GPS用于地面沉降观测时间的探讨

万广欣，陈浩辉，秦洪奎，沈玉娜

（1.天津市地质环境监测总站，天津 300191；2.天津市规划局，天津 300070）

GPS用于地面沉降观测时间的探讨

万广欣1，陈浩辉1，秦洪奎2，沈玉娜1

（1.天津市地质环境监测总站，天津 300191；2.天津市规划局，天津 300070）

通过分析已有监测数据，对比相同观测条件下不同观测时长的数据解算结果，验证了监测时长对监测结果的影响，提出了有利于地面沉降监测的最优观测时长，为制定下一步的监测工作方案提供参考。

地面沉降；GPS；观测时长；数据对比

地面沉降是在自然和人为因素作用下，由于地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高连续降低的一种环境地质现象。为防止地面沉降对城市环境造成严重破坏，必须建立健全地面沉降监测系统，随时掌握地面沉降的发展趋势和沉降程度，及时准确地为城市建设提供决策依据。

地面沉降监测为控制地面沉降与研究提供最基本的数据和依据。随着GPS测量精度的不断提高，其在地面沉降监测中发挥着越来越重要的作用。本文利用天津地面沉降GPS监测数据，通过Gamit/Globk软件解算，分析同样观测条件、不同观测时间监测数据的变化，探讨有利于地面沉降监测的最优观测时长。

1 资料概况

天津是我国发生地面沉降较为严重的城市之一，天津市地质环境监测总站于2004年开始使用GPS技术监测地面沉降，2006年天津连续运行基准站建设完成后，以其作为基本框架进行统一监测、解算，效果很好。而基于城市框架下的地面沉降GPS监测的时段数、时段长却没有明确的规定。本文依据天津市地面沉降监测情况，利用保密处理后的监测数据进行对比，归类分析同一周期不同时段数、时段长的监测数据的差异作为数据分析的依据。

2009年6月，新版《全球定位系统（GPS）测量规范》对GPS网的等级划分作了调整，取消了原来的AA级，直接分为A、B、C、D、E5个级别。A级网由卫星定位连续运行基准站构成，B、C级的精度与技术要求与2001版规范的A、B级网相当。在建立地方或城市坐标基准框架、区域性的地球动力学研究、地壳形变测量、局部形变监测和各种精密工程测量以及建立区域、城市及工程测量的基准控制网时，采用B或C级GPS测量精度。其中B级采用观测时段数≥3个，每时段长度≥23 h，C级采用有效观测时段数≥2个，每个时段≥4 h。

经理论分析，并结合实践经验，并不是一味延长观测时间，基线处理的精度就高。在载波相位观测中，如果整周未知数已经确定，那么相对定位的精度将不会随观测时间的延长而明显提高。根据天津地区沉降现状，采用监测时间≥48 h（2个时段），并结合天津连续运行基准站系统，取得了良好的成果。

2 成果数据分析

本文利用2007年、2008年、2010年、2011年天津地面沉降监测数据进行分析，将观测时间分为8 h（2个时段）、24 h（1个时段）、48 h（2个时段），通过大地高、沉降量、累计沉降量3种方式对比差异。

2.1 大地高对比

在3种不同观测时间条件下分别求得相应年份的大地高，将8 h和24 h获得的大地高分别与48 h条件下获得的大地高作差。从图1可以看出，在8 h条件下与48 h的大地高之差大部分在2～4 mm之间，个别超过4 mm。

图1 8 h与48 h大地高差值对比

从图2可以看出，在24 h条件下与48 h的大地高之差大部分在2 mm以内，个别超过2 mm。

2.2 沉降量对比

图2 24 h与48 h大地高差值对比

在求得不同观测时间下的大地高之后，将其求差，得到相应年份的沉降量。将8 h与48 h条件下获得的沉降量作差，求得两种方式下的差值。从图3可以看出，其差值大部分在4 mm以内，个别超过4 mm。

图3 8 h与48 h沉降量差值对比

将24 h获得的年沉降量分别与48 h条件下获得的年沉降量作差，求得差值。如图4，差值大部分在2 mm以内，少数在2～4 mm之间。

2.3 累计沉降量对比

图4 24 h与48 h沉降量差值对比

3种方式下求得2007～2011年的累计沉降量。如图5所示，8 h和48 h两种方式下的差值大部分在4 mm以内，少数在4～8 mm之间。24 h和48 h两种方式下的差值基本在2 mm以内，少数2～4 mm之间。

图5 累计沉降量差值对比

3 建 议

鉴于以上论证，在保证精度的前提下，为了减少人力、物力的投入，GPS用于地面沉降监测可以采取两个时段，每个时段观测23.5 h，结合《地面沉降监测技术要求》的相关规定，对于沉降幅度不同的地区宜选用不同的监测时间，如表1。

表1 监测时间表

观测时段数≥1.6，是指采用网观测模式时，每站至少观测1个时段，二次设站点数应不少于GPS网总点数的60%。采用基于卫星定位连续运行基准站点观测模式时，可根据情况调整，但要保证总的观测时间不低于表1所示的时间。

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P258

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1672-4623（2015）03-0157-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.055

万广欣，工程师，主要从事大地测量与地面沉降监测工作。

2014-07-09。

项目来源：中国地质调查局资助项目（1212011220181）。