Для успешного применения комплексов спутниковой геодезии при изучении процесса деформирования породного массива большое значение имеет организация и планирование полевых работ, особое внимание уделяется конструкции реперов наблюдательной станции. Как уже отмечалось выше, исследование деформаций породного массива в мониторинговом режиме, подразумевает многократное, от цикла к циклу, выполнение точных геодезических измерений на одних и тех же пунктах сети, по одной программе работ с дальнейшим анализом изменений геометрических взаимосвязей между реперами. Из этого вытекает важная особенность геодинамических полигонов: возможность детального изучения условий проведения наблюдений на каждом пункте сети и использование их при планировании времени и периода проведения спутниковых измерений, специальная подготовка отдельных пунктов сети с целью устранения причин затрудненного или некачественного приема спутникового радиосигнала. Поскольку одним из самых главных требований производства высокоточных геодезических работ с применением GPS-оборудования является хорошая радиовидимость на всех определяемых пунктах, которая обеспечивается следующими факторами: низким значением коэффициента PDOP, высоким соотношением "сигнал/шум", качеством радиосигнала и отсутствием потери целых циклов при приеме радиосигнала [6], необходимо учитывать эти факторы заранее. Некоторые факторы, определяющие качество выполнения наблюдений, можно спрогнозировать заранее, путем использования специального программного обеспечения. Распределение количества видимых спутников и изменение коэффициента PDOP во времени определяется заблаговременно по имеющимся эфемеридам спутников, а поскольку известны условия наблюдений на каждом пункте сети, составляются индивидуальные картограммы препятствий прохождения спутникового радиосигнала, с использованием которых достигается высокий уровень планируемых и фактических условий наблюдения на конкретном пункте. В результате планирования определяются промежутки времени благоприятные и неблагоприятные для производства наблюдений. Как показывает практика, благоприятными для производства измерений являются промежутки времени, когда обеспечивается прием спутникового радиосигнала от 7-8 и более спутников при коэффициенте PDOP меньшем 4. При таких условиях наблюдений возможно проводить измерения на миллиметровом уровне точности.
Как отмечалось выше, для определения современных геометрических параметров сети наблюдательных станций используется комплекс спутниковой геодезии GPS, состоящий из 12 приемников геодезического класса. При условии одновременной работы 2 и более GPS-приемников по результатам разности фаз спутникового радиосигнала возможно определение с миллиметровой точностью компонент вектора между двумя и более реперами наблюдательной станции. Жесткое требование условия одновременной работы 2 и более приемников спутникового радиосигнала в технологиях дифференциальной GPS обусловлено необходимостью исключения из результатов обработки погрешностей, вызванных влиянием ионосферы и тропосферы Земли. Под вектором в данном случае подразумевается результат обработки GPS-данных, представляющий собой линию с известными геоцентрическими компонентами DX, DY, DZ между двумя точками, находящимися на земной поверхности, относительно центра Земли в математическом эллипсоиде WGS-84. В нашем случае, при одновременной работе большого количества GPS-приемников, при проведении полевых измерений образуется достаточное количество замкнутых геометрических построений, анализ которых позволяет оценить качество проведенных геодезических измерений. Определение векторов производится в статическом и быстростатическом режиме. Как показывают исследования Federal Geodetic Control Subcommitettee (FGCS) и обширная практика выполнения практических работ, при выполнении геодезических работ на базисах менее 20 км для достижения точности измерения, равной ¦3 мм + 0.01 ppm, достаточно произвести накопление данных на пункте в течение 13-20 минут. Продление времени сеанса наблюдений до 30-60 минут позволяет получить избыточные данные, которые в дальнейшем используются при анализе точности геодезических построений. Поскольку реальным контролем точности геодезических построений являются независимые измерения на определяемых пункта, то программа полевых измерений, как правило, предполагает проведение повторных измерений на ряде пунктов сети.
Камеральная обработка результатов измерений логически разбивается на два этапа - постобработка и уравнивание геодезической сети. На этапе постобработки вычисляются вектора - базовые линии между наблюдательными пунктами сети. Вычисление векторов производится с использованием прецизионных спутниковых эфемерид, что позволяет в ряде случаев значительно повысить точность и надежность определения геометрических параметров сети. Наличие избыточных измерений позволяет получить несколько вариантов обработки одного и того же вектора сети, благодаря чему повышается качество обработки. Контролем качества камеральных работ на данном этапе являются ряд внутренних контрольных параметров вычисления векторов, дублирующиеся определения векторов и контроль невязок замкнутых геометрических построений. При вычислении векторов авторами использовалось различное программное обеспечение - GPSurvey и TGOffice фирмы "Trimble Navigation", Bernese и Gamit, использующееся при обработке результатов глобальных деформационных сетей, однако существенных различий в результатах обработки выявлено не было. Совокупность нескольких вычисленных векторов представляет собой пространственную GPS-сеть на поверхности математического эллипсоида. В зависимости от поставленных задач эта сеть может быть уравнена различными способами и в различных системах координат. В случае, если наблюдательная станция состоит из вновь заложенных реперов, первоначальные координаты которых неизвестны, производится свободное уравнивание сети, в условной системе координат, в результате чего определяются уравненные значения длин линий и превышений между пунктами сети, изменение которых во времени определяет деформирование исследуемой территории. В случае использование в качестве части реперов наблюдательной станции пунктов ГГС и опорных сетей предприятия задача усложняется, однако, как это отмечалось выше, корректное ее решение достигается с использованием пакета авторских методик.
В результате проведенных инструментальных геодезических измерений на исследуемом участке массива и камеральной обработке полевого материала становятся доступны данные о современном состоянии земной поверхности, координатах реперов наблюдательной станции на момент проведения съемки и деформировании земной поверхности в интервалах между реперами. По изменению пространственных координат реперов наблюдательной станции вычисляются полные вектора сдвижения точек земной поверхности в зоне техногенного влияния горных разработок. По величине и направлению действия векторов смещения реперов определяются скорости сдвижения массива горных пород. Путем специального анализа векторной картина поля сдвижений делаются первоначальные выводы о наличие на исследуемом участке структурных нарушений и их активности, поскольку деформации породного массива реализуются именно по этим ослаблениям. Сопоставление современной картины распределения полных векторов смещений с картинами, полученными во время предыдущих серий измерений, позволяет также делать экстраполяцию фактических данных о процессе сдвижения и давать предварительные прогнозы о развитии процесса.
По изменению расстояний между реперами наблюдательной станции и превышений между ними определяются параметры пространственного поля вертикальных и горизонтальных деформаций, а также скорости их приращения. Путем специального анализа полученной картины распределения деформаций по исследуемому участку выявляются основные закономерности процесса сдвижения массива горных пород, выделяются участки с аномальными значениями поля деформаций, на которых в дальнейшем сгущается сеть наблюдательной станции, делаются прогнозные оценки о развитии деформационной обстановки на различные промежутки времени. По изменению во времени основных компонент поля пространственных деформаций вычисляются приращения тензоров поля естественных и техногенных напряжений. Путем специального анализа суммарные тензора приращения напряжений раскладываются на тензоры поля естественных и техногенных напряжений. Путем соответствующей группировки параметров тензоров напряжений в массиве выделяются основные блочные массивы и уточняются границы между ними. При совместном анализе полей напряжений и деформаций, полученных путем мониторинговых измерений в различные периоды времени, создается целостная картина закономерностей формирования вторичного напряженно-деформированного состояния исследуемого массива, что позволяет с одной стороны, получить принципиально новые фундаментальные знания о природе как естественных, так и наведенных техногенных деформационных процессов, происходящих в массиве, а с другой стороны, обоснованно решать различные прикладные задачи по безопасной эксплуатации месторождений полезных ископаемых и объектов инфраструктуры, попадающих в зону влияния горных разработок.