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 ttaka@gpspp.sakura.ne.jp, http://gpspp.sakura.ne.jpttaka@gpspp.sakura.ne.jp, 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