利用GNSS 高程序列确定复测水准网参考基准的试验研究

罗三明 高艳龙 郑智江 胡新康

（中国地震局第一监测中心，天津 300180）

精密水准测量数据的处理一直以来存在不少问题，尤以数据处理基准和误差累积传递等两个问题长期困扰水准观测资料的深入分析与应用最为突出。在利用多期复测数据进行形变分析研究中长期以来基本上都是采用假设某一空间点为相对稳定的参考点（平差基准），在此基础上进行平差计算，获得相对于该参考点的位移信息。这种方法的不足之处在于距离参考点越远误差越大；平差结果因参考点空间位置的不同而异。从区域或全球GNSS 连续站观测结果可知，在地壳运动研究中，不存在所谓不变的稳定点。因此假设稳定点的处理方法所获取的信息难以真实地反映地壳运动的客观变化。再者，水准测量是一种相对测量，所测得的数据是相邻点之间的相对高程差，各种误差对测量结果的影响随着测量距离的增加而逐步累积。由于我们无法知道水准测量的绝对基准，因而在数据处理中无法确定整个水准网相对于“绝对基准”的变化情况，即使采用无起算数据的自由网处理或多期复测资料按动态处理方法进行整体平差，虽然能够一定程度控制误差传递，但由于平差所采用的参考系随时间的整体变化，所获得的结果也难以反映地壳运动的真实性。

GNSS 连续站高程序列为解决以上问题提供了可能。由于GNSS 测量是一种“绝对”定位，不存在所谓的误差积累，利用其高程分量作为水准数据处理的约束值，能够有效地控制水准数据的误差传递与积累；又由于其“绝对”性，为利用水准资料获取地壳垂直运动信息提供了参考基准的可能。为此，首先在提高其精度方面做了以下处理：按照高程序列3 倍标准差剔除奇异值；采用拉格朗日插值法对剔除奇异值后的序列进行补插；利用方差分析法进行GNSS 高程序列周期显著性检验，采用最大熵谱分析法对GNSS 高程序列不同频率的周期运动进行逐步分离。

从测量理论上讲，不同对地观测方法测得的地面点的高程值可能不同，但同一时间段内高程的变化量是一致的。因此，为了进一步减小GNSS 高程误差对水准资料的影响，本文截取与水准观测周期一致的GNSS 高程变化量作为水准数据处理的参考基准。

基于以上思想，选取了天津市静海地区近60个水准点2008年至2011年4期水准观测资料以及静海和九宣闸两个GNSS 连续站高程序列。4期水准观测值的环闭合差分别为4.0 mm、3.1 mm、19.4 mm 和17.7 mm，观测值本身的精度相差较大。因此，为了评估GNSS 高程作为复测水准数据平差参考基准的可靠性，首先采用自由网平差方法对4期水准观测值分别进行平差计算，以消除水准网本身不符值，再以GNSS点为拟稳点，在经过第一步处理后的水准网中引入其高程变化量，对水准网进行重新平差计算，结果中的高程中误差即为GNSS 高程变化量误差对水准点高程的影响。结果显示，水准点高程最大中误差不足1 mm；天津市静海及周边地区2008－2011三年的年沉降量分别达到30～50 mm±2 mm、20～40 mm±8 mm 和30～80 mm±6 mm 不等（图1），局部地区年变化量达到90+mm。

图1 GNSS 高程序列与水准观测值联合处理获得的静海地区2008－2011年地面垂直变化图