礦區(qū)開采沉降監(jiān)測中GPS的應(yīng)用研究

馬 瑛

（安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031）

在我國一些地區(qū)，由于一段時間內(nèi)對石油天然氣、地下水等資源的過度開發(fā)，導(dǎo)致地面出現(xiàn)嚴(yán)重沉降，對周圍地區(qū)構(gòu)成較大的安全隱患，因此有效檢測礦區(qū)沉降，具有十分重要的意義[1]。本文將重點探討和分析GPS技術(shù)在礦區(qū)開采沉降監(jiān)測中的應(yīng)用方法。

1 沉降監(jiān)測網(wǎng)的布置

對于沉降監(jiān)測網(wǎng)來說，基準(zhǔn)點與監(jiān)測點是最重要的設(shè)定內(nèi)容。觀測點的位置，首先要確保其四周高度角在10度以上，并且周圍的視野不會受到成片建筑阻擋，且在一定范圍內(nèi)沒有電視臺、電臺、微波中轉(zhuǎn)站之類的具有較強信號源的設(shè)施，以及高壓線、變電器等具有較強干擾源的設(shè)施；這樣才能夠確保最大程度免受多路徑效應(yīng)影響，提升數(shù)據(jù)的獲取質(zhì)量[2]。本文下面的論述所采用的GPS沉降監(jiān)測網(wǎng)，包括了3個A級基準(zhǔn)點，10個位移監(jiān)測點。

2 數(shù)據(jù)處理方法

在一段時間內(nèi)，對變形數(shù)據(jù)展開收集、處理，并對其展開分析，就能夠?qū)Τ两底兓癄顩r有較為明確的判斷，這項工具具有很強的專業(yè)性。數(shù)據(jù)處理，主要包括了基線解算、網(wǎng)平差，并對基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性展開檢驗；最后對其實施科學(xué)處理之后，就能夠得出準(zhǔn)確的沉降量。

（1）基準(zhǔn)解算。基準(zhǔn)解算通常應(yīng)用較為廣泛的軟件包括了TGO、LGO、SouthGPS以及Gamit等。通過Gamit軟件，能夠?qū)﹄p插觀測值完成階段，并能夠?qū)Φ孛嬲救S坐標(biāo)作出十分精準(zhǔn)的確定。

在解算工作正式展開之前，首先應(yīng)當(dāng)對天線高度展開必要的檢核，并依據(jù)Gamit軟件的相關(guān)規(guī)定，列舉并確定包括天線型號、天線高度、測量方法等相關(guān)信息。檢測包通常包括兩個文件，一個是觀測數(shù)據(jù)O文件，一個是觀察星歷N文件。最后，完成IGS精密星歷的下載任務(wù)。

高程系統(tǒng)通常有三種類型，一種是大地高系統(tǒng)，一種是正高系統(tǒng)，一種是正常高系統(tǒng)。大地高系統(tǒng)其基準(zhǔn)面是地球的橢球面，其高程是地面某點以橢球面法線為參照延續(xù)到參考橢球面的距離；正高系統(tǒng)的基準(zhǔn)面是大地水準(zhǔn)面，是觀測點所在位置的鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的距離；正常高系統(tǒng)的基準(zhǔn)面是似大地水準(zhǔn)面，是觀測點所在位置的鉛垂線到似大地水準(zhǔn)面的距離。一般情況下，我們采用的高程以大地高系統(tǒng)或正常高系統(tǒng)較多。

要想對監(jiān)測點的正常高水平有精確的結(jié)果，首先必須明確監(jiān)測點的高程異常。通過正常高、大地高的定義和關(guān)系，我們可以可以得出，某個地面觀測點兩次觀測的正常高的變化值為：

對于地面任何一點來說，其高程差異保持不變，也就是說，ξ12=0，這樣一來，正常高的變化完全可以通過大地高的變化來反映出來。

解算完成后，得出的單時段基準(zhǔn)值與均值的偏差，可以通過Gamit軟件中的標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差NRMS表示，NRMS是用來評價Gamit解算結(jié)果的重要指標(biāo)之一，其計算公式如下：

在一般情況下，NRMS值與基線估算精度的關(guān)系呈顯著負(fù)相關(guān)性。以現(xiàn)有GPS數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗來看，正常情況下該值不會大于0.3，否則就表明在數(shù)據(jù)處理過程中，未充分修復(fù)周跳。

如果此結(jié)果的數(shù)據(jù)在0.25以下，則表明數(shù)據(jù)的處理策略科學(xué)、恰當(dāng)。通過各時段基線向量的重復(fù)率，能夠得出基線解內(nèi)部精度；其充分精度，有兩項內(nèi)容組成，一項內(nèi)容為固定誤差，另一項內(nèi)容為比例誤差；其公式如下：

σ=α+bD

在上面的公式（3）中,σ為基線分量精度指標(biāo)，α為固定誤差，b為相對比例誤差，D為基線長度。通過對本次檢測數(shù)據(jù)的分析可以得出，共有78組重復(fù)基線。

在全部資料中，基線邊長最大誤差5.7cm，最小誤差1.7cm，平均誤差3.2cm；以GPS測量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來看，此次基線精度為B等級，這一等級符合檢測沉降的相關(guān)要求。

（2）網(wǎng)平差計算和基準(zhǔn)點穩(wěn)定性分析。對基準(zhǔn)解算得出的解算沉降網(wǎng)基線向量實施處理，有利于得到更加精確的點位坐標(biāo)。為了進(jìn)一步保證計算分析得出的絕對位置基準(zhǔn)符合觀測所要求的精度標(biāo)準(zhǔn)，需要對基準(zhǔn)網(wǎng)實施無約束平差，在此過程中，首先要固定JZ01的WGS84坐標(biāo)，平差結(jié)束以后獲得基準(zhǔn)點坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)、大地坐標(biāo)以及高斯平面直角坐標(biāo)。

獲取基準(zhǔn)坐標(biāo)以后，既能夠?qū)嵤┽槍ΡO(jiān)測網(wǎng)的平差。我們選用Power Adj3.0科研版軟件在WGS84坐標(biāo)下對監(jiān)測網(wǎng)實施平差。其中需要特別指出的是，監(jiān)測網(wǎng)平差必須首先統(tǒng)一在一個基準(zhǔn)下，也就是將所有變形監(jiān)測數(shù)據(jù)全部換算到一個基準(zhǔn)，惟其如此，才能夠更加系統(tǒng)、全面、準(zhǔn)確的得出監(jiān)測網(wǎng)的變形分析，保證分析的精確度。

3 檢測結(jié)果分析

根據(jù)檢測結(jié)果，我們可以繪制出了檢測過程曲線，從而能夠更加直觀的對沉降展開全面分析。在本次檢測中，我們最終得出以下結(jié)論。

（1）運用沉降檢測網(wǎng)，采集得到了可靠的，具有較高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)的處理方式合理，基線處理精度滿足設(shè)計要求；對點為坐標(biāo)展開分析能夠得出精準(zhǔn)的沉降信息。

（2）對比本次研究中沉降觀察結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)本礦區(qū)的沉降問題較為嚴(yán)重，確切其趨勢依然在持續(xù)加大。

（3）本礦區(qū)沉降監(jiān)測網(wǎng)中，基準(zhǔn)點、觀測點設(shè)計合理，得的結(jié)果具有較高的符合度；運用GPS技術(shù)檢測礦區(qū)沉降信息可行且有效。

4 結(jié)語

本院重點探討了礦區(qū)開采沉降監(jiān)測中GPS的應(yīng)用，依托某個礦區(qū)沉降檢測項目為例，重點探討了沉降檢測的相關(guān)技術(shù)，數(shù)據(jù)采集方法，以及數(shù)據(jù)處理方法。希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作者給與啟發(fā)和幫助。