陸態網絡靈山重力基線場初值測定與數據分析

何志堂，韓宇飛，康勝軍，王曉棟，趙 丕，任敏拴

（1.國家測繪地理信息局 第一大地測量隊，陜西 西安 710054；2.地殼運動監測工程研究中心，北京 100003）

陸態網絡靈山重力基線場初值測定與數據分析

何志堂1，韓宇飛2，康勝軍1，王曉棟1，趙 丕1，任敏拴1

（1.國家測繪地理信息局 第一大地測量隊，陜西 西安 710054；2.地殼運動監測工程研究中心，北京 100003）

介紹了靈山重力基線重力觀測情況，并對觀測結果進行了分析。分析結果表明，相對重力聯測成果互差優于40.0×10-8ms-2，絕對重力觀測成果中誤差優于 5.0×10-8ms-2，重力垂直梯度觀測成果中誤差優于3.0×10-8ms-2，最終各點成果精度優于 5.0×10-8ms-2，滿足中國大陸構造環境監測網絡的技術要求，可供相關項目重力儀標定使用。

靈山重力基線場；重力觀測；中國大陸構造環境監測網絡

中國大陸構造環境監測網絡項目（簡稱陸態網絡）是我國一項重大科學工程基礎設施建設項目[1-4]。靈山重力基線場（簡稱靈山基線）初值測定項目是陸態網絡子項目之一,主要目的是建立一個為相對重力儀一次項比例因子標定、校準的重力基準。2014年6月，國家測繪地理信息局第一大地測量隊對靈山基線初始值進行了測定。

1 靈山基線初始值測定概況

1.1 點位布設及施測內容

靈山基線共設計重力基本點26個，重力基準點4 個；整個基線位于北京市門頭溝區靈山自然風景區內，各點位沿風景區主干道兩側分布。其中，最大重力段差約為250 000×10-8ms-2，最小重力段差約為2×10-8ms-2。施測主要內容為對重力基準點實施絕對重力測量，同時進行重力垂直梯度測量，并在所有點位之間進行相對重力聯測。各點位情況如表1所示。

1.2 施測要求

基本點之間聯測采用6 臺高精度相對重力儀實施。往返對稱觀測，每臺儀器合格成果數不少于6 個。每臺儀器在一段的段差結果互差小于40.0×10-8ms-2。

絕對重力測量采用FG5型儀器實施。每次下落時間間隔為10 s；每組下落次數為100次（合格下落次數不少于75 次），每組時間間隔為1 h；合格組數不少于24 組。結果精度優于5.0×10-8ms-2。

重力垂直梯度采用2臺高精度相對重力儀實施。采取往返對稱的聯測方式，在地面與約1.30 m高處之間施測。每臺儀器合格成果數不少于5 個，總合格成果數不少于10 個。結果精度優于3.0×10-8ms-2。

表1 靈山基線重力點信息

2 測量實施步驟

為了盡量減少環境因素對結果的影響，野外數據采集時，將相對重力聯測與絕對重力測量同期實施。

絕對重力觀測時，使用遮陽布、防水布等辦法，以減少野外晝夜溫度變化較大、天氣變化等因素對數據采集的影響。在JX1、JX2、JX3（點位無電源）3個基準點采用大功率發電機提供電源，同時對發電機電源采取了穩壓措施，以減少電源不穩對FG5儀器的影響。圖1為絕對重力測量及垂直梯度測量時的照片。

相對重力聯測基本上分3個階段進行：①從LS21開始到LS26結束，按照點位相鄰位置關系逐一聯測；②從LS21開始到JX1結束，按照點位相鄰位置關系逐一聯測，其中因LS11點位被破壞，故直接聯測LS12和LS10；③直接聯測JX1與LS26兩點，并把基準點與相鄰的基本點進行了聯測。聯測路線如圖2所示。

圖1 JX2點絕對重力、垂直梯度施測照片

3 野外概算

通過野外概算得到4個基準點結果和29段重力段差（LS11點位破壞，故沒有聯測）。野外概算采用FG5絕對重力儀隨機軟件g9。對4個基準點絕對重力觀測數據進行了固體潮改正、氣壓改正、儀器高改正、極移改正和垂直梯度改正。相對重力聯測、重力垂直梯度測量數據處理時均進行了重力儀讀數轉換、格值改正、固體潮改正、氣壓改正、儀器高改正和零漂改正。采用Gravitation Measure軟件進行野外數據概算[5-8]。

圖2 聯測路線圖

3.1 野外概算結果

野外概算結果分別如表2、表3所示。

各點間野外相對重力聯測各儀器結果之間互差分布如圖3所示。相鄰兩點間重力段差分布如圖4所示。

表2 重力基準點野外概算結果

表3 相對重力聯測野外概算結果

圖3 各儀器結果之間最大互差分布

圖4 相鄰兩點間重力段差分布

3.2 結果平差

野外概算結束后，按照《高精度重力測量資料處理系統》，采用擬穩平差的方法進行整體平差處理,平差后各點結果如表4所示。

各點精度分布如圖5所示。

表4 各點最終結果

圖5 各點精度分布

4 野外概算結果分析

1）由表2可知，基準點絕對重力測量成果野外概算成果精度都優于5.0×10-8ms-2；其中JX1成果精度誤差最大，JX3成果精度誤差最小。平差后，精度基本一致，主要因為基準點在平差時權重大于基本點，且基準點相對穩定性較好，野外干擾不大。

2）由表3可知，各點間相對重力聯測結果野外各儀器結果之間最大互差都小于40×10-8ms-2；由圖3可以看出，野外相對重力聯測各段結果各儀器之間互差在10×10-8ms-2～30×10-8ms-2之間個數逐漸增加；在30×10-8ms-2～40×10-8ms-2之間個數逐漸減少；在0～10×10-8ms-2和大于40×10-8ms-2沒有分布，說明野外聯測結果分布符合設計要求，儀器穩定、狀態良好、成果穩定。由表3、圖4可知，相鄰兩點間段差主要在1 000×10-8ms-2～10 000×10-8ms-2，其次分布在10 000×10-8ms-2～100 000×10-8ms-2；小段差（小于100×10-8ms-2）、大段差（247 243×10-8ms-2左右）都有分布。這種段差分布對于高精度相對重力儀不同讀數區間都能較好覆蓋，減少了一次項比例因子外推產生的誤差；段差在1 000×10-8ms-2～100 000×10-8ms-2之間比較集中，也符合實際工程中段差的分布，能最大程度地消除工程實施中儀器一次項比例因子的影響。故該基線及成果滿足高精度相對重力儀的檢驗、一次項比例因子標定需要。

3）由表4、圖4可知，各點最終結果精度都優于5×10-8ms-2；集中分布在3×10-8ms-2～5×10-8ms-2之間，精度較高，主要因為基準點數量較多、施測成果精度較高、空間幾何分布（聯測路線）比較合理，同時相對重力聯測成果精度較好也有一定的作用。

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B

1672-4623（2016）05-0100-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.031

何志堂，碩士，高級工程師，主要從事重力應用研究。

2015-03-03。

項目來源：現代工程測量國家測繪地理信息局重點實驗室開放課題資助項目（TJES1003）；中國大陸構造環境監測網絡重力測量專項資助項目。