High-rate GPS data analysis

1

1

کارشناسی ارشد پایان نامه نقشه برداري-رشته مهندسی عمران

ژئودزي گرایش

GNSSهاي هاي نرخ باالي سامانهپردازش داده یک سیستم پایش آنی تغییر شکل سازيپیادهبا هدف

:استاد راهنما مشهدي حسینعلیمسعود دکتر

:نگارش مریم یوسفی

1391 زمستان

2

2

أ

ب

تأییدیه هیئت داوران

ج

دانشجواظهارنامه

د

نتایج مالکیت و و نشر طبع حق فرم

به صورت برداري کپی هرگونه. باشدمی آن نویسنده به متعلق نامه پایان این تکثیر و چاپ حق - 1

- نقشه مهندسی دانشکده کتابخانه یا نویسنده با موافقت تنها آن یا بخشی از نامه کل پایان

نیز صفحه این ضمنا متن. باشدمجاز می طوسی نصیرالدین خواجه صنعتی برداري دانشگاه

.باشد داشته وجود تکثیر شده نسخه در باید

بدون و باشدمی طوسی نصیرالدین خواجه صنعتی دانشگاه به متعلق اثر این معنوي حقوق کلیه - 2

و اطالعات از استفاده همچنین .نیست واگذاري قابل ثالث شخص به دانشگاه کتبی اجازه

.باشدنمی مجاز مرجع ذکر بدون نامه پایان در موجود نتایج

ه

قدردانی و تشکر

مند ساخته و یگانه پشتیبان دریغش بهرهخداوند یکتا را که همواره مرا از الطاف بی شمار یب سپاس

به خاطر زحمات فراوان و همچنین عزیزم پدر و مادر از .ام بوده استزندگی لحظاتمن در تمام

.پایانشان از صمیم قلب سپاسگزارمصبر بی ها وحمایت

جناب آقاي دکتر مسعود مشهدي حسینعلی که به واقع قدرم گراندانم از استاد بر خود الزم می

همانند یک پدر، دلسوزانه با صبري ستودنی تمام این مسیر را گام به گام همراه من پیمودند، کمال

مراتب همچنین . یافتایشان این تحقیق توفیق نمی هايشک بدون راهنماییبی. تشکر را به عمل آورم

اساتید گرامی جناب آقاي دکتر علیرضا سپاسگزاري خود را خدمت اعضاي محترم هیأت داوران،

نامه و ارتقاي سطح آن از آزموده اردالن و جناب آقاي دکتر بهزاد وثوقی که در تصحیح این پایان

. دارمتقدیم میبردم، ایشان بهره هاي ارزندهراهنمایی

و آقاي مهندس MITدکتر جی از دانشگاه آقاي دکتر تیامپو از دانشگاه وسترن اونتاریو، خانم از

مرا در انجام این اند،به من کردهشایانی که هايها و کمکهاسدایک از دانشگاه کلگري که با راهنمایی

. ار سپاسگزارمسیباند، نامه یاري رساندهپایان

.کنمتشکر میصمیمانه ام موجب دلگرمی من بود، ندگیزاز دوستان بسیار خوبم که حضورشان در

هاي آنی فراهم شده از طریق مرکز نامه با استفاده از دادهاین پایانالزم به ذکر است که

UNAVCO با حمایت بنیاد علوم ملی متعلق به ایاالت متحده امریکا(NSF) و اداره کل فضانوردي و

از این مرکز به خاطر .انجام شده است NSFبر اساس توافقنامه همکاري (NASA)هوانوردي ملی

. د کمال تشکر را دارمدههایی که در اختیار کاربران قرار میها و سرویسفراهم نمودن داده

و

چکیده

فوایدي نظیر اعالم خطر بالیاي پایش عوارض طبیعی و عوارض ساخته دست بشر امري حیاتی با

اهمیت از این رو، .شودطبیعی زمین و یا تشخیص وضعیت غیر عادي در رفتار سازه محسوب می

، ایجاد و توسعه هاي زیربناییو حمایت از سرمایه گذاري جانیکاهش تهدیدات هاي پایش در سیستم

در این .سازدو کارآمد، اجتناب ناپذیر می کارگیري ابزارهایی قابل اطمینانها را با بهاین قبیل سیستم

تواند به عنوان اي که دارد، میهاي ویژهبا توجه به قابلیت GPSراستا، سیستم تعیین موقعیت جهانی

به جهت پایش تغییر شکلشکل قابل اطمینان و صحیح دسترسی به اطالعات تغییرابزاري مهم براي

.گرددیممحسوب صورت آنی و یا نزدیک به آنی

ایستگاه واقع در شمال غربی 28براي GPSیستم سدقیقه نرخ باالي 30هاي نامه دادهدر این پایان

به صورت نزدیک به آنی مورد پردازش قرار Bernese 5.0افزار علمی ایاالت متحده امریکا، توسط نرم

افزار براي شده توسط نرمانحراف معیار گزارش ، در حالت تعیین موقعیت مطلقبر این اساس، .گرفت

جنوبی و ارتفاعی به ترتیب داراي - غربی، شمالی- هاي مورد پردازش براي سه مؤلفه شرقیایستگاه

، 8/7در حالت تعیین موقعیت نسبی، داراي مقدار متوسط و سانتیمتر 4/7و 6/5، 5/3مقدار متوسط

ها ش نویز مشترك بین ایستگاهپس از تعیین مختصات خام، جهت کاه .باشدمیمیلیمتر 3/8و 9/7

ها همچنین براي افزایش نسبت سیگنال به نویز داده. زمانی استفاده شده است- روش فیلترینگ مکانی

در فیلترینگ کالمن و آنالیز ترکیب برآورد بردار وضعیتهاي تغییر شکل، از و شناسایی بهتر سیگنال

مارکف مرتبه اول براي مدل - فرآیند گاؤسر، براي این منظو .شده استاستفاده (PCA)مؤلفه اصلی

)در صورت وجود( موجود در سري زمانیو همچنین سیگنال گذراي کردن همبستگی زمانی نویز

، مشاهده شد )LSVCE(گیري روش برآورد کمترین مربعات مؤلفه وریانس کاربا به .انتخاب شده است

. یابدبرابر کاهش می 5تا 3 به میزان رنگیدامنه نویز سفید و کارگیري روش ذکر شده با به که

- هاي نرخ باال، سیستم پایش تغییر شکل، نرمسیستم تعیین موقعیت جهانی، داده :واژگان کلیدي

Berneseافزار

ز

فهرست مطالب

ب ........................................................................................................................................ داوران ئتیه هیدییتأ

ج ............................................................................................................................................... دانشجو اظهارنامه

د ................................................................................................................. جینتا مالکیت و نشر و طبع حق فرم

ه ................................................................................................................................................... یقدردان و تشکر

و .................................................................................................................................................................. دهیچک

ز .................................................................................................................................................... مطالب فهرست

ط ................................................................................................................................................. هاشکل فهرست

ك .................................................................................................................................................. جداول فهرست

1 ............................................................................................................................................................ مقدمه - 1

11 ................................................................................................................................... شیپا ستمیس اجزاء - 2

12 ......................................................................................................................................... سنسورها -1- 2

14 ........................................................................................................................................... مخابرات -2- 2

14 ...................................................................................................... یمخابرات يهايتکنولوژ - 2-1- 2

17 ...................................................................................................... یمخابرات يهاياستراتژ - 2-2- 2

20 ................................................................................................... لیتحل و هیتجز و پردازش مرکز -3- 2

GAMIT/GLOBK ............................................................................................. 21 افزارنرم - 3-1- 2

GIPSY/OASIS .................................................................................................. 24 افزارنرم - 3-2- 2

Bernese ................................................................................................................. 26 افزارنرم - 3-3- 2

Bernese 5.0 ........................................................................................... 29 افزارنرم توسط پردازش روند - 3

campaign ........................................................................................................................... 30 جادیا -1- 3

ح

Bernese .................................................... 33 افزارنرم در رفته کار به یاصل يهابرنامه و هالیفا -2- 3

33 .................................................................................................................. يورود يهالیفا - 2-1- 3

36 .................................................................................................................. یعموم يهالیفا - 2-2- 3

38 ....................................... ساعت اطالعات و قطب حرکت ،يمدار يهالیفا يسازآماده - 2-3- 3

38 ........................................................................................ یمشاهدات يهالیفا يسازآماده - 2-4- 3

40 ...................................................................................................................... یاصل پردازش - 2-5- 3

43 ....................................................................................................... پردازش يخودکارساز ندیفرآ -3- 3

BPE ........................................................................................................................... 44 اجزاء - 3-1- 3

BPE .................................................................................. 46 توسط استفاده مورد يهالیفا - 3-2- 3

BPE ......................................................................................................................... 48 ياجرا - 3-3- 3

49 ......................................................................................................................... شیپا تحت منطقه -4- 3

52 ...............................................................................................شکل رییتغ زیآنال ينظر یمبان بر ینگرش - 4

53 .........................................................................................انسیور مؤلفه مربعات نیکمتر برآورد -1- 4

54 ............................................................................ یمکان نگیلتریف و Karhunen-Loeve بسط -4- 2

GPS............................................ 57 مشاهدات از استفاده با شکل رییتغ يهاگنالیس ییشناسا -3- 4

58 ............................................................................................................تیوضع بردار برآورد - 3-1- 4

60 ................................................................................................................. یاصل مؤلفه زیآنال - 3-2- 4

63 ............................................................................................................... زیآنال و پردازش از حاصل جینتا - 5

64 ............................................................ هاستگاهیا سرعت و مختصات يبرا آمده دست به جینتا -1- 5

70 .................................................................................................................. جینتا وب تحت شینما -2- 5

74 ......................................................................................................................... شنهاداتیپ و يریگجهینت - 6

77 .................................................................................................................................................. مراجع فهرست

ط

هافهرست شکل

Kostadinov and Merk, 2011( ................................................ 12( شیپا يهاستمیس اجزاء: 1- 2 شکل

Lienhart and Merk, 2010( ................... 18( بلند و کوتاه یارتباط ریمس با میمستق اتصال: 2- 2 شکل

Lienhart and Merk, 2010( ..................................... 19( نترنتیا قیطر از دور راه از اتصال: 3- 2 شکل

,Lienhart and Merk( وب دهندهسیسرو از استفاده با نترنتیا قیطر از دور راه از اتصال: 4- 2 شکل

2010(............................................................................................................................................................... 19

ای و FTP دهندهسیسرو يدارا يهارندهیگ از استفاده با نترنتیا قیطر از دور راه از اتصال: 5- 2 شکل

21 ............................ )رییتغ یکم با) (FTP )Lienhart and Merk, 2010 دهندهسیسرو یمعرف تیقابل

,GAMIT/GLOBK )Herring افزارنرم در Track ماژول از استفاده با پردازش فلوچارت: 6- 2 شکل

2010(............................................................................................................................................................... 23

GIPSY-OASIS فزارانرم در رفته کار به یاصل يهابرنامه و هالیفا فلوچارت: 7- 2 شکل

)Gregorius, 1996( ...................................................................................................................................... 25

Bernese 5.0 )Dach et al., 2007( ................................. 27 در استاندارد پردازش فلوچارت: 8- 2 شکل

Bernese .................................................................................. 31 افزارنرم در پردازش یکل روند: 1- 3 شکل

BPE )Dach et al., 2007( ................................... 45 دهندهسیسرو عملکرد نحوه فلوچارت: 2- 3 شکل

PPP.PCF ......................................................................................................... 48 لیفا از یبخش: 3- 3 شکل

Perl .................................... 50 زبان به شده نوشته برنامه توسط خودکار پردازش انجام روند: 4- 3 شکل

51 ....................................... کایامر متحده االتیا یغرب شمال منطقه در هاستگاهیا یپراکندگ: 5- 3 شکل

Matlab .................................................... 65 افزارنرم توسط شده انجام يهاپردازش یکل روند: 1- 5 شکل

P021 ............................................ 65 ستگاهیا به مربوط یمختصات مؤلفه سه خام یزمان يسر: 2- 5 شکل

IGS08 ......................................................................... 66 مرجع چارچوب در هاستگاهیا سرعت: 3- 5 شکل

ي

یمختصات مؤلفه به مربوط دوم و اول KLE يمدها شده زهینرمال یزمان و یمکان يالگوها: 4- 5 شکل

67 ...................................................................................................................................................... یغرب- یشرق

یمختصات مؤلفه به مربوط دوم و اول KLE يمدها شده زهینرمال یزمان و یمکان يالگوها: 5- 5 شکل

67 .................................................................................................................................................. یجنوب- یشمال

68 . .یارتفاع مؤلفه به مربوط دوم و اول KLE يمدها شده زهینرمال یزمان و یمکان يالگوها: 6- 5 شکل

نگیلتریف اعمال از بعد و قبل P447 ستگاهیا یمختصات مؤلفه سه به مربوط یزمان يسر: 7- 5 شکل

68 ................................................................................................................................................................. یمکان

یجنوب- یشمال و یغرب- یشرق یمختصات مؤلفه به مربوط FOGM تیوضع بردار برآورد: 8- 5 شکل

SC00 .................................................................................................................................................. 69 ستگاهیا

و یجنوب- شمال ،یغرب یشرق یمختصات مؤلفه سه به مربوط شده ریتصو یزمان يسر: 9- 5 شکل

SC00 ........................................................................................................................ 70 ستگاهیا يبرا یارتفاع

71 ........................................... شکل رییتغ شیپا جهت شده یطراح تیسا وب یاصل صفحه: 10- 5شکل

72 ...................................................................... شده یطراح تیسا وب در ما با تماس بخش: 11- 5 شکل

72 ....................................................................هاستگاهیا سرعت شینما به مربوط وب صفحه: 12- 5 شکل

73 ..................................................................... نظر مد ستگاهیا نشیگز به مربوط وب صفحه: 13- 5 شکل

73 .. کاربر توسط دهیبرگز ستگاهیا به مربوط یزمان يسر دانلود و شینما به مربوط صفحه: 14- 5 شکل

ك

فهرست جداول Lienhart and Merk, 2010(............. 15( داده انتقال يهاکابل اتصاالت انواع يبندطبقه: 1 - 2 جدول

Lienhart and Merk, 2010( ..................... 16( داده میسیب انتقال يهاکیتکن يبندطبقه: 2- 2 جدول

IGS, 2009.( ........................................ 34( رندهیگ و ماهواره ساعت و يمدار يهاداده انواع: 1- 3 جدول

IGS, 2009.( ........................................................................ 35( نیزم دوران يپارامترها انواع: 2- 3 جدول

Bernese )Dach et al., 2007( ..... 37 افزارنرم در استفاده مورد یعموم يهالیفا فهرست: 3- 3 جدول

51 .................................................پردازش در استفاده مورد UNAVCO يهاستگاهیا ستیل: 4- 3 جدول

1 مقدمه: فصل اول

برداريدانشکده مهندسی نقشه 1391زمستان دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

مقدمه -1

فصل اول

مقدمه



مقدمه -1

پرداخته ها ضرورت وجود این سیستمهاي پایش و اجزاي سیستم ابتدا به معرفیدر در این فصل

به علت اهمیت ویژه. دنگردپایش تغییر شکل معرفی میمهم هاي سپس برخی از شبکه. شودمی

ي، در ادامه به این مباحث پرداخته مهندسی ژئودزدر ها و آنالیز نتایج حاصل استراتژي پردازش داده

.گرددتوضیح مختصري درباره هر فصل ارائه مینامه در قالب ساختار کلی پایان ،نیز در پایان. شودمی

طبیعی هاي یک سازه و یا عارضهبه طور کلی انجام مشاهدات منظم و پیوسته و ثبت فعالیت

هاي عارضه اطالعات مربوطه استخراج در فرآیند پایش، از تمامی جنبه .شودنامیده می 1مشخص پایش

تغییر در (گیري سیستماتیک و ردیابی تغییر شکل اندازه بهها تنها يگیرحال اگر اندازه. شوندمی

تغییر فرآیند مذکور پایش ،محدود شود ناشی از اعمال نیروهاي خارجی به عارضه) موقعیت و ابعاد

.)CLIMCHALP, 2008( شودمی نامیدهشکل

و مرکز پردازش و یمخابراتسیستم هاي پایش از سه جزء اصلی سنسورها، در حالت کلی سیستم

هاي ارتباطی به مرکز مشاهدات انجام شده توسط سنسورها از طریق کانال. شوندآنالیز تشکیل می

افزارهاي علمی و یا تجاري مورد پردازش و تجزیه و تحلیل قرار شوند و توسط نرمآنالیز مخابره می

اي با سامانه ناوبري ماهواره لف،و ژئوتکنیکی مخت از میان سنسورها یا ابزارهاي ژئودتیک. گیرندمی

که در (GPS) 3، به ویژه سیستم تعیین موقعیت جهانی ایاالت متحده امریکا(GNSS) 2پوشش جهانی

هاي منحصر به فردي نظیر قابلیت اطمینان باال، شود، به دلیل ویژگینامه به آن پرداخته میاین پایان

. دباشابزاري مهم براي پایش تغییر شکل می... سازي ور تمام شرایط جوي، قابلیت خودکارکار د

در جاییگیري جابهبه دلیل دقت باال، سهولت استقرار و همچنین توانایی اندازه GPSاهمیت سیستم

هاي ژئوفیزیکی تا آنجاست که این سیستم مکملی ضروري براي سایر شبکه مقیاس محلی و جهانی

در فصل دوم تمامی اجزاء .)Hammond et al., 2008( گرددنگاري محسوب میهاي لرزهنظیر شبکه

. شوندمی سیستم پایش به تفصیل شرح دادهیک

1 Monitoring 2 Global Navigation Satellite System 3 the United States NAVSTAR Global Positioning System



ها، ها، تونلها، پلهایی نظیر برجدر زیرساخت اريهاي پایش براي شناسایی تغییرات ساختسیستم

پوسته زمین مورد ها و ها، آتشفشانها، صخرهها و معادن و همچنین عوارض طبیعی نظیر شیبنیروگاه

پایش عوارض طبیعی و عوارض ساخته دست بشر امري حیاتی با فوایدي نظیر . گیرنداستفاده قرار می

. شوداعالم خطر بالیاي طبیعی زمین و یا تشخیص وضعیت غیر عادي در رفتار سازه محسوب می

- میزیربنایی هاي از سرمایه گذاريو حمایت جانیکاهش تهدیدات هاي پایشهدف اصلی سیستم

به صورت آنی ،اطالعات تغییر شکل قابل اطمینان و صحیح دسترسی به ،جهت تحقق این هدف .باشد

در سال و همکاران 4هاموند .)Lienhart and Merk, 2010( رسدضروري به نظر می و یا نزدیک به آنی

اندبا تأخیر پایین انجام داده GPSهاي نرخ باالي بررسی جامعی درباره ارزش داده 2011

)Hammond et al., 2008(.

متشکل از صدها ایستگاه با توزیع جهانی و هزاران ایستگاه با (CGPS) 5پیوسته GPSهاي شبکه

هاي اي چارچوبی یکنواخت براي پایش الگوهاي تغییر شکل سطح زمین در مقیاستوزیع منطقه

الگوهاي ،CGPSمطالعات انجام شده به وسیله مشاهدات . نماینداي و محلی فراهم میجهانی، منطقه

;Larson et al., 1997( از حرکت صفحات تکتونیکیمختلف، هاي مکانی در برد مقیاسرا تغییر شکل

Sella et al., 2002; Prawirodirdjo and Bock, 2004 (و حرکت مرکز ثقل زمین )Blewitt et al.,

2001; Dong, 2003( اي پوسته زمین در مرز صفحات تکتونیکیتا تغییر شکل منطقه )Shen et al.,

1997; Murray et al., 1998; Calais, 1999; Miyazaki and Heki, 2001; Hammond and

Thatcher, 2004( لرزه محلیتغییرات هم و )Bock et al., 1993; Hudnut et al., 1996; Simons et

al., 2002( اندکردهمشخص .

ایاالت متحده امریکا، مراکز پردازش اندازي شده توسطهاي راهشبکه توان گفت کهبه جرأت می

آرایه . باشندترین در نوع خود میرین و جامعتقوي ترین،متراکم ،محصوالت ارائه شدهمربوطه و

7ناحیه خلیجاي شبکه تغییر شکل منطقه، (PANGA) 6ژئودتیک شمال غربی اقیانوس آرام

4 Hammond 5 Continuous GPS networks 6 Pacific Northwest Geodetic Array 7 Bay Area Regional Deformation Network



(BARD) شبکه جامع ،GPS 8جنوب کالیفرنیا (SCIGN) ،9رصدخانه مرز پلیت (PBO) ایستگاه و

- می GPSهاي دائمی ترین شبکهاز جمله مهم (NGS CORS) 10پژوهشگاه ملی ژئودزي دائممرجع

. باشند

و ي خامهادادهدهند، هاي خود را در اختیار عموم قرار نمیکشورها که دادهبعضی از برخالف

، ها، پارامترهاي دقیق دوران زمین و حرکت قطبایستگاهسرعت زمانی و هايمحصوالتی مانند سري

در اختیار کاربران در سراسر ویژه هر شبکه هاي اینترنتیو سرویس از طریق مراکز ...ها و مدار ماهواره

پژوهشگاه ، (UNAVCO) 11دانشگاه NAVSTARکنسرسیوم به عالوه، .شودجهان قرار داده می

و مرکز (NASA JPL) 13آزمایشگاه پرتاب جت ناسا، (USGS) 12شناسی ایاالت متحده امریکازمین

ها و محصوالت دادهآرشیو کاملی از که ترین مراکزي هستند از مهم (SOPAC) 14مدار و آرایه دائمی

هاي شبکه برده براي امریکا،نامهاي عالوه بر شبکه. را دارا هستند هاي مذکورهمه و یا اکثر شبکه

، شبکه (ARGN) 15استرالیا GNSSاي از جمله شبکه منطقه مرکز علوم زمین استرالیامتعلق به

در نیوزیلند و AuScope ،GeoNetو شبکه (SPRGN) 16جنوب اقیانوس آرام GNSSاي منطقه

EUREF هاي به ذکر است که شبکه الزم. گردندمحسوب می نیز از مراکز مهم تأمین دادهدر اروپا

به صورت ساعتی یا روزانه و یا در قالب RINEX17هاي خام خود را یا در قالب فرمت مذکور داده

افزارهایی ا استفاده از نرمها بجریان داده. دهندبه صورت آنی در اختیار کاربران قرار می 18جریان داده

ها را به سازي جریان دادهقابلیت ذخیرههمچنین ،این نرم افزار. تندقابل دریافت هس BNC19 از قبیل

فراهم شده از طریق مرکز آنی هايداده ا استفاده ازنامه باین پایان .باشددارا می RINEXفرمت

8 Southern California Integrated GPS Network 9 Plate Boundary Observatory 10 National Geodetic Survey Continuously Operating Reference Station 11 University NAVSTAR Consortium: http://facility.unavco.org/data/dai2/app/dai2.html# 12 United States Geological Survey: http://earthquake.usgs.gov/monitoring/gps 13 NASA Jet Propulsion Laboratory: ftp://sideshow.jpl.nasa.gov/pub 14 Scripps Orbit and Permanent Array: ftp://garner.ucsd.edu/pub 15 Australian Regional GNSS Network 16 South Pacific Regional GNSS Network 17 Receiver Independent Exchange 18 Data Stream 19 BKG Ntrip Client



UNAVCO 20با حمایت بنیاد علوم ملی (NSF) 21و هوانوردي ملی نورديفضا اداره کلو (NASA)

. انجام شده است EAR-0735156با شماره NSFهمکاري نامهبر اساس توافق

هاي خام، استراتژي پردازش و محصوالت تولید شده توسط هر یک از وجود ماهیت مشابه داده با

افزار تفاوت در استراتژي پردازش به تفاوت در نرم. باشندمیمتفاوت از یکدیگر کامالمراکز ذکر شده

به دو دسته GPSهاي افزارهاي پردازش دادهنرمبه طور کلی . گرددمورد استفاده در پردازش باز می

نرم . )Hoffman-Wellenhof, 2001( شوندبندي میافزارهاي تجاري تقسیمافزارهاي علمی و نرمنرم

NASAاز 23GIPSY-OASIS افزار ، نرم22از مؤسسه نجوم دانشگاه برن سوییس Berneseافزار

JPL ،GAMIT از دانشگاهMIT وDIPOP از دانشگاهUNB افزارهاي علمی پردازش از جمله نرم

، 24TGO ،25TTCافزارهاي توان به نرمافزارهاي تجاري نیز میاز میان نرم. باشندمی GPSهاي داده

GrafNav ،MultiRef ،FlyKin ،UNB-RTK ،Precise Point Positioning ،Auto-GIPSY و

UNB-GAPS اشاره نمود.

پذیري در تشکیل بردار هاي نیروي مناسب، انعطافها به کمک مدلامکان تعیین مدار ماهواره

مجهوالت نظیر تخمین همزمان مختصات نقاط، پارامترهاي مداري، تأخیرهاي تروپوسفري، بایاس

رکت نقاط هاي کینماتیک حساعت گیرنده، حرکات قطب و نرخ دوران زمین، تخمین پارامترهاي مدل

این هاي ناشی از به منظور در نظر گرفتن تغییرات ناشی از حرکات صفحات تکتونیکی و جنبش

حرکات در پوسته زمین و همچنین دستیابی به دقت بهتر از سانتیمتر در تعیین موقعیت مطلق و

- نرم هايها و قابلیتترین ویژگیدر تعیین موقعیت نسبی از جمله مهم ppmدقت در حد چند صدم

در نظر به طور کامل افزارهاي تجاري همبستگی ریاضیبه عالوه، در نرم. باشندافزارهاي علمی می

دهندتري ارائه میبینانههاي خوشافزارهاي علمی جوابشود، بدین لحاظ در مقایسه با نرممینگرفته

)Hoffman-Wellenhof, 2001( .شود که در کاربردهایی در نظر گرفتن تمامی این عوامل موجب می

20 National Science Foundation 21 National Aeronautics and Space Administration 22 Astronomical Institute of University of Bern, Switzerland 23 GNSS-Inferred Positioning System and Orbit Analysis Simulation Software 24 Trimble Geomatics Office 25 Trimble Total Control



افزارهاي علمی مذکور مورد استفاده هاي باال براي تعیین موقعیت نیازمندند، یکی از نرمکه به دقت

. قرار بگیرند

مربوط به هر یک از و سرعت عموما سري زمانی مختصاتهاي خام خروجی حاصل از پردازش داده

- میهاي زمانی تولید شده مورد تجزیه و تحلیل قرار سري. باشدیک دیتوم مشخص میها در ایستگاه

آنالیز سري. پژوهشگران ژئودزي و ژئوفیزیک بتوانند تفسیر درستی از نتایج حاصله ارائه دهندگیرند تا

آنالیز بخش اصلی سري :توان در دو بخش متصور شدزمانی مختصات را به عنوان متغیري تصادفی می

هاي در نظر به این ترتیب مدل. شودآن که تحت عنوان نویز شناخته میآنالیز بخش تصادفی زمانی و

.شوندمی تقسیم 27هاي تصادفیو مدل 26هاي اصلی یا تابعیگرفته شده نیز به مدل

;Williams et al., 2004( داراي همبستگی زمانی GPSنویز موجود در سري زمانی مختصات

Langbein, 2008( و مکانی )Wdowinski et al., 1997; Dong et al., 2006( هاي سیگنال. باشندمی

بنابراین براي داشتن . باشندکوچک تغییر شکل نیز به سادگی از این نویز همبسته قابل تمیز دادن نمی

. داشته باشیم GPSتفسیري مناسب بایستی درك خوبی از ماهیت تصادفی سري زمانی مختصات

ها را به دو گروه توان آنکامل شناخته شده نیستند ولی میبه طور اگرچه منشأ نویزهاي همبسته

هاي کل شبکه مشترك باشد که در بین ایستگاهدسته اول شامل نویزهایی می. بندي نمودعمده تقسیم

خطاي مدار معروف است ناشی از 28(CME) که به خطاي مد مشتركاز خطاها هدستاین .است

خطاي تأخیر ناشی از عبور امواج از یا و ) به طور مثال توجیه زمین(ماهواره، خطاي چارچوب مرجع

در اغلب مراکز آنالیز جهت .کنندهاي یک شبکه اثر میهستند که به طور مشترك بر روي ایستگاهجو

و در نتیجه افزایش دقت شناسایی GPSاي هاي منطقههاي شبکهایستگاه افزایش دقت مختصات

وسیله فیلترینگ مکانی سري خطاهاي مشترك را به 29گذراي تغییر شکلهاي ضعیف و یا سیگنال

اولین بار توسط GPSفیلترینگ مکانی سري زمانی مختصات . دهندزمانی باقیمانده، کاهش می

7,6لرزه زلزله لرزه و پسهاي همبراي بهبود دقت جابجایی 1997و همکاران در سال 30ووینسکی

26 Functional models 27 Stochastic models 28 Common Mode Error 29 Transient deformation signals 30 Wdowinski



و پس )Wdowinski et al., 1997( جنوب کالیفرنیا به کار گرفته شددر 1992سال 31ریشتري لندرز

از آن نیز به طور گسترده به عنوان بخش الینفک مطالعات فرآیندهاي تکتونیکی مختلف مورد استفاده

Scherneck et al., 2000; Parker, 2001; Wdowinski et al., 2004; Smith et( قرار گرفته است

al., 2004; Bilich, 2006( .کند که خطاي مشترك به صورت روش مرسوم فیلترینگ مکانی فرض می

هاي با ابعاد در حد چند صد کیلومتر است این فرض تقریب خوبی براي شبکه. مکانی یکنواخت است

با 32زمانی- فیلترینگ مکانی در مقابل، در روش. تر صادق نیستهاي با ابعاد بزرگولی براي شبکه

2006در سال 34که توسط دونگ Karhunen-Loeveو بسط (PCA) 33آنالیز مؤلفه اصلی استفاده از

جنوب کالیفرنیا به کار گرفته GPSاي هاي شبکه منطقههاي زمانی مختصات ایستگاهسري رايب

.)Dong et al., 2006( شودنظر گرفته نمی شدند، فرض یکنواخت بودن خطاي مشترك در

بر روي KLEو استفاده از تکنیک ي روش ارائه شده توسط دونگکارگیربا بهدر این پایان نامه

معیار در نظر گرفتن مد . شودتعیین و حذف می (CME)سري زمانی باقیمانده، خطاي مد مشترك

نه مشترك در این روش، وجود الگوي مکانی یکنواخت در شبکه و الگوي زمانی نه کامال تصادفی و

بر این اساس غالبا چند مد اول حائز . باشدؤلفه اصلی مربوط به آن مد میاتیک براي مکامال سیستم

.شرایط مذکور خواهند بود

باشند، شامل خطاي چند مسیري، تغییرات نیز که تنها مختص ایستگاه می از خطاها دسته دوم

انی و همچون پوشش آسم(مرکز فاز آنتن، خطاهاي مربوط به هندسه مشاهده بین گیرنده و ماهواره

هاي در آنالیز نویز سري .و عدم استحکام کافی محل استقرار دستگاه هستند) ماهوارهجهت ردیابی

و یا برآورد کمترین (MLE) 35هاي آنالیز توان طیفی، برآورد ماکزیمم احتمالزمانی مختصات، از روش

سري زمانی مربوط به 1999در سال 37کاالیس. شوداستفاده می (LS-VCE) 36مربعات مؤلفه وریانس

را با استفاده از آنالیز طیفی پردازش کرد و به این نتیجه رسید که ترکیبی از GPSسه ایستگاه دائمی

31 Landers 32 Spatiotemporal filtering 33 Principal Component Analysis 34 Dong 35 Maximum Likelihood Estimation 36 Least-Squares Variance Component Estimation 37 Calais



. )Calais, 1999( باشدهاي زمانی مختصات میبهترین مدل براي نویز سري 38نویز سفید و نویز فلیکر

هاي با توزیع جهانی، ویلیامز و همکاران در سال تگاهایس GPS همچنین در مورد سري زمانی مختصات

با استفاده از روش برآورد ماکزیمم احتمال نشان دادند که ترکیبی از نویز سفید و فلیکر مدل 2004

امیري سیمکویی و . )Williams et al., 2004( تصادفی مناسبی براي هر سه مؤلفه مختصاتی است

هاي نویز کمترین مربعات مؤلفه وریانس را جهت ارزیابی ویژگیروش برآورد 2007همکاران در سال

و 39اتورگرسیو، ارائه دادند و دریافتند که عموما مدل شامل نویز سفید GPSدر سري زمانی مختصات

-Amiri( کندهاي مختصاتی را به بهترین وجه ممکن توصیف مینویز موجود در مؤلفه ،فلیکر

Simkooei, 2007(.

براي مدل کردن همبستگی زمانی نویز موجود 40مارکف مرتبه اول- پایان نامه فرآیند گاؤسدر این

سازي آن در فیلترینگ این انتخاب عالوه بر سهولت پیادهدلیل . در سري زمانی انتخاب شده است

هاي کالمن این است که در صورت افزودن چند فرآیند، طیف توانی حاصل با طیف بسیاري از مدل

.)Langbein, 2008( دیگر مطابقت داردنویز

میزان خطاي موجود در موقعیت بینانه از برآوردي واقعالزم به ذکر است که براي رسیدن به

در حین روند شهرت دارد و با استفاده از نویز موجود در مشاهدات فاز 41ایستگاه که به خطاي معمول

در نظر گرفتن با (LSVCE) 42فه وریانسبرآورد کمترین مربعات مؤل گردد،محاسبه میپردازش

. گیردانجام می فلیکر و ترکیبی از نویز سفید

عموما شامل یک GPSهاي زمانی مختصات سري، یا همان برآورد مدل تابعی در آنالیز مختصات

، آفست، مشاهده اشتباه و گپ داده )اغلب فصلی(هاي پریودیک ، سیگنال)سرعت دائمی(ترند خطی

هاي افقی، ناشی از حرکت صفحات تکتونیکی و تجمع استرین ترند خطی، به ویژه در مؤلفه .باشندمی

یعنی سالیانه (هاي پریودیک یا تکرار شونده اغلب داراي دوره تناوب فصلی سیگنال. در مرز پلیت است

از به طور مثال بار ناشی (منشأ تغییرات فصلی شامل تغییرات جرم سطحی . هستند) و نیم سالیانه

38 Flicker 39 Autoregressive 40 First Order Gauss Markov 41 Formal errors 42 Least-Sqaures Variance Component Estimation



هاي زیر زمینی و جزر و مد اقیانوسی، بار ناشی از جو، بار اقیانوسی غیر جزر و مدي، بار ناشی از آب

هاي تغییرات هاي جوي، مدلها، مدلبه طور مثال مدل مدار ماهواره(ها ، خطاهاي موجود در مدل...)

هاي زمانی سري .)Dong et al., 2002( باشد، خطاي چند مسیري و غیره می...)مرکز فاز آنتن و

هاي شوند، حاوي سیگنالهاي مذکور که به طور معمول مشاهده میعالوه بر سیگنال GPSمختصات

هاي آمدگی پوسته ناشی از ماگماي درون زمین، لغزشلرزه، بااللرزه و پسگذرا از جمله تغییرات هم

برخی از این . باشندزیرزمینی نیز میهاي سطحی و یا هاي ناشی از آبشکل تدریجی و یا تغییر

باال به سادگی از روي سري زمانی خام قابل (SNR)ها به دلیل نسبت سیگنال به نویز سیگنال

هاي گذرایی با از آنجایی که در مطالعات تغییر شکل پوسته زمین، چنین سیگنال. تشخیص هستند

گیري از تکنیکی مناسب جهت شناسایی بهتر اي برخوردارند؛ لزوم بهرهمنشأ تکتونیکی از اهمیت ویژه

. شودها به خوبی احساس میاین قسم از تغییر شکل

مکانی با - هاي موجود، فیلترینگ زمانیبراي آنالیز تغییر شکل و شناسایی سیگنالنامه در این پایان

به کار (PCA)در فیلترینگ کالمن و آنالیز مؤلفه اصلی 43استفاده از ترکیب برآورد بردار وضعیت

سالیانه، آفست ناشی از بردار وضعیت شامل ترند خطی، تابع سینوسی سالیانه و نیم .گرفته شده است

برآورد بردار وضعیت .مارکف است-فرآیند گاؤس لرزه وهاي هماي براي آفستتغییرات آنتن، تابع پله

در حوزه زمان با کاهش میزان خطاي تصادفی و آنالیز مؤلفه اصلی در حوزه مکان با در نظر گرفتن

- بدین طریق می. دهندها، نسبت سیگنال به نویز را افزایش میانسجام یا همبستگی مکانی سیگنال

پس .ص نیستند، شناسایی نمودهایی را که در سري زمانی خام به سادگی قابل تشخیتوان تغییر شکل

براي بررسی تغییرات زمانی و توزیع FOGMبرآوردهاي PCAبا استفاده از از برآورد بردار وضعیت،

بسته به نسبت سیگنال به نویز، . شودهاي اصلی و بردارهاي ویژه تجزیه میمکانی به ترتیب به مؤلفه

تست معنادار بودن نتایج حاصل . شونداهده میهاي منسجم در چند مؤلفه اصلی مرتبه باال مشسیگنال

با حذف اثر (با تصویر کردن سري زمانی اولیه .پذیردانجام می chi-squareبا استفاده از آماره PCAاز

آید که قابلیت به کار هاي اصلی، سري زمانی بازسازي شده به دست میبر روي مؤلفه) ترند خطی

برداري ازبهرههاي ناشی از شکل از جمله پایش تغییر شکل هاي پایش آنی تغییرگیري در سیستم

43 State estimation



هاي ناشی از هاي زمین، و یا تغییر شکلذخایر زیرزمینی نظیر فرونشست زمین، شکافت و یا حفره

ها از روش الزم به ذکر است که گپ موجود در داده .)Ji, 2011( باشدرا دارا می فشانلرزه و آتشزمین

از بین برده ،)Dong et al., 2006( شودبه کار گرفته می QOCAافزار که در نرم PCAاستفاده مکرر از

.شوندمی

هر به معرفی نامهاز این پایان فصل دوم. در فصل مقدمه یک طرح اجمالی از پایان نامه ارائه شد

اي مقایسه ،این فصل از و آنالیز در قسمت مرکز پردازش .پردازدمیسیستم پایش یک یک از اجزاي

چگونگی در ابتدا ،در فصل سوم .شودافزارهاي علمی موجود انجام میبین ساز و کار پردازش در نرم

سپس .گیردمورد بررسی قرار میبه طور مفصل 5,0نسخه Berneseافزار ها توسط نرمپردازش داده

آنالیز بیان نظري چهارم بهفصل در .گرددها بیان میمنطقه مورد پایش و چگونگی دستیابی به داده

هاآنالیز آن ،حاصل از پردازشفصل پنجم به بررسی نتایج . دشوپرداخته میزمانی مختصات هايسري

. گردندمی و پیشنهادات ارائه گیريدر فصل پایانی نیز نتیجه .اختصاص دارد نتایج نمایش تحت وبو

11 اجزاء سیستم پایش: فصل دوم


اجزاء سیستم پایش -2

دومفصل

اجزاء سیستم پایش



اجزاء سیستم پایش -2سنسورها، هاي پایش پیشرفته از سه جزء اصلی سیستم ،شد اشارهگونه که در فصل مقدمه همان

اصلی اجزاء .)Lienhart and Merk, 2010( شوندتشکیل می مرکز تجزیه و تحلیلو سامانه مخابراتی

این در .)Kostadinov and Merk, 2011( نشان داده شده است 1- 2شکل در یک سیستم پایش

.شوداجزا پرداخته میاین توضیح هر یک از معرفی و به فصل

)Kostadinov and Merk, 2011( شیپا هايستمیس اجزاء: 1 - 2 شکل

سنسورها -2-1

-تقسیمصورت زیر به توانرا می یک سیستم پایش تغییر شکلگیري سنسورها یا ابزارهاي اندازه

: )CLIMCHALP, 2008( دکربندي

هاي زمین مرجع شده را در یک، دو جابجاییها این سنسور :گیري ژئودتیکابزارهاي اندازه

ها، ها، ترازیابتوتال استیشن به تواناز جمله این ابزارها می. کنندگیري میو یا سه بعد اندازه

همچنین و لیزر اسکنرها ،(GNSS)اي با پوشش جهانی هاي ناوبري ماهوارههاي سامانهگیرنده

- از نمونه. اشاره نمود ،هاي اپتیکیرادارها، لیدارها و دوربیننظیر هاي سنجش از دوردستگاه

در 44توان به پایش پل معلق ویلفردهاي پایش میها در سیستمهاي استفاده از توتال استیشن

46در لندشات Jesuitپایش کلیساي تاریخی ،)Cosser et al., 2003( انگلستان 45ناتینگهام 44 Wilford 45 Nottingham



,.Whitaker et al( پایش سدهاي کالیفرنیا در ایاالت متحده امریکا ،)Foppe, 2006( آلمان

47و پایش شیب) Qui and Wu, 2008( پایش تغییر شکل تونل مترو. اشاره نمود )2000

)Voyat et al., 2006; Mikǒs et al., 2005; Hsiao et al., 2003; Biasion et al., 2005 ( از

براي غالبا ها ترازیاب .باشندها در پایش تغییر شکل میهاي کاربرد لیزر اسکنرجمله نمونه

- مورد استفاده قرار می ها رخ داده استدر آن 49آمدگیو یا باال 48پایش مناطقی که فرونشست

نیز عالوه بر GNSSهاي از سامانه .)Kimata et al., 2004; Isioye and Musa, 2007( گیرند

Calais et al., 2006; Hudnut( پایش تغییر شکل سطح زمین در ابعاد مختلف مکانی و زمانی

et al., 1996; Mazzotti and Adams, 2005; Janssen, 2002 (هایی نظیر جهت پایش سازه

Kim( و معادن )Celebi et al., 1999( هاي بلندها و ساختمانپل ،)Behr et al., 1999( سدها

et al., 2003( دگرداستفاده می.

- گیرياندازهبه ویژه نیز ،مشاهدات سنسورهاي سنجش از دور سنسورهاي ذکر شده، عالوه بر

Colesanti( اندهمواره نقش بسزایی در پایش تغییر شکل سطح زمین ایفا کرده ،هاي رادار

and Wasowski, 2004; Crosetto et al., 2003; crosetto et al., 2005; Lauknes,2004;

Colesanti et al., 2003(.

هاي غیر زمین جابجاییگیري هاي اندازهاین سیستم :گیري ژئوتکنیکیابزارهاي اندازه

توان به از جمله این ابزارها می. کنندگیري میمرجع شده و اثرات یا شرایط محیطی را اندازه

سطح زمین اشاره نمود که در پایش تغییر شکلها سنجشتاب و مترها، تیلت50اکستنسومترها

)Chadwick et al., 1999; Ding et al., 2000; Bonaccorso et al., 1999; Davis et al.,

2001; Moore et al., 2010( هاها و پلهایی نظیر تونلهمچنین سازه )Inaudi et al., 1996;

Kontogianni and Stiros, 2005; Kavvadas, 2005( شوندکار گرفته میبه .

گیري میپارامترها و شرایط خاك را اندازهاین سنسورها :گیري ژئوفیزیکیابزارهاي اندازه -

گیري مقاومت ویژه الکتریکی خاك از جمله این ابزارها هاي اندازهها و دستگاهسنجلرزه. کنند 46 Landshut 47 Slope monitoring 48 Subsidence 49 Uplift 50 Extensometers



,.Welsh et al., 2005; Grêt et al( هافشانآتش فعالیتها براي پایش سنجلرزه .باشندمی

نیز )Kawakatsu, 1998; Obara et al., 2005; Mikada et al., 2003( ايو امواج لرزه )2005

.گیرندمورد استفاده قرار می

اي ماهوارههاي سامانه ناوبري مقدمه نیز بیان شد از میان سنسورها، گیرندهفصل که در طورهمان

ابزاري مهم براي پایش ی منحصر به فرد،هایویژگی برخورداري از به دلیل (GNSS)با پوشش جهانی

در بسیاري از کاربردهاي ژئودتیک نظیر GNSSامروزه مشاهدات . شوندمیمحسوب تغییر شکل

در حال حاضر . رندگیمورد استفاده قرار می... تعیین موقعیت مطلق دقیق، ناوبري، پایش تغییر شکل و

و سیستم (GPS)، یعنی سیستم تعیین موقعیت جهانی ایاالت متحده امریکا GNSSتنها دو سیستم

و Galileo. باشندبه طور کامل در حال کار می (GLONASS) 51تعیین موقعیت جهانی روسیه

Compass دو سیستمGNSS که هنوز به طور باشند دیگر به ترتیب متعلق به اتحادیه اروپا و چین می

. اندکامل اجرایی نشده

مخابرات -2-2

ترین و دشوارترین مسئله غالبا مهم ،پایش در طراحی و نصب تجهیزات مربوط به یک پروژه

. باشدهاي مخابراتی مناسب و مقرون به صرفه میها و فراهم نمودن زیرساختچگونگی انتقال داده

وابسته مورد استفاده، کنترل به استراتژي و تکنولوژي مخابراتیارتباط بین سنسورها در محل و مرکز

به معرفی و ،همچنین .شوندهاي مخابراتی توضیح داده میتژيادر ادامه برخی از انواع استر. است

. شودهاي موجود انتقال داده پرداخته میبررسی کارآیی برخی از تکنولوژي

هاي مخابراتیتکنولوژي -2-2-1

ها از سنسور به مرکز کنترل یا از طریق کابل انتقال داده و یا از طریق انتقال داده به طور کلی

.گیردسیم صورت میارتباط بی

51 Russian (formerly Soviet) Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema



کابل انتقال داده -1-1- 2-2

اتصال از طریق کابل به دلیل مقاومت در برابر عوامل نویز خارجی بستر مخابراتی قابل اطمینانی را

نرخ انتقال داده و ماکزیمم طول کابل قابل استفاده به نوع اتصال . نمایدها فراهم میبراي انتقال داده

هر یک . طور مختصر بیان شده استه انواع اتصاالت و مشخصات هر یک ب 1-2جدول در. وابسته است

Lienhart( باشداز انواع اتصاالت، کابل ارتباطی، رابط و پروتکل ارسالی مخصوص به خود را دارا می

and Merk, 2010(. هاي پایش غالبا مجهز به رابط گیري مورد استفاده در سیستمابزارهاي اندازه

RS232 هاي مرجع هاي ایستگاهدر گیرنده. هستندGNSS نیز به صورت انتخابی موجود 52اترنت رابط

. شوندتجهیز می RS485یا RS232 53هايمترها معموال با درگاهدر مقابل، تیلت. است

)Lienhart and Merk, 2010( داده انتقال هايکابل اتصاالت انواع يبندطبقه :1 - 2 جدول

نرخ انتقال داده ماکزیمم طول کابل نوع اتصال

USB مگابیت بر ثانیه 480تا چند متر

RS232 15-1000 متر

بیت بر ثانیه 19200متر 15 بیت بر ثانیه 9600متر 150 بیت بر ثانیه 4800متر 300 بیت بر ثانیه 2400متر 1000

RS485-Bus-

System 1200 مگابیت بر ثانیه 10تا متر

با (گیگابیت بر ثانیه 10مگابیت بر ثانیه تا 10 کیلومتر 40 اترنت

)کمک فیبر نوري

سیمارتباطات بی - 1-2- 2-2

هاي انتقال داده سهولت نصب تجهیزات و سرعت باالتر آن سیم نسبت به کابلمزیت ارتباط بی

طور مثال براي انتقال داده در طول یک جاده، ه حتی در فواصل کوتاه، ب. باشدبراي فواصل طوالنی می

52 Ethernet 53 Ports



جدول سیم داده درمختلف انتقال بیهاي تکنیک. تر از ارتباط کابلی خواهد بودسیم ارزانارتباط بی

در مورد . تکنولوژي مورد استفاده، برد و نرخ انتقال داده متفاوت است بسته به. اندخالصه شده 2- 2

ها، مانند ارتباط رادیویی، برد مورد استفاده به قوانین و مقررات محلی نیز که قدرت برخی از تکنیک

- دهد، وابسته میهاي خاص را میزه مخابره برخی فرکانسکند و تنها اجاانتقال مجاز را محدود می

به خاطر نرخ پایین انتقال داده در ارتباط رادیویی، بایستی بین میزان داده منتقل شده و این . باشد

سنسورهاي . تر شدن موضوع مثال زیر را در نظر بگیریدبراي روشن. نوع ارتباط سازگاري برقرار نمود

GNSS براي انتقال این حجم از مشاهدات به . کنندهرتز و باالتر تولید می 20ا نرخ هاي بکنونی داده

که از آنجایی. کیلوبیت بر ثانیه مورد نیاز است 50تر از بیش از ده ماهواره، نرخ انتقال داده بیش

باشد، فرکانس کیلوبیت بر ثانیه می 2/19اده در ارتباطات رادیویی مرسوم ماکزیمم نرخ انتقال د

کنید ارتباطات مالحظه می 2- 2جدول طور که درهمان. یابدهرتز کاهش می 10اهدات به زیر مش

.)Lienhart and Merk, 2010( ترین نوع ارتباط هستندموبایل قابل اطمینان اینترنت موبایل و رادیو

)Lienhart and Merk, 2010( داده مسییب انتقال هايکیتکن يبند طبقه :2- 2 جدول

حساسیت نرخ انتقال داده برد نوع

با آنتن (کیلومتر 100 رادیویی بیت بر ثانیه 19200 -9600 )متحرك

تداخل امواج و مانع موجب تضعیف و یا قطع ارسال

.گرددسیگنال می

مگابیت بر ثانیه 1/2 متر 100حدود 54بلوتوث

تداخل امواج، به طور مثال WLAN موجب تضعیف

و یا قطع کامل ارسال .شودسیگنال می

WLAN 10 تداخل امواج با سایر شبکه چند مگابیت بر ثانیه کیلومتر- WLANهاي

-هاي رادیوشبکه

موبایل و 55موبایل اینترنت

از نظر تئوري نامحدود، از نظر عملی وابسته به

.شبکه است

GSM :4/14 کیلوبیت بر ثانیه GPRS :6/53 دانلود(کیلوبیت بر ثانیه(

)آپلود(کیلوبیت بر ثانیه 8/26

EDGE :220 دانلود(کیلوبیت بر ثانیه( )آپلود(کیلوبیت بر ثانیه 110

بدون انتقال داده مطمئن، تداخل، مشکالت احتمالی

با ازدحام شبکه

54 Bluetooth 55 Mobile Radio and Mobiles Internet Networks



حساسیت نرخ انتقال داده برد نوع

-هاي رادیوشبکه موبایل و

موبایل اینترنت

UMTS: )آپلود دانلود و( کیلوبیت بر ثانیه 384

HSDPA :2/7 دانلود(مگابیت بر ثانیه(

)آپلود(مگابیت بر ثانیه 8/5

HSPA+ :28 دانلود(مگابیت بر ثانیه( )آپلود(مگابیت بر ثانیه 11

LTE :100 دانلود(مگابیت بر ثانیه(

)آپلود(مگابیت بر ثانیه 50

مخابراتیهاي استراتژي -2-2-2

سنسورها، واحد ارتباطی، (ها منظور از استراتژي مخابراتی چگونگی آرایش خطوط ارتباطی و گره

. باشدمی...) کامپیوتر و

اتصال مستقیم با مسیر ارتباطی کوتاه یا بلند - 2-1- 2-2

عیب اتصال مستقیم با مسیر . دهدمستقیم سنسور و مرکز کنترل را نشان میاتصال 2- 2شکل

دسترسی به کامپیوتر از راه در این استراتژي مخابراتی این است که ) شکل سمت چپ(ارتباطی کوتاه

هاي مشاهداتی و نتایج آنالیز بایستی به صورت دستی استخراج شوند؛ باشد و دادهپذیر نمیدور امکان

ها در هر زمانی در دفتر قابل دستیابی داده) شکل سمت راست(که در مسیر ارتباطی بلند یصورت در

عیب مسیر ارتباطی بلند نیز این است که احتمال قطع ارتباط در این نوع اتصال بیشتر است. دنهست

)Lienhart and Merk, 2010.( و یکی دیگر از معایب اتصال مستقیم در هر دو مسیر ارتباطی کوتاه

.باشدها در محل پایش میاندازي زیرساختبلند هزینه بسیار زیاد راه



)Lienhart and Merk, 2010( )راست( بلند و) چپ( کوتاه یارتباط ریمس با میمستق اتصال: 2- 2 شکل

از راه دور از طریق اینترنتاتصال -2-2- 2-2

افزار آنالیز وجود دارد و ارتباط بین ارتباطی کوتاه بین سنسورها و نرمدر این نوع اتصال، مسیر

دستیابی 2- 3شکل .شودکامپیوتر محل کار و کامپیوتر محل پایش از طریق اینترنت برقرار می

. دهدرا نشان می 56مستقیم از طریق برنامه دسکتاپ از راه دور

. نمایش داده شده است 57دهنده وبدیگري از این نوع اتصال با کمک سرویس نوع 4- 2شکل در

دهد و سپس ها را مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار میدر این گونه اتصال، کامپیوتر محل پایش داده

روي . فرستدمی FTP58 دهندهسرویس، مانند دهنده وبسرویسها را به همراه نتایج آنالیز به یک داده

ها را ذخیره کرده و نتایج را به یک سرویس وب نصب شده است که دادهدهنده وب سرویساین

کاربر براي دسترسی به سرویس وب و بررسی نتایج پایش از مرورگر وب استفاده . گذاردنمایش می

.کندمی

56 Remote desktop 57 Web server 58 File Transfer Protocol



)Lienhart and Merk, 2010( اتصال از راه دور از طریق اینترنت :3- 2 شکل

)Lienhart and Merk, 2010( دهنده وبسرویساتصال از راه دور از طریق اینترنت با استفاده از :4- 2 شکل



گیري در هر زمانی تنها آدرس مزیت این نوع آرایش این است که براي دستیابی به نتایج اندازه

عیب . اي غیر از مرورگر وب نخواهید داشتکنید و نیازي به نصب برنامهتایپ میاینترنتی مربوطه را

باشدها در محل پایش میاندازي زیرساختاین نوع اتصال نیز همانند اتصال قبلی هزینه بسیار زیاد راه

)Lienhart and Merk, 2010(.

مسیرهاي ارتباطی بلند، ترجیح داده گونه که گفته شد به دلیل احتمال باالي قطع ارتباط در همان

کامپیوتر (توان مرکز کنترل از طرفی همواره نمی. شود از مسیرهاي ارتباطی کوتاه استفاده شودمی

از دالیل وجود فاصله زیاد . اندازي نمودرا در نزدیکی منطقه تحت پایش راه) موجود در محل پایش

طور مثال ه ب(رسی ضعیف به منطقه تحت پایش توان به دستبین محل سنسورها و مرکز آنالیز می

اي گیري در منطقهمثال اندازه به طور(و یا مسائل ایمنی ) سکوي نفتی در دریا و یا خط لوله در بیابان

از این رو امروزه .)Lienhart and Merk, 2010( اشاره نمود) ايآلوده در اطراف یک نیروگاه هسته

هستند و یا قابلیت معرفی FTP دهندهسرویسکه یا داراي هاي نسل جدیداستفاده از گیرنده

- توان به گیرندهها میاز جمله این گیرنده. شودباشند ترجیح داده میرا دارا می FTP دهندهسرویس

و گیرنده 60شرکت اشتک ProFlex 500 CORS، گیرنده 59شرکت الیکا GRX1200هاي سري

Trimble NetR9 چگونگی اتصال با استفاده از این نوع 5- 2شکل در. اشاره نمود 61شرکت تریمبل

. شده استها نشان داده گیرنده

مرکز پردازش و تجزیه و تحلیل -2-3

هاي خام، آنالیز نتایج حاصله و مرکز پردازش همان کامپیوتري است که دریافت و پردازش داده

که در فصل مقدمه نیز گونه همان. شودهمچنین تهیه گزارشات عددي و گرافیکی در آن انجام می

- افزارهاي علمی موجود اکتفا میبیان شد، در این بخش تنها به توضیح مختصري درباره ساز و کار نرم

- هاي بعدي موکول میو آنالیز و نمایش نتایج به فصل Bernese فزاراشود و چگونگی پردازش با نرم

. گردد

59 Leica 60 Ashtech 61 Trimble



و یا قابلیت معرفی FTP دهندهسرویسهاي داراي اتصال از راه دور از طریق اینترنت با استفاده از گیرنده: 5-2 شکل )با کمی تغییر() FTP )Lienhart and Merk, 2010 دهندهسرویس

GAMIT/GLOBKافزار نرم -2-3-1

با پشتیبانی 62و دانشگاه هاروارد MITنگاري دانشگاه توسط مؤسسه اقیانوس GAMITافزار نرم

NSF 63 توسعه یافت )Herring et al., 2009(. GAMIT ها براي پردازش اي جامع از برنامهمجموعه

- ها در سه بعد، مدار ماهوارههاي فاز موج حامل و شبه فاصله جهت برآورد موقعیت نسبی ایستگاهداده

افزار تنها تحت این نرم. شدبامی (EOP) 64ها، تأخیر زنیتی ناشی از جو و پارامترهاي توجیه زمین

است که هدف 65نیز یک فیلتر کالمن GLOBK. قابل اجرا است UNIX/LINUXهاي عامل سیستم

- می SLRو GPS ،VLBIهاي ژئودتیک مختلف نظیر هاي حاصل از سیستماصلی آن تلفیق جواب

به صورت رایگان در اختیار نهادهاي GAMIT/GLOBKافزار نرم .)Herring et al., 2009( باشد

اند، علمی و پژوهشگران سراسر دنیا، به غیر از کشورهایی که از طرف ایاالت متحده امریکا تحریم شده

. شودقرار داده می

62 Harvard 63 National Science Foundation 64 Earth Orientation Parameters 65 Kalman filter



:عبارتند از GAMITافزار هاي فیزیکی به کار رفته در نرمبرخی از مدل

قرارداد بر اساس جزر و مدهاي بخش صلب زمینIERS 2003 )McCarthy and Petit,

2004 (

مدل مبتنی بربار ناشی از جزر و مد اقیانوسیFES04 )Lyard et al., 2006 (

قرارداد بر اساس تغییرات قطبIERS 2003 )McCarthy and Petit, 2004 (

مدل حرکت ماهواره حول محور قائم )Bar-Sever, 1996 (

هاي و خشک تروپوسفر مانند مدل هاي ترتابع نگاشت براي مؤلفهLanyi )Treuhaft and

Lanyi, 1987 ( و Neill)Niell, 1996(

مطلق مرکز فاز آنتن گیرنده و فرستنده يهامدل )Schmid et al., 2005 (

قرارداد اثر نسبیت عام بر اساسIERS 2003 )McCarthy and Petit, 2004(

66بایاس کد تفاضلی (DCB) از محصوالتIGS67 )Schaer, 2000 (

پارامتري 15مدل تشعشعات خورشیديBERN )Springer et al., 1999 (

- به صورت پس GPSبراي تعیین موقعیت کینماتیک دیفرانسیلی GAMIT/GLOBKافزار در نرم

تفاوت این دو ماژول در . شوداستفاده می TrackRTو Trackهاي پردازش و یا آنی به ترتیب از ماژول

اطالعات اولیه مورد . بردجهت دریافت جریان داده بهره می BNCافزار از نرم TrackRTاین است که

ها ، پارامترهاي توجیه زمین و موقعیت اولیه ایستگاهIGSنیاز براي پردازش شامل محصوالت مداري

.باشدمی

6- 2شکل در Trackبا استفاده از ماژول GAMIT/GLOBKافزار ها در نرمچگونگی پردازش داده

. )Herring, 2010( شده است نشان داده

66 Differential Code Bias 67 International GPS Service



)GAMIT/GLOBK )Herring, 2010افزار در نرم Trackفلوچارت پردازش با استفاده از ماژول : 6- 2 شکل



GIPSY/OASISافزار نرم -2-3-2

در این . واقع در کالیفرنیا توسعه یافت 68در آزمایشگاه پرتاب جت ناسا در پاسادنا GIPSYنرم افزار

در قالب GPSاستراتژي پردازش جهت تعیین موقعیت به این صورت است که فایل مشاهدات ،افزارنرم

پردازش JPLو محصوالت (PPP) 69مطلق دقیق با استفاده از روش تعیین موقعیت RINEX فرمت

و ساعت ماهواره به مقادیر به دست آمده از فرآیند تعیین مدار مختصات ،در این استراتژي. شوندمی

انجام Ambizapسپس حل ابهام فاز با استفاده از . )Zumberge et al., 1997( شونددقیق ثابت می

. )Blewitt, 2008( شودمی

: عبارتند از GIPSYافزار نرم به کار رفته در هاي فیزیکیبرخی از مدل

قرارداد بر اساس جزر و مدهاي بخش صلب زمینIERS 2003 )McCarthy and Petit,

2004 (

مدل مبتنی بر بار ناشی از جزر و مد اقیانوسیFES04 )Lyard et al., 2006(

قرارداد مطابق با تغییرات قطبIERS 2003 )McCarthy and Petit, 2004 (

ماهواره حول محور قائم مدل حرکت)Bar-Sever, 1996(

مانند هاي تر و هیدروستاتیک تروپوسفرتابع نگاشت براي مؤلفهGMF )Boehm et al.,

) Niell, 1996( Neillو )2006

هاي مطلق مرکز فاز آنتن گیرنده و فرستندهمدل )Schmid et al., 2005(

هاي مرکز فاز آنتن و مختصات اولیه ایستگاه، آفستاطالعات اولیه مورد نیاز براي پردازش شامل

قابلیت GIPSYافزار الزم به ذکر است که نرم. باشدبردار واصل پیالر و نقطه مرجع روي آنتن می

هاي اصلی مورد ها و فایلبرنامه 7- 2شکل در .داراست 70RTGتعیین موقعیت آنی را به وسیله

. )Gregorius, 1996( استنشان داده شده GIPSY-OASIS افزار استفاده در نرم

68 Pasadena 69 Precise Point Positioning 70 Real-Time GIPSY



) GIPSY-OASIS )Gregorius, 1996افزار هاي اصلی به کار رفته در نرمها و برنامهفلوچارت فایل: 7- 2 شکل



Berneseافزار نرم -2-3-3

- توسعه یافته است از جمله نرم (AIUB)که توسط انستیتو نجوم دانشگاه برن Berneseافزار نرم

مؤسسه علمی و تحقیقاتی 500پذیري بسیار باال بوده و بیش از افزارهاي داراي دقت، کارآیی و انعطاف

- این پایان در زمان نگارش افزارآخرین نسخه این نرم. کنندافزار استفاده میدر سرتاسر دنیا از این نرم

.به بازار عرضه شد 2004است که در ماه مه سال Bernese 5.0آن یعنی 5,0، نسخه نامه

افزار نرم. شودبه هر دو صورت مطلق و نسبی انجام می Bereneseافزار تعیین موقعیت در نرم

Bernese الزم به ذکر . باشدها براي کاربردهاي آنی نمیرایگان نبوده و قادر به پردازش جریان داده

افزار هاي ویژه این نرماز قابلیت. کندعمل می عامل هايتحت تمامی سیستمافزار این نرماست که

Dach( دسازپذیر میکه عملیات خودکارسازي پردازش را امکان است BPE71 آن یعنیموتور پردازش

et al., 2007( .

پایش یونوسفر و کاربردهاي دیگري نظیر راي عالوه بر تعیین موقعیت دقیق، ب Berneseافزار نرم

برخی . باشدبرآورد پارامترهاي توجیه زمین و انتقال زمان نیز بسیار مناسب می ،تروپوسفر، تعیین مدار

:عبارتند از Berneseافزار نرم مورد استفاده در هاي فیزیکیاز مدل

قرارداد اساس برجزر و مدهاي بخش صلب زمینIERS 2003 )McCarthy and Petit,

2004 (

مدل مطابق با بار ناشی از جزر و مد اقیانوسیFES04 )Lyard et al., 2006(

قرارداد بر اساس تغییرات قطبIERS 2003 )McCarthy and Petit, 2004 (

هاي هاي تر و خشک تروپوسفر نظیر مدلتابع نگاشت براي مؤلفهNiell )Niell, 1996(،

Saastamoinen )Saastamoinen, 1973( وHopfield )Hopfield, 1969(

72افمریز DE200 ازJPL براي مدل کردن اثر جاذبه ماه و خورشید و سیارات )Standish,

1990(

هاي جاذبه نظیر مدلJMG3 ،EGM96 ،EIGEN2 وTEG4 )McCarthy and Petit, 2004 (

71 Bernese Processing Engine 72 Ephemerides



مرکز فاز آنتن گیرنده و فرستنده هاي نسبی و مطلقمدل )Schmid et al., 2005(

بایاس کد تفاضلی(DCB) از محصوالت IGS )Schaer, 2000(

پارامتري 15مدل تشعشعات خورشیديBERN )Springer et al., 1999(

. )Dach et al., 2007( افزار نشان داده شده استروند پردازش معمول در این نرم 8- 2شکل در

)Bernese 5.0 )Dach et al., 2007در فلوچارت پردازش استاندارد : 8- 2 شکل

شبکه مرجع GPSهاي افزار براي پردازش دادهاز هر سه نرم 2009و همکاران در سال 73باربارال

GPS ایتالیا(74RDN) افزار هاي دو نرمنتایج ارائه شده حاکی از آن است که جواب. استفاده کردند

73 Barbarella 74 Rete Dinamica Nazionale



Bernese وGAMIT جواب 75باشند و مؤلفه شرقیاز نظر دقت داراي مطابقت در حد میلیمتر می

. )Barbarella et al., 2009( داراي بایاسی در حد سانتیمتر است GIPSYحاصل از

75 East component

Bernese 5.0 29افزار روند پردازش توسط نرم: فصل سوم


Bernese 5.0افزار روند پردازش توسط نرم -3

سومفصل

Bernese 5.0 افزارروند پردازش توسط نرم



Bernese 5.0افزار روند پردازش توسط نرم -3

افزار توسط نرمنامه هاي مورد استفاده در این پایاندادهچگونگی پردازش در ابتدا ،در این فصل

Bernese منطقه مورد پایش سپس .شودبه تفصیل شرح داده میهاي مورد نیاز براي پردازش و فایل

.گرددها بیان میمعرفی و نحوه دسترسی به داده

در ادامه هر . ده استنشان داده ش 1- 3شکل در Berneseافزار نرم ها دردادهپردازش روند کلی

. گیردها با بیان جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار مییک از بخش

campaignایجاد -3-1اصطالح . است campaign یک پروژه یا اصطالحا ایجاد Berneseافزار اولین مرحله در کار با نرم

campaign هنگام نصب . گردداطالق میشوند، ها که توأم با یکدیگر پردازش میاي از دادهبه مجموعه

این سه پوشه . شوددر سیستم ساخته می BERN50و GPSDATA ،GPSUSERافزار سه پوشه نرم

شوند در هایی که ساخته میcampaignتمامی . ها را در بر دارندهاي مورد نیاز براي پردازش دادهفایل

77ها، متغیر محیطیحاوي فایل هاي76افزار به هر یک از مسیرنرم. گیرندقرار می GPSDATAپوشه

ایجاد campaignمسیري را که در آن افزارنرم ،به عنوان مثال. دهدمخصوص به خود را اختصاص می

از دیگر {XG}$و {U}$ ،{BPE}$ ،{X}$ .کندایی میشناس {P}$شده قرار دارد، با متغیر محیطی

، BERN50/GPS، BERN50/BPEهاي متغیرهاي محیطی هستند که به ترتیب براي مسیرهاي نمونه

GPSUSER وBERN50/PGM/EXE شوندتعریف می )Dach et al., 2007( .

اي به زبان نامه به صورت خودکار و با استفاده از برنامهکلیه مراحل پردازش داده در این پایان

با استفاده از برنامه ، campaignاز این رو، براي ایجاد یک . انجام گرفته است 78Perlنویسی برنامه

PAN/MENU_CMP.INP/{X}$به همراه مسیر آن در فایل campaignدر ابتدا نام نوشته شده،

. شودمی درج

76 Directory 77 Environmental variable 78 Practical Extraction and Reporting Language



Berneseافزار روند کلی پردازش در نرم :1- 3شکل

ها به این صورت campaignگذاري شوند، طریقه نامپردازش می نیم ساعت هرها دادهاز آنجایی که

در پایان نام . شودذکر می) 366- 0(روز سال در ابتدا دو عدد پایانی سال به همراهاست که



campaign یکی از حروف ، با توجه به ساعتی که مشاهدات در آن انجام گرفته است نیزA تاX ،)A

به عبارت بهتر، . یابداختصاص می 30و یا 00یکی از اعداد به همراه )23براي Xو 00براي

، عبارت 2012سال 273روز 9 اول از ساعت ساعت نیم مربوط به مشاهدات campaignبراي

${P}/12273J00 در فایل${X}/PAN/MENU_CMP.INP شودنوشته می .

فعال campaignبه عنوان campaignافزار بایستی این به نرم campaignپس از معرفی نام

تحت عنوان يمتغیر مورد نظر به campaignاختصاص نام این کار از طریق. شناخته شود

$$bpe{BPE_CAMPAIGN} داخل مسیر هاي پس از این مرحله، پوشه .پذیردصورت میدر برنامه

campaign پردازش در پوشه مربوط به خود قرار بگیرند هاي مورد نیاز برايشوند تا فایلساخته می .

:ها عبارتند ازاین پوشه

ATM : هاي تروپوسفر و یونوسفرن فایلگرفتمحل قرار

BPE :هاي خروجی حاصل از اجراي یط فایلمحBPE

OBS: هاي مشاهدات فایلمحلBernese

ORB: دوران زمین، مدار و ساعت ماهواره و هايفایل محل ...

ORX: هاي حاوي فایلRINEX اصلی

OUT: هاي خروجیمحل نتایج و فایل

RAW: هاي فایلدر بر گیرندهRINEX آماده براي پردازش

SOL: مانند معادالت نرمال، (هاي نتایج یلافشاملSINEX و(...

STA: هاههاي مربوط به ایستگافایلمحل قرار گرفتن

هاي نیز به ترتیب براي نگهداري داده RESULTSو FTPهاي هاي فوق، پوشهپوشهعالوه بر

- ایجاد می campaign مسیرو نتایج نهایی حاصل از پردازش در FTP دهندهسرویسدریافت شده از

.شوند

و sessionدر نظر گرفته شود، ساخت فایل campaignپس از ایجاد یکی از نکات مهمی که باید

در آن صورت مشاهداتپردازش ، بازه زمانی که sessionدر فایل . است STAقرار دادن آن در پوشه

.شودمشخص می ،)ساعته نیم بازه زمانی در اینجا( گیردمی



Berneseافزار کار رفته در نرم هاي اصلی بهها و برنامهفایل -3-2

هاي ورودي فایل -2-1- 3

RINEXداده مشاهداتی به فرمت ) الف

- براي تبادل داده مورد استفاده قرار می GPS/GNSSهاي متفاوتی که در جامعه از میان فرمت

، اطالعات ناوبري GNSSاست که در تبادل مشاهدات RINEXترین فرمت، کاربردترین و پرگیرند مهم

yyباشد که می yyOو یا yyoها پسوند این فایل. شودکار گرفته می هاي هواشناسی بهگیريو اندازه

ها را آن RINEXهاي غالبا جهت کاهش حجم فایل. عدد آخر سال مربوط به فایل مشاهداتی استدو

- می yydها پسوند این فایل. دهندبران قرار میرتبدیل کرده و در اختیار کا HATANAKAبه فرمت

.شوداستفاده می RNXCMPافزار از نرم RINEXها به فرمت باشد و براي تبدیل آن

ساعت گیرنده و ماهواره تصحیحات و مدار هايداده) ب

یا همان 80افمریز دقیقیا همان فایل ناوبري و 79دو نوع افمریز مخابره شدهدر هاموقعیت ماهواره

ساعت تصحیحات . گیرنددر اختیار کاربران قرار می IGSبه عنوان یکی از محصوالت مدارات دقیق

یکی از محصوالت شده از ماهواره و یا در قالب هناوبري مخابرنیز یا به صورت پیغام گیرنده و ماهواره

IGS تواند مورد استفاده کاربران میGPS کاربر نیز با توجه به میزان دقت مورد نیاز و .قرار بگیرد

در. نمایدهاي مذکور یکی از این دو نوع داده را براي پردازش انتخاب میتأخیر زمانی در دریافت فایل

هاي هر یک از نظر تأخیر زمانی، و ویژگی و ساعت گیرنده و ماهواره هاي مداريواع دادهان 1- 3جدول

هاي ارائه شده درنامه از میان دادهدر این پایان .)IGS, 2009( اندارائه شدهو زمان به روز رسانی دقت

ها پسوند این فایل. شودبه کار گرفته می) بینی شدهنیمی پیش(جدول، افمریز دقیق بسیار سریع این

.تغییر کند PREبه sp3بایستی از campaign مسیراز ORBقبل از قرار گرفتن در پوشه

79 Broadcast Ephemerides 80 Precise Ephemerides



به hhو ssss ،ddd ،yy ،wwww ،dدر این جدول . و ساعت ماهواره و گیرنده هاي مداريانواع داده :1-3جدول و ) 6- 0(، روز هفته GPS، دو عدد پایانی سال، هفته )366-1(، روز سال IGSحرفی ایستگاه ID 4ترتیب بیانگر

).IGS, 2009( باشندمی) 23-00(ساعت دو رقمی روز

تأخیر به روز رسانی/ GPSافمریز ماهواره گذاري فایلفرمت نام دقت زمانی

ساعت ماهواره و گیرنده

سانتیمتر 100 آنی -- ssssddd0.yyn

ساعت ماهواره نانوثانیه 5 مخابره شده مدار

، 3هاي ساعتدر به 21و 15، 9

UTC81 وقت آنی

سانتیمتر 5

iguwwwwd_hh.sp3

مداربسیار سریع

-نیمی پیش( ساعت ماهواره نانوثانیه 3 )بینی شده


UTC وقت ساعت 3-9

سانتیمتر 3iguwwwwd_hh.sp3

بسیار سریع مدارنیمی (

ماهوارهساعت پیکوثانیه 150 )مشاهده شده

در ساعت هر روز UTCبه وقت 17

17-41 ساعت

مدار igrwwwwd.sp3 سانتیمتر 5/2 igrwwwwd.clk پیکوثانیه 75 سریع

ساعت ماهواره و گیرنده

روز 18-12 هر پنجشنبه مدار igswwwwd.sp3 سانتیمتر 5/2

igswwwwd.clk پیکوثانیه 75 نهاییساعت ماهواره

و گیرنده زمیندوران پارامترهاي )پ

و طول روز (PM rate) 83، نرخ حرکت قطب(PM) 82حرکت قطبي دوران زمین شامل هاپارامتر

(LOD) نیز از محصوالتIGS بسیار )بینی شدهنیمی پیش(در چهار حالت بسیار سریع باشند که می ،

این 2- 3جدول در. شوندقرار داده می، سریع و نهایی در اختیار کاربران )نیمی مشاهده شده(سریع

. )IGS, 2009( اندمقایسه شده و زمان به روز رسانی تأخیر زمانیمیزان ، پارامترها از نظر دقت

. شوداستفاده می) بینی شدهنیمی پیش(پارامترهاي دوران زمین بسیار سریع نامه از در این پایان

تغییر IEPبه erpبایستی از campaign مسیراز ORBها قبل از قرار گرفتن در پوشه پسوند این فایل

. دیاب

81 Universal Time Coordinated 82 Polar Motion 83 Polar Motion rate



، روز GPSدهنده هفته به ترتیب نشان hhو wwww ،dدر این جدول . انواع پارامترهاي دوران زمین :2-3جدول ).IGS, 2009(باشند می) 23-00(و ساعت دو رقمی روز ) 6-0(هفته

تأخیر به روز رسانی پارامترهاي دوران زمین گذاري فایلفرمت نام دقت زمانی


UTC وقت آنی

ثانیهمیکروآرك 200

iguwwwwd_hh.erp

PM بسیار سریع

-نیمی پیش( )بینی شده

PM rate در روز ثانیهمیکروآرك 300

LOD میکروثانیه 50


UTC وقت

3-9 ساعت

ثانیهمیکروآرك 50iguwwwwd_hh.erp

PM بسیار سریعنیمی مشاهده (

)شده PM rate در روز ثانیهمیکروآرك 250


در ساعت هر روز UTCبه وقت 17

17-41 ساعت

ثانیهمیکروآرك 40igrwwwwd.erp

PM PM rate در روز ثانیهمیکروآرك 200 سریع


17-11 شنبهچهارهر روز

ثانیهمیکروآرك 30igswwww7.erp

PM PM rate در روز ثانیهمیکروآرك 150 نهایی


ها، ساعت ماهواره و گیرنده و همچنین هاي مربوط به موقعیت ماهوارهفایلالزم به ذکر است که

CDDIS84نظیر مرکز محاسبه IGSیکی از مراکز محاسبه سرویس پارامترهاي دوران زمین از طریق

.قابل دستیابی هستند

هاي جويپارامتر) ت

در 86مقادیر کل الکترون موجودو 85تأخیر زنیتی ناشی از تروپوسفرشامل جويهاي پارامتر

یکی از از طریق سریع و نهاییبه صورت بسیار سریع، هاي یونوسفريدر قالب نقشه (TEC) یونوسفر

براي کاربردهاي .گیرندمیدر اختیار کاربران قرار CODE87مرکز نظیر IGSمراکز محاسبه سرویس

ها در فایل مربوط به این پارامتر. شوندمیبه کار گرفته هاي بسیار سریعآنی و نزدیک به آنی فایل

.گیردقرار می campaign مسیردر ATMپوشه

84 ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/gps/products 85 Tropospheric zenith path delay 86 Total Electron Content 87 ftp://ftp.unibe.ch/aiub/CODE/



متا دیتا) ث

اهاطالعات مربوط به ایستگاه و همچنین گیرندهاطالعات مربوط به آنتن ماهواره و متا دیتا شامل

هامختصات اولیه ایستگاه و هاي چارچوب مرجعو سرعت ایستگاه مختصات ،نوع آنتن و گیرنده مانند

هايدر فایلبه ترتیب IGS08هاي چارچوب مرجع مختصات و سرعت ایستگاه .باشدمی

IGS08_R.CRD وIGS08_R.VEL ویژه کاربران سایت درBernese 88دانشگاه برنمتعلق به

نیز RINEXاز فایل که را هاایستگاه تقریبیمختصات ،CRDدر فایل کاربر بایستی. هستندموجود

فایل حاوي اطالعات تواند بر میرکا. هاي مرجع اضافه کندبه مختصات ایستگاه ،قابل حصول است

افزار و از طریق صفحه اصلی نرم RINEXبا استفاده از فایل مشاهدات را STAپسوند باها ایستگاه

.ایجاد نماید RINEX>RINEX utilities>Extract station informationانتخاب گزینه

باشند بایستی از قبل توسط ها میهاي دیگري که مربوط به ایستگاههاي مذکور، فایلعالوه بر فایل

:از ها عبارتنداین فایل. قرار گیرند campaignاز مسیر STAو در پوشه کاربر آماده شوند

با پسوند ها حرفی ایستگاه 4حرفی و 2فایل حاوي نام اختصاريABB

فایلFIX هاي مرجع حاوي نام ایستگاه

فایلPLD باشدها میهر یک از ایستگاه یتکتونیککه مشخص کننده صفحه.

فایلBLQ انوسییاق ناشی از جزر و مد شامل ضرایب بار

هاي عمومیفایل -3-2-2

از مسیر GENافزار در پوشه ، پس از نصب نرمBerneseهاي عمومی مورد استفاده در فایل

${X}/GEN و براي تمامی گیرندقرار میcampaignفهرستی از 3- 3جدول در. باشندها یکسان می

Dach et( ارائه شده است اصالحات احتمالی و موارد استفاده، هاآن هاي عمومی به همراه محتوايفایل

al., 2007( .انجام دهد 89دانشگاه برن سایتطریق ازها را فایلاین تواند به روز رسانی کاربر می .

88 http://www.aiub.unibe.ch/download/BSWUSER50/STA 89 http://www.aiub.unibe.ch/download/BSWUSER50/GEN



)Bernese )Dach et al., 2007افزار هاي عمومی مورد استفاده در نرمفهرست فایل: 3- 3جدول

به روز نام فایل محتوا موارد استفاده ویرایش رسانی

کلیه ثوابت مورد استفاده هادر تمام برنامه خیر بله .CONST افزاردر نرم

معرفی بیضوي بله مرجع جدید

جهت محاسبه مختصات ژئودتیک هاایستگاه

هاي ژئودتیک و دیتوم .DATUM هاپارامترهاي آن

.RECEIVER اطالعات گیرنده سازي تولید شدههاي شبیهبراي داده معرفی گیرنده جدید بله

بلهمعرفی آنتن جدید و تصحیحات وابسته

به ارتفاع تغییرات مرکز فاز آنتن SINEX ساختن فایل خروجی

PHAS_IGS.REL PHAS_CODE.I01 PHAS_CODE.I05 PHAS_CODE.I08

هاي تازه ماهواره بله پرتاب شده

که از مدارات هاییتمام برنامه کننداستفاده می

اطالعات مربوط به هاماهواره

SATELLIT. SATELLIT.I01 SATELLIT.I05 SATELLIT.I08

ها، مانور ماهواره بله ...هاي بد و داده

هاي بد به همراه خارج کردن ماهواره SAT_yyyy.CRX هامشکالت ماهواره مشاهداتشان

بلهاختالف زمانی

توسط معرفی شدهIERS

تبدیل مختصات قطب به فرمت قابل Berneseقبول

و GPSاختالف زمان .UTC GPSUTCزمان

تبدیل از سیستم مختصات چسبیده خیر - IAU80.NUT ضرایب مدل نوتیشن به زمین به اینرشیال و برعکس

IAU2000.NUT

تبدیل از سیستم مختصات متصل به خیر - IERS2000.SUB مدل قطبضرایب زمین به اینرشیال و برعکس

RAY_96.SUB

هاي مداراتدر برنامه خیر - تعریف مدارات استاندارد

ضرایب میدان پتانسیل زمین

GEM3. GEM10N.

JGM3. EGM96. EIGEN2.

TEG4.

در نظر گرفتن اثر جزر و مد خیر - اقیانوسی در پتانسیل

ضرایب جزر و مد اقیانوسی

OT_CSRC.TID OT_TOPEX.TID OT2TOPEX.TID

تغییر با توجه به - SINEXساخت فایل خروجی اطالعات کاربر

اطالعات مندرج در SINEXسرصفحه فایل

SINEX. SINEX.TRO

تغییر با توجه به - IONEXساخت فایل خروجی اطالعات کاربر

اطالعات مندرج در سرصفحه فایل

IONEX IONEX.

ماه، خورشید و واردکردن موقعیت 2200بعد از سال - JPL DE200.EPHافمریزهاي سیارات

C04_yyyy.ERP پارامترهاي دوران زمین ITRFو ICRFبراي تبدیل بین به روز رسانی منظم بلهBULLET_A.ERP



هاي مداري، حرکت قطب و اطالعات ساعت آماده سازي فایل -3-2-3

پارامترهاي دوران زمین و اطالعات ساعت هاي مداري، سازي فایلچهار برنامه اصلی براي آماده

و POLUPD ،PRETAB ،ORBGEN: این چهار برنامه عبارتند از. شوندماهواره به کار گرفته می

CCRNXC .شود هاي مذکور توضیح داده میدر ادامه عملکرد هر یک از برنامه)Dach et al., 2007 .(

را به فرمت ORBموجود در پوشه ) IEPند با پسو(این برنامه فایل حرکت قطب :POLUPD) الف

. کندتبدیل می) ERPبا پسوند ( Berneseقابل قبول براي

90به زمین مختصات چسبیدهها را از سیستم ماهواره وقعیتاین برنامه م :PRETAB) ب

(ECEF) به عبارت بهتر، . کندبه سیستم مختصات اینرشیال تبدیل میPRETAB هاي مداري از فایل

ها را در یک استفاده کرده و مختصات کارتزین ماهواره) PREبا پسوند ( ORB پوشهدقیق موجود در

tabularمدارات که اصطالحا ASCIIدر فواصل زمانی منظم، در قالب یک فایل سیستم اینرشیال

.کند، تولید می)TABبا پسوند ( شودنامیده می

با ) STDبا پسوند (مدارات استاندارد فایل جهت تولید ORBGENبرنامه : ORBGEN) پ

که از ها موقعیت ماهواره ،فایل مدارات استاندارددر . رودبه کار می tabularمدارات فایل از استفاده

- در قالب یک چنداند، گیري عددي به دست آمدههاي انتگرالحل معادالت حرکت با استفاده از روش

.شوندارائه میاي جمله

به کار )CLKبا پسوند (ساعت ماهواره RINEX این برنامه براي ساختن فایل: CCRNXC) ت

. گیردقرار می campaign مسیراز OUTحاصل در پوشه CLKفایل . رودمی

هاي مشاهداتیفایلسازي آماده -3-2-4

د تا براي پردازش نپردازش شوپیش RINEXهاي مشاهداتی سازي، بایستی فایلدر مرحله آماده

:گیرند عبارتند ازهایی که در این مرحله مورد استفاده قرار میبرنامه. اصلی آماده گردند

90 Earth Centered Earth Fixed



هاي مشاهده شده، میزان کارآیی نمایشی گرافیکی از ماهوارهاین برنامه :RNXGRA) الف

اره دید دارند، تولید هایی که در هر اپک از بازه زمانی مشاهدات به ماهوها و همچنین ایستگاهایستگاه

به شناسایی این فایل . گیردقرار می OUT پوشهدر ) SMCبا پسوند (فایل ایجاد شده . کندمی

. کندهاي مشاهداتی کمک میها از ایستگاهمشکالت احتمالی در ردیابی ماهواره

. است 91و تشخیص جهش فاز RINEXهاي سازي دادهپاكهدف این برنامه :RNXSMT) ب(

قرار RAW پوشههستند که در ) SMTبا پسوند ( 92شده نرم RINEXهاي خروجی این برنامه فایل

پوشهدرج شده و به OUTکشف شده داخل فایلی با پسوند 93هاي فاز و اشتباهاتجهش. گیرندمی

OUT شوندمنتقل می .

. کندرا تولید می Berneseهاي مشاهداتی ، فایلRINEXهاي این برنامه از فایل :RXOBV3) پ(

با پسوندهاي (هاي مشاهداتی کد و فاز هر ایستگاه در سطح تفاضلی صفر خروجی این برنامه فایل

CZH ،CZO ،PZH وPZO (پوشهها این فایل محل قرار گرفتن .باشدمی OBS است .

اپک مرجع براي به کند واین برنامه دیتوم ژئودتیک را مشخص می :CRDMERGE) ت(

. دهدعدد یکسانی اختصاص می هامختصات تمامی ایستگاه

این برنامه . همزمان سازي ساعت گیرنده است CODSPPوظیفه اصلی برنامه : CODSPP) ث(

CRDکند و یک فایل شده محاسبه می ها را با استفاده از مشاهدات کد نرممختصات تقریبی ایستگاه

ها مورد مانی که کیفیت مختصات تقریبی در نظر گرفته شده براي ایستگاهاین کار ز. سازدجدید می

- در این مرحله نیز اشتباهات موجود در مشاهدات شناسایی می. شودتردید است، بسیار مفید واقع می

. شوند

، شامل CODSPPنتایج حاصل از اجراي برنامه اي ازاین برنامه خالصه :CODXTR) ج(

عدم پیوستگی ساعت هاي حذف شده وماهوارهها، ماهوارهکامل ردیابی عدم شده، اشتباهات شناسایی

. کندولید میت ماهواره را

91 Cycle Slip 92 Smoothed 93 Outliers



پردازش اصلی -3-2-5

ها با استفاده از تکنیک تعیین ابتدا داده. توان در دو بخش متصور شدها را میپردازش اصلی داده

این پردازش به عنوان مختصات اولیه در جواب حاصل از . شوندموقعیت مطلق دقیق پردازش می

. گیردپردازش تفاضلی دوگانه شبکه مورد استفاده قرار می

تعیین موقعیت مطلق دقیق -3-2-5-1

روش تعیین مطلق دقیق براي هر یک از روند پردازش در اکنون به تشریح مرحله به مرحله

. شودپرداخته میها ایستگاه

بر هاي نرمالیزه شدهفایل باقیماندهیک GPSEST، با استفاده از برنامه هابراي پاالیش دادهدر ابتدا

دهی مشاهدات در این روش بر اساس ارتفاع وزن. شودمیاساس ترکیب خطی آزاد از یونوسفر تولید

. شوندپاالیش می RESRMSهاي نرمالیزه شده توسط برنامه فایل باقیمانده. خط دید ماهواره است

گذاري نشانه SATMRKهاي مشاهداتی با استفاده از برنامه ت شناسایی شده در فایلسپس اشتباها

نتایج . شودسازي شده، به کار گرفته می، این بار براي مشاهدات پاكGPSESTدوباره برنامه . شوندمی

، بایاس کد )STA پوشهو در CRDبا پسوند (ها مختصات ایستگاه: حاصل از این مرحله عبارتند از

و در CLKبا پسوند (، تصحیحات ساعت گیرنده )ORB پوشهو در DCBبا پسوند ( P1-C1تفاضلی

براي تولید . )SOL پوشهو در NQ0با پسوند (معادالت نرمال مربوط به دستگاه و فایل) OUT پوشه

امترهاي و یا پار) SOL پوشهو در SNXبا پسوند ( SINEXمانند فایل PPPهاي خروجی فایل

.شوداستفاده می ADDNEQ2از برنامه ) ATM پوشهو در TRPبا پسوند (تروپوسفري هر ایستگاه

و تعیین موقعیت مطلق هاپاالیش دادهیک بررسی اجمالی روي نتایج حاصل از GPSXTRبرنامه

پردازش میلیمتر بیانگر وجود اشکال در پیش 2/1ثانویه بیشتر از فاکتور وریانس .دهددقیق انجام می

هاي نیز بر اساس داده RESCHKو RESRMSهاي برنامه .باشدها و یا کیفیت بد مشاهدات میداده

. دنکنهاي باقیمانده را تولید میهاي آمارهفایل ،پاالیش شده



هاي استفاده از برنامه ها باهر یک از ایستگاه هاينتایج حاصل از پردازش دادهکلیه در مرحله بعدي

CRDMERGE ،ADDNEQ2 وCCRNXC دنشومییکدیگر ادغام با .

براي این . محاسبه نمود) 2005ژانویه 1(به دست آمده را در اپک مرجع اکنون باید مختصات

برنامه با استفاده از NNR-NUVEL-1Aها بر اساس مدل منظور ابتدا میدان سرعت ایستگاه

NUVELO محاسبه و در فایل سرعتBernese ) با پسوندVEL پوشهو در STA (شودمی ذخیره .

از اپک جاري به اپک مرجع هاي به دست آمده براي انتقال مختصات از سرعتنیز COOVELبرنامه

ها با سرعت و مختصات و سرعت به دست آمده براي هر یک از ایستگاه مختصات. گیردبهره می

هاي ادغام شده و در فایل IGS08_R.VELو IGS08_R.CRDهاي هاي مرجع در فایلایستگاه

IGS08.CRD وIGS08.VEL هاي مختصات، سرعت و معادالت نرمال تلفیق فایل. شوندذخیره می

- مرکز ثقل زمین مورد استفاده قرار میجهت برآورد پارامترهاي ADDNEQ2توسط برنامه ، شده

هاي مرجعی هستند که همان ایستگاه روندهایی که براي این تعریف دیتوم به کار میایستگاه .گیرند

. اندفهرست شده FIXدر فایل

پردازش در سطح تفاضلی دوگانه -3-2-5-2

.شودچگونگی پردازش شبکه در سطح تفاضلی دوگانه پرداخته میدر این بخش به

هاي مشاهداتی فاز کرده و فایل تعریفرا 94بازهاطول مجموعه کاملی از SNGDIFبرنامه در ابتدا

جهت تشخیص و MAUPRPها توسط برنامه این فایل. نمایددر سطح تفاضلی یگانه را ایجاد می

اي از نتیجه این پیش خالصه MPRXTRبرنامه . شوندپردازش می پیش ،هاي فازتصحیح جهش

تعداد بیش از یا و سانتیمتر 50تر از بزرگ rmsمقادیر . کندپردازش را در قالب یک فایل تهیه می

. باشدها میدهنده وجود اشکال احتمالی در دادهاندازه ابهامات فاز نشان

هاي فایل .پاالیش باقیمانده مشاهدات فاز در سطح تفاضلی دوگانه است ،پردازشمرحله بعدي

ساخته شده و اشتباهات موجود در آن با GPSEST برنامه هاي نرمالیزه شده با استفاده ازباقیمانده

94 Base line



SATMRKشناسایی شده توسط برنامه اشتباهات . شودپاالیش می RESRMSاستفاده از برنامه

را )سازي شدهپاك(هاي باقیمانده نهایی فایل GPSESTدر پایان نیز برنامه . شوندگذاري مینشانه

. کندذخیره می معادالت نرمال رامربوط به دستگاه هاي ایجاد و فایل

حذف با عملکرد بد ایستگاهاکنون بایستی نتایج پاالیش مرحله قبل بررسی شود تا در صورت لزوم

- هاي باقیمانده اولیه و نهایی تهیه میاي از فایلخالصه RESRMSبراي این منظور ابتدا برنامه . گردد

ساخته و بر اساس کارآیی کلی ها را هاي پاالیش باقیماندهآماره RESCHKسپس برنامه . کند

حذف هاي مشاهداتی مربوط به این ایستگاهفایل. کندبا عملکرد بد را شناسایی می ها، ایستگاهایستگاه

این عملیات تا .شوددوباره انجام می) طول بازهااز ایجاد (کلیه مراحلی که تاکنون بیان شد شده و

. تأیید گردند هاایستگاه تمامییابد که زمانی ادامه می

در این مرحله ابتدا با استفاده از برنامه . است 95ابهام فاز آزاد یا شناور محاسبه جوابمرحله بعد

ADDNEQ2 بر اساس معادالت نرمال به دست آمده از ، جواب شبکه با مقادیر حقیقی ابهام فاز

GPSEST و پارامترهاي تروپوسفري برآورد شده نیز براي استفاده در مختصات. شودمحاسبه می

تهیه را اي از نتیجه این مرحله از پردازشخالصه GPSXTRبرنامه . شوندمراحل بعدي، ذخیره می

هاي با طول طول بازپس از اینکه . میلیمتر باشد 4/1ثانویه نبایستی بیشتر از فاکتور وریانس. کندمی

ها براي هر یک از آن GPSESTانتخاب شدند، برنامه BASLSTر توسط برنامه کیلومت 2000کمتر از

رفع QIF96به طور همزمان با استفاده از استراتژي L2و L1 روي امواج حامل ابهام فازو شوداجرا می

GPSXTRبرنامه .روندهاي تروپوسفر و مختصات ذخیره شده، در این مرحله به کار میفایل. شودمی

به طور .کندتهیه می، مانند درصد موفقیت در حل ابهام فازاین مرحله از پردازش اي از نتایجخالصه

. شوندها با این استراتژي رفع میهفتاد درصد ابهام فاز معموال میانگین

GPSESTبا استفاده از برنامه در این مرحله .است شبکه ثابت محاسبه جواب ،ي پردازشبعد گام

مربوطه معادالت نرمال هاي مربوط به دستگاهفایلمحاسبه و ساعتنیم شبکه در هر ثابت جواب

مختصات، تأخیر زنیتی و گرادیان افقی تروپوسفر از دیگر پارامترهاي برآورد شده . دنگردذخیره می 95 Ambiguity float solution 96 Quasi Ionosphere Free



بر اساس معادالت نرمال به دست آمده در این مرحله، جواب نهایی با استفاده از برنامه . هستند

ADDNEQ2 روي مختصات ، 97عدم انتقال شبکهتعریف دیتوم با تحمیل شرایط . شودمحاسبه می

جواب ثابت محاسبه شدهاز خالصه گزارشی GPSXTRبرنامه . گرددهاي مرجع، محقق میایستگاه

میلیمتر تجاوز 5/1ثانویه نباید از فاکتور وریانسمقدار . دهدمی ارائه، ADDNEQ2 برنامه توسط

. نماید

هاي مرجع، به وسیله یک هاي برآورد شده تمامی ایستگاهصحت مختصات HLMR1در برنامه

تر از یک هاي مرجع بیشاگر اختالف مختصات ایستگاه. شودهلمرت سه پارامتري تحقیق می تبدیل

هاي مرجع به بعد با در نظر گرفتن تعداد ایستگاه ADDNEQ2ها از برنامه باشد، جواب سانتیمتر

. شونددوباره محاسبه می کمتر،

با ابعاد کاهش یافته، از نرمالمعادالت مربوط به دستگاه فایل ADDNEQ2با استفاده از برنامه

معادالت نرمال حاصل تنها بنابراین، . شودهاي افقی تروپوسفر، تولید میحذف پارامترها و گرادیان

اي از خروجی جواب نهایی خالصه GPSXTRدر پایان نیز برنامه . شامل پارامترهاي مختصات هستند

. کندتهیه می

پردازش سازيفرآیند خودکار -3-3

انجام BPEبه وسیله موتور پردازش آن یعنی Berneseافزار سازي پردازش در نرمفرآیند خودکار

مرکز آنالیز المللی نظیر هاي ملی و بیندر بسیاري از مراکز آنالیز و شبکه BPEکه از آنجایی. شودمی

CODE المللی از سرویس بینIGS جهت پردازش به عنوان ابزاري قدرتمند و یا شبکه ملی ژاپن

- محسوب می Berneseافزار شود، بخش بسیار مهمی از نرمبه کار گرفته می GPSهاي خودکار داده

و BPEهاي مورد استفاده توسط فایل ،BPE اجزاء اصلیدر این بخش .)Dach et al., 2007( گردد

. شودتوضیح داده می BPEاندازي و اجراي چگونگی راه

97 No-net-translation



BPE ءاجزا -3-3-1

99و متون کاربر 98دهنده، سرویس گیرنده سرویس از سه جزء اصلی Bereneseموتور پردازش

. شودبرده پرداخته میدر ادامه به بررسی کارکرد هر یک از اجزاء نام. است تشکیل شده

دهندهسرویس -3-3-1-1

که این بخش هاي اجرایی فایل. رودبخش مرکزي موتور جستجو به شمار می BPEسرویس دهنده

چگونگی 2- 3شکل در .دارد ارقر BERN50/MENUدر مسیر ،نوشته شده است ++Cبه زبان

سرویس دهنده شرح کار . )Dach et al., 2007(نشان داده شده است BPEدهنده عملکرد سرویس

BPE ازاست عبارت :

سرویس دهندهBPE 100کنترل پردازش فایلهاي ورودي، شامل نام گزینه (PCF) و فایل

هایی که بایستی ترتیب برنامهفایل اول .خواندرا می (CPU) 101کنترل واحد پردازنده مرکزي

. کنداجرا شوند و فایل دوم میزبان مورد استفاده را مشخص می

بر اساس فایلPCF وCPUکند، سرویس دهنده اولین سرویس گیرنده را شروع می .

اولین کار یا وظیفه سرویس دهنده برقراري ارتباطTCP/IP102 با سرویس گیرنده است .

هاي پس از برقراري ارتباط، دستورات از سرویس دهنده به سرویس گیرنده صادر و پاسخ

اولین پیغام سرویس دهنده غالبا . شودیس دهنده ارسال میمربوطه از سرویس گیرنده به سرو

دستور اجراي یک متن کاربر مشخص توسط سرویس گیرنده و آخرین پاسخ سرویس گیرنده

. حاوي اطالعات مربوط به خاتمه اجراي متن کاربر است

سرویس دهندهBPE ز پس ا. نمایدها را ذخیره میاطالعات مربوط به اجراي سرویس گیرنده

، سرویس دهنده براي شروع یک سرویس PCFخاتمه کار یک سرویس گیرنده، بر اساس فایل

98 Client 99 User scripts 100 Process Control File 101 Central Processing Unit 102 Transmission Control Protocol/Internet Protocol



تا زمان اتمام کلیه 5تا 2به عبارت دیگر، مراحل . کندگیري میگیرنده جدید تصمیم

. شوندتکرار می BPE 103کارهاي

دهنده در فایلی با نام فایل فایل خروجی مربوط به سرویسPCF مربوطه و با پسوندOUT در

ها اطالعات مربوط به اجراي سرویس گیرنده. شودذخیره می campaignدر مسیر BPEپوشه

. گردددرج می PRTهاي پروتکل سرویس گیرنده با پسوند هایی تحت عنوان فایلنیز در فایل

)BPE )Dach et al., 2007فلوچارت نحوه عملکرد سرویس دهنده :2- 3شکل

سرویس گیرنده -3-3-1-2

واقع {BPE}$باشد که در مسیر می RUNBPE.pmبه نام Perlماژول یک BPEسرویس گیرنده

پس از دریافت پیغام آغاز به کار از سوي سرویس دهنده، سرویس گیرنده کارهاي زیر را انجام .است

: )Dach et al., 2007( دهدمی

سرویس گیرنده ارتباطTCP/IP کندرا با سرویس دهنده برقرار می . 103 Jobs



بر اساس دستورات سرویس دهنده، سرویس گیرنده شروع به اجراي متن کاربر واقع در مسیر

${U}/SCRIPT پارامترهاي جهت آماده سازي محیط براي پردازش، در عین حال. نمایدمی

PAN/{U}$قرار دارند به مسیر OPT/{U}$راي پردازش که در مسیر ورودي مورد نیاز ب

. گردندمنتقل می

شودبر به سرویس دهنده اعالم میرپیام خاتمه متن کا .

شودبا دستور سرویس دهنده، ارتباط قطع و سرویس گیرنده خارج می .

متون کاربر -3-3-1-3

یا Berneseهاي اصلی که مسئول اجراي برنامه هستند Perlن نوشته شده به زبان ون کاربر، متومت

{XG}$هاي اصلی در مسیر برنامهو SCRIPT/{U}$در مسیر متون کاربر . دنباشمیها PGMهمان

.قرار دارند

BPEهاي مورد استفاده توسط فایل -3-3-2

CPUفایل کنترل ) الف

در دسترس است و آغاز به کار CPUمشخص کننده این مطلب است که کدام CPUفایل

با پسوند PAN/{U}$این فایل در مسیر .مختلف به چه صورت است هايها در میزبانگیرندهسرویس

CPU قرار دارد.

(PCF)فایل کنترل پردازش ) ب

هاي مورد استفاده در پردازش را بر عهده دهی برنامهمعرفی و سازمانوظیفه کنترل پردازش فایل

CPUها، ها، پارامترهاي ورودي مورد نیاز برنامهو ترتیب اجراي آن هات برنامهلیسعالوه بر ارائه . دارد

به عبارت . کندرا نیز مشخص می OPTو پنل مربوطه در پوشه مورد استفاده توسط سرویس گیرنده

:)Dach et al., 2007( توان در سه بخش متصور شدها را میبهتر ساختار کلی این فایل



. هاي مورد استفادهOPT ،CPUها، پنل مربوطه در پوشه بخش مربوط به ترتیب اجراي برنامه) 1

. گیردمنحصر به فرد تعلق می (PID) 104ها یک شناسه پردازشدر این قسمت به هر یک از برنامه

موازي دو برنامه پردازشهاي ویژه نظیر تعریف پارامترها و انجام عملیات بخش مربوط به) 2

این متغیرها در متون . بخش مربوط به پارامترهاي ورودي همچون مدل تغییرات مرکز فاز آنتن) 3

. باشندکاربر نیز قابل تعریف کردن می

PPP.PCFفایل اول به نام . شودها استفاده میبراي پردازش داده PCFنامه از دو فایل در این پایان

فایل دوم . باشدبراي تعیین موقعیت مطلق دقیق میهاي مورد نیاز است و شامل لیست برنامه

RNX2SNX.PCF هاي مورد نیاز براي پردازش مشاهدات در سطح نام دارد و حاوي فهرست برنامه

براي نمونه نشان داده شده RNX2SNX.PCFبخشی از فایل 3- 3شکل در. باشدتفاضلی دوگانه می

.است

هاي ورودي برنامهفایل) پ

قرار OPT/{U}$هاي واقع در مسیر هاي آغاز شده در متون کاربر، در پوشهودي برنامههاي ورفایل

درج PCFفایل "Opt_dir"در ستون OPT/{U}$براي هر برنامه یک زیر مسیر معین از مسیر . دارند

. ممکن است براي چندین برنامه تنها یک مسیر واحد در نظر گرفته شود. شده است

هاي سرویس گیرنده، به عنوان مثال متغیرهاي سرویس گیرنده و یا نام فایل هاي مربوط بهگزینه

قرار PAN/{U}$این فایل در مسیر . شودمشخص می RUNBPE.INPخروجی در فایلی تحت عنوان

. گیردمی

104 Process Identifier



PPP.PCFبخشی از فایل :3- 3 شکل

BPEاجراي -3-3-3

هاي مورد نیاز براي ها و فایلسازي دادهجهت آمادهشد، اشارههمانگونه که در ابتداي این فصل نیز

توسط BPEو همچنین آغاز به کار ) هاي مربوطهانجام دانلود و یا کپی کردن فایل( پردازش خودکار

ویس گیرنده، اختصاص مقدار به متغیرهاي سر .پذیردصورت می Perlنوشته شده به زبان برنامه

محیطی نیز در داخل همین متن به متغیرهاي سرویس دهنده تعریف شده توسط کاربر ومتغیرهاي

- صورت می bpe{variable name}$$و bpe{SYSOUT} ،$$bpe{V_xxx}$$ترتیب با استفاده از

مورد نظر و دستور PCFفایل "bpe{PCF_FILE} = "PPP$$به عنوان مثال، دستور . گیرد

$$bpe{V_STAINF} = "$campaign" الزم به ذکر .نمایدها را مشخص میفایل اطالعات ایستگاه

افزار ، نرمهاو ترسیم مختصات و سرعت مربوط به ایستگاه است که جهت انجام آنالیز تغییر شکل

Matlab شوددر داخل همین برنامه فراخوانی می .



در مسیر startBPE.pmماژول مد نظر، معرفی متغیرهاي هاي ورودي و سازي فایلپس از آماده

${BPE} نیز فراخوانی و اجراي این ماژول .شودجهت آغاز به کار سرویس دهنده به کار گرفته می

در ادامه خطوطی از برنامه که مربوط به .پذیردصورت می Perlنوشته شده به زبان برنامهتوسط

:فرماییدباشند را مالحظه میها میمتغیرفراخوانی فایل مذکور و معرفی

%newVar = ("V_STAINF" => "$campaign", "V_PLDINF" => "$campaign ",

"V_BLQINF" => "$campaign", "V_ABBINF" => "$campaign");

$bpe = new startBPE(%newVar);

$bpe->run()

به طور نوشته شده برنامهبایستی ودکار انجام شود،به صورت خ BPEبراي اینکه آغاز به کار

در windows task scheduler ابزار امکان با استفاده ازاین .خودکار و در زمان مشخصی اجرا گردد

. شوددر سیستم عامل لینوکس فراهم می cron ابزار سیستم عامل ویندوز و

شماي کلی از چگونگی انجام پردازش خودکار با استفاده از برنامه نوشته شده را نشان 4- 3شکل

. دهدمی

منطقه تحت پایش -3-4

در شمال غربی واقع ایستگاه 28هرتز مربوط به 1با نرخ دقیقه 30هاي در این پایان نامه داده

ي مورد هانام ایستگاه. گیرندر میایاالت متحده امریکا به صورت نزدیک به آنی مورد پردازش قرا

تمامی .است ارائه شده 5- 3شکل و 4- 3جدول دربه ترتیب هاپراکندگی ایستگاهچگونگی پردازش و

محدوده . هستند (PBO)مربوط به آرایه رصدخانه مرز پلیت ALBHها به غیر از ایستگاه ایستگاه

42و عرض جغرافیایی غربی درجه 125درجه تا 116جغرافیایی منطقه مورد نظر از طول جغرافیایی

. گیردمیرا در بر شمالی درجه 5/49درجه تا



Perlروند انجام پردازش خودکار توسط برنامه نوشته شده به زبان :4- 3شکل

ایاالت متحده متعلق به UNAVCO105هاي مورد نیاز به صورت جریان داده از طریق مرکز داده

106هايها از میزبانجریان داده .شونددریافت می BNCافزار امریکا و با استفاده از نرم

rtgpsout.unavco.org وwww.igs-ip.net هاي اخذ سپس داده .گردنداخذ می 2101 107با درگاه

. شوندذخیره می RINEXهاي شده به صورت فایل

105 http://pbo.unavco.org/data/gps/realtime 106 Caster host 107 Caster port



ها در منطقه شمال غربی ایاالت متحده امریکاپراکندگی ایستگاه :5- 3شکل

مورد استفاده در پردازش UNAVCOهاي لیست ایستگاه :4- 3جدول

P440 P386 NEAH ALBH P444 P389 P021 BURN P447 P397 P022 CHZZ P451 P402 P063 CORV

PABH P422 P362 CPXX SC00 P429 P366 GOBS SEAT P435 P370 MDMT

هاي مورد نیاز، خطر علت انتخاب منطقه شمال غربی ایاالت متحده امریکا، عالوه بر تأمین داده

خیزي این منطقه به خطر لرزه. هاي تکتونیکی آن استخیزي باالي این منطقه و سابقه فعالیتلرزه

10سال آتی 50ریشتر را در 9- 8اي به بزرگاي زیاد است که محققان احتمال وقوع زمین لرزهقدري

). Hansen, 2012(کنند درصد برآورد می 14تا

52 آنالیز تغییر شکل نظرينگرشی بر مبانی : فصل چهارم


نگرشی بر مبانی نظري آنالیز تغییر شکل -4

نگرشی بر مبانی نظري آنالیز تغییر شکل -4

چهارمفصل

تغییر شکلآنالیز نظرينگرشی بر مبانی



آنالیز تغییر شکل نظرينگرشی بر مبانی -4

پایش تغییر شکل و آنالیز نتایج پس از روش به کار گرفته شده براي تئوري مبانی در این فصل

هاي گزارش وریانسگذاري در ابتدا به چگونگی مقیاس. دگردمی صیل تشریحتف بهتعیین مختصات

، جهت (LSVCE)افزار با استفاده از روش برآورد کمترین مربعات مؤلفه وریانس شده توسط نرم

. شودپرداخته می ها،موقعیت ایستگاه براي گزارش شدهتر از خطاي بینانهبرآوردي واقع دستیابی به

سپس به توضیح چگونگی انجام فیلترینگ مکانی و آنالیز مؤلفه اصلی برآورد بردار وضعیت فرآیند

. شودگاؤس مارکف مرتبه اول پرداخته می

برآورد کمترین مربعات مؤلفه وریانس -4-1

ماتریس وریانس کووریانس سري ت، براي معادالت مشاهدا) 1- 4(با در نظر گرفتن مدل خطی

2هاي را با در نظر گرفتن ترکیبی از نویز سفید و فلیکر با وریانس GPSزمانی مختصات w 2و

f

:)Amiri-Simkooei, 2007( نوشت )2- 4( رابطهتوان به صورت می

)4 -1 ( ( )E y Ax

)4 -2 ( 2 2

1

p

y k k w f fk

Q Q I Q

ماتریس همانی Iبردار مجهوالت، xسري زمانی مختصات، yماتریس طراحی، Aدر این روابط

m m وfQ به غیر از براي به دست آوردن ماتریس طراحی، .ماتریس کوفاکتور نویز فلیکر است

با توان می غالبا، هاي بزرگزمین لرزه هاي ناگهانی ناشی ازتغییر شکل هاي فاحش همچونتغییر شکل

سالیانه و هاي تناوبیهمچنین سیگنالو ترند خطی را متشکل از یک رفتار تغییر شکل تقریب خوبی

. )Amiri-Simkooei, 2007( در نظر گرفت سالیانه نیم

مجهول رایباز طریق ض به ترتیب هاسهم نویز سفید و فلیکر در خطاي موقعیت ایستگاهمیزان

w وf هاي ماتریس کوفاکتور نویز فلیکر درایه .گرددتعیین میfQ زیر محاسبه رابطهاز طریق

: )Zhang et al., 1997( دگردنمی



)4 -3( ( )

9 08

9 log log 2 2(1 ) 08 24

fij

ifq

if

1هاي وریانس کووریانس مجهول برآوردگر کمترین مربعات مؤلفه 2[ , , ..., ]p σ ) در اینجا

p=2( شود زیر تعیین می، با استفاده از رابطه)Amiri-Simkooei, 2007(:

)4 -4 ( 1ˆ σ N l

) 6- 4(و ) 5-4(به ترتیب از طریق روابط lو بردار Nهاي ماتریس نرمال در این رابطه درایه

. شوندمحاسبه می

)4 -5 (1 11 ( )2kl y A k y A ln tr Q P Q Q P Q

)4 -6 ( 1 11 ˆ ˆ2

Tk y k yl e Q Q Q e

ˆ، k, l = 1, 2, ..., pدر این روابط، Ae P y وA

P تصویرگر متعامدي است که از رابطه زیر به

:آیددست می

)4 -7 ( 1 1 1( )T TA y y P I A A Q A A Q

هاي وریانس، به دلیل نامعلوم بودن د استفاده جهت برآورد مؤلفهخطی بودن معادله موربا وجود

محاسبهتکراري یک فرآیند طیهاي وریانس مورد نظر مؤلفهماتریس وریانس کووریانس مشاهدات،

. شوندمی

فیلترینگ مکانیو Karhunen-Loeveبسط -2-4

ي برآورد رسیدن به افزار ونرمپس از انجام پردازش و دستیابی به مختصات خام تولید شده توسط

ها، جهت اخذ نتایج بهتر و حذف خطاهاي مشترك در شبکه، خطاي موقعیت ایستگاه بهینه از

نامه از روش ارائه شده در این پایان. گرددفیلترینگ مکانی بر روي سري زمانی مختصات اعمال می

- انجام می Karhunen-Loeveگیري از بسط که با بهره )Dong et al., 2006(توسط دونگ و همکاران



در ادامه به توضیح این روش و چگونگی انجام فیلترینگ مکانی با استفاده از. شده استشود، استفاده

. شودپرداخته می این روش

گام زمانی باشد که nایستگاه در p، سري زمانی مختصات j=1,2,…,pو T(ti,xj) ،i=1,2,…,nاگر

ها به صورت زیر هاي ماتریس کووریانس دادهروي آن برداشته شده است، درایهاثر ترند خطی از

:خواهد بود

)4 -8 ( 1

11

n

i j k i k jk

x ,x t , x t , xn

S T T

هاي ماتریس متقارن کووریانس بر وریانس مشاهدات، ماتریس همبستگی به صورت با تقسیم درایه

: گرددمحاسبه می زیر

)4 -9 (

111 12

1 1 1 2 1

221 22

2 1 2 2 2

1 2

1 2

p

p

p

p

p p pp

p p p p

SS S

SS S

S S S

...

...

. . ..... . .

. . .

...

C

که در آن 2

1

1 np

p kk

yn

باشدوریانس مربوط به هر یک از مشاهدات می .

در مرحله . گرددتجزیه می اشماتریس همبستگی حاصل، در دو مرحله به مقادیر و بردارهاي ویژه

به یک ماتریس سه قطري متقارن تبدیل C، ماتریس Householderاول با استفاده از روش تبدیل

2جهت یافتن مقادیر ویژه qlدر دومین مرحله الگوریتم . شودمیj و بردارهاي ویژهje ماتریس سه -

دهاي بردارهاي ویژه حاصل از این روش که به مPress et al., 1992( .( شودار گرفته میقطري به ک

KLE در جهت کاهش همبستگی هستند که 108ايفضاي ویژهشهرت دارند، بردارهاي پایه متعامد یکه

108 Eigen space



جهت . باشندو بیانگر اهمیت نسبی مدهاي مختلف در طول بازه زمانی مورد نظر می مرتب شده

د کافی است مقدار ویژه مربوط به هر مد را بر مجموع مقادیر ویژه درصد همبستگی هر ممحاسبه

هاي زمانی یکه متعامد هاي پایه، سريروي این برداربر با تصویر کردن داده هاي اولیه . تقسیم نمود

(PC) 109هاي زمانی، بردارهاي مؤلفه اصلیاین سري .)Preisendorfer, 1988( شوندبازسازي می

: :شوندنامیده شده و به صورت زیر محاسبه می

)4 -10 ( 1

p

k i j kj

t t , x

a T e

:توان بسط سري زمانی مختصات را به صورت زیر در نظر گرفتبر این اساس می

)4 -11 ( 1

p

i k j i j kj

t , x t x

T a e

به ، با تکنیک بیان شده S، ماتریس کووریانس Cدر روابط باال اگر به جاي ماتریس همبستگی

110یا همان تابع تجربی متعامد PCAبه کار گرفته شده روشاش تجزیه گردد، بردارها و مقادیر ویژه

(EOF) گیردنام می.

شبکه مختصات نقاط که بیشترین سهم را در تغییرات )معموال دو مد اول( ترپایینمرتبه مدچند

زیرا مدهاي مرتبه باالتر .شوندمیدر نظر گرفته به عنوان مد مشتركغالبا دهند، به خود اختصاص می

به طور کلی مؤلفه . اثرات محلی هستند تر و یا اصطالحاهاي در مقیاس مکانی کوچکگر سیگنالبیان

توان بر این اساس می. باشدمی هاي مشترك مدل نشدهاصلی مد مشترك، شامل خطاها و سیگنال

:)Dong et al., 2006(مؤلفه اصلی را به صورت زیر نوشت

)4 -12 ( s ek i k i k i( t ) ( t ) ( t ) a a a

sدر این رابطه k ia ( t eو (

k ia ( t خطاهاي مشترك نشده و هاي مشترك مدلبه ترتیب سیگنال (

. خواهند بود CMEگر خطاهاي مشترك بیان ها و خطاها قابل تفکیک باشند، تنهااگر سیگنال. هستند

109 Principal Components 110 Empirical Orthogonal Function



ها محاسبه و از روي داده) 13- 4(گیري از معادله با بهره KLEحاصل از آنالیز CMEبر این اساس،

. .دگردحذف می

)4 -13 ( 1

me

j i k i k jk

( t ) ( t ) ( x )

a e

. هاي اصلی مد مشترك استتعداد مؤلفه mدر این رابطه

مختلف و ژئوفیزیکی ژئودتیک هايپدیده آنالیز روشی کارآمد براي Karhunen-Loeveروش بسط

,.Preisendorfer, 1988; Savage, 1988; Rundle et al., 2000; Tiampo et al( شودمحسوب می

2004; Tiampo et al., 2011( .کارآیی بررسی و همچنین جهت بررسی صحت کدهاي نوشته شده

- مورد استفاده قرار می GPSهاي آنالیز داده هاي جدیدي که اخیرا برايدر مقایسه با روش این روش

این تکنیک ،)Amiri-Simkooei, 2007( (LSHE) 111د، نظیر برآورد هارمونیک کمترین مربعاتنگیر

و محتواي فرکانسی معلوم، اي با رفتار نسبتا شناخته شدههاي جزر و مد به عنوان پدیدهبر روي داده

رد هاي در بدرصد از مؤلفه 3/73نشان دادند که ) 2013(یوسفی و حسینعلی .به کار گرفته شد

هاي باال، از میان کل محتواي فرکانسی رد فرکانسهاي در بدرصد از مؤلفه 3/44هاي پایین و فرکانس

Yousefi and( شناسایی است به کمک این روش قابل ،هاي جزر و مددر داده مورد انتظار

Hossainali, 2013( .روش با استفاده از حالی است که این درLSHE هیچ یک هاي مشابهروي داده

توانمی هاي با فرکانس باال رامؤلفه از مؤلفه 17 و تنها اي با پریود بلند شناسایی نشدههاز مؤلفه

.)Mousavian and Hossainali, 2012( کردشناسایی

GPSهاي تغییر شکل با استفاده از مشاهدات شناسایی سیگنال -4-3

آنالیز و با فیلترینگ کالمن برآورد بردار وضعیتهاي تغییر شکل، براي شناسایی بهتر سیگنال

افزایش نسبت .افزایش یابد هاداده نسبت سیگنال به نویزشوند تا به کار گرفته می مؤلفه اصلی

5تا 3و مشاهده کاهش LSVCEدامنه نویز سفید و رنگی با استفاده از سیگنال به نویز با تخمین

. شوددر ادامه به تشریح جزئیات این روند پرداخته می .گرددها تصدیق میبرابري آن

111 Least Squares Harmonic Estimation



برآورد بردار وضعیت -1- 3- 4

براي (FOGM)مارکف مرتبه اول - اؤسهمان طور که در فصل مقدمه نیز اشاره شد، از فرآیند گ

طیف یک فرآیند . شوداستفاده می GPSمختصات بیان همبستگی زمانی نویز موجود در سري زمانی

) FOGMمارکف توسط دو پارامتر وریانس - گاؤس 2fogm )و زمان همبستگی ( که به پارامترهاي (

FOGM پارامترهاي . شودشوند، کنترل میشناخته میFOGM 112هاي جدیدبا استفاده از دنباله

ها از ها اختالف میان مقادیر پیش بینی شده کمیتاین دنباله. آیندفیلترینگ کالمن به دست می

ت ها جهدر ادامه چگونگی محاسبه این پارامترها و استفاده از آن. فیلترینگ کالمن و مشاهدات هستند

. گرددبه تفصیل بیان می FOGMبه دست آوردن بردار وضعیت فرآیند

باشند، مدل دینامیکی tk، بردار مشاهدات و بردار وضعیت در لحظه k=1,2,…,nکه در آن xk و ykاگر

:و معادله مشاهدات به ترتیب عبارتند از

)4 -14 ( 1k k k k x x w

)4 -15( k k k k y H x v

بردار نویز vkبردار نویز پردازش و wkماتریس طراحی، Hkماتریس انتقال وضعیت، kکه در آن

براي برآورد بردار وضعیت و ماتریس وریانس کووریانس آن توسط فیلترینگ کالمن .مشاهدات است

بینی شده بینی شده، سپس مقدار پیشابتدا بردار وضعیت در آن لحظه با ماتریس انتقال وضعیت پیش

ارائه ) 20- 4(تا ) 16- 4(الگوریتم محاسبات در معادالت . شودفاده از ماتریس طراحی به روز میبا است

:)Welch and Bishop, 2001( شده است

)4 -16( 1 kk k k kˆ ˆ x x

)4 -17( 1T

k k kk k k k P P Q

)4 -18( 1

1 1 1 1 11 1T T

k k k k kk k k k

K P H H P H R

112 Innovation sequence



)4 -19( 1 1 11 1 1 1k k kk k k k k kˆ ˆ ˆ x x K y H x

)4 -20( 1 11 1 1k kk k k k P I K H P

tk+1 ،1kماتریس بهره کالمن در لحظه Kk+1در این روابط، R نویز مشاهدهk+1 ،1امk kˆx بردار

1kو tkبر اساس تمام مشاهدات تا لحظه tk+1وضعیت در لحظه kP ماتریس وریانس کووریانس

1k kˆx محاسبه پارامترهاي . استFOGM سازي دو تابع هزینه بر اساس مینیمC وL به ترتیب با

113جی. گیردآیند، صورت میکه در طی اجراي الگوریتم باال به دست می) 22- 4(و )21- 4(تعاریف

2نشان داد که بهترین جواب براي ) 2012(fogm و سازي به ترتیب از مینیمL وC حاصل می-

. شوند

)4 -21( 2

1

1ˆn

kk

Cn

v

)4 -22( 2

1 1

1 1log detn n

kk

k k k

Ln n

vCC

1kدر روابط باال، k k k kˆ v y H x 1دنباله جدید و

Tk k k kk k C H P H R 114وریانس جدید

ها به محاسبه مستقل پارامترهاي مذکور از این طریق، موجب کاهش وابستگی برآورد آن .هستند

. گرددمیزان نویز مشاهدات می

الزم به ذکر است که جهت افزایش سرعت و کارآیی یافتن پارامترهاي بهینه از تکنیک جستجوي

هاي پنجره جستجوي مینیمم توابع هزینه در روش،در این . استشده استفاده 115اياي شبکهنقطه 3

. شودمیاي شبکه متشکل از فضاي وریانس و زمان همبستگی انجام نقطه 9

بردار وضعیت 116روپس- رو، با استفاده از فیلترینگ کالمن پیشFOGMپس از تعیین پارامترهاي

FOGM شده کردن و بردار وضعیت حاصل به بردار نرم این فرآیند به فرآیند نرم. آیدبه دست می

کننده عالوه بر کاهش نویز سفید، بردار وضعیت و میزان خطاي آن را استفاده از نرم .شودشناخته می

113 Ji 114 Innovation variance 115 Three point grid search 116 Forward-backward Kalman Filtering



رو به ترتیب زیر استپس- روالگوریتم انجام محاسبات فیلترینگ کالمن پیش .کندمحاسبه می

)Herring et al., 1990( :

)4 -23( 1

1s f b fk k k k k k k

K P P P

)4 -24( 1s f s b fk kk k k k k kˆ ˆ ˆ ˆ x x K x x

)4 -25( s f s fk kk k k k P P K P

رو، هاي پیشدهنده نتایج حاصل از فیلترینگبه ترتیب نشان f ،b ،sهاي باالي در این روابط اندیس

وریانس کووریانس آن در روابط رو و ماتریس بردار وضعیت فیلترینگ پس. کننده هستندرو و نرمپس

:باال از معادالت زیر قابل برآورد هستند

)4 -26( 11 1 1

b bkk k k kˆ ˆ

x x

)4 -27( 1 11 1 1

Tb bk k kk k k k

P P Q

آنالیز مؤلفه اصلی -2- 3- 4

ماتریس کووریانس مربوط به این بردار ایجاد و پس از تعیین بردار وضعیت فرآیند گاؤس مارکف،

، مقادیر و بردارهاي ویژه آن qlو الگوریتم Householderکارگیري روش تبدیل سه قطري با به

هاي یا همان الگوي مکانی فرآیند گاؤس مارکف، پایه) je(بردارهاي ویژه حاصل . گردندمحاسبه می

با به دست آوردن . باشنددهنده راستاي ماکزیمم تغییرات میمتعامد فضاي ویژه هستند که نشان

یا ( بر روي محور اصلی) ا حذف اثر آفست و ترند خطیب(سري زمانی اولیه امتداد محورهاي اصلی،

تواند به عنوان روشی این رویکرد، می .شودمقدار ویژه تصویر می ینتر بزرگمربوط به ) ار ویژههمان برد

,Ji( مناسب براي پایش آنی تغییر شکل ناشی از نشست زمین، زلزله و یا آتشفشان به کار گرفته شود

2011( .

نتایج حاصل از این آنالیز خطاي نتایج حاصل از آنالیز مؤلفه اصلی جهت انجام تست معنادار بودن

براي تحلیل آماري نتایج به دست آمده از آنالیز مؤلفه اصلی بایستی تابع . رسدضروري به نظر می

هاي ارائه شده براي این منظور، نظیر روش روش. توزیع مقادیر ویژه و بردارهاي ویژه را تعیین نمود



، هر کدام داراي )Monte Carlo )Preisendorfer, 1988; Muirhead, 2005مجانبی و یا روش

هایی همچون ناوردایی نسبت به زمان، زمان محاسباتی زیاد و یا امید ریاضی نامعلوم متغیرها، کاستی

هاي اصلی استفاده شده جهت برآورد خطاي مؤلفهنامه از قانون انتشار خطاها در این پایان. باشندمی

. است

ام باشد، خطاي آن از طریق تصویر کردن iامین مؤلفه اصلی در اپک ija jبر این اساس، اگر

): Ji, 2011(شود وریانس نویز بر روي امتداد بردارهاي ویژه حاصل می

)4 -28 (2 Tij j i jv e e

امین درایه قطري آن از رابطه زیر hماتریس با ابعاد است که iام، و jبردار ویژه jeدر این رابطه،

: گرددمحاسبه می

)4 -29 (2 2fogmi ,h i , hP s

fogmدر این رابطه i ,hP خطاي برآورد وضعیتFOGM 2آید؛ به دست می) 25-4(است که از رابطهs

Heino(شود است که با استفاده از رابطه زیر تعیین می FOGMوریانس مورد انتظار براي سري زمانی

et al., 2000:(

)4 -30 (

2 222

2 1111 1 1

T

fogm

r rT rsT T r T r

تعریف خود همبستگی در آفست زمانی یک روزه با rکل بازه زمانی مشاهدات و Tدر رابطه باال،

1 fogmr exp است .

هاي اصلی تست معنادار بودن نتایج با استفاده از پس از به دست آوردن خطاي مربوط به مؤلفه

: شودفرض صفر زیر انجام می

)4 -31 (2

20 95

ij. ,dof

i ijav

2در این رابطه 0 95. ,dof بیانگر آمارهchi-square است% 95در سطح اطمینان .



ها بر روي دامنه مقادیر تصویر شده تأثیرگذار گپ موجود در داده که ییآنجاالزم به ذکر است از

- ، گپ موجود در دادهPCAو اجراي مکرر ) 11- 4(اصلی اول در معادله است، با در نظر گرفتن سه مد

. ها قبال برطرف شده است

63 نتایج حاصل از پردازش و آنالیز: فصل پنجم


نتایج حاصل از پردازش و آنالیز -5

پنجمفصل

حاصل از پردازش و آنالیزنتایج



نتایج حاصل از پردازش و آنالیز -5

گردد و سپس به آنالیز نتایج ارائه می پردازش و در این فصل در ابتدا نتایج حاصل از بخش

. شودچگونگی نمایش نتایج اخذ شده پرداخته می

هانتایج به دست آمده براي مختصات و سرعت ایستگاه -5-1

ها، به صورت نزدیک انجام تجزیه و تحلیل بر روي داده دستیابی به نتایج حاصل از پردازش و جهت

پردازش و فراخوانی شده و نتایج حاصل از Matlab، برنامه Perlبه آنی، در کد نوشته شده به زبان

- یره میاي مشخص ذخ، در پوشه)PNGبا فرمت (هاي متنی و تصویري ها، به عنوان فایلداده آنالیز

SINEXهاي سرعت و دو فایل نام و مسیر مربوط به فایل Matlabورودي تابع نوشته شده .گردند

حاصل از حاوي مختصات SINEXهاي یکی از فایل. مورد پردازش است campaignتولید شده در

روند کلی . باشدتعیین موقعیت مطلق و دیگري شامل مختصات منتج از تعیین موقعیت نسبی می

. نشان داده شده است 1-5در شکل Matlabافزار هاي صورت گرفته در اجراي نرمپردازش

SINEXهاي ها و از فایلبه دست آمده از پردازش، سرعت ایستگاه) VELبا پسوند (از فایل سرعت

در اپک مد نظر استخراج شده و در IGS08ها در چارچوب مرجع مربوطه، مختصات خام ایستگاه

جنوبی و ارتفاعی - غربی، شمالی- هاي مختصاتی شرقیمؤلفه. شوندنوشته می CRDیی با پسوند هافایل

2- 5در شکل . شوندهاي مزبور محاسبه و نشان داده میها از طریق دادهمربوط به هر یک از ایستگاه

3-5مربوط به هر اپک و در شکل 117همراه با خط خطاي P021سري زمانی خام متعلق به ایستگاه

انحراف معیار گزارش . اند درآمدهها در سیستم مختصات محلی ژئودتیک به نمایش سرعت ایستگاه

هاي مورد پردازش، در حالت تعیین موقعیت مطلق براي سه مؤلفه افزار براي ایستگاهشده توسط نرم

- ر میسانتیمت 4/7و 6/5، 5/3جنوبی و ارتفاعی به ترتیب داراي مقدار متوسط - غربی، شمالی- شرقی

3/8و 9/7، 8/7در حالت تعیین موقعیت نسبی، متوسط انحراف معیارهاي مذکور به مقادیر . باشد

. یابدمیلیمتر تقلیل می

117 Error bar



Matlabافزار هاي انجام شده توسط نرمروند کلی پردازش: 1- 5 شکل

برابر بزرگتر 10جهت نمایش بهتر خطاها ( P021 ستگاهیا به مربوط یمختصات مؤلفه سه خام یزمان يسر: 2-5 شکل )اندشده



) نیز نشان داده شده است 2- 5گونه که در شکل همان(با وجود اینکه محاسبه و ترسیم ترند خطی

رسد؛ از آنجاییکه این سیستم جهت براي بازه زمانی کوتاه در نظر گرفته شده منطقی به نظر نمی

. رسدپایش تغییر شکل در بلند مدت طراحی شده، انجام آن ضروري به نظر می

IGS08 مرجع چارچوب در هاستگاهیا سرعت: 3- 5 شکل

سري زمانی مختصات الگوهاي مکانی و زمانی ،Karhunen-Loeveروش بسط یريکارگ بهبا

جنوبی - غربی، شمالی- هاي مختصاتی شرقیاصلی اول براي مؤلفهمؤلفه دو .ها به دست آمدندایستگاه

مد .است شده ارائه 5- 5شکل و 4-5شکل ،3- 5شکل به ترتیب در محاسبه و نتایج حاصل و ارتفاعی

از مد مشتركدهند، به عنوان که بیشترین سهم را در تغییرات شبکه به خود اختصاص می و دوماول

.حذف شدندها روي داده

سري زمانی 6- 5شکل جهت انجام مقایسه و مشاهده تأثیر فیلترینگ مکانی به کار گرفته شده، در

. اندقبل و بعد از اعمال فیلترینگ به نمایش در آمده P447 سه مؤلفه مختصاتی ایستگاه



. یغرب-یشرق یمختصات مؤلفه به مربوط دوم و اول KLE يمدها شده زهینرمال یزمان و یمکان يالگوها: 4-5 شکل متناظر هايشکل. هستند دوم و اول ژهیو يمدها یمکان يالگو دهندهنشان راست به چپ از بیترت به باال هايشکل

.باشندیم دوم و اول یاصل مؤلفه یزمان راتییتغ انگریب زین نییپا

. یجنوب- یشمال یمختصات مؤلفه به مربوط دوم و اول KLE يمدها شده زهینرمال یزمان و یمکان يالگوها: 5-5 شکل .4-5 شکل مشابه حاتیتوض



مشابه حاتیتوض. یارتفاع مؤلفه به مربوط دوم و اول KLE يمدها شده زهینرمال یزمان و یمکان يالگوها :6- 5 شکل .4- 5 شکل

از) رنگ قرمز خط( بعد و) رنگ یآب خط( قبل P447 ستگاهیا یمختصات مؤلفه سه به مربوط یزمان يسر: 7-5 شکل یمکان نگیلتریف اعمال



شکل در .شوندو بردار وضعیت فرآیند گاؤس مارکف محاسبه می پارامترها، پس از اعمال فیلترینگ

جنوبی ایستگاه - غربی و شمالی- هاي مختصاتی شرقیبراي مؤلفه FOGMبرآورد بردار وضعیت 7- 5

SC00 ترسیم شده است.

شکل( یجنوب- یشمال و) باال شکل( یغرب- یشرق یمختصات مؤلفه به مربوط FOGM تیوضع بردار برآورد: 8- 5 شکل

SC00 ستگاهیا) نییپا

سري زمانی حاصل از تصویر کردن 8- 5شکل مارکف،پس از تعیین بردار وضعیت فرآیند گاؤس

.دهدهاي اولیه ایستگاه مذکور بر روي بردارهاي پایه فضاي ویژه را نشان میداده

- توان معنادار بودن تغییر شکلمی% 95با استفاده از تست فاکتور وریانس ثانویه در سطح اطمینان

در تست آماري پذیرفته P444از ایستگاه 6و 5، 3اپک 3با اعمال این تست، تنها . ها را بررسی نمود

با توجه به کم بودن بازه زمانی در چند اپک اول و در نتیجه غیر قابل اطمینان بودن تست با . نشدند

. رسدظر نمیجامعه آماري ناکافی، وقوع این امر در چند اپک اولیه چندان دور از ذهن به ن



شکل( یجنوب-شمال ،)باال شکل( یغرب یشرق یمختصات مؤلفه سهبه مربوط شده ریتصو یزمان يسر: 9-5 شکل

SC00 ستگاهیا يبرا) نییپا شکل( یارتفاع و) وسط

نمایش تحت وب نتایج -5-2

براي این منظور از زبان . نامه به چگونگی نمایش تحت وب نتایج اختصاص دارداین بخش از پایان

- از دسته نرم XAMPPافزار نرم. استفاده شده است XAMPPافزار و نرم HTML 5برنامه نویسی

در . گیردشود که توسط کاربران جهت توسعه وب مورد استفاده قرار میافزارهاي آزاد محسوب می



هاي متعددي نظیر دهندهسرویسهایی جهت گزینش نصب و اجراي آیکون XAMPPصفحه کنترل

Apache ،Mysql ،FileZilla ،Mercury انتخابی در اینجا دهندهسرویس. وجود دارد... وApache

وب سایت طراحی شده شامل سه بخش صفحه اصلی، محصوالت ارائه شده و بخش تماس . بوده است

. ها استگیرنده سرعت و سري زمانی مختصات ایستگاهبررائه شده دربخش محصوالت ا. باشدمیبا ما

. بخش تماس با ما نشان داده شده است 11- 5صفحه اصلی و در شکل 10- 5در شکل

ترسیم شده است و لینکی IGS08ها در چارچوب مرجع در بخش سرعت، سرعت کلیه ایستگاه

). 12- 5شکل (هاي مذکور در نظر گرفته شده است جهت دانلود سرعت

هاي زمانی مربوطه قرار داده شده ها جهت گزینش و رؤیت سريدر بخش سري زمانی، نام ایستگاه

کاربر پس از کلیک کردن روي نام . صفحه وب مورد نظر به نمایش در آمده است 13- 5در شکل . است

فیلتر شده سه مؤلفه مختصاتی را مشاهده و دریافت تواند سري زمانی خام و ایستگاه مد نظر، می

. به نمایش در آمده است 14- 5این صفحه در شکل . نماید

صفحه اصلی وب سایت طراحی شده جهت پایش تغییر شکل: 10-5شکل



وب سایت طراحی شده بخش تماس با ما در :11- 5 شکل

هامربوط به نمایش سرعت ایستگاهوب صفحه : 12- 5 شکل



صفحه وب مربوط به گزینش ایستگاه مد نظر: 13- 5 شکل

رصفحه مربوط به نمایش و دانلود سري زمانی مربوط به ایستگاه برگزیده توسط کارب :14- 5 شکل

74 گیري و پیشنهاداتنتیجه: فصل ششم


گیري و پیشنهادات نتیجه -6

ششمفصل

نتیجه گیري و پیشنهادات



گیري و پیشنهادات نتیجه -6

، هاي زیربناییو حمایت از سرمایه گذاري جانیکاهش تهدیدات هاي پایش در اهمیت سیستم

کارگیري ابزارهایی قابل اطمینان و کارآمد، اجتناب ناپذیر ها را با بهایجاد و توسعه این قبیل سیستم

اي که دارد، به هاي ویژهبا توجه به قابلیت GPS جهانی در این راستا، سیستم تعیین موقعیت. سازدمی

.گرددتغییر شکل محسوب میعنوان ابزاري مهم جهت پایش

ایستگاه واقع در شمال غربی 28براي GPS یستمسدقیقه نرخ باالي 30هاي نامه دادهدر این پایان

گیري از محصوالت مداري بسیار و با بهره Bernese 5.0افزار علمی ایاالت متحده امریکا، توسط نرم

افزار در دقت گزارش شده توسط نرم. گرفت، به صورت نزدیک به آنی مورد پردازش قرار IGSسریع

ها در حدود چند سانتیمتر و در تعیین موقعیت نسبی بهتر از سانتیمتر تعیین موقعیت مطلق ایستگاه

کالمن و یلترینگفها نیز با اعمال فیلترینگ مکانی، استفاده از آنالیز مختصات خام ایستگاه. است

صل از آنالیز مؤلفه اصلی برآورد بردار وضعیت فرآیند گاؤس ها بر روي بردارهاي ویژه حاتصویر داده

. کندهاي تغییر شکل کمک بسزایی میاین رویکرد، در شناسایی بهتر سیگنال. مارکف صورت گرفت

در صورت ایجاد بستر مخابراتی مورد نیاز و . در پایان، نتایج حاصل تحت وب به نمایش گذاشته شد

تواند به عنوان یک سیستم پایش کارآمد، ات الزم این سیستم میبودجه براي فراهم نمودن تجهیز

. براي مصارف علمی و تجاري متعدد مورد استفاده قرار بگیرد

ها را ندارد و تنها قادر به پردازش قابلیت پردازش جریان داده Berneseافزار با توجه به اینکه نرم

افزار نرم TrackRTاز ماژول توانمی دهاي آنیبراي کاربرباشد، ها میاي از دادهدسته

GAMIT/GLOBK و یاRTG افزار نرمGIPSY افزار از طرفی الزم به ذکر است که نرم .داستفاده کر

GAMIT افزار تنها قادر به پردازش در سطح تفاضلی دوگانه بوده و نرمGIPSY تنها قادر به تعیین

ها در سطوح قابلیت پردازش داده Berneseافزار ست که نرماین درحالی. باشدموقعیت مطلق دقیق می

. باشدمختلف را دارا می

امکان محاسبه میدان سرعت ،افزارحاصل از پردازش توسط نرم هايبا استفاده از سرعتهمچنین

بدین .وجود دارد یابی نظیر کریجینگ و یا توابع پایه شعاعیهاي درونیکی از روش یريکارگ بهبا



، دست هایی همچون استرین و نرخ استرین، جهت انجام مطالعات بیشترکمیت توان بهترتیب می

.یافت

77 فهرست مطالب


فهرست مراجع

Amiri-Simkooei A. R., "Least-squares variance component estimation: Theory and GPS applications", Ph.D. thesis, Delft University of Technology, Publication on Geodesy, 64, Netherlands Geodetic Commission, Delft, 2007.

Barbarella,M., S. Gandolfi, L. Ricucci, and A. Zanutta, "Independent strategies for GPS data processing applied to the New Italian Geodetic Reference Network (RDN)", Euref 2009 Symposium - 27th - 30th May, 2009 - Florence, ITALY, 2009.

Bar-Sever, Y., "A new model for GPS yaw attitude", J. Geod., 70, 714–723, 1996.

Behr, J. A., K. W. Hudnut, and N. E. King, "Monitoring Structural Deformation at Pacoima Dam, California Using Continuous GPS", Seis. Res. Lett., vol. 69, No. 4; pp. 299-308, 1999.

Biasion, A., L. Bornaz, and F. Rinaudo, "Laser scanning on disaster management. In: Geo-information for disaster management", Springer Verlag Berlin Heidelberg 2005, pages 19-35, 2005.

Bilich, A., "Improving the precision and accuracy of geodetic GPS: applications to multipath and seismology", Ph.D. dissertation, Department of Aerospace Engineering Sciences, University of Colorado, 2006.

Blewitt, G., D. Lavallee, P. Clarke, and K. Nurutdinov, "A new global mode of Earth deformation, Seasonal cycle detected", Science, 294, 2342–2345, 2001.

Blewitt, G., "Fixed-Point Theorems of GPS Carrier Phase Ambiguity Resolution and Their Application to Massive Network Processing: 'Ambizap'", J. Geophys. Res., doi:10.1029/2008JB005736, 2008.

Boehm, . J.,A. Niell, P. Tregoning, and H. Schuh, "Global Mapping Function (GMF): A new empirical mapping function based on numerical weather model data", Geophys. Res. Lett., 33, L07304,doi:10.1029/2005GL025546, 2006.

Bock, Y., D. C. Agnew, P. Fang, J. F. Genrich, B. H. Hager, T. A. Herring, K. W. Hudnut, R. W. King, S. Larsen, J. B. Minster, K. Stark, S. Wdowinski, and F. K. Wyatt, "Detection of crustal deformation from Landers earthquake sequence using continuous geodetic measurements", Nature, 361, 337–340, 1993.

Bonaccorso, A., G. Falzone, and S. Gambino, "An investigation into shallow borehole tiltmeters", Geophys. Res. Lett., 26(11), 1637–1640, 1999.

Calais, E., "Continuous GPS measurements across the Western Alps 1996–1998", Geophys J Int, vol. 138, p. 221–230, 1999.

Calais, E., J. Han, C. Demets, and J. Nocquet, "Deformation of the North American plate interior from a decade of continuous GPS measurements", J. Geophys. Res., 111, B06402, doi:10.1029/2005JB004253, 2006.

Celebi, M., W. Prescott, R. Stein, K. Hudnut, J. Behr, and S.Wilson, "GPS monitoring of dynamic behavior of long-period structures", Earthquake Spectra 15, 55–66, 1999.

Chadwick, W. W., R. W. Embley, H. B. Milburn, C. Meining, and M. Stapp, "Evidence for deformation associated with the 1998 erruption of Axial Volcano, Juan de



Fuca Ridge, from acoustic extensometer measurements", Geophysical Research Letters, Vol.26, No. 23, pages 3441-3444, December1, 1999.

CLIMCHALP, "Slope Monitoring Methods – A State of the Art Report", Workpackage 6 Report des Climate Change, Impacts and Adaptation Strategies in the Alpine Space (ClimChAlp) Projects, Ed.:Thomas Shäfer, ClimChAlp Partnership, 165 S., 2008.

Colesanti, C., A. Ferretti, F. Novali, C. Prati, and F. Rocca, "SAR monitoring of progressive and seasonal ground deformation using the permanent scatterers technique", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol: 41 , Issue: 7, 1685 - 1701, 2003.

Colesanti, C., and J. Wasowski, "Satellite SAR interferometry for wide-area slope hazard detection and site-specific monitoring of slow landslides", International Landslide Symposium - ISL2004, Rio de Janeiro, 2004.

Cosser, E., G. W. Roberts, X. Meng, and A. H. Dodson, "Measuring the dynamic deformation og bridges", Proceedings, 11th FIG Symposium on Deformation Measurements, Santorini, Greece, 2003.

Crosetto, M., A. Arnaud, J. Duro, E. Biescas, and M. Agudo, "deformation monitoring using remotely sensed radar interferometric data", Proceedings, 11th FIG Symposium on Deformation Measurements, Santorini, Greece, 2003.

Crosetto, M., B. Crippa, E. Biescas, O. Monserrat, and M. Agudo, "state-of-the-art of land deformation monitoring using differential SAR interferometry", International society of photogrammetry and remote sensing Hannover workshop,03 April 2009, 2005.

Dach, R., G. Beutler, H. Bock, P. Fridez, A. Gade, U. Hugentobler, A. Jaggi, M. Meindl, L. Mervart, L. Prange, S. Schaer, T. Springer, C. Urschl, and a. P. Walser, "Bernese GPS Software Version 5.0", Astronomical Institute, University of Bern, Bern, Switzerland, jan 2007, User manual, 2007.

Davis, E., D. Astakhov, and C. Wright, "Monitoring and Diagnosis Technologies. Precise Deformation Monitoring by High Resolution Tiltmeters", Geophysical Exploration, VOL.54;NO.6;PAGE.425-432, ISSN:0912-7984, 2001.

Ding, X., D. Ren, B. Montgomery, and C. Swindells, "Automatic Monitoring of Slope Deformations Using Geotechnical Instruments", Journal of Surveying Engineering, Vol. 126, No. 2 : pp. 57-68, 2000.

Dong, D., P. Fang, Y. Bock, M. K.Cheng, and S., Miyazki, "Anatomy of apparent seasonal variations from GPS-derived site position time series", J. Geophys. Res., 107(B4), doi:10.1029/2001JB000573, 2002.

Dong, D., P. Fang, Y. Bock, F.Webb, L. Prawirodirdjo, S. Kedar, and P. Jamason, "Spatiotemporal filtering using principal component analysis and Karhunen-Loeve expansion approaches for regional GPS network analysis", J. Geophys. Res., no. 111, doi: 10.102, 2006.

Dong, D., T. Yunck, and M. Heflin, "Origin of the International Terrestrial Reference Frame", J. Geophys. Res., 108(B4), 2200, doi:10.1029/2002JB002035, 2003.

Foppe, K., "Permanent Automatic Monitoring of Historical Ecclesiastical Architecture", In. Proc. of 3rd IAG & 12th FIG Symposium, Baden, 2006.



Gregorius, T., "GIPSY OASIS II: How it works", Department of Geomatics, University of Newcastle upon Tyne, University of Newcastle, UK, 149~pp., 1996.

Grêt, A., R. Snieder, R. C. Aster, and P. R. Kyle, "Monitoring rapid temporal change in a volcano with coda wave interferometry", Geophys. Res. Lett., vol. 32, L06304, 2005

Hammond, W. C., and W. Thatcher, "Contemporary tectonic deformation of the Basin and Range province, western United States: 10 years of observation with the Global Positioning System", J. Geophys. Res., 109, B08403, doi:10.1029/2003JB002746, 2004.

Hammond,W., B. Brooks, R. Bürgmann, T. Heaton, M. Jackson, A. Lowry, and S. Anandakrishnan, "The scientific value of high-rate, low-latency GPS data", Eos, Trans. Am. Geophys. Union, vol. 92, no. 15, pp. 125-126, 2011.

Hansen,A. H. R., "Pacific Northwest Earthquake Risk", ASA Institute for Risk & Innovation, 2012.

Heino, M., J. Ripa, and V. Kaitala, "Extiction risk under coloured environmental noise", Ecography, 23, 177-184, 2000.

Herring, T. A., J. L.Davis, and , I. I.Shapiro, "Geodesy by Radio Interferometry -the Application of KAlman Filtering to the Analysis of Very Long Base-Line Interferometry Dat", J. Geophys. Res., 95, 12561-12581.,doi: 10.1029/JB095iB08p12561, 1990.

Herring,T. A., R. W. King, and S. C. McClusky, "GAMIT Reference Manual", Department of Earth Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, 2009.

Herring,T. A., "TRACK GPS kinematic positioning program, version 1.21", Department of Earth Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, 2010.

Hoffman-Wellenhof, B., H. Lichteneger, and J. Collins, "Global Positioning System, Theory and Practice", Springer Wien.NewYork, Vols. Fifth revised edition, 2001.

Hopfield, H.,"Two-quadratic tropospheric refractivity profile for correcting satellite data", Journal of Geophysical Research, 74, pp. 4487–4499, 1969.

Hsiao, K. H., M. F. Yu, J. K. Liu, and Y. H. Tseng, "Change Detection of Landslide Terrains Using Ground-based Lidar Data", Proceedings of 2003 Annual Symposium of the Society of Chinese Association of Geographic Information, 2003.

Hudnut, K. W., Z. Shen, M. Murray, S. McClusky, R. King, T. Herring, B. Hager, Y. Feng, P. Fang, A. Donnellan, and Y. Bock, "Co-seismic displacements of the 1994 Northridge, California, earthquake", Bull. Seismol.Soc. Am., 86(1B), s19– s36, 1996.

IGS, International GNSS Service,available at http://igscb.jpl.nasa.gov/, 2009.



Inaudi,D., S. Vurpillot, and S. LLoret, "In-line coherence multiplexing of displacement sensors: a fiber optic extensometer", SPIE, Smart Structures and Materials, San Diego, USA, 1996.

Isioye, O. A., and A. A. Musa, "The Use of Geodetic Leveling For Crustal Motion and Deformation Studies: A 30-Year Case Study in Ahmadu Bello University, Zaria", The Information Manager Vol. 7, 2007.

Janssen, V., "GPS on the Web: GPS Volcano Deformation Monitoring", GPS Solut., 6 (1-2)., pp. 128-130, ISSN: 1080-5370, 2002.

Ji, K. H., "Transient signal detection using GPS position time series", Ph.D. thesis, 243 pp., Mass. Inst. of Technol., Cambridge, 20 July, 2011.

Kavvadas, M. J., "Monitoring ground deformation in tunnelling: Current practice in transportation tunnels", Engineering Geology, Volume 79, Issues 1–2, Pages 93-113, ISSN 0013-7952, 2005.

Kawakatsu, H., "On the realtime monitoring of the long-period seismic wavefield", Bulletin Earthqake Research Institute, University of Tokio, Vol. 73, pp. 267-274, 1998.

Kimata, F., R. Miyajima, M. Murase, D. Darwaman, T. Ito, Y. Ohata, M. Irwan, K. Takano, F. Ibrahim, E. Koyama, H. Tsuji, T. Takayama, K. Uchida, J. Okada, D. Solim, and H. Anderson, "Ground uplift detected by precise leveling in the Ontake earthquake swarm", Earth Planets Space, 56, 45–48, 2004.

Kim, D., R. B. Langley, J. Bond, and A.Chrzanowski, "Local deformation monitoring using GPS in an open pit mine: initial study", GPS Solutions, 7:176–185, doi:10.1007/s10291-003-0075-1, 2003.

Kontogianni, V. A., and S. C. Stiros, "Induced deformation during tunnel excavation: Evidence from geodetic monitoring", Engineering Geology,Volume 79, Issues 1–2, Pages 115-126, ISSN 0013-7952, 2005.

Kostadinov, A., and G. Merk, "Field to Internet: Anytime and Anywhere" – Optimized processes in structural health monitoring systems of natural and man-made structures", AfricaGeo 2011, no. 31 May – 2 June 2011, Cape Town, 2011.

Langbein, J.,"Noise in GPS displacement measurements from Southern California and Southern Nevada", J. Geophys. Res., 113, B05405, doi: 10.1029/20007JB005247, 2008.

Larson,K., J. Freymueller, and S. Philipsen, "Global plate velocities from the Global Positioning System", J.Geophys.Res., 102, 9961– 9982, 1997.

Lauknes,T. R., "Long-Term Surface Deformation Mapping using Small-Baseline Differential SAR Interferograms", A Thesis for the Degree of Candidatus Scientiarum, University of Tromsø, Department of Physics, 2004.

Lienhart,W., and G. Merk, ""Vom Feld ins Internet" – Ein Beispiel zur Nutzung internetfähiger Mobilkommunikation bei der Messwerterfassung und Visualisierung von Deformationsmessungen", Proc.16. InternationalerIngenieurvermessungskurs, pp. 183-195, 2010.

Lyard, F., F. Lefevre, T. Letellier, and O. Francis, "Modelling the global ocean tides: modern insights from FES2004", Ocean Dynam., 56, 394–415, 2006.



Mazzotti, S., and J. Adams, "Rates and uncertainties on seismic moment and deformation in eastern Canada", J. Geophys. Res., 110, B09301, doi:10.1029/2004JB003510, 2005.

McCarthy D. D., and G. Petit, "IERS Conventions (2003)", IERS Technical Note 32, Verlag des Budesamts fur Kartographie und Geodasie, Frankfurt, 2004.

Mikǒs, M., A. Vidmar, and M. Brilly, "Using a laser measurement system for monitoring morpho-logical changes on the Strug rock fall, Slovenia", Natural Hazards and Earth System Sciences Vol. 5, 143-153, 2005.

Miyazaki, S., and K. Heki, "Crustal velocity field of southwest Japan: Subduction and arc-arc-collision", J.Geophys. Res., 106, 4305– 4326, 2001.

Mikada,H. H. K., H. Matsumoto, K. Kawaguchi, T. Watanabe, R. Otsuka, and S. Morita, "Scientific results from underwater earthquake monitoring using cabled observatories", The 3rd International Workshop on Scientific Use of Submarine Cables and Related Technologies, 25-27 June 2003, pp 3-7, 2003.

Moore, J. R., V. Gischig, E. Button, and S. Loew, "Rockslide deformation monitoring with fiber optic strain sensors", Natural Hazards and Earth System Science, Volume 10, Issue 2, 2010, pp.191-201, 2010.

Mousavian, R., andM. MashhadiHossainali, 2012, "Detection of main tidal frequencies using least squares harmonic estimation method", J Geod. Sci., 3, 224-233.

Murray,M. H., W. H. Prescott, R. Burgmann, J. T. Freymueller, P. Segall, J. Svarc, S. D. J. Williams, M. Lisowski, and B. Romanowicz, "The deformation field of the Pacific-North America plate boundary zone in northern California from geodetic data 1973– 1989, Eos Trans", AGU, 79(45), Fall Meeting Suppl., F192, 1998.

Niell, A., "Global mapping functions for the atmosphere delay at radio wavelengths", Journal of Geophysical Research, 101 (B2), 3227-3246, 1996.

Obara,K., K. Kasahara, S. Hori, and Y. Okada, "A densely distributed high-sensitivity seismograph network in Japan:Hi-net by National Research Institute for Earth Science and Disaste Prevention", Rev. Sci. Instrum. 76, 021301, 2005.

Parker,J. W., "Analysis and modeling of southern California deformation", in APEC Cooperation for Earthquake Simulation (ACES), 2nd ACES Workshop Proceedings, Univ. of Queensland, Brisbane, Australia, 2001.

Prawirodirdjo, L., and Y. Bock, "Instantaneous global plate motion mode from 12 years of continuous GPS observations", J. Geophys. Res., 109, B08405, doi:10.1029/2003JB002944, 2004.

Preisendorfer,R. W., "Principle Component Analysis in Meteorology and Oceanography", Elsevier Sci., New York, ISBN: 0-444-41710-9, 1988.

Press, W. H.,B. P. Flannery, S. A. Teukolsky, and Vettering W. T., "Numerical Recipes in C", 2nd ed., Cambridge Univ. Press, New York, ISBN:0-521-43108-5, 1992.

Qiu, D. W., and J. G. Wu, "Terrestrial Laser Scanning For Deformation Monitoring Of The Thermal Pipeline Traversed Subway Tunnel Engineering", The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B5. Beijing, 2008.

Rundle, J. B., W.Klein,K. F. Tiampo, and S.Gross, "Linear pattern dynamics in nonlinear threshold systems", Phys. Rev. E, 61, 2418– 2432, 2000.



Saastamoinen, I.I., "Contribution to the theory of atmospheric refraction", Bulletin Geodesique, 107, pp. 13–34, 1973.

Savage, J. C., "Principal component analysis of geodetically measured deformation in Long Valley caldera, eastern California, 1983 – 1987", J. Geophys. Res., 93, 13,297–13,305, 1988.

Schaer, S., "Monitoring P1–C1 code biases", IGS Mail No. 2827, IGS Central Bureau Information System, 2000.

Scherneck, H. G.,J. M. Johansson, and R. Haas, "BIFROST project: Studies of variations of absolute sea level in conjunction with postglacial rebound in Fennoscandia", in Towards an Integrated Global Geodetic Observing System (IGGOS), Int. Assoc. Geod. Symp., vol. 120, p. 241– 244, Springer, New York, , 2000.

Schmid, R., M. Rothtacher, D. Thaller, and P. Steigenberger, "Absolute phase center corrections of satellite and receiver antennas: Impact on GPS solutions and estimation of azimuthal phase center variations of the satllie antenna", GPS Solutions, 9, 4, 283-293, doi:10.10007/s10291.005-0134-x, 2005.

Sella,G. F., T. H. Dixon, and A. L. Mao, "REVEL: A model for recent plate velocities from space geodesy", J. Geophys. Res., 107(B4), 2081, doi:10.1029/2000JB000033, 2002.

Shen, Z. K., D. Dong, T. Herring, K. Hudnut, D. Jackson, R. King, S. McClusky, and L. Sung, "Crustal deformation measured in southern California", Eos Trans. AGU, 78(43), 477, 482., 1997.

Simons, M., Y. Fialko, and L. Rivera, "Coseismic deformation from the 1999 Mw 7.1 Hector Mine, California, Earthquake as Inferred from InSAR and GPS Observations", Bull. Seismol.Soc. Am., 92, 1390– 1402, 2002.

Smith, K. D., D. V. Seggern, G. Blewitt, L. Preston, J. G. Anderson, B. P. Wernicke, and J. L. Davis, "Evidence for deep magma injection beneath Lake Tahoe", Nevada-California, Science, 305, 1277– 1280, 2004.

Springer,T. A., G. Beutler, and M. Rothacher, "Improving the orbit estimates of GPS satellites", Journal of Geodesy, 73, 147-157, 1999.

Standish, E., "The Observational Basis for JPL’s DE200, the Planetary Ephemerides of the Astronomical Almanac", Astronomy and Astrophysics, 233, pp. 252–271, 1990.

Tiampo, K. F., J. B.Rundle,W. Klein, Y. Ben-Zion, and S.McGinnis, "Using eigenpattern analysis to constrain seasonal signals in southern California", Pure Appl. Geophys., 1991–2003, 2004.

Tiampo,K. F.,S. Mazzotti, andT. James, "Analysis of GPS Measurements in Eastern Canada Using Principal Component Analysis", Pure Appl. Geophys.,doi: 10.1007/s00024-011-0420-1, 2011.

Treuhaft, R., and G. Lanyi, "The effect of the dynamic wet troposphere on radio interometric measurements", Radio Science, 22 , 251-265, 1987.

Voyat, I., R. Roncella, G. Forlani, and A. Ferrero, "Advanced techniques for geo structural surveys in modelling fractured rock masses – Application to two Alpine sites", Proceeding: The 41st U.S. Symposium on Rock Mechanics



(USRMS): “50 Years of Rock Mechanics - Land-marks and Future Challenges”, Colorado, 2006.

Wdowinski, S., Y. Bock, J. Zhang, P. Fang, and J. Genrich, "Southern California permanent GPS geodetic array: Spatial filtering of daily positions for estimating coseismic and postseismicdisplacements induced by the 1992 Landers earthquake", J. Geophys. Res., pp. 102, 18,057– 18,070, 1997.

Wdowinski,S., Y. Bock, G. Baer, L. Prawirodirdjo, N. Bechor, S. Naaman, R. Knafo, Y. Forrai, and Y. Melzer, "GPS measurements of current crustal movement along the Dead Sea Faul", J. Geophys. Res., no. 109, B05403, doi:10.1029/2003JB002640, 2004.

Welch, G., G.Bishop, "An introduction to kalman filter", University of North Carolina at Chapel Hill, 2001.

Welsh, M.,G. Werner-Allen, K. Lorincz, O. Marcillo, J. Johnson, M. Ruiz, and a. L. J., "Sensor networks for high-resolution monitoring of volcanic activity.", In Proceedings of the twentieth ACM symposium on Operating systems principles (SOSP '05). ACM, New York, NY, USA, 1-13, 2005.

Whitaker, C., M. A. Duffy, and A. Chrzanowski, "Design of an Automated Dam Deformation Monitoring System: A Case Study", Journal of Geospatial Engineering, Vol. 2, No.1, pp.23-34, 2000.

Williams, S. D. P., Y. Bock, P. Fang, P. Jamason, R. M. Nikolaidis, L. Prawirodirdjo, M. Miller, and D. Johnson, "Error analysis of continuous GPS position time-series", J Geophys Res, no. 109:B03412, 2004.

Yousefi, M., and M. MashhadiHossainali, "Analyzing the tidal frequency content using Karhunen-Loeve Expansion technique", J Geod. Sci., in press, 2013.

Zhang, J., Y. Bock, H. Johnson, P. Fang, S. Williams, J. Genrich, S. Wdowinski, and J. Behr, "Southern California Permanent GPS Geodetic Array: Error analysis of daily position estimates and site velocities", J. Geophys. Res., 102: 18035–18055, 1997.

Zumberge, J. F.,M. B. Heflin, D. C. Jefferson, M. M. Watkins, and F. H. Webb, "Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks", J. Geophys. Res., 102(B3), 5005–5017, 1997.

Abstract

Natural and man-made structures monitoring is a crucial issue for detection of anomalous structural behavior and natural hazard alarming. Due to the signficant role of the monitoring systems in reduction of threats to the population and the increase in security of infrastructure investments, devolpement of such systems with the employement of reliable and efficient instruments becomes inevitable. For this purpose, the Global Positioning System (GPS), with its dominant special features, can be used as an efficient tool for acquisition of accurate and reliable deformation information in real-time or near real-time deformation monitoring.

In this thesis the 30 minute batches of high-rate GPS data for 28 stations located at Pacific Northwest Region, has been processed in near real-time using Bernese 5.0 GPS software. The reported standard deviations for east, north and up components in absolute point positioning have the average values of 3.5, 5.6, and 7.4 centimeters, respectively. In the case of relative point positioning, or network solution, these amounts reduce to 7.8, 7.9, and 8.3 milimeters. The spatio-temporal filtering approach proposed by Dong et al., 2006 is then applied on the derived raw time time series to mitigate the Common Mode Error (CME) of the network stations. Furthermore, the state estimates in Kalman filtering are accompanied with the Principal Component Analysis (PCA) to improve the Signal to Noise Ratio (SNR) and consequently the detection capability of weak or transient signals. For this purpose, a First Order Gauss Markov (FOGM) process is used to represent the time correlated noise as well as the transient signal (if any) in GPS time series. The amplitudes of the white and colored noise of the resultant time series computed by the Least Squares Variance Component Estimation (LSVCE) method are 3-5 times smaller than those of the original time series.

Keywords: Global Positioning System, high-rate data, deformation

monitoring system, Bernese GPS software

K.N.Toosi University of Technology Faculty of Geodesy and Geomatics

M.Sc. Thesis in Civil-Surveying Engineering

In Geodesy

High-rate GNSS data processing with the aim of implementation of a real-time deformation monitoring system

Supervisor:

Dr. Masoud Mashhadi Hossainali By:

Maryam Yousefi

February 2013

Documents

High-rate GPS data analysis