Procédure de calcul

Réseau

Les stations du réseau sont réparties le long du Rhin, de la Suisse à la mer du Nord, en France ainsi que dans les pays avoisinants (Suisse, Italie, Autriche, Allemagne, Belgique, et Pays-Bas). Les données sont des fichiers RINEX 2.11 de durée 24h et de période d'échantillonnage 30sec. Ces données sont publiques, récupérées sur les plate-formes RENAG, RGP, et GDC.

Solutions journalières

Le calcul du réseau a été réalisé à l'aide de la suite GAMIT/GLOBK, un logiciel de traitement de mesures GPS. Le traitement GAMIT se fait à travers quelques scripts principaux : MAKEX permet de réécrire les fichiers RINEX en un format exploitable par GAMIT. MODEL estime une solution a priori. AUTOCLEAN compare la solution de MODEL avec une solution issue des mesures puis élimine les erreurs aberrantes. SOLVE génère une solution journalière non contrainte (h-file) pour chaque station à l'aide d'une minimisation par moindres carrés des paramètres ajustés : coordonnées, ZTD, et ambiguïtés. Les stations de référence choisies dans le référentiel ITRF2008 sont les suivantes : GENO, GLSV, GRAZ, JOZE, LAMP, MATE, MEDI, MLVL, MTPL, NOT1, ONSA, POTS, SJDV, SOPH, VILL, WSRT, WTZR, ZIMM. Les fichiers de paramètres dans le répertoire /tables sont les suivants :

Séries temporelles

GLOBK consiste à générer une solution contrainte du réseau par l'application d'un filtre prédictif de Kalman à partir de la matrice de covariance fournie par GAMIT. On obtient ainsi un réseau contraint dans le référentiel ITRF2008. Les fichiers de paramètres sont les suivants :

Une analyse des séries temporelles permet la correction des sauts. Les sauts sont des discontinuités dans les séries temporelles généralement dues à des changements d'antennes et donc des coordonnées erronées du nouveau centre phase. Les sauts sont détectés et mesurés. Chaque correction qui s'applique au centre de phase dans le fichier station.info. Le réseau est ainsi recalculé avec la mise à jour suivante du fichier station.info (la marge à droite indique les lignes modifiées ''m'' ou créées ''c'' :

Les séries temporelles suivantes illustrent la correction d'un saut :

La génération des séries temporelles peut encore comporter quelques erreurs aberrantes issues du traitement GAMIT/GLOBK. Il s'agit de pics ponctuels sur la série temporelle (un point isolé peut se retrouver à 20cm de la valeur moyenne par exemple). La correction de ces dernières s'effectue en deux étapes. Il faut produire la première solution GLOBK encore parsemée d'erreurs (et notamment les mb_files permettant de tracer les séries temporelles, ainsi que le fichier VAL.xxxx résumant toutes les positions et écarts à la moyenne pour chaque station). Grâce à une analyse du fichier VAL.xxxx, on peut repérer les valeurs aberrantes et construire un fichier ''earthquake'' rename.eq qui se trouvera dans le répertoire /tables. Ce fichier permet d'éliminer une station du traitement GLOBK pour un jour donné (voir le fichier rhin.eq ci-dessous). Chaque ligne de commande désigne une station par son nom puis une répétition de cette dernière avc le suffixe _xlc (qui supprime celle-ci du calcul), la dernière partie concerne la durée d'exclusion de la station (date de début et de fin). Le critère d'exclusion choisi est un écart de 3cm à la moyenne (3 fois la précision a priori des mesures d'altitude). Ainsi, les séries temporelles seront nettoyées de ces pics dans les données, et une station avec des coordonnées aberrantes ne contraindra plus le réseau pour un jour donné. Les fichiers VAL.xxxx et rename.eq sont les suivants pour l'exemple de la station MATE située en Italie :

Il faut relancer le calcul GLOBK en précisant l'utilisation du fichier rename.eq dans les paramètres de globk_comb.com, pour procéder à l'élimination des valeurs aberrantes. On peut observer l'action de cette procédure grâce aux séries temporelles avant/après sur chaque composante de la station MATE :

Vitesses

La dernière étape du calcul à l'aide de GLOBK est la génération du champ de vitesses. Le champ de vitesses issu de GLOBK est dans le référentiel ITRF2008 et retranscrit le mouvement de la plaque eurasienne. Or on souhaite les mouvements locaux du fossé rhénan. On retire donc un de pôle eulérien obtenu par minimisation des résidus des stations du réseau. On obtient ainsi un champ de vitesses local propre au fossé rhénan. Une librairie de scripts Python permet ensuite de produire un champ de déformation à partir des vecteurs vitesses. Les fichiers de paramètres sont les suivants :

CATS

Après avoir déterminé le champ de vitesses, les ellipses d'incertitudes sont calculées afin d'estimer la fiabilité du réseau. Le logiciel CATS (Create and Analyze Time Series) permet d'estimer le bruit de mesures pour chaque série temporelle. Deux types de bruits sont considérés : un bruit aléatoire (bruit blanc) et un bruit à corrélation temporelle (bruit de scintillation qui est un considéré comme coloré). Le bruit blanc (« white noise ») a un caractère aléatoire, alors que le bruit de scintillation (« flicker noise ») est périodique comme un événement saisonnier. Ces bruits sont déterminés par une méthode statistique appelée estimation par maximum de vraisemblance (« maxium likehood estimation », MLE) qui atteste une grande précision. Le processus se déroule en 2 étapes : l'estimation des valeurs de bruits, puis le calcul des ellipses d'incertitudes. Les fichiers suivants représentent d'une part les étapes du calcul des valeurs de bruit blanc et de scintillation, et d'autre part le résumé des valeurs de bruits et les ellipses d'incertitudes pour la station MATE :

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