Технология высокоточных геодезических измерений при оценке деформаций земной поверхности в Восточной Сибири

Актуальность темы

исследования. Информация о динамике земной поверхности природного и техногенного характера была и остается важнейшей в аспекте прогнозирования её негативных последствий. Аномальные проявления неустойчивости земной поверхности (землетрясения, извержения вулканов, проседание грунта в районе выработки полезных ископаемых и др.), вызывают вертикальные и горизонтальные сдвиги, разломообразование, провалы. При этом страдают не только инженерные сооружения и здания, неся за собой громадный экономический ущерб, но и возможны невосполнимые человеческие жертвы. Эти обстоятельства (происшествия) со всей очевидностью демонстр иру ют необходимость изучения деформаций земной поверхности повторными геодезическими методами, результаты которых в комплексе с геолого-геофизическими данными призваны оценить степень сейсмической опасности.

В связи с этим актуальной задачей является совершенствование геодезических методов, являющихся приоритетными в оценке деформаций земной поверхности, так как они позволяют эффективно выполнить мониторинг ее состояния с обеспечением высокой точности геодезических измерений в разных физико-географических условиях.

Степень разработанности проблемы. Геодезия как наука в приложении к изучению геодинамических процессов была востребована всегда, и в настоящее время активно и успешно развивается. Весомый вклад в решение задач изучения геодинамических процессов по геодезическим и гравиметрическим данным внесли множество ученых как отечественных, так и зарубежных [1].

Целью исследований являлось обоснование методики проведения высокоточных геодезических работ и обработки их результатов, технологии производства и интерпретации результатов рационального комплекса геодезических измерений при изучении геодинамических процессов в сейсмоактивных районах Восточной Сибири.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— изучение особенностей физико-геологических условий сейсмоактивных районов Восточной Сибири;

— усовершенствование методики высокоточного нивелирования с учетом применения электронных нивелиров;

— обоснование методики проведения спутниковых координатных определений и автоматизированной обработки результатов применительно к условиям района исследования;

— отработка технологии организации и проведения высокоточных геодезических работ в сейсмоактивных районах Восточной Сибири;

— апробация методики и технологии проведения высокоточных режимных геодезических работ, обработки и интерпретации их результатов на примере Северомуйского геодинамического полигона. Объектом исследований являлись геодинамические процессы сейсмоактивных районов Восточной Сибири.

Предметом исследований являлся измерительный комплекс высокоточных геодезических методов и технология их проведения для изучения геодинамических процессов, включая количественную оценку параметров деформаций земной поверхности.

Методологическая и теоретическая основа исследований базировалась на системно-структурном подходе и системном анализе, теории математической обработки и интерпретации результатов геодезических наблюдений, теории упругости, теории фигуры Земли, теории вероятностей и методе наименьших квадратов.

Фактический материал и методы исследования. Использовались результаты геодезических измерений. Для решения поставленных в диссертации задач и проведения вычислительных экспериментов применялись современные вычислительные средства и программное обеспечение, методы статистики и теории погрешностей.

При выполнении поискового этапа исследований использовались материалы геодезических наблюдений, в которых автор диссертации принимал непосредственное участие в том числе:

— на Северомуйском геодинамическом полигоне (ГДП) по созданию высокоточной геодезической сети ВГС и СГС-1 в рамках Федеральной программы «Глобальная навигационная система» на участке Северобайкальск — Шиверы (2007г., 2008 г.);

— по линии высокоточного нивелирования 1 класса Усть-Кут-Новый — Уоян, на участке Дабан-Холодная-Новый-Уоян 2005;2006 годов (полевые работы Восточносибирского Аэрогеодезического предприятия);

Информационная база исследования. Использованы данные из научных книг, статей, монографий, материалов научного конгресса «ГеоСибирь», материалы отраслевого журнала «Геодезия и картография», научно-технических конференций СГГА, фондовые материалы: научнотехнические и технические отчеты, интернет-источники.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Предлагаемая усовершенствованная методика выполнения высокоточного нивелирования с использованием электронных нивелиров в связи с его востребованием в различных физико-географических условиях при изучении динамики земной поверхности обеспечивает по сравнению с ранее достигнутым уровнем значительный экономический эффект и достижение необходимой точности измерений.

2. Реализуемая методика создания геодинамической сети пунктов спутниковых координатных определений и проведения на них наблюдений позволят достичь требуемой точности измерений с более высокой производительностью труда, по сравнению с применяемыми ранее традиционными высокоточными геодезическими измерениями. Вместе с тем её апробация в разных условиях Восточной Сибири выявила необходимость проведения дальнейших исследований с целью обоснования более высокой надежности учета природных факторов, в том числе изменение внешних условий и технических особенностей аппаратуры в производстве координатных определений на пунктах геодинамических полигонов.

3. Предлагаемая технологическая схема проведения комплексных высокоточных геодезических наблюдений на пунктах геодинамической сети в связи с необходимостью изучения геодинамических процессов в сейсмоактивных районах Восточной Сибири обеспечивает повышение информативности получаемых геодезических параметров, характеризующих состояние земной поверхности изучаемой территории и устойчивость природно-технических систем на ней, и возможность оперативного регулирования процесса режимных наблюдений для своевременного выявления негативных движений земной поверхности, прогнозирования их негативных последствий.

Научная новизна исследований состоит в получении новых знаний в области мониторинга деформаций земной поверхности в сейсмоактивных районах Восточной Сибири с использованием современных методов геодезических измерений.

Теоретическая значимость работы заключается в усовершенствовании методики и обосновании рациональной технологии проведения комплекса геодезических измерений на геодинамических полигонах.

Практическая значимость работы. Впервые реализован рациональный комплекс геодезического мониторинга геодинамики на Севёромуйском геодинамическом полигоне, обеспечивший повышение производительности труда с достижением требуемых точностных показателей измерений.

Апробация результатов исследования и публикации.

Основные результаты исследований докладывались на 2-й региональной научно-практической конференции ИрГТУ (г.Иркутск 2006 г.), международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2007» (г.Новосибирск), региональных конференциях в ИрГТУ (г. Иркутск, 2006 г., 2007 г.). По теме диссертации опубликованы четыре статьи, в том числе одна в реферируемом издании, утвержденных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и списка используемой литературы из 56 наименований. Общий объем работы составляет 124 страниц, включающих 15 рисунков, 8 таблиц, 2 приложения.

Заключение

.

В результате проведения диссертационных исследований выполнено следующее:

• Проанализирована изученность сейсмоактивных районов традиционными методами и состояние развития новых методов и технологий в изучении ДЗП. Показана степень применения спутниковых технологий, реализация построения спутниковых сетей, общность как космического, так и наземного сегментов управления и обработки информации. Дано представление о Российском сегменте развития спутниковых сетей, их цели и назначении.

• С учетом развития цифровых технологий в области приборостроения усовершенствован метод высокоточного нивелирования с применением электронных нивелиров, обоснован выбор как наиболее приемлемого из нашедших применение в практике работ цифрового нивелира Trimble Dinil2, а в обработке результатов высокоточного нивелированияпрограммного продукта «CREDO Нивелир».

• Рассмотрены ключевые особенности планирования и организации производства геодезических работ при изучении геодинамических процессов. Изложена последовательность этапов выполнения обработки и уравнивания результатов спутниковых измерений.

• Сформулированы основные принципы интерпретации результатов режимных геодезических измерений.

• Отработана технология организации, планирования и проведения высокоточных геодезических работ, обработки и интерпретации их результатов применительно к условиям сейсмоактивных районов Восточной Сибири в режиме многоциклового комплекса наблюдений при проведении мониторинга ДЗП, представленной в виде технологической схемы.

• Выполнен анализ результатов многолетнего изучения динамики земной поверхности в Северо-восточной части Байкальской рифтовой зоны.

Разработки по методике комплексных геодезических высокоточных измерений и обработки их результатов апробированы на примере территории Северо-Муйского ГДП, являющегося составной частью регионального Северобайкальского ГДП.

Таким образом, цель диссертационной работы и предусматриваемые ею задачи реализованы.

Результаты диссертационных исследований позволяют сделать следующие выводы и рекомендации.

1. С развитием современного геодезического оборудования появилась возможность выполнения геодезических наблюдений в ранее труднодоступных сейсмоактивных регионах, изучения геодинамических процессов в оперативном режиме.

2. Усовершенствованная методика высокоточного нивелирования позволяет автоматизировать комплекс полевых и камеральных работ на 3040%, сократить время исполнения работ и количественный состав исполнителей. Применение электронного нивелира обеспечивает точность измерений, не только требуемую Инструкцией, но и выше.

3. При изучении динамики спутниковые технологии позволяют создавать сети разного уровня и вести мониторинг в любых погодных условиях как в цикличном, так и в непрерывном режиме. Создание спутниковых мониторинговых сетей позволяет также выполнять измерения на неограниченной территории ГДП и сохранять при этом требуемое качество их результатов.

4. Автоматизация процесса измерений, накопление и сохранение первичной информации в электронном виде обеспечивает оперативность в обработке и постобработке данных комплексных геодезических измерений во всех циклах с привлечением дополнительной геолого-геофизической информации, повышая качество и надежность прогнозных оценок степени устойчивости развития территорий и состояние природно-технических систем в их пределах.

5. Предлагаемая технология комплексного геодезического изучения геодинамических процессов рекомендуется для производства целевых работ в сейсмоактивных регионах Восточной Сибири.

6. Продолжение комплексных геодезических наблюдений за ДЗП в Северо-Восточной части БРЗ, в том числе на новом Северобайкальском ГДП рекомендуется продолжить в режиме постоянного мониторинга с целью своевременной оценки устойчивости положения земной поверхности и выработки предложений по снижению негативных последствий возможных геодинамических процессов.

Отмеченная необходимость непрерывного мониторинга может быть отнесена и ко всей обширной территории Байкальской рифтовой зоны с объединением всех существующих на ней ГДП (Тункинского, Баргузинского Северо-Муйского, Кондинского, Удаканского) в единый общий полигон.