馬 瑛

（安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031）

在我國(guó)一些地區(qū)，由于一段時(shí)間內(nèi)對(duì)石油天然氣、地下水等資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致地面出現(xiàn)嚴(yán)重沉降，對(duì)周?chē)貐^(qū)構(gòu)成較大的安全隱患，因此有效檢測(cè)礦區(qū)沉降，具有十分重要的意義[1]。本文將重點(diǎn)探討和分析GPS技術(shù)在礦區(qū)開(kāi)采沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用方法。

1 沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布置

對(duì)于沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)是最重要的設(shè)定內(nèi)容。觀(guān)測(cè)點(diǎn)的位置，首先要確保其四周高度角在10度以上，并且周?chē)囊曇安粫?huì)受到成片建筑阻擋，且在一定范圍內(nèi)沒(méi)有電視臺(tái)、電臺(tái)、微波中轉(zhuǎn)站之類(lèi)的具有較強(qiáng)信號(hào)源的設(shè)施，以及高壓線(xiàn)、變電器等具有較強(qiáng)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(cè)網(wǎng)，包括了3個(gè)A級(jí)基準(zhǔn)點(diǎn)，10個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2 數(shù)據(jù)處理方法

在一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)變形數(shù)據(jù)展開(kāi)收集、處理，并對(duì)其展開(kāi)分析，就能夠?qū)Τ两底兓癄顩r有較為明確的判斷，這項(xiàng)工具具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性。數(shù)據(jù)處理，主要包括了基線(xiàn)解算、網(wǎng)平差，并對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性展開(kāi)檢驗(yàn)；最后對(duì)其實(shí)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(guò)Gamit軟件，能夠?qū)﹄p插觀(guān)測(cè)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(kāi)之前，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)天線(xiàn)高度展開(kāi)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(xiàn)型號(hào)、天線(xiàn)高度、測(cè)量方法等相關(guān)信息。檢測(cè)包通常包括兩個(gè)文件，一個(gè)是觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)O文件，一個(gè)是觀(guān)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(lèi)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(diǎn)以橢球面法線(xiàn)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(guān)測(cè)點(diǎn)所在位置的鉛垂線(xiàn)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(guān)測(cè)點(diǎn)所在位置的鉛垂線(xiàn)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(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的正常高水平有精確的結(jié)果，首先必須明確監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程異常。通過(guò)正常高、大地高的定義和關(guān)系，我們可以可以得出，某個(gè)地面觀(guān)測(cè)點(diǎn)兩次觀(guān)測(cè)的正常高的變化值為：

對(duì)于地面任何一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其高程差異保持不變，也就是說(shuō)，ξ12=0，這樣一來(lái)，正常高的變化完全可以通過(guò)大地高的變化來(lái)反映出來(lái)。

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

在一般情況下，NRMS值與基線(xiàn)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(yàn)來(lái)看，正常情況下該值不會(huì)大于0.3，否則就表明在數(shù)據(jù)處理過(guò)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(guò)各時(shí)段基線(xiàn)向量的重復(fù)率，能夠得出基線(xiàn)解內(nèi)部精度；其充分精度，有兩項(xiàng)內(nèi)容組成，一項(xiàng)內(nèi)容為固定誤差，另一項(xiàng)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(xiàn)分量精度指標(biāo)，α為固定誤差，b為相對(duì)比例誤差，D為基線(xiàn)長(zhǎng)度。通過(guò)對(duì)本次檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析可以得出，共有78組重復(fù)基線(xiàn)。

在全部資料中，基線(xiàn)邊長(zhǎng)最大誤差5.7cm，最小誤差1.7cm，平均誤差3.2cm；以GPS測(cè)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，此次基線(xiàn)精度為B等級(jí)，這一等級(jí)符合檢測(cè)沉降的相關(guān)要求。

（2）網(wǎng)平差計(jì)算和基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析。對(duì)基準(zhǔn)解算得出的解算沉降網(wǎng)基線(xiàn)向量實(shí)施處理，有利于得到更加精確的點(diǎn)位坐標(biāo)。為了進(jìn)一步保證計(jì)算分析得出的絕對(duì)位置基準(zhǔn)符合觀(guān)測(cè)所要求的精度標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)實(shí)施無(wú)約束平差，在此過(guò)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(diǎn)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?duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的平差。我們選用Power Adj3.0科研版軟件在WGS84坐標(biāo)下對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)施平差。其中需要特別指出的是，監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差必須首先統(tǒng)一在一個(gè)基準(zhǔn)下，也就是將所有變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全部換算到一個(gè)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(cè)網(wǎng)的變形分析，保證分析的精確度。

3 檢測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，我們可以繪制出了檢測(cè)過(guò)程曲線(xiàn)，從而能夠更加直觀(guān)的對(duì)沉降展開(kāi)全面分析。在本次檢測(cè)中，我們最終得出以下結(jié)論。

（1）運(yùn)用沉降檢測(cè)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(duì)數(shù)據(jù)的處理方式合理，基線(xiàn)處理精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；對(duì)點(diǎn)為坐標(biāo)展開(kāi)分析能夠得出精準(zhǔn)的沉降信息。

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

（3）本礦區(qū)沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)中，基準(zhǔn)點(diǎn)、觀(guān)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)合理，得的結(jié)果具有較高的符合度；運(yùn)用GPS技術(shù)檢測(cè)礦區(qū)沉降信息可行且有效。

4 結(jié)語(yǔ)

本院重點(diǎn)探討了礦區(qū)開(kāi)采沉降監(jiān)測(cè)中GPS的應(yīng)用，依托某個(gè)礦區(qū)沉降檢測(cè)項(xiàng)目為例，重點(diǎn)探討了沉降檢測(cè)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。