close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000103608

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
В У В А Н ДОНГ
ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
НА ЛОКАЛЬНЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛИГОНАХ
СОВРЕМЕННЫМИ СПУТНИКОВЫМИ МЕТОДАМИ
Специальность - 25.00.32 - Геодезия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
t
Москва 2005 г.
Работа выполнена на кафедре астрономии и космической геодезии Московско­
го государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)
Научный руководитель:
кандидат технических наук,
профессор Генике А. А.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
профессор Клюшин Е. Б.
кандидат технических наук,
Неверов П. А.
Ведущая организация:
Защита диссертации состоится «^
в
Институт физики земли РАН, г. Москва
»
2005 г.
часов на заседании диссертационного совета Д.212.143.03 при Мос­
ковском Государственном Университете Геодезии и Картографии по адресу:
105064, г. Москва К-64, Гороховский пер., д.4, ауд. 321.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан «_
2005г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
iA^-K..ilU
Климков Ю. М.
ше-^
UTeZ^
' ^
//^c?9ffO
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
В настоящее время изучение деформаций земной поверхности стало акту­
альной проблемой в различных странах, вызывающей большое внимание уче­
ных и исследователей. По разделу локальной геодинамики опубликовано боль­
шое количество статей и сделано много докладов на различных научных кон­
ференциях и симпозиумах, что свидетельствует о постоянно нарастающем ин­
тересе к изучению геодинамических процессов на локальных участках земной
поверхности. Актуальность проблемы обусловливается, в первую очередь, профессирующим нарастанием различного рода недопустимых деформаций зем­
ной поверхности в урбанизированных регионах и в зонах расположения круп­
ных инженерных сооружений, а также сопровождающими эти деформации раз­
рушениями различных объектов жизнеобеспечения людей и ухудшением эко­
логической обстановки в контролируемых регионах.
Причины деформаций различны. Их можно разделить на две фуппы: при­
родные и техногенные, связанные с деятельностью человека. К техногенным
причинам могут быть отнесены такие воздействия, как возрастание нафузки на
окружающую среду (особенно в крупных городах), разработка и эксплуатация
крупных инженерных сооружений, изменения уровня фунтовых вод, вибраци­
онные воздействия, связанные с интенсивными транспортными потоками, а
также другие негативные техногенные причины.
К локальной геодинамике относят, во многих случаях, регионы протяжен­
ностью до 100 км, на которых проявляются деформации земной поверхности
под воздействием перечисленных выше факторов, активно воздействующих на
приповерхностные геологические структуры. Повышенный интерес к изучению
геодинамических явлений проявляется, как правило, в зонах строительства и
эксплуатации крупных инженерных сооружений, а также на территориях круп­
ных городов. В то же время некоторые вопросы, связанные с рассматриваемой
проблемой, не нашли своего законченного решения. Поискам этого решения
посвящена настоящая диссертация.
j РОС. НАЦИОНАЛЬНА^}
I
БНБЛИОТеКА
1
4
Цель и задачи работы
Разработка спутниковой технологии построения высокоточных геодина­
мических сетей, используемых для изучения деформации в локальных масшта­
бах. Для решения поставленной задачи в настоящей работе произведена разра­
ботка принципа построения локальных геодинамических сетей спутниковыми
методами и минимизации основных источников спутниковых координатных
определений применительно к локальным геодинамическим полигонам.
Научная новизна
Научная новизна данной диссертационной работы заключается в решении
следующих проблем:
1) обоснование особенностей построения локальных геодинамических по­
лигонов современными спутниковыми методами, обеспечивающими оператив­
ность выполнения на них необходимых измерений и требуемый высокий уро­
вень точности, относящийся к реальным значениям изучаемых деформаций;
2) теоретическая разработка и экспериментальная проверка эффективности
предложенных нестандартных методов минимизации влияния основных источ­
ников ошибок спутниковых координатных определений;
3) разработка и реализация нестандартных методов обработки результатов
спутниковых измерений, характерных для решения задач геодинамики;
4) комплексирование геодезических координатных определений с другими
методами геодинамических исследований (геологическими и геофизическими).
Методы исследования
При работе над диссертацией использованы следующие методы исследо­
ваний:
-разработка общей концепции решения рассматриваемой проблемы на ос­
нове опубликованных материалов по изучению геодинамических процессов
спутниковыми методами, а также накопленного автором личного опыта в этой
области;
-создание теоретического обоснования по реализации общих принципов
построения локальных геодинамических полигонов, а также методов миними-
5
зации влияния основных источников ошибок спутниковых измерений;
-проведение широкомасштабной экспериментальной апробации эффектив­
ности разработанных в диссертации теоретических предпосылок по определе­
нию деформаций земной поверхности на локализованных участках местности;
-практическое решение поставленной задачи посредством организации
мониторинга отслеживания деформационных процессов в зоне расположения
такого крупного инженерного сооружения, как Загорская ГАЭС;
-согласование результатов спутниковых геодинамических измерений с
другими методами, базирующимися на геологических и геофизических иссле­
дованиях.
Практическая ценность
Разработанные в диссертации методы спутниковых координатных опреде­
лений применительно к решению геодинамических задач позволили реализо­
вать высокоточный мониторинг по выявлению и отслеживанию деформацион­
ных процессов в зонах расположения крупных инженерных сооружений.
Публикация и апробация
Основные положения диссертации и результаты исследований, изложен­
ные в ней, опубликованы в 5 научных статьях в журнале Известия вузов серии
"Геодезия и Аэрофотосъемка" и сборниках сообщений международных конфе­
ренций в МИИГАиК и в Алуште.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка источ­
ников информации. Общий объём работы - 129 страниц машинописного текста.
В него включено 10 таблиц, 32 рисунков, 27 формул. В списке источников ин­
формации упомянут 61 источник на русском, английском и вьетнамском язы­
ках.
К Р А Т К О Е С О Д Е Р Ж А Н И Е Г Л А В ДИССЕРТАЦИИ
Введение посвящено актуальности рассматриваемой проблемы, а также
постановке научных и технических задач. Оно достаточно полно раскрывает
6
содержание настоящей работы.
В первой главе "Отличительные основополагающие особенности решения
геодинамических задач спутниковыми методами" рассмотрено современное
значение геодинамики применительно к глобальным, региональным и локаль­
ным областям на примерах известных проектов. Проведен анализ полученных
результатов, на основе которого выявлена рациональность использования спут­
никовых систем типа GPS и ГЛОНАСС при решении современных геодинами­
ческих задач. Особое внимание в этой главе уделено рассмотрению особенно­
стей решения геодинамических задач спутниковыми методами применительно
к изучению деформационных процессов на локальных геополигонах.
Одна из особенностей, связанных с созданием геодинамических полиго­
нов, обусловлена необходимостью обоснованного подхода к общим принципам
их построения современными спутниковыми методами. Обобщение проведен­
ных в этой области исследований свидетельствует о целесообразности приме­
нения двухзвенной схемы построения геодинамических сетей и связанных с
ними оптимизированных методов наблюдений и обработки результатов изме­
рений. При этом подразумевается, что первое звено образует каркасное по­
строение, включающее в себя набор наиболее стабильных (опорных) пунктов,
которое в наименьшей степени подвержено влиянию деформационных процес­
сов. Оно является отправным при определении смещений пунктов, входящих во
второе звено. Последнее включает в себя набор расположенных в пределах по­
лигона рабочих (контрольных) пунктов, ответственных за изучаемые деформа­
ции земной поверхности и объектов, находящихся в пределах упомянутого по­
лигона.
Выбор мест расположения опорных пунктов неразрывно связан с проведе­
нием предварительных геологических и геоморфологических исследований,
ориентированных на установление причин возникновения изучаемых деформа­
ций. Окончательное решение об обоснованности выбора мест расположения
опорных пунктов базируется при этом на основе проведения многократных
спутниковых координатных определений, подтверждающих выводы геологиче-
7
ских и геоморфологических исследований.
При построении первого звена немаловажным фактором является выбор
оптимального количества опорных пунктов, которое существенно влияет как на
технико-экономические показатели, так и на качество получаемой информации
в сочетании с её полнотой. Для решения поставленной задачи были проведены
специальные экспериментальные исследования на опорных пунктах Москов­
ской геодинамической сети, цель которых состояла не только в отработке мето­
дов определения координат рабочих пунктов с максимально достижимой точ­
ностью, но и с изысканием возможности получения раздельной информации о
реальных значениях изучаемых деформаций и об остаточном влиянии система­
тических ошибок спутниковых измерений.
Для получения ответа на поставленную задачу была реализована специ­
альная локальная геодезическая сеть, включающая в себя несколько опорных и
один рабочий пункт, на которых проведены многократные спутниковые на­
блюдения со смещением антенны на рабочем пункте на заданную величину и в
заданном направлении. Вместе с тем была применена специализированная ме­
тодика обработки, позволяющая оценить потенциальные возможности по выяв­
лению изучаемых деформационных процессов.
На основе результатов экспериментальных исследований была внесена ре­
комендация о целесообразности использования на локальных геодинамических
полигонах не менее 3-5 опорных пунктов, что было реализовано при построе­
нии соответствующих сетей на рассмотренных в работе геодинамических поли­
гонах.
К особенностям организации спутниковых наблюдений следует отнести
такие факторы, как оптимальная длительность сеанса наблюдений, выбор при­
ёмников с соответствующими техническими характеристиками, интервал вре­
мени, в течение которого производят измерения с минимальными значениями
геометрического фактора.
При решении вопроса о размещении рабочих пунктов сделан вывод о це­
лесообразности их размещения в тех местах, где представляется возможным
8
получать наиболее полную информацию о деформации земной поверхности на
участках нахождения исследуемого объекта. Применительно к спутниковым
методам желательно, чтобы на выбираемых пунктах обеспечивались благопри­
ятные условия для наблюдения спутников. Поскольку на практике такие требо­
вания не всегда удается реализовать, то возникает необходимость как в приме­
нении нестандартных методов спутниковых наблюдений, так и последующей
обработки получаемых результатов измерений.
Упомянутые
выше
предпосылки
были
использованы
нами
при ор­
ганизации многократных циклов спутниковых наблюдений на создаваемых
геополигонах. Получаемые при этом результаты систематически обрабатыва­
лись с применением подходов, ориентированных на получение высококачест­
венной и достоверной информации, позволяющей сделать объективные выводы
о наличии деформаций приповерхностных геологических структур и законо­
мерностях их развития, включая и деформации расположенных в зоне геопо­
лигона тех или иных объектов.
На стадии обработки информации, относящейся к рабочим циклам, выяв­
лена необходимость в использовании специфических подходов к процедуре
уравнивания, которая может обуславливать необоснованное перераспределение
величин смещений отдельных пунктов. И на этой же стадии особое внимание
было уделено нами вопросам эффективного отделения реальных смещений
пунктов из-за подвижек земной поверхности от остаточного влияния источни­
ков систематических ошибок спутниковых измерений.
На заключительной стадии изложения материала данной главы повышен­
ное внимание уделено формулировке базовых предпосылок к общему решению
задач геодинамики с использованием как традиционных геодезических мето­
дов, так и спутниковых технологий.
На основе обобщения материала данной главы отмечена необходимость
рационального сочетания теоретических и экспериментальных исследований
при решении поставленных задач. Такой подход и предопределил дальнейшее
изложение материала рассматриваемой диссертационной работы.
9
Во второй главе "Теоретические предпосылки к обоснованию методов
спутниковых координатных определений на локальных геодинамических поли­
гонах" рассмотрен комплекс вопросов, связанных с теоретическими исследова­
ниями в области разработки методов спутниковых координатных определений
на локальных геодинамических полигонах. В качестве предпосылки к проведе­
нию таких исследований сформулированы специфические требования, предъ­
являемые к точности упомянутых определений при решении задач геодинамики
на сравнительно небольших участках земной поверхности.
Основное внимание в данной главе уделено изложению нестандартных
подходов и их решениям, ориентированным на минимизацию влияния основ­
ных источников ошибок спутниковых измерений. Разработанные при этом ме­
тоды ориентированы на их использование как в процессе организации спутни­
ковых наблюдений, так и при последующей обработке результатов измерений.
При учете влияния исходных данных, к которым, в первую очередь, отне­
сены используемые эфемериды наблюдаемых спутников, предпочтение отдано
апостериорному методу, базирующемуся на применении способа пространст­
венной линейной засечки с наземных пунктов с известными координатами.
При изучении проблемы, касающейся учета влияния ионосферы на резуль­
таты спутниковых измерений, безоговорочного предпочтения заслуживают
двухчастотные методы, основные особенности которых достаточно подробно
изложены в опубликованных работах.
Применительно к учету влияния тропосферы нами произведен критиче­
ский анализ тех широко используемых методов, которые базируются на ис­
пользовании стандартной атмосферы и моделировании закономерностей изме­
нения метеофакторов по высоте. В качестве альтернативного метода в диссер­
тации рассмотрен метод, основанный на вычислении тропосферной поправки
из решения системы уравнений, содержащих избыточное количество наблю­
даемых спутников. При этом тропосферная задержка в произвольном направ­
лении определяется по формуле:
Sdr=m(E)Sd._,
(1)
10
где Sdi - тропосферная задержка при реальном возвышении спутника, зна­
чение которой может быть найдено по вычисляемому параметру Sd ;
т(£)-так называемая картирующая функция, позволяющая установить
взаимосвязь между соответствующими тропосферными задержками в зенитном
и реальном направлениях на наблюдаемый спутник.
Для вычисления параметра т(Е) предложена следующая формула:
1+-
1.-А-
т(Е) =
Ьье
,
(2)
sin Е +
;
sin£ + sin£ + c
где а, Ь и с- эмпирические коэффициенты, для количественной оценки
которых в диссертации приведены соответствующие формулы и таблицы вы­
численных значений.
Проведенная экспериментальная проверка подтвердила обоснованность
использования такого метода учета влияния тропосферы, причём его преиму­
щества наиболее контрастно прюявляются в условиях неустойчивого состояния
погоды.
Наряду с тропосферой повышенное внимание уделено нами разработке
теоретических предпосылок для учета влияния многопутности. При этом на ос­
нове анализа взаимодействия между прямым и отраженным сигналами получе­
на формула для оценки изменений величины измеряемого расстояния до спут­
ника, которая имеет следующий вид:
А,-. = ^ ^ .
(3)
где а- угол, характеризующий взаимный сдвиг по фазе результирующего и
прямого сигналов;
Д - длина волны несущих колебаний.
При дальнейшем развитии такого подхода нами выведена формула для
оценки влияния отражений применительно к кодовым сигналам:
Д,
'-'
=-^^Я,,
360" '
(4)
^
II
где а, - фазовый сдвиг из-за отражений применительно к модулирующим сиг­
налам;
Л, - длина волны модулирующих колебаний.
Проведенный анализ позволил теоретически обосновать возникновение
больших по величине ошибок из-за отражений, характерных для кодовых сиг­
налов и оцениваемых несколькими метрами.
По результатам выполненных теоретических исследований в области многопутности предложены методы, позволяющие существенно ослабить упомяну­
тое влияние (в частности, за счет исключения из вычислений тех участков ор­
биты спутника, на которых зарегистрирован повышенный уровень ошибок
из-за отражений). Сделанные выводы были использованы в качестве базовых
при организации мониторинга по отслеживанию деформаций на Загорском гео­
полигоне.
В области инструментальных источников ошибок определяющим факто­
ром является неопределенность знания положения фазового центра приёмной
антенны. При разработке методов установления положения отмеченной точки
относимости с повышенным уровнем точности возникает необходимость в изу­
чении реальной формы фазовой диаграммы направленности конкретной антен­
ны. Для такого изучения в полевых условиях разработаны специальные "робо­
ты", позволяющие последовательно изменять положение антенны по всем трём
координатам. Для оценки вариаций фазового центра на стадии теоретических
исследований рекомендована следующая формула:
Д^(а,г) = Д^(а,г) + Д/-.е,
(5)
где а и г - азимут и зенитное расстояние, характерные для наблюдаемого
спутника;
Д^ (а,г)-функция, моделирующая вариации фазового центра относительно его
среднего весового значения;
Дг-вектор, характеризующий среднее положение фазового центра по отноше­
нию к референцной точке антенны;
12
е -единичный вектор в направлении "спутник-приёмник".
Положение вектора Аг определяется при этом исходя из выполнения сле­
дующего условия:
J Гд^(а, z)sin zdzda = min.
(6)
а-Ог-О
При вычислении положения фазового центра приходится учитывать тот
факт, что этот параметр оказывается различным для разных несущих частот.
Изложенные предпосылки принимались во внимание как при проведении
соответствующих экспериментальных исследований, так и при организации
производственного мониторинга на Загорском геополигоне. При этом внесена
рекомендация, касающаяся минимизации влияния неопределенностей знания
положения фазового центра антенны. Сущность такой рекомендации сводится
не только к целесообразности использования антенн с наиболее стабильными
характеристиками, но и к обеспечению идентичной воспроизводимости ус­
ловий наблюдений во всех последующих циклах повторных измерений, что ха­
рактерно при решении задач геодинамики.
При исследовании проблемы ослабления влияния остаточных квазисисте­
матических ощибок результатов спутниковых измерений и их отделения от ис­
комых значений сдвигов из-за деформаций нами обоснован метод преобразова­
ния систематического характера упомянутых ошибок в близкий к случайному
за счет определения значений координат искомого пункта от нескольких про­
странственно разнесенных опорных пунктов.
В целях установления обоснованной взаимосвязи между геодезической
высотой, определяемой спутниковыми методами, и нормальной, характерной
для нивелирных измерений, автором диссертации обоснован и эксперимен­
тально апробирован высокоточный метод такого перехода, базирующийся на
использовании достаточно строгой геометрии расположения соответствующих
площадок геополигона на поверхностях квазигеоида и эллипсоида. При реше­
нии такой задачи повышенное внимание уделено выбору количества опорных
точек с известными значениями геодезических и нормальных высот и их распо-
ложению с тем расчетом, чтобы они с максимально возможной точностью оп­
ределяли взаимное положение упомянутых выше площадок. Искомая нормаль­
ная высота, определяемая спутниковыми методами для любого рабочего пункта
геополигона, вычислялась нами при таком подходе по формуле:
К^р = Н„,р - (ах.„г + Ьу^ + с),
(7)
где Я„„^- геодезическая высота, получаемая из спутниковых измерений;
дг„„^ и д»,,^- плановые координаты интересующей нас точки;
а, А И с- экспериментально определяемые коэффициенты на основе использо­
вания метода наименьших квадратов.
Изложенная вкратце методика подвергнута нами экспериментальной про­
верке. На её основе произведен перерасчет геодезических высот для 12 рабочих
пунктов, входящих в состав Загорского геополигона. Для контроля были ис­
пользованы также результаты нивелирных определений П-го класса, относя­
щиеся к тем же пунктам. Полученные при этом данные приведены в табл. 1.
Таблица 1 .Значения нормальных высот, полученные на основе спутниковых
и нивелирных измерений, а также их расхождения.
№
Значения нормальных высот
Условное
№
(м)
название
п/
Спутниковые Нивелирные
пункта
п
измерения
измерения
002
1
204,424
204,428
003
214,151
2
214,155
205,917
004
205,916
3
227,027
227,029
006
4
212,673
212,673
010
5
194,103
194,096
011
6
215,249
215,248
012
7
218,817
218,816
013
8
223,567
223,565
014
9
217,219
217,217
020
10
259,086
259,089
027
11
166,387
166,385
124
12
Расхо­
ждения
(мм)
4
4
-1
2
0
-7
-1
-1
-2
-2
3
-2
Анализ приведенных в этой таблице результатов свидетельствует о хоро­
шем согласовании по точности спутниковых и нивелирных измерений.
В процессе совершенствования методов обработки спутниковых измере-
14
НИИ применительно к решению задач геодинамики нами были проанализирова­
ны различные варианты уравнивания результатов координатных определений
рабочих пунктов, входящих в состав создаваемых геодинамических полигонов.
На основе такого анализа сделан вывод о целесообразности использования
уравнивания, характерного для лучевого метода определения координат рабо­
чих пунктов, который в отличие от сетевого метода позволяет исключить неже­
лательную взаимосвязь между рабочими пунктами при установлении конечных
значений координат этих пунктов.
В 3-й главе диссертационной работы "Экспериментальные исследования
спутниковых координатных определений на геодинамических полигонах" из­
ложен достаточно широкий круг решаемых задач, позволивший не только объ­
ективно оценить достоверность выводов теоретических исследований, но и вы­
явить новые подходы к установлению причин возникновения тех или иных
ошибок и внести предложения по их учету.
При реализации двухзвенного принципа построения локальных геополи­
гонов нами на примере Загорского геополигона апробирована обоснованность
рекомендаций по выбору мест расположения опорных пунктов, позволяющих
обеспечить их стабильность в течение длительного времени. Проверка этого
требования базировалась на анализе многократных, разнесенных во времени
результатов спутниковых измерений и на оценке их изменяемости как в плане,
так и по высоте. Приведенные в диссертации данные свидетельствует о том, что
на основе реализации предложенной методики была обеспечена воспроизводи­
мость значений координатных определений опорных пунктов за трехлетний пе­
риод на миллиметровом уровне точности.
Применительно к обоснованию возможности использования укороченных
сеансов наблюдений были проведены соответствующие исследования как на
Загорском, так и на Тенгизском геополигонах. В качестве примера на рис. 1 при­
ведены графики, отображающие закономерности изменения результатов коор­
динатных определений, относящиеся к наблюдениям на Тенгизском геополиго­
не, в зависимости от длительности сеанса.
Анализ закономерности изменения этих фафиков свидетельствует о том,
что при использовании 6-часовых сеансов наблюдений рассматриваемые укло­
нения не превышает 2 мм по все трём координатным осям. По результатам вы­
полненных исследований сделан вывод о допустимости применения такой дли­
тельности сеансов наблюдений при определении координат рабочих пунктов на
локальных геодинамических полигонах.
^Максимальное расхождение А (мм)
1Ительность ci:саяса (час)
- по оси у
Рис.1. Графики максимальных изменений результатов координатных определе­
ний в зависимости от длительности сеанса наблюдений.
При проведении экспериментальных исследований по минимизации влия­
ния тропосферы повышенное внимание было уделено апробированию способа
учета этого источника ошибок на основе использования метода вычисления
тропосферных поправок в процессе обработки спутниковых измерений. С этой
целью был выбран сеанс, во время проведения которого наблюдались резкие
изменения погоды (а частности, прохождение грозового фронта), что обуслав­
ливало повышенные вариации значений тропосферных поправок. Для упомяну­
того сеанса, относящегося к линии протяженностью около 25 км, были приме­
нены два метода учета влияния тропосферы: метод стандартного моделирова­
ния и рекомендованный нами метод определения тропосферных поправок на
основе соответствующих вычислений в процессе обработки спутниковых изме­
рений. Полученные при этом закономерности изменений как плановых, так и
высотных координат для отмеченных двух подходов отображены на рис.2 и
рис.3.
Анализ закономерности изменения приведенных на рис.2 графиков в тече-
16
ние суток свидетельствует о существенных уклонениях вычисляемых коорди­
нат в период прохождения фозового фронта (максимальные уклонения высот­
ной компоненты оцениваются величиной более 5см). При втором подходе (ме­
тод вычислений) отмеченные уклонения существенно сглаживаются. Диапазон
их изменений - от +1 см до -2 см. Характер этих изменений становится более
близким к закономерностям изменения случайных величин.
о 060 ^ к
0 050
§
0 040
0 030
0 020
0 010
0 000
-0 010
-0 020
время наблодсння U T (час)
- по оси у ■
- по высоте Н
Рис.2. Графики максимальных изменений координат, относящихся к пункту
м е с с , с учетом тропосферных поправок методом стандартного моде­
лирования^
0.015 '
к
сг-'"^
17Л9 19-21 гичз^а-Р^15Ы)3 03^^055'Я П О Т ^ Э 05у Ы 4 Й 1 Т » 5
врем* наблюдения ит(час)
П n■>^, .
- по оси у
- по высоте И
Рис.3. Графики изменения координат для того же пункта МССС с учетом тро­
посферных поправок методом вычислений в процессе обработки.
С учетом вышеизложенного нами сделан вывод о целесообразности при­
менения метода вычисления тропосферных поправок при организации монито­
ринга по изучению деформаций на локальных полигонах.
Наряду с тропосферой в диссертации уделено соответствующее внимание
17
проблеме эффективного ослабления влияния многопутности. Этот источник
ошибок применительно к рассматриваемому кругу задач является одним из ос­
новных. Его влияние не удается ослабить за счет применения стандартных под­
ходов, в том числе и за счет использования относительных (дифференциаль­
ных) методов измерений.
Основная цель проведенных нами в этой области экспериментальных ис­
следований состояла в практическом подтверждении эффективности сформу­
лированных в предыдущей главе теоретических предпосылок, изыскании на­
дежных критериев оценки влияния мгюгопутности и конкретизации практиче­
ской реализации рекомендуемых методов.
На первом этапе таких исследований была построена специальная сеть на
полигоне Ледово с включением в неё удаленного примерно на 22 км пункта
МИИГАиК. Схема такой сети изображена на рис.4.
На одном из пунктов такой сети (в частности, на пункте Лёдово-Е) были
специально созданы условия для возникновения сильных отражений. С этой
целью спутниковый приёмник располагался на расстоянии около полутора мет­
ров от вертикальной стены кирпичного здания.
Ледово-С
Ледово
МВИГАиК
О
^
Отражающий объект
Рис.4. Схема специально созданной сети для изучения влияния многопутности.
На отмеченной сети было проведено несколько сеансов наблюдений как в
пределах небольшого участка, ограниченного пределами полигона Ледово, так
и с включением в него удаленного пункта МИИГАиК.
На первом этапе рассматриваемых исследований была оценена степень
влияния многопутности на конечные результаты спутниковых измерений, при-
IS
менительно к пунктам, находящимся на небольшом удалении друг от друга.
При анализе полученных данных было установлено, что из всех трёх координат
наиболее контрастно проявилось влияние в нашем эксперименте на координату
Y при использовании геоцентрической систем координат. С учетом этого на
рис.5 приведены графики изменений разностей координат для упомянутой
компоненты с использованием одновременных наблюдений на трёх пунктах,
входящих в состав полигона Ледово.
Вид этих графиков свидетельствует о том, что на линии, образованной
пунктами без отражений (линия "Ледово" - "Лёдово-С") изменения упомянутой
разности лежат в пределах от -4 мм до +4 мм, в то время как для линий, вклю­
чающих в себя пункт "Лёдово-Е" с сильными отражениями, этот диапазон из­
менений существенно увеличивается (он лежит в пределах от -22 мм до +18
мм). Ситуация существенно не улучшается даже в том случае, когда на пункте
"Лёдово-Е" была использована антенна повышенного качества (в частности, ан­
тенна Dome Margolin Trim).
i киэненеиис компоненты A Y t M M
Время наОлкздеиия U T (час)
- ледово-Ледово с
-ледово-ледово Б
-ледово С-Ледово Е
Рис.5. Графики изменений разности координат для компоненты У между пунк­
тами, расположенными на полигоне Ледово.
В развитие отмеченных выше исследований нами были проведены ана­
логичные эксперименты по изучению влияния отражений с использованием
линий повышенной протяженности. Для решения такой задачи были организо­
ваны многосуточные спутниковые измерения на линиях протяженностью около
22 км (в частности, от пункта МИИГАиК до пунктов, расположенных на поли­
гоне Ледово). При обработке таких измерений были получены графики, анало-
19
гичные тем, которые отображены на рис.5. Их вид приведен на рис.6.
Рис.6. Графики изменения разности координат для компоненты Y в течение су­
ток на линиях повыщенной протяженности.
Вид этих графиков свидетельствует о резком возрастании уклонений для
линии, включающей в себя пункт "Лёдово-Е" с сильными отражениями. При
проведении измерений на этой линии отмечались случаи, когда в отдельные
периоды времени нарушалась работа станции из-за чрезмерного уменьшения
величины принимаемого сигнала, что лишний раз позволяет сделать вывод о
принятии необходимых мер по исключению отдельных неблагоприятных уча­
стков сеанса наблюдений из результатов вычислений.
Применительно к рассмотренному циклу спутниковых измерений были
изучены невязки разностей координатных компонент в замкнутых геометриче­
ских построениях, которые позволили получить интересные выводы. Так, на­
пример, было установлено, что включение в такой анализ линии с сильными
отражениями результирующие значения невязок становятся неравными нулю
при использовании одновременных измерений в замкнутых построениях, что
явно противоречит теоретическим предпосылкам, встречающимся во многих
опубликованных источниках.
Для подтверждения этого несоответствия на рис.7 приведены полученные
нами графики изменения невязок, относящихся к координатной компоненте AY
для треугольников как содержащих линии с сильными отражениями, так и при
их отсутствии.
Проведенный анализ показал, что выявленное нарушение нулевого баланса
20
невязок неразрывно связано с наличием пункта с сильными отражениями. При
этом представляется возможность оценивать степень влияния отражений на ре­
зультаты спутниковых координатных определений по величине упомянутых
невязок.
квзмеиеяие невязок ЛУ(мм>
Время наблюдения U T (час)
-МИИГАиК--Ледово--Ледово с
-МИИГАиК--Ледово--Л«дово Е
-МИИГАиК--ледово с-ледово Е
Рис.7. Графики изменения невязок, относящихся к координатной компоненте
AY, для треугольников, содержащих пункт с сильными отражениями и
при отсутствии такового.
Наряду с вышеизложенным в диссертации сформулированы некоторые
предпосылки для разработки нестандартных методов минимизации влияния
многопутности на спутниковые измерения. В частности, представляет несо­
мненный интерес установление связи между точностью прямых измерений ли­
ний, содержащих пункт с сильными отражениями, и косвенных измерений с
использованием расположенного вблизи вспомогательного пункта, который не
подвержен сильным отражениям. Для ответа на такую постановку вопроса на­
ми в рамках проведенных исследований произведены почасовые вычисления
координатной компоненты ДУ в пределах суток как для прямых измерений ли­
нии повышенной протяженности, соединяющей пункты МИИГАиК—Лёдево-Е,
так и косвенных измерений этой линии через вспомогательные пункты Ледово
и Лёдово-С. Полученные при этом графики отображены на рис.8.
Вычисленные на основе таких исследований данные свидетельствуют о
том, что за счет косвенных измерений удается уменьшить разброс одночасовых
значений примерно в 3 раза.
21
50
ьизнснсние компоненты A Y t M M :
30
20
-10
-20
-50
- МИИГАиК-Ледово Е
Время наблюдения U T (час)
- МИИГАнК-Л*дово-Ледово Е
- мииглик-ледово с-л*дово Е
Рис.8, графики почасовых изменений координатной компоненты AY, получен­
ных из прямых измерений линии МИИГАиК~Лёдово-Е и через
вспомогательные пункты Ледово и Лёдово-С.
На базе отработки оптимальных методов определения местоположений ра­
бочих пунктов, входящих в состав локальных геодинамических построений, не­
сомненный интерес представляет объективное сравнение выявленных смеще­
ний пунктов с реальными значениями изучаемых деформаций. Для решения
поставленной задачи проведен специальный эксперимент, сущность которого
состояла в выполнении натурных повторных спутниковых измерений, в про­
цессе реализации которых антенна на контролируемом пункте после первого
сеанса наблюдений смещалась на известную величину и в заданном направле­
нии, а затем производился повторный сеанс.
При выполнении такого эксперимента использовались оптимизированные
методы наблюдений и последующей обработки, позволяющие [зеализовать мак­
симальный по точности уровень координатных определений. При организации
данного эксперимента было использовано три опорных пункта и один рабочий
пункт, на котором осуществлялись упомянутые выше смещения антенны спут­
никового приёмника между двумя сеансами наблюдений.
На первой стадии описываемого эксперимента была использована специ­
ально созданная локальная сеть, которая включала три опорных пункта со вза­
имным удалением от двух до пяти километров и расположенного в центральной
части образованного треугольника одного рабочего пункта. На упомянутой се­
ти в два последовательных дня было проведено по два сеанса наблюдений.
22
причём в первый день после первого сеанса антенна на рабочем пункте смеща­
лась в плане в заданном направлении на величину 12,5 мм, а во второй день - на
5,5 мм.
Анализ обработанных результатов измерений показал, что в случае опре­
деления координат от одного опорного пункта уклонения составили величину
около 7 мм. В то же время при одновременном использовании трёх опорных
пунктов погрешность уклонений оценивалась на уровне 2-3 мм. Последние
данные и были приняты нами за основу при оценке точности интересующих
нас деформаций.
На основе обобщения результатов проведенного эксперимента представи­
лась возможность сделать вывод о необходимости использования на локальных
геодинамических полигонах каркасного построения, включающего в себя не­
сколько опорных пунктов, равномерно окружающих всю территорию полигона.
Вместе с тем для более строгого учета изменений вертикальной компоненты
внесено предложение о целесообразности осуществления дополнительного
контроля за счет проведения вспомогательных высокоточных нивелирных из­
мерений и предложенной автором методики их взаимного трансформирования.
Совокупность приведенных экспериментальных исследований нашла своё
отражение при реализации методов, которые были использованы в процессе
организации мониторинга изучаемых деформаций земной поверхности. В част­
ности, на Загорском геодинамическом полигоне отслеживание смещений рабо­
чих пунктов осуществляется по разработанной нами методике на протяжении
нескольких лет с интервалами около полугода. Полученная при этом ин­
формация позволила сделать соответствующие заключения о реальных значе­
ниях смещений упомянутых пунктов как в плане, так и по высоте на всей тер­
ритории выбранной местности.
В частности, на основе изложенной в диссертации методики изучения де­
формационных процессов были зафиксированы отдельные смещения рабочих
пунктов, обусловленные влиянием внешних факторов на стабильность закреп­
ленных в фунте центров (такими, как промерзание грунта).
\
\
^
< •
23
Аналогичные исследования были выполнены нами и в отношении измене­
ний вертикальной компоненты с течением времени. При этом было зафиксиро­
вано как монотонное понижение этой компоненты на уровне нескольких мил­
лиметров в год, так и сезонные ее изменения с амплитудой, достигающей 2 см.
По результатам проведенных исследований высказано предположение о том,
что отмеченные изменения могут быть связаны, в частности, с промерзанием
грунта и изменением уровня грунтовых вод. Для более уверенного установле­
ния причин, порождающих подобного рода смещения, была разработана ком­
плексная программа изучения деформационных процессов, включающая в себя
наряду с геодезическими методами геологические и геофизические исследова­
ния. Краткая информация об организации таких комплексных исследований
приведена в заключительной части диссертационной работы.
Заключение
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований
в рамках диссертационной работы разработаны методы изучения деформаций
земной поверхности, приуроченные к зонам расположения крупных инженер­
ных сооружений и к территориям крупных городов. При реализации результа­
тов таких исследований представилась возможность решить следующие задачи:
1) разработать на базе применения спутниковых методов концепцию по
построению локальных высокоточных геополигонов, включающую в себя
двухзвенныи принцип развития местных геодинамических сетей, технологию
создания референцного каркаса и его взаимосвязь с набором контрольных ра­
бочих пунктов, по смещениям которых изучаются искомые деформации;
2) обосновать и реализовать методы минимизации влияния основных ис­
точников ошибок спутниковых измерений, что позволяло обеспечить на прак­
тике точность определения местоположений пунктов созданных и создаваемых
геополигонов на уровне нескольких миллиметров;
3) усовершенствовать процесс проведения на полигонах полевых спутни­
ковых наблюдений и процедуру последующей обработки результатов измере­
ний с тем, чтобы на их основе получать надежные значения изучаемых дефор-
маций без воздействия на эти значения or
1«23 7б4
тематических ошибок измерений;
4) реализовать разработанные методь
ниторинга по выявлению и прогнозирован
г у с с к и и фОНД
'900/л
ностных геологических структур;
5) сформулировать обоснованные noj
Л
'
^J
l.\J^
новения тех или иных деформаций с при^
геодезическими методами геологических и геофизических исследований.
Перечисленный выше круг задач и вынесен нами на защиту основных по­
ложений данной диссертационной работы.
Публикации по теме диссертации
1. By Ван Донг. Специфика создания локальных геодинамических полиго­
нов современными спутниковыми методами - Изв.вузов. Сер. "Геодезия и аэ­
рофотосъемка". - 2003. - Специальный выпуск;
2. By Ван Донг. Особенности метода определения нормальных высот на
локальном геодинамическом полигоне. - Сборник сообщений на IX Между­
народном симпозиуме "Геоинформационный мониторинг внешней среды: GPS
и GIS технологии". - Алушта, Крым. - 6-11 сентября 2004г.
3. Генике А. А., By Ван Донг. Особенности учета влияния многопутности
при спутниковых геодезических измерениях. - Изв.вузов. Сер."Геодезия и аэ­
рофотосъёмка".- 2004,- №2.
4. Генике А. А., By Ван Донг. Экспериментальные исследования влияния
многопутности на спутниковые измерения. - Изв.вузов. Сер. "Геодезия и аэро­
фотосъёмка". - 2004. -№3.
5. Генике А. А., By Ван Донг. Особенности создания локальных геодина­
мических сетей спутниковыми методами. - Сборник "Международная научнотехническая конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК". - М.-2004.
МГУГиК
105064, Москва К-64, Гороховский пер., 4
Подп. к печати 02.11.2005 Формат 60x90
Бумага офсетная Печ. л. 1,5 Уч.-изд. л. 1,5
Тираж 80 экз. Заказ №184 Цена договорная
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
920 Кб
Теги
bd000103608
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа