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，并對基準點的穩(wěn)定性展開檢驗；最后對其實施科學處理之后，就能夠得出準確的沉降量。

（1）基準解算。基準解算通常應(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坐標作出十分精準的確定。

在解算工作正式展開之前，首先應(yīng)當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)的基準面是大地水準面，是觀測點所在位置的鉛垂線到大地水準面的距離；正常高系統(tǒng)的基準面是似大地水準面，是觀測點所在位置的鉛垂線到似大地水準面的距離。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，得出的單時段基準值與均值的偏差，可以通過Gamit軟件中的標準化均方根誤差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、恰當。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，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)標準來看，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)平差計算和基準點穩(wěn)定性分析。對基準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。為了進一步保證計算分析得出的絕對位置基準符合觀測所要求的精度標準，需要對基準網(wǎng)實施無約束平差，在此過程中，首先要固定JZ01的WGS84坐標，平差結(jié)束以后獲得基準點坐標系的空間直角坐標、大地坐標以及高斯平面直角坐標。

獲取基準坐標以后，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，惟其如此，才能夠更加系統(tǒng)、全面、準確的得出監(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；對點為坐標展開分析能夠得出精準的沉降信息。

（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。