Το Wiki της Γεωδαισίας με τίτλο 'ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ Δείγματα & Παραδείγματα', είναι το ξεκίνημα μιας μηνιαίας έκδοσης ηλεκτρονικού περιοδικού στο γνωστικό αντικείμενο του Εργαστηρίου Ανώτερης Γεωδαισίας, της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.

Στόχος του περιοδικού

Στόχος του περιοδικού είναι να παρουσιάζει μέσα από άρθρα και δημοσιεύσεις των συναδέλφων μηχανικών αλλα και καθηγητών δείγματα της διεπιστημονικής προσέγγισης της Γεωδαισίας σε πολλούς τομείς των γεωεπιστημών, των εφαρμογών ενδιαφέροντος των Μηχανικών Γεωπληροφορικής (Geomatics Engineering) ή/και Γεωτεχνολογίας (Geotechnology Engineering). Παράλληλα, μέσα από άρθρα που καλύπτουν ζητήματα θεωρίας και πράξης που απασχολούν τους σπουδαστές του χώρου, παρουσιάσεις ενδεικτικών αποτελεσμάτων ερευνητικών έργων, πτυχιακών και μεταπτυχιακών εργασιών, ειδικά αφιερώματα κ.λπ. επιδιώκεται η τεκμηρίωση των εξελίξεων στους ραγδαία εξελισσόμενους τομείς της γεωδαισίας, αλλά και της διασύνδεσή της με τις πολλαπλές γνωστικές ενότητες που διατρέχουν το διδακτικό και ερευνητικό έργο του της ΣΑΤΜ, ΕΜΠ.

Μορφή έκδοσης

Επιδίωξη μας είναι τα ηλεκτρονικά τεύχη του Wiki της Γεωδαισίας να εκδίδονται και να κυκλοφορούν σε περιβάλλον διαδικτύου στην αρχή κάθε μήνα του έτους.

Η γλώσσα των άρθρων του περιοδικού είναι η ελληνική. Κάθε άρθρο θα συνοδεύεται από περίληψη στην αγγλική και ελληνική γλώσσα (150 λέξεις περίπου) και λέξεις κλειδιά (μέχρι 5).

Επίκεντρο σεισμού:
φ=38.322^o N, λ=142.369^o E

Στο Εργαστήριο Ανώτερης Γεωδαισίας αναλύσαμε μια εκτεταμένη σειρά δεδομένων GPS από μόνιμους σταθμούς που αποτελούν μέρος του δικτύου της Διεθνούς Υπηρεσίας GNSS (IGS, International GNSS Service) στην περιοχή του καταστρεπτικού σεισμού στο Hunshu της Ιαπωνίας, την Παρασκευή 11/3/2011, 05:46:23 UTC.

Είναι ενδιαφέρον ότι οι επιλύσεις κινηματικού εντοπισμού για δύο τουλάχιστον από τους υπάρχοντες σταθμούς, σε αποστάσεις περίπου 140 και 430 χιλιόμετρα από το επίκεντρο του σεισμού, δείχνουν εμφανώς μετακινήσεις του εδάφους μέχρι και 2.4 μέτρων, και επιπλέον εμφανίζουν τις έντονες μετασεισμικές μικροκινήσεις περιοδικού χαρακτήρα.

Μια σειρά από τα πλέον ενδεικτικά αποτελέσματα αυτών των αναλύσεων που αναδεικνύουν πως το GPS είδε το μεγάλο σεισμό στο Hunshu της Ιαπωνίας δίνονται στις επόμενες σελίδες.

ABSTRACT

In the Higher Geodesy Laboratory of the Department of Surveying Engineering, National Technical University of Athens we have analyzed various data sets from several permanent GPS stations of the active network of the International GNSS Service (IGS, formely the International GPS Service) in the vicinity of the devastating earthquake near the East Coast Of Honshu, Japan, that hit on Friday 11/3/2011, 5:46:23 UTC.

It is interesting that the kinematic positioning solutions detection for at least two nearby stations, approximately 140 and 430 km from the epicenter of the earthquake, showed ground movements of up to 3 meters, and also indicate clearly, minutes after the first shock, the intense post-seismic displacement waveforms.

A summary of the most significant results of these quick evaluations reveal how GPS "saw" (detected) the big earthquake in Hunshu are presented in the following pages.

Keywords: GPS, earthquake, Honshu, Japan, IGS, σεισμός

Στις 11 Μαρτίου 2011, 05:46:23 UTC η Ιαπωνία χτυπήθηκε από ένα τεράστιο σεισμό μεγέθους 9 βαθμών της κλίμακας Ρίχτερ, τον ισχυρότερο εδώ και 140 έτη στη Χώρα του Ανατέλλοντος Ηλίου. Ο σεισμός που είχε επίκεντρο στο θαλάσσιο χώρο περίπου 130 km από την ανατολική ακτή της χώρας, σε συνδυασμό με το μεγάλο τσουνάμι, το οποίο προκάλεσε κύματα ύψους 10 μέτρων που κυριολεκτικά βύθισαν ολόκληρες περιοχές, έχουν επίσημο απολογισμό αρκετές χιλιάδες νεκρούς και αγνοούμενους και ανυπολόγιστες ακόμα υλικές ζημιές.

Από τα πρακτορεία ειδήσεων

• O σεισμός στην Ιαπωνία μέσα από αεροφωτογραφίες - Η καταστροφή από ψηλά
• Honshu Earthquake - Before and After views (περάστε του Mouse πάνω από τις εικόνες)
• Honshu Earthquake
• Θεωρητικές εκτιμήσεις για το σεισμό στην Ιαπωνία

 Εικόνες που μιλάνε από μόνες τους:

Στην Ιαπωνία λειτουργούν αρκετοί μόνιμοι σταθμοί GPS που συμμετέχουν στο δίκτυο της Διεθνούς Υπηρεσίας GNSS. Επιπλέον, η Εθνική Γεωγραφική Υπηρεσία της Ιαπωνίας λειτουργεί εντός της χώρας ένα εκτενέστατο δίκτυο σταθμών, των οποίων όμως τα δεδομένα δεν είναι άμεσα διαθέσιμα σε εξωτερικούς χρήστες. Τα δεδομένα των μονίμων σταθμών της Υπηρεσίας IGS διατίθενται άμεσα μέσω του διαδικτύου από το IGS Central Bureau ή τα Κέντρα Ανάλυσης IGS, π.χ. από

• CDDIS: Greenbelt, MD, USA
• SOPAC: San Diego, CA, USA
• IGN: Paris, France

Κατά κανόνα, τα δεδομένα των σταθμών διατίθεται σε μορφή CRinex (Compact Rinex), με δειγματοληψία ανά 30 sec, και ανάλογα με τον χρόνο διάθεσης τους διακρίνονται σε 'ημερήσια' αρχεία (daily files) που τίθενται online περίπου μετά από 24 ώρες από το χρόνο των μετρήσεων, και σε 'ωριαία' αρχεία (hourly files) που τίθενται online περίπου μετά από μια ώρα αντίστοιχα. Ένα μικρό υποσύνολο σταθμών IGS διαθέτουν τα δεδομένα τους σε 15λεπτης διάρκειας αρχεία, με δειγματοληψία μετρήσεων ανά 1 sec. Τα αρχεία αυτά είναι διαθέσιμα online με καθυστέρηση 15 λεπτών μετά από το χρόνο των μετρήσεων.



Για τις ανάγκες της συγκεκριμένης ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από 6 IGS σταθμούς που φαίνονται στην παραπάνω Εικόνα 1. Οι σταθμοί MIZU (στις εγκαταστάσεις VLBI του Εθνικού Αστεροσκοπέιου της Ιαπωνίας) και USUD (Usuda Deep Space Tracking Station) διαθέτουν δεδομένα σε αρχεία με δειγματοληψία 1 sec (15λεπτης διάρκειας) και 30 sec (ωριαίας και ημερήσιας διάρκειας). Οι υπόλοιποι σταθμοί διαθέτουν μόνο δεδομένα με δειγματοληψία μετρήσεων ανά 30 sec. Οι ενδεικτικές συντεταγμένες των σταθμών και η απόστασή τους από το επίκεντρο του σεισμού δίνονται στον Πίνακα 1.

Τα ακόλουθα γραφήματα προέκυψαν από κινηματικές επιλύσεις για τις συντεταγμένες εκάστου σταθμού και απεικονίζουν τις διαφορές των αντίστοιχων συντεταγμένων από τις a-priori συντεταγμένες που περιλαμβάνονται στα Rinex αρχεία των δεδομένων των μετρήσεων κάθε σταθμού και θεωρήθηκαν ως συντεταγμένες αναφοράς πριν από την εκδήλωση του σεισμού.

Η ανάλυση έγινε χρησιμοποιώντας την τεχνική υψηλής ακρίβειας απόλυτου εντοπισμού ή PPP (Precise Point Positioning), η οποία απαιτεί σχολαστική μοντελοποίηση όλων των επιδράσεων που επηρεάζουν τις μετρήσεις GPS προκειμένου να μπορούν να ανιχνευθούν τυχόν μετατοπίσεις σε ένα σταθμό με ακρίβεια της τάξης των μερικών εκατοστών. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τα 'ταχείας διάθεσης' (rapid) προϊόντα της Υπηρεσίας IGS για την μοντελοποίηση των σφαλμάτων για τις δορυφορικές τροχιές και τα χρονόμετρα των δορυφόρων.

Οι παρατηρούμενες 'μετατοπίσεις' (computed - a-priori coordinate) δίδονται για το γεωγραφικό πλάτος, το γεωγραφικό μήκος και το γεωμετρικό υψόμετρο αντίστοιχα.


Σε απόσταση περίπου 1907 km από το επίκεντρο του σεισμού, ο σταθμός MCIL δεν φαίνεται να έχει καμμία ιδιαίτερη εδαφική κίνηση, όπως φαίνεται από τα αντίστοιχα γραφήματα.

Το πρώτο γράφημα για το σταθμό CCJ2 (σε απόσταση περίπου 1248 km από το επίκεντρο του σεισμού) υποδηλώνει μια οριζόντια εδαφική κίνηση της τάξης περίπου 15 cm προς τα δυτικά, όπως φαίνεται και στο επόμενο γράφημα με τη χρονοσειρά για το γεωγραφικό μήκος. Αυτό συμβαίνει σχεδόν ένα πεντάλεπτο μετά το σεισμό, και στη συνέχεια φαίνεται μια ανάκτηση πίσω σχεδόν στην ίδια θέση του σημείου προ του σεισμού, κατά τα επόμενα 1-2 λεπτά.
Για το σταθμό TKSB, ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση περίπου 318 km από το επίκεντρο του σεισμού, το πρώτο γράφημα υποδηλώνει μια οριζόντια εδαφική κίνηση της τάξης περίπου 32 cm προς τα βόρεια και περίπου 50 cm ανατολικά, όπως φαίνεται και στα επόμενα δύο γραφήματα με τις χρονοσειρές για το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος αντίστοιχα. Αυτό συμβαίνει σε λιγότερο από δύο λεπτά μετά το σεισμό, και στη συνέχεια φαίνεται μια ανάκτηση πίσω σχεδόν στη θέση περίπου 7 cm βόρεια και 35 cm ανατολικά του σημείου προ του σεισμού, κατά τα επόμενα 1-2 λεπτά. Στο υψόμετρο, το αντίστοιχο γράφημα, υποδηλώνει μια καθίζηση περίπου 25 cm και στη συνέχεια μια αναπήδηση περίπου στην ίδια υψομετρική θέση με εκείνη πρίν από το σεισμό.

Για το σταθμό ΜΤΚΑ, ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση περίπου 385 km από το επίκεντρο του σεισμού, το πρώτο γράφημα υποδηλώνει μια οριζόντια εδαφική κίνηση της τάξης περίπου 40 cm προς τα νότια και περίπου 75 cm ανατολικά, όπως φαίνεται και στα επόμενα δύο γραφήματα με τις χρονοσειρές για το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος αντίστοιχα. Αυτό συμβαίνει σε λιγότερο από δύο λεπτά μετά το σεισμό, και στη συνέχεια φαίνεται μια ανάκτηση πίσω σχεδόν στη ίδια θέση κατά το γεωγραφικό πλάτος και κατά περίπου 10 cm ανατολικότερα του σημείου προ του σεισμού, κατά τα επόμενα 1-2 λεπτά. Στο υψόμετρο, το αντίστοιχο γράφημα, υποδηλώνει μια μικρή στιγμιαία καθίζηση και στη συνέχεια μια αναπήδηση περίπου στην ίδια υψομετρική θέση με εκείνη πρίν από το σεισμό, χωρίς ωστόσο η μετά το σεισμό κινηματική συμπεριφορά του σημείου ύψομετρικά να είναι σημαντικά διαφορετική από εκείνη κατά το διάστημα πρό του σεισμού, ώστε μπορεί να θεωρηθεί ως θόρυβος στις μετρήσεις.

Για το σταθμό USUD, ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση περίπου 430 km από το επίκεντρο του σεισμού, διατίθενται δεδομένα GPS με μετρήσεις ανά 30 sec και ανά 1 sec. Παραπάνω δίνονται αντίστοιχα γραφήματα από τις επιλύσεις κινηματικού εντοπισμού για το χρονικό διάστημα από 05:00:00 έως 06:00:00 από τις αναλύσεις με μετρήσεις ανά 30 sec, και ακολουθούν αντίστοιχα γραφήματα για το χρονικό διάστημα από 05:30:00 έως 06:15:00 από τις αναλύσεις με μετρήσεις ανά 1 sec, δείχνουν καλύτερα και τις επιδράσεις στην εδαφική κίνηση του σταθμού για μικρό χρονικό διάστημα μετά το σεισμό.

Από τις αναλύσεις των μετρήσεων ανά 30 sec, το πρώτο γράφημα υποδηλώνει μια έντονη παλινδρομική οριζόντια εδαφική κίνηση με μέγιστη μετατόπιση της τάξης περίπου μέχρι 20 cm προς τα νότια και περίπου μέχρι 30 cm ανατολικά, όπως φαίνεται και στα επόμενα δύο γραφήματα με τις χρονοσειρές για το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος αντίστοιχα. Στο υψόμετρο, το αντίστοιχο γράφημα, υποδηλώνει μια έντονη στιγμιαία καθίζηση και στη συνέχεια μια παλινδρομική κίνηση με εύρος περίπου 7-15 cm στα επόμενα αρκετά λεπτά.

Από τις αναλύσεις των μετρήσεων ανά 1 sec, το πρώτο γράφημα εμφανίζει με πιο ευδιάκριτο τρόπο την έντονη οριζόντια εδαφική κίνηση του σταθμού παρουσιάζοντας μια μέγιστη μετατόπιση της τάξης περίπου μέχρι 55 cm προς τα νότια και περίπου μέχρι 60-65 cm ανατολικά, όπως φαίνεται και στα επόμενα δύο γραφήματα με τις χρονοσειρές για το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος αντίστοιχα. Σε μεταγενέστερο στάδιο, 1-2 λεπτά μετά το σεισμό, είναι εμφανής μια παλινδρομική κίνηση κατά τη διεύθυνση Β-Ν με εύρος 10-20 cm και περίοδο αρκετών δευτερολέπτων. Στο υψόμετρο, το αντίστοιχο γράφημα, υποδηλώνει μια έντονη στιγμιαία καθίζηση κατά περίπου 50 cm και στη συνέχεια μια έντονη παλινδρομική κίνηση με εύρος περίπου 7-15 cm και περίοδο από 3 έως 5 λεπτά για τα επόμενα αρκετά λεπτά μετά το σεισμό.


Όπως και με το σταθμό USUD, και για το σταθμό MIZU ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση περίπου 140 km από το επίκεντρο του σεισμού, διατίθενται δεδομένα GPS με μετρήσεις ανά 30 sec και ανά 1 sec. Παραπάνω δίνονται αντίστοιχα γραφήματα για το χρονικό διάστημα από 05:00:00 έως 06:00:00 από τις αναλύσεις με μετρήσεις ανά 30 sec, και ακολουθούν αντίστοιχα γραφήματα για το χρονικό διάστημα από 05:30:00 έως 06:15:00 από τις αναλύσεις με μετρήσεις ανά 1 sec, δείχνουν καλύτερα και τις επιδράσεις στην εδαφική κίνηση του σταθμού για μικρό χρονικό διάστημα μετά το σεισμό.

Από τις αναλύσεις των μετρήσεων ανά 30 sec, το πρώτο γράφημα υποδηλώνει μια έντονη οριζόντια εδαφική κίνηση του σταθμού περίπου κατά 3.5 m με κατεύθυνση Α-ΝΑ, και συγκεκριμένα ο σταθμός, στο πρώτο λεπτό του σεισμού να υπόκειται σε μια μέγιστη μετατόπιση της τάξης περίπου μέχρι 1.6 m (!!!) προς τα νότια και περίπου μέχρι 2.5 m (!!!) ανατολικά, όπως φαίνεται και στα επόμενα δύο γραφήματα με τις χρονοσειρές για το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος αντίστοιχα. Στη συνέχεια, , κατά τα επόμενα δύο λεπτά, φαίνεται να επανέρχεται πίσω σε μια νέα θέση περίπου 2.3 m A-NA ή κατά 1.3 m νοτιότερα και περίπου 2 m ανατολικότερα από τη θέση πρό του σεισμού. Σε μεταγενέστερο στάδιο, περίπου 1-2 λεπτά μετά το σεισμό, είναι εμφανής μια παλινδρομική κίνηση με εύρος περίπου 10-25 cm και περίοδο 5-10 δευτερόλεπτα για τα επόμενα αρκετά λεπτά.

Στο υψόμετρο, το αντίστοιχο γράφημα, υποδηλώνει μια έντονη στιγμιαία καθίζηση κατά περίπου 20 cm και στη συνέχεια μια παλινδρομική κίνηση στα επόμενα αρκετά λεπτά.

Από τις αναλύσεις των μετρήσεων ανά 1 sec, το πρώτο γράφημα επιβεβαιώνει τα αποτελέσματα της προηγούμενης ανάλυσης με μετρήσεις ανά 30 sec, και υποδηλώνει με πιο εμφανή τρόπο την έντονη οριζόντια εδαφική κίνηση του σταθμού περίπου κατά 3.5 m με κατεύθυνση Α-ΝΑ, και συγκεκριμένα ο σταθμός, στο πρώτο λεπτό του σεισμού να υπόκειται σε μια μέγιστη μετατόπιση της τάξης περίπου μέχρι 1.6-1.8 m (!!!) προς τα νότια και περίπου μέχρι 2.5-2.7 m (!!!) ανατολικά, όπως φαίνεται και στα επόμενα δύο γραφήματα με τις χρονοσειρές για το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος αντίστοιχα. Στη συνέχεια, , κατά τα επόμενα δύο λεπτά, φαίνεται να επανέρχεται πίσω σε μια νέα θέση περίπου 2.3 m A-NA ή κατά 1.3 m νοτιότερα και περίπου 2 m ανατολικότερα από τη θέση πρό του σεισμού. Σε μεταγενέστερο στάδιο, περίπου 1-2 λεπτά μετά το σεισμό, είναι εμφανής μια παλινδρομική κίνηση με εύρος περίπου 10-25 cm και περίοδο 5-10 δευτερόλεπτα για τα επόμενα αρκετά λεπτά.

Επίσης είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον, ότι υψομετρικά στο σημείο φαίνεται να υπόκειται σε μια έντονη κατακόρυφη κίνηση, αρχίζοντας περίπου στις 06:00:00 UTC και για τα επόμενα περίπου 12 λεπτά, με μια αναπήδηση της τάξης των 40 cm συνοδευόμενη από μια περαιτέρω ίδιου μεγέθους καταβύθιση.

Παρόμοια αποτελέσματα χρησιμοποιώντας τα δεδομένα μετρήσεων ανά 1 sec των σταθμών USUD και MIZU έχουν αναφερθεί από άλλες αναλύσεις διεθνώς, όπως ενδεικτικά

• από τον Simon Banville και τον Richard Langley στο Πανεπιστήμιο του New Brunswick, Canada, για το σταθμό USUD και MIZU αντίστοιχα:
  
  
  
• από τους Mara Branzanti, Gabriele Colosimo, Mattia Crespi, Augusto Mazzoni -- VADASE Team Universita' di Roma "La Sapienza" Area di Geodesia e Geomatica:
  • για το σταθμό USUD , και
  • για το σταθμό MIZU

Αποτελέσματα από άλλες τεχνολογίες και τεχνικές αναφέρονται στο Tohoku-oki Event Supersite Website