微量沉降背景下地面沉降GPS 測(cè)量最佳觀測(cè)時(shí)段研究

熊福文

（1.自然資源部地面沉降監(jiān)測(cè)與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200072；2.上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海200072；3.上海地面沉降控制工程技術(shù)研究中心，上海200072）

目前GPS 技術(shù)在地面沉降測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用，尤其在地面沉降發(fā)生比較嚴(yán)重的華北平原、汾渭盆地、長(zhǎng)三角地區(qū)，與精密水準(zhǔn)測(cè)量、InSAR 測(cè)量組成常用的三種測(cè)量技術(shù)。

眾所周知，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短與GPS 測(cè)量精度有直接關(guān)系。一般情況同等條件下，隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，GPS基線(xiàn)精度不斷提升。因此在高精度測(cè)量如板塊監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、國(guó)家GPS控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)中，在同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)經(jīng)常采取3天、7 天連續(xù)觀測(cè)，有條件的采用GPS CORS 站（連續(xù)運(yùn)營(yíng)參考站）常年連續(xù)觀測(cè)，符合《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314-2009）中B級(jí)網(wǎng)最低要求：時(shí)段長(zhǎng)≥23h、觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥3，合計(jì)≥69h，約連續(xù)3 天的時(shí)間。而對(duì)于城市測(cè)量，《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 73-2019）中GNSS測(cè)量中最高等級(jí)為二等，時(shí)段長(zhǎng)度90 min，平均重復(fù)設(shè)站≥2.0，合計(jì)≥180 min，即觀測(cè)時(shí)間不少于3h。

將GPS 技術(shù)應(yīng)用到地面沉降測(cè)量，有兩方面的特殊性。其一，地面沉降研究區(qū)域多為局部區(qū)域性的，如華北平原、汾渭盆地、長(zhǎng)三角地區(qū)，或者省、市一級(jí)的,極少組織全國(guó)地面沉降聯(lián)測(cè)。其二，地面沉降應(yīng)用到GPS定位結(jié)果中垂向坐標(biāo)，如大地高或者U分量。GPS定位平面分量精度高，高程分量精度較低，通常情況下GPS定位平面精度是高程精度的2 倍。GPS 定位在高程方向是弱項(xiàng)，而地面沉降恰恰就使用這個(gè)指標(biāo)，因此應(yīng)用GPS技術(shù)監(jiān)測(cè)地面沉降從一開(kāi)始就注定了需要走一段不同尋常的路，尤其上海地面沉降已進(jìn)入微量沉降階段。鑒于此，應(yīng)用GPS監(jiān)測(cè)地面沉降觀測(cè)時(shí)間如何選擇的問(wèn)題就擺在我們面前，這也是從事地面沉降GPS測(cè)量首先解決的難題,也是編制原國(guó)土資源部《地面沉降測(cè)量規(guī)范》GPS 觀測(cè)時(shí)間指標(biāo)的技術(shù)依據(jù)。

選擇最佳的觀測(cè)時(shí)間，最有效的辦法就是組織實(shí)測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)篩選最佳的觀測(cè)時(shí)間。考慮試驗(yàn)需要組織人力、物力、車(chē)輛，也產(chǎn)生一定的計(jì)劃外開(kāi)支，采用收集上海地區(qū)GPS CORS 靜態(tài)數(shù)據(jù)的方式，可按數(shù)據(jù)處理計(jì)劃切割、拼接不同時(shí)間段進(jìn)行基線(xiàn)處理，這樣既減少了人工外業(yè)測(cè)量，又保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康?，為同?lèi)研究提供參考和借鑒。

1上海地面沉降及其監(jiān)測(cè)歷程

上海市地面沉降特征與趨勢(shì)是隨著地下水開(kāi)采與回灌格局的調(diào)整、城市發(fā)展進(jìn)程而不斷發(fā)展的。自1965年以來(lái)，通過(guò)采取壓縮地下水開(kāi)采、調(diào)整地下水開(kāi)采層次、開(kāi)展地下水人工回灌等措施，有效控制了地面沉降速率。全市地面沉降的發(fā)展總體經(jīng)歷了快速沉降——沉降量不斷減少——沉降得到控制這一過(guò)程，特別是2009年以來(lái)，年均地面沉降量持續(xù)控制在6 mm/a 以?xún)?nèi)（圖1）。

圖1上海地面沉降發(fā)展過(guò)程Fig.1 Shanghai land subsidence development process

長(zhǎng)期以來(lái)，上海采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法監(jiān)測(cè)地面沉降。在地面沉降區(qū)建立統(tǒng)一的地面沉降一、二等高程控制網(wǎng)，通過(guò)重復(fù)精密水準(zhǔn)測(cè)量，為控制地面沉降的科研工作提供精確的高程和沉降資料，及時(shí)掌握地面沉降的變化規(guī)律。

中心城區(qū)是上海市最早開(kāi)展地面沉降監(jiān)測(cè)的區(qū)域，由于地面沉降發(fā)育最為嚴(yán)重，歷來(lái)是地面沉降重點(diǎn)監(jiān)測(cè)防治地區(qū)。1961 年，在當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件許可的條件下，建立了覆蓋市區(qū)楊浦區(qū)、黃浦區(qū)、普陀區(qū)等地面沉降漏斗區(qū)的地面沉降水準(zhǔn)測(cè)線(xiàn)，同時(shí)在漏斗分布地區(qū)建設(shè)適量的基巖標(biāo)、分層標(biāo)，構(gòu)成市區(qū)地面沉降水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的雛形。20世紀(jì)80 年代后，隨著近郊工業(yè)用水量的大幅增加，地面沉降范圍開(kāi)始擴(kuò)大，水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)至近郊的工業(yè)基地等地區(qū)；2005 年以來(lái)，為滿(mǎn)足城市建設(shè)、規(guī)劃對(duì)地質(zhì)環(huán)境需求，水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)已全部覆蓋了整個(gè)外環(huán)線(xiàn)及周邊區(qū)域，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由2006 年以前的小閘基巖標(biāo)（J1-0）一個(gè)起算基準(zhǔn)的自由網(wǎng)，過(guò)渡至2008 年以來(lái)采用小閘（J1-0）、J2（吳淞中學(xué)）、J5(北新涇)、J7（唐鎮(zhèn)）四座基巖標(biāo)組成的附合網(wǎng)，監(jiān)測(cè)精度得到進(jìn)一步提高。

為了減輕人工水準(zhǔn)測(cè)量的任務(wù)壓力、減少聯(lián)測(cè)誤差積累的影響，1998年上海在楊浦區(qū)沉降漏斗區(qū)開(kāi)展了應(yīng)用GPS 技術(shù)監(jiān)測(cè)地面沉降可行性研究，觀測(cè)了3 期，時(shí)段長(zhǎng)度2h，可研項(xiàng)目1999 年評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，充分肯定了研究成果，建議盡快推廣應(yīng)用GPS 技術(shù)監(jiān)測(cè)地面沉降的成果。因此2000年4月至2000年11月間在全市布設(shè)了地面沉降GPS一級(jí)網(wǎng)，由34 點(diǎn)組成，采用1.2 高強(qiáng)制觀測(cè)墩，并開(kāi)展了關(guān)于GPS觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的試測(cè)。2003年6月至2004年6月，完成110座GPS二級(jí)網(wǎng)點(diǎn)和4座GPS 固定站建設(shè)，自2004年12月起觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度保持24h。2009年3月至2013年12月，完成167座GPS一、二級(jí)網(wǎng)點(diǎn)加密和2座GPS固定站建設(shè)。2004年至2015年地面沉降GPS測(cè)量保持1次/年的測(cè)量頻率，自2016 年起測(cè)量頻率調(diào)整為2次/5年。

上海發(fā)生地面沉降較早，在監(jiān)測(cè)、防治和研究等方面積累經(jīng)驗(yàn)較多，其成功經(jīng)驗(yàn)已輻射和影響長(zhǎng)三角地區(qū)乃至全國(guó)、全球。在長(zhǎng)三角地區(qū)，2012 年蘇滬浙建立長(zhǎng)三角地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)聯(lián)席會(huì)議制度，開(kāi)創(chuàng)我國(guó)在災(zāi)害防治方面區(qū)域合作的先河。2017 年12 月22 日，“長(zhǎng)三角地區(qū)地面沉降防治2017 年度省際聯(lián)席會(huì)議”在江蘇常熟召開(kāi)，上海、江蘇、浙江、安徽四省國(guó)土資源廳在國(guó)土資源部地質(zhì)環(huán)境司見(jiàn)證下簽署了新一輪的《長(zhǎng)江三角洲地面沉降防治區(qū)域合作協(xié)議》，正式將安徽納入長(zhǎng)三角地面沉降聯(lián)防聯(lián)控體系。會(huì)議討論將在目前地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上建設(shè)區(qū)域GNSS CORS 骨干監(jiān)測(cè)網(wǎng)（圖2），實(shí)現(xiàn)區(qū)域地面沉降聯(lián)防聯(lián)控。

圖2長(zhǎng)江三角洲地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)Fig.2 Yangtze River Delta Land subsidence monitoring network

2研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1研究方法

本研究中，按照數(shù)據(jù)處理、分析的順序研究方法涉及GPS 基線(xiàn)處理、統(tǒng)計(jì)分析兩部分，具體如下：

（1）GPS基線(xiàn)處理

基線(xiàn)處理采用GAMIT/GLOBK 10.35軟件。GAMIT/GLOBK 最初由美國(guó)麻省理工學(xué)院研制，后又與斯克利普斯海洋研究所共同開(kāi)發(fā)改進(jìn)的一套基于UNIX/Linux 操作系統(tǒng)下的用于高精度GPS數(shù)據(jù)處理分析軟件。

在GPS 基線(xiàn)處理階段，為了獲得不同時(shí)段長(zhǎng)度的靜態(tài)同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，可將多天GPS靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)采取分割或者合并的方法組成2 小時(shí)、4 小時(shí)、6 小時(shí)、8 小時(shí)、10 小時(shí)、12小時(shí)、14小時(shí)、16小時(shí)、18小時(shí)、20小時(shí)、22小時(shí)、24 小時(shí)、48 小時(shí)、72 小時(shí)靜態(tài)數(shù)據(jù)，共計(jì)14 套同步數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)14套數(shù)據(jù)處理方案。

在計(jì)算24h 內(nèi)數(shù)據(jù)時(shí)，亦即將24h 數(shù)據(jù)自動(dòng)切分，如按照2h 間隔計(jì)算時(shí)，將1天內(nèi)24h 數(shù)據(jù)輸出12個(gè)基線(xiàn)結(jié)果文件。

在處理48h、72h 處理時(shí)，分別將2 天、3 天的觀測(cè)文件、導(dǎo)航文件、精密星歷文件合并，并設(shè)置開(kāi)始時(shí)間、時(shí)段長(zhǎng)度，這樣2 天、3 天數(shù)據(jù)可視作一天文件，各輸出1 個(gè)基線(xiàn)文件。對(duì)這些數(shù)據(jù)的合并操作在使用GAMIT/GLOBK 軟件處理中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)腳本輸入開(kāi)始時(shí)間、時(shí)段長(zhǎng)度生成不同的session.info 文件來(lái)控制處理的時(shí)間段。為了實(shí)現(xiàn)14 套處理方案的自動(dòng)批處理，需編制csh 腳本，在腳本里設(shè)置循環(huán)模式，通過(guò)變化開(kāi)始時(shí)間、時(shí)段長(zhǎng)度讓程序處理特定時(shí)間段的GPS數(shù)據(jù)，最終輸出14套方案基線(xiàn)文件。

（2）統(tǒng)計(jì)分析

在GPS測(cè)量中，通常用重復(fù)性指標(biāo)衡量基線(xiàn)內(nèi)符合精度。《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314-2009）中重復(fù)性定義為：

式中：n為同一基線(xiàn)的觀測(cè)時(shí)段總數(shù)，Ci為同一觀測(cè)時(shí)段的基線(xiàn)的某一坐標(biāo)分量或邊，Ciσ2為Ci分量相應(yīng)的方差，Cm為各時(shí)段Ci的加權(quán)平均值。

重復(fù)性指標(biāo)反映的是觀測(cè)數(shù)據(jù)的離散程度，是衡量基線(xiàn)精度的重要指標(biāo)。為了便于對(duì)比分析，采用最小二乘法對(duì)每條基線(xiàn)重復(fù)性R 進(jìn)行線(xiàn)性擬合，按式（2）計(jì)算重復(fù)性指標(biāo)的常系數(shù)a、比例系數(shù)b兩個(gè)參數(shù)。

R=a+b*L（2）

式中，L為基線(xiàn)長(zhǎng)度，a 為常系數(shù)，b為比例系數(shù)。完成擬合后，通常比較a 值大小衡量基線(xiàn)NEU 分量、基線(xiàn)長(zhǎng)度精度。a 值越小表明誤差越小，精度越高；反之誤差越大，精度越低。

為了檢測(cè)和衡量GPS測(cè)量的垂向精度，可采取統(tǒng)計(jì)基線(xiàn)垂向（U 方向）重復(fù)性并擬合的方法。這種方法有效的避免了因控制網(wǎng)平差時(shí)控制點(diǎn)帶入的起算基準(zhǔn)誤差,基線(xiàn)垂向重復(fù)性直接反映了基線(xiàn)兩個(gè)端點(diǎn)之間垂向的相對(duì)精度；若其中的一個(gè)點(diǎn)視為穩(wěn)定的不動(dòng)點(diǎn)，其相對(duì)精度值即可以看作是另外一點(diǎn)的垂向精度。

以季度為統(tǒng)計(jì)間隔，統(tǒng)計(jì)每個(gè)季度內(nèi)14套數(shù)據(jù)處理方案基線(xiàn)垂向重復(fù)率，繪制基線(xiàn)垂向重復(fù)率vs 時(shí)段長(zhǎng)度、基線(xiàn)垂向重復(fù)率vs季節(jié)兩類(lèi)曲線(xiàn)，以便直觀分析。

2.2數(shù)據(jù)來(lái)源

通過(guò)國(guó)際IGS服務(wù)（The International GNSS Service）免費(fèi)資源和數(shù)據(jù)共享機(jī)制，收集到IGS 站SHAO（佘山）和上海市測(cè)繪院CORS站同步觀測(cè)靜態(tài)數(shù)據(jù)，加上上海市地質(zhì)調(diào)查研究院自有的4 個(gè)CORS站，共計(jì)14座GPS CORS站（表1、圖3），時(shí)間周期為2009年3月3日（doy=062）至2010 年6 月30 日（2009 年1～2 月份數(shù)據(jù)暫缺）。

3最佳觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)和季節(jié)選取研究

3.1最佳觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度研究

2009年3月3日（doy=062）至2010年6月30日 共計(jì)481天，每套方案計(jì)算機(jī)耗時(shí)約2天，14套方案連續(xù)耗時(shí)28 天。若將觀測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程ftp 上傳、程序調(diào)試的時(shí)間統(tǒng)計(jì)在內(nèi)，合計(jì)50天，整個(gè)計(jì)算在IBM 工作站上完成。

14座GPS CORS站組成91條基線(xiàn)（表2），最短基線(xiàn)3.8km（SHCH-SHDD，測(cè)繪院—地質(zhì)大廈），最長(zhǎng)基線(xiàn)110.9km（CGJS-CMMZ，金山—崇明廟鎮(zhèn)），平均基線(xiàn)長(zhǎng)度47.0km。在后期重復(fù)性統(tǒng)計(jì)分析階段，為了減少和克服測(cè)站長(zhǎng)期項(xiàng)的影響，對(duì)481 天的輸出結(jié)果按照6 個(gè)季度分別統(tǒng)計(jì)出14套方案基線(xiàn)垂向重復(fù)性（表3）及6個(gè)季度平均值，并繪制基線(xiàn)垂向重復(fù)性vs 時(shí)段長(zhǎng)度變化直方圖（圖4）。

表1試驗(yàn)中采用的上海地區(qū)GPS CORS站Table 1 The GPS CORS stations in Shanghai used in the test

圖3試驗(yàn)中采用的上海地區(qū)GPS CORS站分布示意圖Fig.3 Schematic diagram of the distribution of GPS CORS stations in Shanghai used in the test

表2基線(xiàn)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of baseline length

表3基線(xiàn)垂向重復(fù)性統(tǒng)計(jì)表（常系數(shù)a,下同。單位:mm）Table 3 Baseline vertical repeatability statistics(constant coeffcient a,the same below.Unit:mm)

圖4 2009年四個(gè)季度（a-d）2010年兩個(gè)季度（e-f）基線(xiàn)垂向重復(fù)性變化圖與6個(gè)季度平均值變化圖（g）Fig.4 Baseline vertical repetitive change in four quarters of 2009(a-d), two quarters of 2010 (e-f)and average of 6 quarters (g)

圖4 反映了如下規(guī)律：

（1）隨著觀測(cè)時(shí)間2h、4h...72h 依次延長(zhǎng)，基線(xiàn)垂向重復(fù)性越來(lái)越好，精度越來(lái)越高；

（2）縱觀垂向重復(fù)性擬合曲線(xiàn)，垂向精度提高大致可分三個(gè)階段：快速提升期（2h～12h）、緩慢提升期（12h～24h）、趨緩期（24h～72h）；

在快速提升期，隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，垂向精度快速提高，圖4（a-f）季度曲線(xiàn)上2h 觀測(cè)垂向精度在13.28～17.99mm，12h 觀測(cè)垂向精度達(dá)3.75～7.11mm，圖4（g）平均值曲線(xiàn)上從15.63mm 提高至5.26mm，精度提高了10.37mm，效果十分明顯；

在緩慢提升期，隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，垂向精度趨于平緩。在趨緩提升期，隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，垂向精度緩慢提高，圖4（a-f）24h 觀測(cè)垂向精度在2.13～5.03mm，圖4（g）平均值曲線(xiàn)上24h精度為3.79mm，精度提高了1.47mm，效果緩慢；

在趨緩期，圖4（a-f）72h觀測(cè)垂向精度在1.87～3.76mm，平均值曲線(xiàn)72h 精度為2.93mm，精度提高了0.86mm，24h以后擬合曲線(xiàn)趨平緩。

如以12h 為一個(gè)提升單位，快速提升期12h 精度提高了10.37mm，緩慢提升期12h 精度提高了1.47mm，趨緩期12h 精度提高了0.18mm。

（3）圖4 中2009年、2010年第一季度14 套方案垂向精度明顯高于其它季度的值，第一季度垂向精度最高，初步為GPS 外業(yè)觀測(cè)安排提供有益指引。

綜上，在精度提高曲線(xiàn)上，觀測(cè)時(shí)間24小時(shí)是關(guān)鍵拐點(diǎn)。2h～24h為快速提升、緩慢提升階段，垂向精度提高顯著，24h 之后曲線(xiàn)趨緩，精度提高效果不明顯，48h 與72h 垂向精度相差不大，24 小時(shí)基本能夠達(dá)到同等精度，因此可以初步判斷在基線(xiàn)平均邊長(zhǎng)47.0km 地面沉降區(qū)域最佳觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度初步選定為24 小時(shí)，同時(shí)初步發(fā)現(xiàn)第一季度地面沉降GPS測(cè)量垂向精度最高的規(guī)律。

3.2 最佳觀測(cè)季節(jié)研究

為了進(jìn)一步摸清GPS 測(cè)量垂向精度與季節(jié)的關(guān)系，將表3數(shù)據(jù)按照14套方案繪制基線(xiàn)垂向重復(fù)性vs季節(jié)變化曲線(xiàn)（圖5）。

圖5反映出三個(gè)規(guī)律：

（1）14 條曲線(xiàn)層次十分明顯，隨著觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)，基線(xiàn)垂向精度整體提高，自上而下依次為2h、4h…48h、72h 精度曲線(xiàn)，規(guī)律明顯；

（2）圖5 中自上而下曲線(xiàn)間距呈現(xiàn)由疏至密的變化規(guī)律，反映出在提高垂向精度方面延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間在初期效果十分明顯，到后期效果不明顯；

（3）一年中第一季度基線(xiàn)垂向精度最高，第三季度基線(xiàn)垂向精度最低，二、四季度精度居中。

以上規(guī)律（1）、（2）與3.1 節(jié)最佳觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)一致；規(guī)律（3）在圖5 中十分明顯，初步判斷這個(gè)規(guī)律與第一季度大汽含水量低有密切關(guān)系，有待后期進(jìn)一步研究二者相關(guān)性。

一年中第一季度垂向精度最高的規(guī)律對(duì)于提高地面沉降GPS 測(cè)量有重要指導(dǎo)意義，尤其是目前上海地面沉降進(jìn)入微量沉降階段。下一步可對(duì)第一季度數(shù)據(jù)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研究，包括垂向重復(fù)性、大汽含水量，掌握規(guī)律選擇最有利的時(shí)間段，這個(gè)規(guī)律對(duì)于編制GPS 外業(yè)測(cè)量計(jì)劃有重要指導(dǎo)意義,同時(shí)也值得相關(guān)研究參考和借鑒。

圖5垂向重復(fù)性隨季節(jié)變化關(guān)系Fig.5 Vertical repeatability with seasonal changes

3.3 外符合精度驗(yàn)證

前文最佳觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度研究、最佳觀測(cè)季節(jié)研究從垂向重復(fù)性指標(biāo)入手進(jìn)行測(cè)試、分析，得出有益結(jié)論。但重復(fù)性指標(biāo)屬于內(nèi)符合精度，一般內(nèi)符合精度偏高。如考察一項(xiàng)技術(shù)真實(shí)精度，還需考察其外符合精度，即用最傳統(tǒng)、最可靠、公認(rèn)的方法或技術(shù)對(duì)新技術(shù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。因此，如衡量地面沉降GPS測(cè)量能夠達(dá)到的精度，需要與精密水準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析。本文在GPS 測(cè)量點(diǎn)就近選取分層標(biāo)1 米標(biāo)水準(zhǔn)測(cè)量相應(yīng)沉降量對(duì)比，統(tǒng)計(jì)二者差值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

在適宜觀測(cè)時(shí)段選取上，我院經(jīng)歷了一段艱難、摸索的過(guò)程（圖6）。2001年1月，第一至二期GPS觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度長(zhǎng)設(shè)置3h，外符合精度±40mm。因效果不理想，第三至六期依次觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度延長(zhǎng)至6h、12h，外符合精度±10mm～±25mm，精度有所提高。第七期開(kāi)始連續(xù)觀測(cè)24h，外符合精度±8mm；通過(guò)網(wǎng)形優(yōu)化、收集CORS站等方式，GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)垂向精度進(jìn)一步提高，從第十三期（2010年12月）期，地面沉降GPS測(cè)量外符合精度達(dá)±5mm左右，與表3 和圖4（g）中24h 內(nèi)符合精度±3.79mm 有1.21mm差距。

圖6時(shí)段長(zhǎng)度與本次標(biāo)準(zhǔn)偏差之間關(guān)系對(duì)照?qǐng)DFig.6 Comparison chart between the length of the periodand the standard deviation

目前上?？催^(guò)嚴(yán)防地下水超采、實(shí)現(xiàn)地下水抽取與回灌平衡、控制工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量等措施控制地面沉降，年均地面沉降量持續(xù)控制在6mm/a 以?xún)?nèi)，地面沉降進(jìn)入微量沉降階段。從變形量與測(cè)量精度相互關(guān)系角度分析，GPS測(cè)量±5mm 左右的精度明顯不足，不適合微量沉降監(jiān)測(cè)。目前采取調(diào)低觀測(cè)頻率的方法，適當(dāng)拉開(kāi)觀測(cè)時(shí)間間隔，頻率調(diào)整為2 次/5年。為了將GPS技術(shù)更好的應(yīng)用于地面沉降監(jiān)測(cè)，還應(yīng)進(jìn)一步尋求提高測(cè)量精度的方法。如：優(yōu)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)，增設(shè)CORS 站，選擇更加精準(zhǔn)的觀測(cè)時(shí)間窗口，進(jìn)一步消除大汽對(duì)垂向精度的影響，收集上海及周邊省市同步觀測(cè)CORS 數(shù)據(jù)，增加北斗、GLONASS、Galileo 衛(wèi)星數(shù)據(jù)參與計(jì)算，選擇更加適合的軟件和數(shù)據(jù)處理方法等。

4結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)上海14 座CORS 站2009 年3 月3 日至2010 年6月30日間靜態(tài)數(shù)據(jù)的處理，從內(nèi)符合精度指標(biāo)角度研究了最佳觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度、最佳觀測(cè)季節(jié)選取，同時(shí)從外符合精度角度進(jìn)行了驗(yàn)證，取得結(jié)論如下：

（1）上海地區(qū)地面沉降GPS 測(cè)量最佳觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度初步選定24h；

（2）一年中第一季度GPS 測(cè)量垂向精度最高，在編制觀測(cè)計(jì)劃時(shí)應(yīng)充分考慮這一有利因素；

本文限于當(dāng)時(shí)GPS接收機(jī)只有GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此僅對(duì)GPS測(cè)量進(jìn)行了一些研究分析。近年來(lái)隨著北斗衛(wèi)星系統(tǒng)逐步完善、定位精度提高和上海地區(qū)CORS 站接收機(jī)逐步升級(jí)換代，加之長(zhǎng)三角一體化戰(zhàn)略和長(zhǎng)三角地面沉降聯(lián)防聯(lián)控的推進(jìn)，還有很多值得研究的課題：

（1）對(duì)GNSS多星座采取分離、組合、優(yōu)化，剔除影響垂向精度的星座系統(tǒng)，并進(jìn)一步尋找最佳觀測(cè)時(shí)間和季節(jié)；

（2）對(duì)第一季度GNSS 數(shù)據(jù)和大汽含水量進(jìn)行相關(guān)分析，精確選取最佳觀測(cè)時(shí)間窗口，同時(shí)研究剔除大汽影響的策略，進(jìn)一步提高垂向測(cè)量精度；

（3）隨著長(zhǎng)三角一體化戰(zhàn)略和長(zhǎng)三角地面沉降聯(lián)防聯(lián)控進(jìn)一步推進(jìn)，可將長(zhǎng)三角地區(qū)GNSS CORS站組成骨干監(jiān)測(cè)網(wǎng)，以期取得更加有益的成果。

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