北京市地面沉降监测系统及技术方法

北京市地面沉降监测系统由地面沉降监测网、地面沉降专门监测网、GPS监测网、地下水位动态监测网及InSAR监测网构成.结合北京市近年来地面沉降监测工作,分析总结了标孔监测和质量控制方法,提出了将GPS监测分为控制网和监测网两级监测的方法,提高了监测精度,尝试采用InSAR测方法对部分重要轨道交通进行地面沉降专项监测研究.对地面沉降监测网络建设及优化有一定的指导意义.     

基于GAMIT／GLOBK的海潮对跨海大桥GPS控制网影响初探

利用高精度GPS后处理软件GAMIT／GLOBK对厦门集美跨海大桥B级GPS控制网的实测数据进行处理,分析海潮对GPS控制网的影响,指出海潮改正对近海短时间GPS观测高程方向的影响可达数厘米。     

GPS城市沉降监测网数据处理方法研究

GPS技术在大地测量、维护大地坐标系和进行全球板块运动或区域地壳形变监测中已得到非常广泛的应用,但在城市地面沉降监测方面,仍存在基准选取、系统参数对高程形变影响等问题。比较了平差过程中的不同基准模型,分析了各自的适用性,讨论了系统参数对平差结果的影响,得出附加系统参数和附有约束条件的网平差计算模型,最后对西安地区布设的GPS地面沉降和地裂缝监测网进行计算,比较了不同的平差方案,得出系统参数和不同基准模型对地面沉降数据处理的影响和适用性。     

GPS在西安市地面沉降与地裂缝监测中的应用研究

本文从GPS监测网的布网原则和设计方案出发,对GPS外业观测和内业数据处理中的关键技术进行了深入研究,提出了一套适用于大城市地面沉降与地裂缝灾害监测的作业方法和数据处理方案。通过西安地区地面沉降和地裂缝的GPS监测实践,证明了本文提出的监测网的布设原则、GPS外业施测和内业数据处理方案是切实可行的,并且通过GPS监测获取了西安地面沉降和地裂缝近期活动的有关数据信息,且其与精密水准结果具有很好的一致性。     

北斗/GPS融合静态相对定位用于高精度地面沉降监测的试验与结果分析

我国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,缩写为BDS)已于2012年12月27日正式对亚太大部分地区提供连续无源定位、导航和授时服务.为了探讨BDS/GPS融合观测数据用于高精度地面沉降监测的效果和精度情况,利用5台兼容BDS和GPS系统信号的GNSS接收机,对西安市地面沉降GPS监测网中的9个监测点进行了复测.通过对连续观测10h以上4个时段观测数据的处理和分析,结果表明,相对于单独采用GPS观测数据进行基线解算而言,融合了BDS和GPS观测数据基线结果的内符合精度大大提高,水平方向的平均中误差从5mm改善至3mm,垂直方向的平均中误差从17mm 改善至12mm; 同时,监测结果的外符合精度也大大增强,X、Y、Z方向的平均中误差分别从6mm、15mm、10mm改善至1.5mm、8mm、5mm.这说明融合了BDS观测数据的BDS/GPS静态相对定位可以明显提高高精度地面沉降监测结果的内外符合精度.     

GPS伪星定位测量技术与GPS地面沉降网的改善 --以上海地区为例

GPS测量技术目前是国内地面沉降城市开展地面沉降研究的一个重点。GPS具有常规测量技术无法比拟的优势，但由于GPS系统固有的原因，其垂直方向的测量精度相对于平面测量精度一般较差。这对于开展城市地面沉降需要布设大面积GPS网而言，显得尤为突出。GPS伪星定位测量技术是近年兴起的新兴技术，它可以全面改善GPS测量在垂直方向（大地高）的精度，从而全面提升GPS的性能。本文就GPS伪星定位测量技术的原理、方法结合国外的诸多实践进行了论述，对伪星定位的潜在能力进行探讨。并就目前上海市开展的GPS地面沉降网改善提出了建议和设想。     

上海地面沉降精准监测基准网构建关键技术研究

上海地面沉降进入微量沉降阶段,对地面沉降测量精度提出更高要求。本文基于40余年地面沉降测量数据,利用中误差、先验中误差、限差等测量误差理论,选取了连续观测时间较长、空间分布均衡的稳定基岩标组建成地面沉降监测基准网。将地面沉降水准网从一点起算的自由网优化为多点起算的附合网,避免了水准网“一点定向”的不足,有效减少了测量误差的积累,显著提升了地面沉降监测精度。自2008年实施以来,经14年的实践验证,构建的地面沉降监测基准网具有更强的稳定性和可靠性,成为微量地面沉降监测的重要测量基准。同时也成为上海轨道交通等城市生命线工程和城市基础设施正常运行安全监测的重要保障,并对长三角一体化地面沉降防控继续发挥引领作用。     

北京地下水系统演化与地面沉降过程

采用地下水动态监测网、GPS监测网数据、气象监测数据与SAR数据、GIS等技术相结合,建立地下水系统演化与地面沉降过程模型,系统分析了北京地区地下水降落漏斗区地面沉降的形成过程。研究表明:降雨量呈逐年下降趋势,地下水开采量随之增大;平原区地下水位呈下降趋势,间接导致了地下水降落漏斗和地面沉降的形成演化。地面沉降对地下水降落漏斗的响应模式存在着季节与年际差异性,时空分布上存在不均匀性,最大地面沉降速率约为41.43 mm/a;揭示了地下水降落漏斗与地面沉降漏斗空间展布特性存在一致性,但并非完全吻合。     

利用差分GPS进行地面沉降监测的研究

为了更好地利用GPS对地面沉降进行监测,详细介绍了差分GPS静态相对定位的工作原理,探讨了差分GPS测量应用于地面沉降监测时的实现方法,介绍了影响差分GPS定位精度的因素。结果表明,利用差分GPS静态测量大范围地面沉降的方法精度高,工作效率高。     

论应用GPS定位技术监测上海市地面沉降的可行性

文章首先分析、论证了应用GPS定位技术监测地面沉降的理论依据，随后，介绍了实验研究方案和实际监测结果。通过比较GPS和精密水准所获得各个监测点的地面沉降量，以及两种不同方法获得地面沉降曲面的一致性，得出GPS沉降监测在一般监测环境下可能达到的精度。     

Monitoring of land subsidence and ground fissures in Xian,China 2005–2006: mapped by SAR interferometry

The City of Xian, China, has been experiencing significant land subsidence and ground fissure activities since 1960s, which have brought various severe geohazards including damages to buildings, bridges and other facilities. Monitoring of land subsidence and ground fissure activities can provide useful information for assessing the extent of, and mitigating such geohazards. In order to achieve robust Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) results, six interferometric pairs of Envisat ASAR data covering 2005–2006 are collected to analyze the InSAR processing errors firstly, such as temporal and spatial decorrelation error, external DEM error, atmospheric error and unwrapping error. Then the annual subsidence rate during 2005–2006 is calculated by weighted averaging two pairs of D-InSAR results with similar time spanning. Lastly, GPS measurements are applied to calibrate the InSAR results and centimeter precision is achieved. As for the ground fissure monitoring, five InSAR cross-sections are designed to demonstrate the relative subsidence difference across ground fissures. In conclusion, the final InSAR subsidence map during 2005–2006 shows four large subsidence zones in Xian hi-tech zones in western, eastern and southern suburbs of Xian City, among which two subsidence cones are newly detected and two ground fissures are deduced to be extended westward in Yuhuazhai subsidence cone. This study shows that the land subsidence and ground fissures are highly correlated spatially and temporally and both are correlated with hi-tech zone construction in Xian during the year of 2005–2006.     

大范围地面沉降的差分GPS监测法

详细介绍了差分GPS静态测量和动态测量两种测量模式应用于大范围地面沉降监测的工作原理,探讨了GPS测量与水准测量,这两种方法因测量基准面不同,而使得所测地面沉降量存在的差异。将差分GPS静态测量模式实际应用于天津市的地面沉降监测,通过对其4年的实际测量精度的分析表明,对于大范围地面沉降监测,采用差分GPS静态测量法取代长距离的一等精密水准测量是完全可行的。     

地面沉降预测的灰色-马尔柯夫模型

天津滨海新区地处京津和环渤海两大城市带的交汇点,与日本、韩国隔海相望,是我国对外开放的重要通道。滨海新区广泛分布有软弱土层,属于欠固结地层,不仅会自然压密,而且在荷载的长期作用下容易产生次固结变形;长期以来,由于地表水资源短缺,大幅超采地下水的形势严峻。自然因素与人为活动的综合作用,使得滨海新区地面沉降现象普遍发生,形势不容忽视。应用一定的理论与方法,预测地面沉降可能的发展趋势,以寻求有效的防治措施,是天津滨海新区地面沉降研究的最紧迫任务之一。地面沉降是一种渐变性地质灾害,可以预测其发展趋势。文章结合灰色系统理论预测模型及马尔柯夫预测模型特点,提出了地面沉降预测的灰色-马尔柯夫模型,并应用实例演示灰色-马尔柯夫模型预测过程。为便于大量监测点的预测,采用C＋＋编程对天津滨海新区170个监测点进行预测,结果证明灰色-马尔柯夫模型对天津滨海新区地面沉降趋势预测具有实际意义,表明此模型对随机性强,波动性大的时间数列预测具有较好的精度。在实际应用中,灰色-马尔柯夫模型一般需要较多的原始数据,原始数据越多,预测精度越高。     

基于Elman型神经网络的金川二矿地表岩移时序预测模型

建立于煤矿开采基础之上的矿山开采沉陷理论和预测方法并不适用于象金川这样厚大、陡倾的金属矿床开采的岩移问题,因此,本文探讨利用神经网络来对地表岩移进行预测。根据Elman神经网络能够逼近任意非线性函数的特点和具有反映系统动态特性的能力,提出了利用Elman神经网络建立地表岩移时序预报模型的方法。利用金川二矿区GPS监测所得到的时间序列数据,通过对Elman神经网络模型预测值与GPS实测值之间的比较,结果表明模型预测显示了良好的准确性,特别是在时间步长较短情况下,应用于实际预测一定程度上可以弥补金属矿山岩移预测方法不足的缺憾。     

天津滨海新区地面沉降预测方法研究

利用1985～2008年天津地面沉降监测资料,以水准监测点为基本研究对象,在分析其时间沉降的变化动态基础上,采用分段权函数线性模型提取沉降信息并进行外推预测,展示了天津滨海新区地面沉降现状,编绘了2008年天津滨海新区地面沉降年度沉降分布图和2008～2013年间地面沉降总量的预测分布图研究成果可供政府及有关部门制定和实施控沉管理决策参考,同时对存在类似问题的区域也有一定的参考价值。     

GPS/terrestrial 3D laser scanner combined monitoring technology for coal mining subsidence: a case study of a coal mining area in Hebei, China

In order to overcome the shortage that point-based data acquisition techniques cannot retrieve the whole basin subsidence caused by underground mining, and to avoid complex splicing of terrestrial 3D laser scanner (TLS) point cloud data and the errors caused by such splicing, GPS/TLS combined technology is employed for mining subsidence monitoring. The basic idea of the monitoring technology is put forward. In this article, an application of the method to a coal mining area in China is presented. Support vector machine (SVM) model for GPS level conversion in the mining area is established, and a comparative analysis of SVM, BP neural network and polynomial established local quasi-geoid in the mining area is conducted. Ground surface digital elevation model (DEM) of the mining area is established by using TLS point cloud data, and the ground surface dynamic subsidence basin is obtained through a subtraction of two DEMs. The results indicate that the quasi-geoid established by using SVM model features a relatively high level of stability and accuracy and that the established mining surface DEM and subsidence basin can provide the fundamental data for the reconstruction of ecological environment in the mining area. GPS/TLS combined monitoring technology is a new monitoring technology, which entangles the advantages of both GPS and TLS and could offset their disadvantages, thus obtaining complementary advantages. According to analysis on its application in the mining area, we conclude that the technology is feasible and has a great application prospect for the mining area purposes.     

基于无线通讯网络的GPS多天线监测系统及其应用

介绍了基于无线通讯网络的GPS多天线监测系统的构成情况,包括系统设计、数据传输与管理、数据处理、数据质量分析和控制等。在公路边坡变形监测中的实际应用结果表明,该系统1 h测量精度已达到3.0 mm左右,既能自动连续地对滑坡变形进行监测,又能大幅度降低整个监测系统的费用,是滑坡等地质灾害变形监测的理想技术之一。