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唐山市因其依山傍海，地形复杂，地貌类型多样，尤其基岩条件异常复杂，基岩地层中发育而成的煤层和喀斯特溶洞、裂隙，加上煤矿开采后留下的地下洞穴，导致该地区呈现以地震灾害为主，伴有岩溶塌陷、采空区塌陷等多种地质灾害特征；其次，目前，河北省一号工程、国家“十一五”规划唐山曹妃甸工业区开发正在进行中，以其“面向大海有深槽，背靠陆地有浅滩”深水港口及临港产业的优越自然地理条件等优势，即将成为我国超一流的大港口、大钢铁、大化工、大电力基地，集港口、煤炭、钢铁、原油为一体的国家重化工业循环经济示范区，继珠三角、长三角之后，将与天津滨海新区共同努力打造京津唐工业三角一体化和环渤海经济区；再次，新发现的冀东南堡油田的石油的开采，京唐港的建设，唐山地下矿山的开采，都可能引起地面沉降，给城市生产建设和人民生活造成巨大经济损失。综上所述，在此背景下如何及时有效地进行高精度环渤海地区地面沉降监测尤为重要：本项目通过现代大地测量GPS技术，可直接监测与地震活动有关的自然变化过程及其空间分布，从而为正确认识地壳运动及变形的动力学背景与物理机制提供详实可靠的基础资料，对当前国际地学界十分关注的板内地震成因和大陆动力学研究也将起到推动作用，具有较高的科研学术价值；同时本项目成果对环渤海地区的强震危险性及危险区的制定，维护环渤海地区的安全、稳定、为环渤海地区的经济发展成果提供切实有力的保障。

GPS的相对定位精度目前可达 量级，陆缘构造活动地区地壳的年变速率通常为 量级，用GPS技术监测板块活动和地壳形变的精度在水平方向可达1～2mm/年，据资料统计华北地区水平位移的年速率约为4～5mm/年，高形变地区可达10mm以上，GPS精度完全可用于板块运动和地壳形变的监测，特别是对由于大量开采地下水、地下水溶性气体或石油等活动引发的地面沉降、开采地下面体矿藏特别是沉积矿床形成大面积的地下采空区所导致地面变形、重大的工程建筑物对地基施加的静荷载引起的地面沉降三种沉降具有很好的监控效果。资料表明，已建成并得以复测的华北地区(含首都圈) GPS监测网，对发生于网内的1995-09-20山东苍山M5.2地震、1996-05-03内蒙古固阳M6.4 地震的孕育过程具有一定显示能力，这为中强地震过程提供了例证，因此GPS技术用于网内地震危险区的判定具有合理性及可行性。高精度的GPS定位技术可精确提供有关板块运动的四维信息(空间和时间)，在监测区域性板块运动和板块内的地壳变形方面，具有广阔的应用前景。

利用小波变换提取时间序列的时频特征，同时兼有高频和低频信号短时变化的时间特征分析。将原始信号分解成一系列具有良好的频域定位性的基元信号，利用基元信号的各种特征来表征原始信号的局部特性，采用改变时间－频率窗口形状的方法，很好地解决了时间分辨率和频率分辨率的矛盾，在时间域和频率域都具有很好的局部化性质，对信号中的低频成分，采用宽的时间窗，得到高的频率分辨率；对信号中的高频成分，采用窄的时间窗，得到低的频率分辨率。

进一步而言，GPS接收信号通常带有背景噪声，时间序列各点彼此相关，且经过位移基准转换的时间序列可能包含短周期的变化，这种时间特征的要求使得分析时需对时间变化信号中幅值、频率或相位等发生短期变化的不同频域特征准确跟踪。就此，本研究提出小波分析方法识别、消除数字化资料干扰、提取不同频率信息的思路，在此基础上，对GPS测站连续观测所得到的水平位移时间序列数据的时－频特征进行分析，讨论小波分析在对不同频率信息的识别与分离、提取趋势异常与短期异常等方面的应用。

近年来，GPS研究取得了长足进展，特别是GPS的相对定位精度有了显著提高，从20世纪90年代初的 量级提高到目前的 量级。而在陆缘构造活动地区， 地壳的年变速率一般为 量级。用GPS来监测板块活动和地壳形变的精度，水平方向形变可达1～2mm/年，而华北地区水平位移的年速率约为4～5mm/年，高形变地区可达10mm以上。因此，现今GPS精度完全可以用来监测板块运动和地壳形变。利用小波变换提取时间序列的时频特征，同时兼有高频和低频信号短时变化的时间特征分析。将原始信号分解成一系列具有良好的频域定位性的基元信号，利用基元信号的各种特征来表征原始信号的局部特性，采用改变时间－频率窗口形状的方法，很好地解决了时间分辨率和频率分辨率的矛盾，在时间域和频率域都具有很好的局部化性质，对信号中的低频成分，采用宽的时间窗，得到高的频率分辨率；对信号中的高频成分，采用窄的时间窗，得到低的频率分辨率。小波变换的这种自适应特性，使它在工程技术和信号处理方面获得广泛应用。在此基础上，对GPS测站连续观测所得到的水平位移时间序列数据的时－频特征进行分析，讨论小波分析在对不同频率信息的识别与分离、提取趋势异常与短期异常等方面的应用。

通过高精度的GPS测量手段，建设环渤海地区高精度地壳形变监测网，监测环渤海地区的板块运动及块内地壳形变的现状与活动趋势，收集基础数据，为地震预报服务，同时为省内重点工程的选址、施工运行服务。根据环渤海区域内地质活动断层的密布及运动方式，拟通过开展各方面调查及实地踏勘，选取地质活动断层特征点为GPS观测点，布设环渤海地区高精度GPS地壳形变监测网，同时与中国地壳运动监测网络JIXN（蓟县）、WUHN（武汉）、BJFS（北京房山）等GPS站联测，以其为基准点，通过多次长时间的重复观测，得到环渤海地区GPS测站点的水平、垂直方向的运动及其运动速率。GPS技术应用于环渤海地区地壳形变监测，可望成为地震监测与预报的新方法之一。

通过高精度的GPS测量手段，监测环渤海地区的板块运动及块内地壳形变的现状与活动趋势，提供基础数据，进而为地震预报服务，维护环渤海地区的安全、稳定、为环渤海地区的经济发展成果提供切实有力的保障。

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关键词：时间序列数据 环渤海经济区 天津滨海新区 环渤海地区 GPS定位 随笔

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