潟栄 新潟加茂 寺泊 鹿瀬 小須戸 新潟巻 GRID: 0.05m
新潟県中越地震 新潟県中越地震 (2)(2)E-W : 2004/10/23 GPST
10cm
新潟県中越地震 新潟県中越地震 (3)(3)
8:00 9:00 10:00 11:00
塩沢 檜枝岐 松之山 安塚 湯之谷 新潟大和 高柳 福島南郷 只見 小千谷 守門 柏崎2 柏崎1 栃尾 金山 新潟三島 出雲崎 新潟下田 新潟栄 新潟加茂 寺泊 鹿瀬 小須戸 新潟巻 GRID: 0.05m
10cm
N-S : 2004/10/23 GPST
8:00 9:00 10:00 11:00
塩沢 檜枝岐 松之山 安塚 湯之谷 新潟大和 高柳 福島南郷 只見 小千谷 守門 柏崎2 柏崎1 栃尾 金山 新潟三島 出雲崎 新潟下田 新潟栄 新潟加茂 寺泊 鹿瀬 小須戸 新潟巻 GRID: 0.05m
新潟県中越地震 新潟県中越地震 (4)(4)U-D : 2004/10/23 GPST
10cm
新潟県中越地震 新潟県中越地震 (5)(5)電子基準点 小千谷 (950240)
8:00 9:00 10:00 11:00-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
M6.8M6.3
M6.0M6.5 M5.7
E-W
N-S
U-D
Dis
pla
cem
ents
(cm
)
10cm
8:00 9:00 10:00 11:00-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Dis
pla
cem
ents
(cm
)
新潟県中越地震 新潟県中越地震 (6)(6)
E-W
N-S
U-D : GSI F2 解 10/22: GSI F2 解 10/2410cm
電子基準点 小千谷 (950240)
スマトラ地震 スマトラ地震 (1)(1)
2004/12/260:58:53(Mw9.1)30km
スマトラ地震 スマトラ地震 (2)(2)
3.4-4.2km/s
(2006/12/26 GPST)
スマトラ地震 スマトラ地震 (3)(3)IGS POL2HR-PPP
IRIS AAK広帯域地震計
スマトラ地震 スマトラ地震 (4)(4)IGS ARTUHR-PPP
IRIS ARU広帯域地震計
カムチャッカ半島東地震 カムチャッカ半島東地震 (1)(1)
2006/4/2023:25:02(Mw7.6)22km
0 500 1000km
カムチャッカ半島東地震 カムチャッカ半島東地震 (2)(2)IGS PETSHR-PPP
IRIS PET広帯域地震計
ジャワ島地震 ジャワ島地震 (1)(1)
2006/5/2622:53:58(Mw6.3)10km 0 50 100
km
ジャワ島地震 ジャワ島地震 (2)(2)
IGS JOG2 HR-PPP
択捉沖択捉沖 (( クリル島クリル島 )) 地震 地震 (1)(1)
2006/11/1511:14:16(Mw8.3)30.3km
0 500 1000km
択捉沖択捉沖 (( クリル島クリル島 )) 地震 地震 (2)(2)IGS PETSHR-PPP
IRIS PET広帯域地震計
まとめまとめ
• キネマティック GPS による地震観測 :既存 GPS 観測網利用、地震計補完
• PPP:基準点の影響小、ノイズ小、解析効率
• 衛星時計補間問題 : 1Hz 時計推定• 課題
リアルタイム、ノイズ削減、高速化
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