基于GNSS技術的濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測研究

王淑芳 閆偉

摘 要：濱海新區(qū)水準測量受長距離水準測量累積誤差影響，無法滿足濱海新區(qū)未來控沉監(jiān)測需求。本文基于GNSS技術，在濱海新區(qū)范圍內(nèi)建設2個地面沉降監(jiān)測站，利用精密相對定位技術獲取監(jiān)測站點毫米級精度大地高結果，為濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測及相關應用提供連續(xù)可靠的地面沉降監(jiān)測基準，有效提高濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測精度。

關鍵詞：地表沉降;濱海新區(qū);水準測量：GNSS

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）10-0196-03

0 引言

天津市地處沿海，海拔低、地質條件復雜而脆弱，地面沉降是最主要的地質災害。《2011年～2020年全國地面沉降防治規(guī)劃》明確要求：至2020年，濱海新區(qū)地面沉降速率控制在每年15毫米以內(nèi)，沉降中心沉降速率控制在每年30毫米以內(nèi)[1-3]。自上世紀80年代開始，濱海新區(qū)長期實施卓有成效的控沉工作，濱海新區(qū)年平均沉降量在2014年已減少到23mm，濱海新區(qū)地面沉降進入微沉階段。然而，濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測主要依靠水準測量，水準原點位于寶坻，與濱海新區(qū)之間的水準測量路線長度約200km，長距離水準觀測累積誤差無法避免，致使濱海新區(qū)地面沉降水準測量精度約為8.5mm～11mm[4-5]，無法滿足濱海新區(qū)未來微小地面沉降監(jiān)測需求。

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System， GNSS）可全天候工作，能夠獲取連續(xù)的高精度監(jiān)測結果，有效彌補水準測量成本高、周期長等不足，是一種廣泛使用的監(jiān)測手段。本文基于GNSS技術，在濱海新區(qū)范圍內(nèi)建設2個地面沉降監(jiān)測站，利用精密相對定位技術獲取監(jiān)測站點毫米級精度大地高結果，為濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測及相關應用提供連續(xù)可靠的地面沉降監(jiān)測基準，有效提高濱海新區(qū)地面沉降水準測量精度。

1 濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測站建設

為貫徹落實新區(qū)“十三五”地面沉降防治規(guī)劃，天津市濱海新區(qū)塘沽水資源管理中心建設完成2個濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測站，編碼分別為BC01和BC02。BC01位于濱海新區(qū)東北部，中新生態(tài)城旅游區(qū)3號污水泵站院內(nèi)，概略緯度39°06'48"，概略經(jīng)度117°45'17";BC02位于濱海新區(qū)東南部，大港海發(fā)珍品實業(yè)發(fā)展有限公司院內(nèi)，概略緯度38°50'55"，概略經(jīng)度117°36'50"。

監(jiān)測站配備Trimble Net R9接收機和Trimble GNSS-Ti扼流圈天線，能夠采集北斗、GPS、GLONASS、Galileo等衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號，截止高度角10°，數(shù)據(jù)采樣率1秒，數(shù)據(jù)存貯為T02格式，每天通過無線網(wǎng)絡以FTP協(xié)議推送到解算服務器。監(jiān)測站采用太陽能供電，能夠實現(xiàn)無人值守自主運行。限于篇幅，僅給出BC01站建成效果，如圖1所示。

2 濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構建

濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以高程穩(wěn)定的TJCORS寶坻氣象局站（TJA2）為基準站，能夠定時自動處理濱海新區(qū)地面沉降站所采集的北斗、GPS、GLONASS、Galileo等多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)的多頻信號，獲取濱海新區(qū)地面沉降站點高精度大地高，為濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測提供連續(xù)可靠的局部地面沉降監(jiān)測基準。軟件有數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理、成果管理等三大模塊，其功能結構如圖2所示。

接入數(shù)據(jù)主要包括濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測站點觀測數(shù)據(jù)、監(jiān)測基準站TJA2觀測數(shù)據(jù)、IGS衛(wèi)星精密軌道鐘差產(chǎn)品、GAMIT解算文件。基線解算采用MIT和SIO共同研制的高精度事后精密基線處理軟件GAMIT 10.7，以TJCOR寶坻氣象局站（TJA2）為基準站，以布設在濱海新區(qū)的2個CORS站為監(jiān)測站，同時引入天津CORS周圍的6個IGS站點（BJFS、DAEJ、SUWN、ULAB、WUHN、YSSK），削弱由于站點坐標不準確引起的基線解算誤差[6-7]。數(shù)據(jù)解算每天定時自動執(zhí)行，單天解輸入成果管理模塊進行存貯管理。通過MySQL數(shù)據(jù)對解算結果進行存貯管理，并通過加權平均連續(xù)多個單天解生成精度更高的周解和月解，提供網(wǎng)頁入口對監(jiān)測結果進行瀏覽查詢，可通過開始時間、結束時間、解類型等查詢監(jiān)測結果，并通過位移曲線圖、速率曲線圖、數(shù)據(jù)列表等形式生動、直觀的展示監(jiān)測結果，并能夠以Excel表格形式下載到本地。

3 濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測精度分析

3.1 單天解大地高精度分析

選取BC01和BC02兩周的觀測數(shù)據(jù)進行數(shù)值實驗， 觀測時間為2018年12月7日到12月19日.精密相對定位解算基準站采用TJA2站，衛(wèi)星軌道采用IGS快速星歷產(chǎn)品，截止高度角為10°，從基線解算的標準化均方根誤差（Normalized Root Mean Square， NRMS）和中誤差兩個方面對解算結果進行評價分析。

NRMS值是衡量軟件基線解算結果的一個重要指標，表示單時段解算出的基線值偏離其加權平均值的程度，是模糊段解算殘差。本實驗NRMS值在0.20～0.25之間，基線解算過程中未發(fā)生周跳未修復狀況。將14天單天解的加權平均值作為“真值”，圖3和圖4分別給出了BC01-TJA2、BC02-TJA2兩條基線相對于“真值”的誤差序列，其統(tǒng)計結果如表1所示。單天解大地高精度約為6.2mm。

3.2 連續(xù)N天解大地高沉降精度分析

單天解大地高精度σ0約6.2mm，連續(xù)N天單天解大地高精度σn計算方法為σn=σ0/，連續(xù)N天解的大地高沉降精度計算方法為σHn=1.414σ0/，連續(xù)N個單天解大地高精度和大地高沉降精度與天數(shù)N關系如圖5所示。連續(xù)30天大地高月精度和大地高沉降精度分別為1.1mm和1.6mm。

以濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測站為基準點，通過水準測量監(jiān)測地面沉降，短距離精密水準測量誤差可忽略不計，則濱海新區(qū)地面沉降水準測量精度可由原來的8.5mm提高到1.6mm。

4 結語

本文利用GNSS高精度、全天候工作優(yōu)勢，在濱海新區(qū)范圍內(nèi)建設2個地面沉降監(jiān)測站，利用GNSS精密相對定位技術獲取監(jiān)測站點大地高結果，月解精度可達1.1mm，沉降精度可達1.6mm，能夠為濱海新區(qū)地面沉降監(jiān)測及相關應用提供連續(xù)可靠的地面沉降監(jiān)測基準，有效提高濱海新區(qū)地面沉降水準測量精度，滿足濱海新區(qū)未來微小地面沉降監(jiān)測需求。

參考文獻

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