Исследование основных составляющих временных рядов изменения координат опорного пункта Майдантал Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 528.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ИЗМЕНЕНИЯ КООРДИНАТ ОПОРНОГО ПУНКТА МАЙДАНТАЛ

Дилбархон Шамурадовна Фазилова

Астрономический институт им. Улугбека Академии наук Республики Узбекистан, 100052, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Астрономическая, 33, кандидат физико-математических наук, зав. отделом прикладных космических исследований, тел. (998-90)910-45-16, e-mail: [email protected], [email protected]

Алишер Шамурадович Фазилов

Ташкентский архитектурно-строительный институт, 100011, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 13, доцент кафедры «Информатика и информационные технологии», тел. (998-90)994-48-15, e-mail: [email protected]

Представлены результаты исследования основных составляющих временных рядов изменений координат опорного пункта Майдантал международной геодинамической сети. Скорость станции относительно Евразийской плиты составила 21.85 мм/г в северовосточном направлении. Построена прогнозная модель временного ряда опорного пункта Майданак для интерпретации внешних геофизических процессов региона.

Ключевые слова: движение опорного пункта, прогнозная модель временного ряда.

INVESTIGATION OF MAIDANTAL REFERENCE STATION TIME SERIES MAIN COMPONENTS

Dilbarkhon Sh. Fazilova

Ulugh Beg Astronomical Institute of the Uzbek Academy of Sciences, 33, Astronomicheskaya St., Tashkent, 100052, Uzbekistan, Ph. D., Head of Department of Applied Space Researches, phone: (998-90)9104516, e-mail: [email protected], [email protected]

Alisher Sh. Fazilov

Tashkent Architectural Building Institute, 13, Navoi, Tashkent, 100011, Uzbekistan, Associate Professor Department of Informatics and Information Technologies, phone: (998-90)994-48-15, e-mail: [email protected]

Main components of International geodynamical network Maidantal reference station coordinate time series were investigated. А longitudinal velocity of the station is 21.85 mm/year with respect to the movement of the Eurasian plate. Forecast model of time series was constructed for interpreting the various external geophysical processes in the region.

Key words: reference station motion, time series forecast model.

Введение

В работах известного геодезиста Машимова М.М., посвященных вопросам и перспективам создания координатных систем и сети пунктов-реперов, относительно которых будут проводиться измерения, отмечалось, что со временем геодинамические аспекты станут определяющими при выборе пунктов такой

сети и в разработке программ астрономо-геодезических и гравиметрических работ. Высокоточные измерения должны будут выполняться на определенную эпоху с учетом движения полюсов, вариации скорости вращения Земли, движения земной коры и других эффектов [1]. Особая роль в анализе этих движений отводится постоянно действующим пунктам геодинамической сети, длительные и непрерывные временные ряды которых позволяют построить более точную и реалистическую модель региональных тектонических подвижек. Широкое использование спутниковых методов, таких как методы, основанные на применении Глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), высокая точность и разрешение которых, позволяют определять малые изменения в геоцентрических координатах наземных пунктов на коротких интервалах времени, стали основой для развития национальной географической информационной системы (НГИС) в Узбекистане и поставили задачу разработки основ создания и использования новой национальной открытой системы координат [2]. Спутниковые методы определения координат ГНСС в Узбекистане используются с начала 90-х годов. Станции в Китабе (KIT3), Ташкенте (TASH), Майданаке (MADK) и Майдантале (MTAL) успешно инсталлированы в рамках различных международных геодезических проектов, таких как сеть IGS (Международная служба GNSS для геодинамики), IDS (Международная служба DORIS) и CAWa (Вода в Центральной Азии) в период 1991-2016 годов и функционируют на постоянной основе до настоящего времени.

Геодинамических процессы, возникающие как результат вращательного движения таких объектов, как галактики, звездные системы, планеты и их спутники, должны быть изучены на основе кинематических моделей на предмет выявления их скрытых периодичностей [3]. Временные ряды постоянных пунктов ГНСС включают в себя различные типы сигналов, такие как ошибки, неучтенные при моделировании сигнала, влияние окружающей среды, случайный шум или ошибки программного обеспечения и стохастических моделей. Для анализа и построения кинематической прогнозной модели временных рядов координат станций необходимо провести анализ основных компонентов временных рядов.

Целью данного исследования является выявление векового тренда и пе-риодичностей в амплитудно-временных рядах новой станции Майдантал и построение прогнозной модели для исследования динамики региона.

Теоретическая часть

Временной в общем случае может быть представлен в виде аддитивной модели [4]:

5(tf) = T(ti) + C(tf) + E(tf) (1)

в которой каждый компонент ряда S(t) полученный в момент наблюдений tt (i = 1, 2, 3, .. , N), включает тренд T(tt) - долгопериодический линейный компо-

нент, изменяющийся во времени; периодическую составляющую С(?г) - циклические колебания, связанные с сезонными изменениями; стохастическую составляющую Е(^) - случайные или систематические флуктуации, связанные с внешними воздействиями, ошибками измерений и обработки. Процедура декомпозиции ряда на тренд и сезонный компонент включает несколько этапов. Для описания долгопериодического компонента, описывающего собственно движение станции, используют полиномиальную функцию порядка т:

> (2)

здесь ак (к = 1.. ..т) - параметр, зависящий от степени полиномиальной функции.

Периодическая часть временных рядов С^) обычно моделируется с помощью тригонометрической функции. В случае аддитивной модели вычисляется так называемый сезонный индекс для соответствующего месяца, который получается усреднением всех значений временного ряда после удаления

тренда (О) для данного месяца (]) по всему ряду:

= + (3)

'Ч

Нерегулярный Е(^) компонент временного ряда определяется путем простого вычитания тренда и сезонного компонента из исходных данных. По полученным значениям тренда и периодического компонента моделируется прогнозная модель, на основе которой можно выполнить анализ остаточного стохастического компонента.

На первом этапе был проанализирован линейный тренд долготного и широтного компонент ряда, обусловленного тектоническими движениями плит. Выполнено сравнение с данными тектонических моделей движения плит, доступными в сервисе [5]. Для сравнения выбраны как классическая модель МЫЕ.-ЫиУБЬ-1Л [6], определенная по долгопериодическим геологическим данным, так и современная глобальная модель 1ТКБ2008, полученная методами космической геодезии [7]. Сравнение полученных скоростей движения пункта МТЛЬ с указанными моделями приведены в таблице.

Сравнение скоростей GPS станции MTAL по широте VB и долготе VL c данными различных тектонических моделей

GPS ITRF2008 NUVEL-1A

VB, мм/г VL, мм/г VB, мм/г VL, мм/г VB, мм/г VL, мм/г

0.78 21.84 3.05 28.20 -0.84 25.95

Результаты, представленные в таблице, показывают северо-восточное направление движения пункта МТЛЬ со скоростью 21.85 мм/год, большей частью

обусловленное долготным дрейфом региона. Как видно из данных таблицы, результаты согласуются с современной геодезической моделью 1ТКБ2008 и геологической моделью МЫЕ.-ЫиУБЬ-1Л только для долготного компонента. Разница значений широтных изменений координат обусловлена, видимо, еще недостаточной плотностью ГНСС сети в нашем регионе, использованной в глобальных моделях. Вычисленные значения тренда и периодических компонент широты, долготы и высоты пункта МТЛЬ использовались для построения аддитивной прогнозной модели временного ряда (рисунок).

Аддитивная модель временного ряда для изменения долготы (E) и высоты (U) станции Майдантал

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Машимов М. М. Планетарные теории геодезии. - М. : Недра, 1982. - 261 с.

2. Fazilova D. Sh., Magdiev H. N. Creation State GNSS network as a basic component of the National Geographic Information System of Uzbekistan // Вестник Киргизского госуд. универ. -2016. - 3(53). - С. 207-214.

3. Кафтан В. И. Временной анализ геопространственных данных: кинематические модели: автореферат дис. ... доктора технических наук: 25.00.35. - М., 2003. - 46 с.

4. Mann S. Statistics for Business and Economics. Wiley, USA, 1995.

5. https://www.unavco.org/software/geodetic-utilities/plate-motion-calculator

6. DeMets C., R. G. Gordon, D. F. Argus, and S. Stein, Effect of recent revisions to the geomagnetic reversal time scale on estimates of current plate motions // Geophys. Res. Lett. - 1994. -21. - pp. 2191-2194.

7. Altamimi Z., L. Metivier and X. Collilieux. ITRF2008 plate motion model // J. Geophys. Res. - 2012. - 117(B07402). - 14 pp.

© Д. Ш. Фазилова, А. Ш. Фазилов, 2018