王春霞
北京市水文地质工程地质大队（北京市地质环境监测总站） 北京市海淀区 100195
摘要：地下水资源及矿产资源的过度开发导致大规模地面沉降发生，为了对地面沉降现象作出有效监测，建立地面沉降监测网收集沉降信息、分析沉降规律就显得尤为重要。采用GPS技术对地面沉降实时监测有着显著的优势，其工作量小、操作便捷、能够实现实时监测。不过需要注意的是，GPS监测网的实际精度、可发现沉降量规模和基准点的选择都是有待进一步研究和分析的工作。
关键词：GPS；地面沉降；监测
前言：我国各地都存在不同规模的土地沉降问题，其中以华北平原地区的沉降最为突出，若是不能及时处理这些问题，就有可能导致建筑沉降、洪涝灾害加剧等一众危害。所以说，掌握沉降动向具有急迫性和必要性，但是沉降问题的实际状况又不容许用常规测量方法进行监测，否则就会因为检测面积过大、距离过长、观测周期、工作量等诸多问题导致监测效率和准确度下降。为了切实有效地将GPS技术应用于实际监测工作当汇总，以下将对网型结构、基准的选择等因素做出研究，以此促进GPS技术在地面沉降监测中的应用。
一、试验验证
关于大面积地面沉降展开的监测主要就是为了获取沉降数据，不过在地面沉降的监测过程中，监测点也不可避免会受到地面沉降的影响，从而发生下沉的状况。想要确保监测准确性的话，就要在监测时规划好比较基准点，以此防止沉降问题导致监测不精准。结合相关研究报告可以认识到，GPS监测网形结构对GPS测高精度有直接影响，并且GPS的测高精度还会在很大程度上受到基准点与沉降区距离的影响。值得一提的是，沉降区的具体范围并不容易控制，若是简单地在监测区附近做出选择，那么基准点的可靠性和稳定性就无法得到保证。由此可见，选取基准点是GPS监测网中的重点工作，想要借助GPS技术实现对地面沉降的有效监测，就必须重视基准点的选取。
还有，GPS沉降监测的功能实现主要依靠不同时期监测点的相对高差，所以在处理观测数据时并不需要对过多考虑高程系统，而是采用自由网平差结果，这样做也可以有效地防止高程异常导致的误差。
1.监测点的选择
监测点选择的重要性不言而喻，在应用GPS对大面积地面沉降实施监测时，要尽可能保证监测点在沉降区的合理分布，否则就不能准确充分的对沉降信息做出准确反应。在实际设置过程中，应当设置多个监测点，基准点则至少需要两个，其中一个分布在监测区边缘，为基岩标志；另外一个设置于监测区外7~8km处，这样就能保证稳定性。
2.监测网形的设计
GPS技术的应用研究中使用了3台TRIMBLE R8双频机作为接收机，网形设计则使用边联式成网方式，具体结构如下图1所示。
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图1 基本网形机构
由图中可以看到，基本网形结构中分别有异步环18个、独立环19个、独立基线34条、负责基线23条。其中复测基线已经超过独立基线总数的70%，所以完全符合国家GPS测量规程的标准，所以监测网的精度能够符合要求。
3.观测时段设计和观测线路设计
（1）观测时段的设计
图1所示监测网中共有独立三角环19个，囊括所有监测点，所以初步设计总时段数为19个，TRIMBLE R8双频机的标定精度为±(0.5mm +1 ×10-6D)。出于获取两组成功数据的需要，接收时间设计到1至1.2h。
（2）观测线路的设计
从监测点的选择中不难发现，GPS监测网站的间距和控制面积都比较大，所以实验中难免会出现重复测试或者是漏测的状况。为了防止此类状况的出现导致测量错误的产生，接收机的各类线路都应当做出优化。
表1 GPS地面沉降监测网观测线路
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4.数据采集
在这项实验过程中，卫星高度截止角设置为15°，结合精度因子PDOP的数值尽量低于4，数据采样率则设置为10s，确定天线高时应当通过三次测量平均值的方式确定。此外，在接受信号时要做到统一开机，保证设计时间和接收时间一致，否则就有可能受联系方式的影响导致信号接收出现问题。接收信号时要注意卫星号的信号状况，将信号最佳的卫星号记录下来。本实验中共采集了两组数据，其时间间隔为60d。
二、数据分析与处理
1.网平差与基线处理
采集后的数据需要经过处理才能反应问题，借助接收机的配套处理软件，采集后的数据可以得到分析和处理。在对比数据以前，要调整网平差参数和基线处理参数，如此方能确保数据的可比性。
网平差设置时选择自由网平差，这样可以跳过高程拟合计算直接获得大地高数据。至于基线处理则将卫星高度角调整为15°，10历元间隔，方差比设置为小于3，误差小于0.1m。考虑到接收器为TRIMBLE R8双频机，观测值选择L1波段。
在处理数据时，可能会出现部分基线没有计算出来的情形，此时就应当对基准卫星、历元间隔等参数做出调整，将不合格的基线单独处理。
2.数据处理
完成网平差与基线等内容的处理工作以后，就要对数据进行分析，分析的内容主要是相对高差值，这项分析工作需要引入不同的基准点做对比。得出具体数据后还需要进行精度统计和精度分析。其中精度分析的结构应当和理论相符合，如果测量结果出现偏差，就要从GPS定位上寻找问题点。在实验测量中，距离检测区范围更远的监测点测高误差相对较大，能够发现的沉降在10mm以上。
总而言之，GPS技术在沉降监测中具有可行性，将GPS技术应用于大规模地面沉降监测中可以将检测精度提高到比较理想的层次。不过从实验中也可以发现，使用TRIMBLE T8双频机的接受时间通常会大于1h，并且基准点的设置要尽量保持合理，检测区与基准点的距离也不能过长，网形结构同样也要根据接收机和实际应用需要做出调整，这样才能准确地反映地面沉降量。尽管使用双频接收机的过程中还存在部分问题，但是GPS技术的创新和发展势必会给大面积地面沉降监测提供更加可靠的支持，所以GPS技术在相关领域的应用前景可以想象。
结束语：GPS定位技术的平面定位已经得到了广泛应用，但是类似于地面沉降监测等高程分量却经常为人们忽视。不过这也不能否认GPS技术高精度、高自动化水平的优势。人们应当在掌握GPS使用方法的基础上调整监测方式，借助科学的监测手段提高检测效率，从而将有限的时间投入到更重要的工作中，进而为地面沉降问题的解决发挥作用。
参考文献：
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