高精度测量方法在汶川Ms8.0地震地表破裂带考察中的应用.pdf

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1、第3O卷第4期地震地质Vo1．30．No．42008年12月SEISMOLOGYANDGEOLOGYDec．．2008高精度测量方法在汶川s8．0地震地表破裂带考察中的应用李峰徐锡伟陈桂华董绍鹏魏占玉1)中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京1000292)中国地震灾害防御中心，北京100029摘要在2008年汶川M8．0地震地表破裂带科学考察中，利用全站仪、差分GPS和三维激光扫描仪等高精度测量技术对同震变形造成的微地貌进行测量，及时记录了地表同震变形现象的丰富信息，为相关的定量分析提供了有效保障。文中探讨了选择不同测量技术在微地貌测量中的应用特点和组合优势，结合测量实例

2、分析了三维激光扫描仪在完整记录和有效分析地震地表破裂带信息方面的优势及其限制条件，并进一步讨论了上述测量方法的应用前景。关键词汶川M8．0地震地震地表破裂微地貌测量三维激光扫描中图分类号：P315．2文献标识码：A文章编号：0253—4967(2008)04—1065—110引言在2008年汶川M8．0地震后的应急科学考察中，沿总长300多千米的地震地表破裂带开展了大量的微地貌仪器测量工作(徐锡伟等，2008)，及时记录了易受自然改造或人为破坏的大量同震变形现象，为具有复杂几何结构的地表变形带定量分析提供了基础信息。由于对相关地貌标志测量数据的理解和处理不同，可能造成对构造变形分析的偏差

3、(陈桂华等，2008a)，因而采集数据时需覆盖一定范围；而在所选择的范围内可能受地形起伏、障碍物密集等场地条件限制，需要综合考虑选择测量方法，以保证数据精度和工作效率。汶川地震科考过程中，我们利用近年来技术发展较成熟的全站仪、实时差分GPS和三维激光扫描技术，结合不同场地限制条件开展了地表同震变形的微地貌测量，尤其是利用三维激光扫描技术对珍贵的地震地表破裂遗址进行了有效的数字化精细记录与分析。本文论述了不同测量技术在微地貌测量中的应用特点和组合优势，并讨论了上述方法的应用前景。1观测仪器1．1全站仪全站仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自

4、动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。因其较完善地实现了测量和[收稿日期]2008—11—24收稿，2008—12—02改回。[基金项目]国家自然科学基金(40841007)、国家重点基础研究发展计划项目(2004CB418401)和中国地震局汶川8．0级地震应急科学考察项目共同资助。1066地震地质3O卷处理过程的电子化和一体化，所以人们通常称之为全站型电子速测仪(ElectronicTotalStation)或简称全站仪。全站仪的工作原理属常规的三维极坐标测量方法，易受通视情况、距离的限制，有时需多次迁站，极大地影响了作业效率(张息秀，2005)。全站仪属于传统测量手段中自

5、动化程度较高的电子测量设备，20世纪90年代被广泛用于精密工程测量或变形监测领域，也是活动构造研究中应用较早、较广泛的测量设备。今后全站仪的使用会进一步发展到在免棱镜和无需照明条件下工作，既能达到极高的角度和距离测量精度(目前已达到测角精度0．52，测距精度1mm+1ppm)，也能实现远距离遥控运行或在应用程序控制下使用。1．2GPSRTK作为采用距离交会法的卫星导航定位系统，GPS以其全球性、全天候、高精度、高效益的特点，自1994年建成以来很快就在测量领域得到了广泛应用。影响GPS实时单点定位精度的因素很多，因而以减少误差为目的的差分GPS(DGPS)技术得以快速发展(Remondi

6、，1985；Cheval—iereta1．，2005；任治坤等，2007)。近年来在局域差分GPS技术基础上发展起来的实时动态测量RTK(RealTimeKinematics)是基于载波相位观测值的动态定位技术，能够快速获得测量点的三维定位坐标值。根据GPS的相对定位理论，在RTK作业模式下，将一台接收机设置在已知点上(基准站)，另一台或几台接收机放在待测点上(移动站)，同步采集相同卫星信号；基准站通过数据链将其观测值(伪距和载波相位观测值)与测站坐标信息(如基准站的坐标和天线高等)一起传送给流动站，流动站在完成初始化后，一方面通过数据链接收来自基准站的数据，另外自身也采集GPS观测数据

7、，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，再经过坐标转换和投影改正，即可给出实用的厘米级误差的定位结果(张军龙等，2008)。RTK定位技术具有精度高、速度快、施测灵活、点间不必通视等优点，但由于其大都采用UHF电台播发差分信号，最大传输距离是由接收天线高度、地球曲率半径以及大气折射等因素决定的，因此在城区、山地、森林等地区进行GPSRTK测量时，其成果质量及作业效率将受到一定影响，有时甚至无法作业。1．3三维激光扫描仪三维激光扫描(