GPS用于地面沉降觀測時間的探討

萬廣欣，陳浩輝，秦洪奎，沈玉娜

（1.天津市地質環境監測總站，天津 300191；2.天津市規劃局，天津 300070）

GPS用于地面沉降觀測時間的探討

萬廣欣1，陳浩輝1，秦洪奎2，沈玉娜1

（1.天津市地質環境監測總站，天津 300191；2.天津市規劃局，天津 300070）

通過分析已有監測數據，對比相同觀測條件下不同觀測時長的數據解算結果，驗證了監測時長對監測結果的影響，提出了有利于地面沉降監測的最優觀測時長，為制定下一步的監測工作方案提供參考。

地面沉降；GPS；觀測時長；數據對比

地面沉降是在自然和人為因素作用下，由于地殼表層土體壓縮而導致區域性地面標高連續降低的一種環境地質現象。為防止地面沉降對城市環境造成嚴重破壞，必須建立健全地面沉降監測系統，隨時掌握地面沉降的發展趨勢和沉降程度，及時準確地為城市建設提供決策依據。

地面沉降監測為控制地面沉降與研究提供最基本的數據和依據。隨著GPS測量精度的不斷提高，其在地面沉降監測中發揮著越來越重要的作用。本文利用天津地面沉降GPS監測數據，通過Gamit/Globk軟件解算，分析同樣觀測條件、不同觀測時間監測數據的變化，探討有利于地面沉降監測的最優觀測時長。

1 資料概況

天津是我國發生地面沉降較為嚴重的城市之一，天津市地質環境監測總站于2004年開始使用GPS技術監測地面沉降，2006年天津連續運行基準站建設完成后，以其作為基本框架進行統一監測、解算，效果很好。而基于城市框架下的地面沉降GPS監測的時段數、時段長卻沒有明確的規定。本文依據天津市地面沉降監測情況，利用保密處理后的監測數據進行對比，歸類分析同一周期不同時段數、時段長的監測數據的差異作為數據分析的依據。

2009年6月，新版《全球定位系統（GPS）測量規范》對GPS網的等級劃分作了調整，取消了原來的AA級，直接分為A、B、C、D、E5個級別。A級網由衛星定位連續運行基準站構成，B、C級的精度與技術要求與2001版規范的A、B級網相當。在建立地方或城市坐標基準框架、區域性的地球動力學研究、地殼形變測量、局部形變監測和各種精密工程測量以及建立區域、城市及工程測量的基準控制網時，采用B或C級GPS測量精度。其中B級采用觀測時段數≥3個，每時段長度≥23 h，C級采用有效觀測時段數≥2個，每個時段≥4 h。

經理論分析，并結合實踐經驗，并不是一味延長觀測時間，基線處理的精度就高。在載波相位觀測中，如果整周未知數已經確定，那么相對定位的精度將不會隨觀測時間的延長而明顯提高。根據天津地區沉降現狀，采用監測時間≥48 h（2個時段），并結合天津連續運行基準站系統，取得了良好的成果。

2 成果數據分析

本文利用2007年、2008年、2010年、2011年天津地面沉降監測數據進行分析，將觀測時間分為8 h（2個時段）、24 h（1個時段）、48 h（2個時段），通過大地高、沉降量、累計沉降量3種方式對比差異。

2.1 大地高對比

在3種不同觀測時間條件下分別求得相應年份的大地高，將8 h和24 h獲得的大地高分別與48 h條件下獲得的大地高作差。從圖1可以看出，在8 h條件下與48 h的大地高之差大部分在2～4 mm之間，個別超過4 mm。

圖1 8 h與48 h大地高差值對比

從圖2可以看出，在24 h條件下與48 h的大地高之差大部分在2 mm以內，個別超過2 mm。

2.2 沉降量對比

圖2 24 h與48 h大地高差值對比

在求得不同觀測時間下的大地高之后，將其求差，得到相應年份的沉降量。將8 h與48 h條件下獲得的沉降量作差，求得兩種方式下的差值。從圖3可以看出，其差值大部分在4 mm以內，個別超過4 mm。

圖3 8 h與48 h沉降量差值對比

將24 h獲得的年沉降量分別與48 h條件下獲得的年沉降量作差，求得差值。如圖4，差值大部分在2 mm以內，少數在2～4 mm之間。

2.3 累計沉降量對比

圖4 24 h與48 h沉降量差值對比

3種方式下求得2007～2011年的累計沉降量。如圖5所示，8 h和48 h兩種方式下的差值大部分在4 mm以內，少數在4～8 mm之間。24 h和48 h兩種方式下的差值基本在2 mm以內，少數2～4 mm之間。

圖5 累計沉降量差值對比

3 建 議

鑒于以上論證，在保證精度的前提下，為了減少人力、物力的投入，GPS用于地面沉降監測可以采取兩個時段，每個時段觀測23.5 h，結合《地面沉降監測技術要求》的相關規定，對于沉降幅度不同的地區宜選用不同的監測時間，如表1。

表1 監測時間表

觀測時段數≥1.6，是指采用網觀測模式時，每站至少觀測1個時段，二次設站點數應不少于GPS網總點數的60%。采用基于衛星定位連續運行基準站點觀測模式時，可根據情況調整，但要保證總的觀測時間不低于表1所示的時間。

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P258

B

1672-4623（2015）03-0157-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.055

萬廣欣，工程師，主要從事大地測量與地面沉降監測工作。

2014-07-09。

項目來源：中國地質調查局資助項目（1212011220181）。