Раздел 8. Специальные применения спутниковых геодезических измерений для решения различных геодезических задач

8.1. Решение геодинамических задач

Одна из характерных особенностей современного этапа развития геодезии состоит в том, что достигнутый на основе использования спутниковых методов высокий уровень точности координатных определений в сочетании с оперативностью получения конечных результатов позволил изучать более детально многие динамические процессы, происходящие в земной коре. При этом открылась возможность исследовать смещения интересующих нас пунктов в пределах всего земного шара, что позволило осуществить переход от «статической» геодезии к «динамической». Эта задача стала одной из основных для созданной в 90-х годах Международной службы GPS для геодинамики (IGS).

Как уже отмечалось ранее, эта служба стала ответственной за организацию непрерывных спутниковых наблюдений на пунктах, входящих в глобальную опорную геодезическую сеть. Такой мониторинг позволяет отслеживать смещения рассматриваемых пунктов на сантиметровом (и даже на миллиметровом) уровне точности и составлять постоянно обновляемые карты движения как материков, так и отдельных островных образований, находящихся в открытом океане. В качестве примера на рис.8.1 приведена карта, на которой в векторной форме показаны смещения пунктов глобальной сети за 5 лет (с 1993 по 1998 г.) по данным, полученным с помощью GPS в Потсдамском центре анализа (Германия).

Рис. 8.1. Схема смещения пунктов IGS за период с 1993 по 1998 годы

Приведенные на рис.8.1 данные свидетельствуют о том, что смещения отдельных пунктов сети достигают за отмеченный период до 3 см и более. Такая информация представляет большой интерес как при ус-

277

тановлении истинного положения наземного референцного каркаса, так и при изучении тектонической активности процессов, происходящих в земной коре.

Наряду с изучением геодинамических процессов в глобальных масштабах заслуживает внимания и региональные движения земной коры. Для их исследования создаются региональные геодинамические сети в таких сейсмически активных регионах, как Калифорния; регион Средиземного моря, неовулканическая рифовая зона в Исландии и др. В таких регионах удается обнаружить ощутимые смещения местоположения пунктов сети с течением времени на основе использования спутниковых технологий. Вектора смещений, полученные на основе двух последовательных эпох наблюдений на территории Исландии за период с 1987 по 1990 г., оцениваются на уровне 3 - 5 см в год при точности измерений для каждой эпохи между соседними станциями равной около 1-2 см.

В процессе проведения таких исследований возникла существенная трудность, связанная с необходимостью отождествления «стабильных» опорных точек в изучаемом регионе, относительно которых фиксируются выявленные смещения. Эта проблема стала предметом отдельных исследований. О некоторых результатах в этой области было доложено на проходящих в последние годы международных симпозиумах [80, 86].

Дальнейшая локализация размеров изучаемых территорий привела к целесообразности изучения деформаций земной поверхности на участках, где создаются и эксплуатируются крупные инженерные сооружения, а также на территориях крупных городов. Актуальность отслеживания опасных деформаций грунта в городах продиктована резким возрастанием различного рода разрушений и провалов, связанных, прежде всего, с активным воздействием со стороны человека на приповерхностные геологические структуры. К таким воздействиям следует отнести интенсивное освоение подземного пространства, изменения уровня грунтовых вод, вибрационные воздействия со стороны постоянно нарастающих транспортных потоков, повышение концентрации активных примесей в грунтовых водах на территориях химических предприятий. С целью предупреждения различного рода разрушений в городах и на отдельных промышленных объектах стали создаваться специализированные геодинамические сети, на пунктах которых организуются систематические спутниковые наблюдения с максимально достижимым уровнем точности. Одним из примеров такой сети является геодинамическая сеть, созданная специалистами МИИГАиКа в Москве на базе Московской городской опорной геодезической сети (рис. 8.2). Расположение пунк-

278

тов Московской геодинамической сети выбиралось из тех предпосылок, чтобы часть из них можно было рассматривать в качестве опорных, т. е. в наименьшей степени подверженных влиянию деформационных процессов, а остальная часть в наибольшей степени отвечала бы за смещения земной поверхности в различных регионах города. С учетом этого вся сеть включала в себя около 40 пунктов, а девять из них выбраны в качестве опорных.

Щербинка

Рис. 8.2. Схема геодинамической сети Москвы

За период с 1996 по 2000 г. на данной сети выполнено 8 циклов измерений с интервалом около полгода. На основе проведенного анализа представилась возможность выявить локальные зоны, подверженные ощутимым деформациям земной поверхности, обусловливающим смещения до 1-2 см.

Поскольку при проведении измерений на таких сетях возникает необходимость не только в обеспечении предельно высокой точности измерений, но и в отделении реальной величины смещений от остаточного влияния систематических ошибок, то для ответа на эти вопросы необходима организация специальных исследований. Такие исследования были проведены учеными и специалистами МИИГАиКа за указанный выше период.

По результатам исследований установлено, что доминирующую роль играют ошибки, обусловленные многопутностью и остаточным влиянием тропосферной рефракции.

279