羅三明 高艷龍 鄭智江 胡新康

（中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180）

精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理一直以來存在不少問題，尤以數(shù)據(jù)處理基準(zhǔn)和誤差累積傳遞等兩個(gè)問題長(zhǎng)期困擾水準(zhǔn)觀測(cè)資料的深入分析與應(yīng)用最為突出。在利用多期復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行形變分析研究中長(zhǎng)期以來基本上都是采用假設(shè)某一空間點(diǎn)為相對(duì)穩(wěn)定的參考點(diǎn)（平差基準(zhǔn)），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行平差計(jì)算，獲得相對(duì)于該參考點(diǎn)的位移信息。這種方法的不足之處在于距離參考點(diǎn)越遠(yuǎn)誤差越大；平差結(jié)果因參考點(diǎn)空間位置的不同而異。從區(qū)域或全球GNSS 連續(xù)站觀測(cè)結(jié)果可知，在地殼運(yùn)動(dòng)研究中，不存在所謂不變的穩(wěn)定點(diǎn)。因此假設(shè)穩(wěn)定點(diǎn)的處理方法所獲取的信息難以真實(shí)地反映地殼運(yùn)動(dòng)的客觀變化。再者，水準(zhǔn)測(cè)量是一種相對(duì)測(cè)量，所測(cè)得的數(shù)據(jù)是相鄰點(diǎn)之間的相對(duì)高程差，各種誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響隨著測(cè)量距離的增加而逐步累積。由于我們無法知道水準(zhǔn)測(cè)量的絕對(duì)基準(zhǔn)，因而在數(shù)據(jù)處理中無法確定整個(gè)水準(zhǔn)網(wǎng)相對(duì)于“絕對(duì)基準(zhǔn)”的變化情況，即使采用無起算數(shù)據(jù)的自由網(wǎng)處理或多期復(fù)測(cè)資料按動(dòng)態(tài)處理方法進(jìn)行整體平差，雖然能夠一定程度控制誤差傳遞，但由于平差所采用的參考系隨時(shí)間的整體變化，所獲得的結(jié)果也難以反映地殼運(yùn)動(dòng)的真實(shí)性。

GNSS 連續(xù)站高程序列為解決以上問題提供了可能。由于GNSS 測(cè)量是一種“絕對(duì)”定位，不存在所謂的誤差積累，利用其高程分量作為水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理的約束值，能夠有效地控制水準(zhǔn)數(shù)據(jù)的誤差傳遞與積累；又由于其“絕對(duì)”性，為利用水準(zhǔn)資料獲取地殼垂直運(yùn)動(dòng)信息提供了參考基準(zhǔn)的可能。為此，首先在提高其精度方面做了以下處理：按照高程序列3 倍標(biāo)準(zhǔn)差剔除奇異值；采用拉格朗日插值法對(duì)剔除奇異值后的序列進(jìn)行補(bǔ)插；利用方差分析法進(jìn)行GNSS 高程序列周期顯著性檢驗(yàn)，采用最大熵譜分析法對(duì)GNSS 高程序列不同頻率的周期運(yùn)動(dòng)進(jìn)行逐步分離。

從測(cè)量理論上講，不同對(duì)地觀測(cè)方法測(cè)得的地面點(diǎn)的高程值可能不同，但同一時(shí)間段內(nèi)高程的變化量是一致的。因此，為了進(jìn)一步減小GNSS 高程誤差對(duì)水準(zhǔn)資料的影響，本文截取與水準(zhǔn)觀測(cè)周期一致的GNSS 高程變化量作為水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理的參考基準(zhǔn)。

基于以上思想，選取了天津市靜海地區(qū)近60個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)2008年至2011年4期水準(zhǔn)觀測(cè)資料以及靜海和九宣閘兩個(gè)GNSS 連續(xù)站高程序列。4期水準(zhǔn)觀測(cè)值的環(huán)閉合差分別為4.0 mm、3.1 mm、19.4 mm 和17.7 mm，觀測(cè)值本身的精度相差較大。因此，為了評(píng)估GNSS 高程作為復(fù)測(cè)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)平差參考基準(zhǔn)的可靠性，首先采用自由網(wǎng)平差方法對(duì)4期水準(zhǔn)觀測(cè)值分別進(jìn)行平差計(jì)算，以消除水準(zhǔn)網(wǎng)本身不符值，再以GNSS點(diǎn)為擬穩(wěn)點(diǎn)，在經(jīng)過第一步處理后的水準(zhǔn)網(wǎng)中引入其高程變化量，對(duì)水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行重新平差計(jì)算，結(jié)果中的高程中誤差即為GNSS 高程變化量誤差對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)高程的影響。結(jié)果顯示，水準(zhǔn)點(diǎn)高程最大中誤差不足1 mm；天津市靜海及周邊地區(qū)2008－2011三年的年沉降量分別達(dá)到30～50 mm±2 mm、20～40 mm±8 mm 和30～80 mm±6 mm 不等（圖1），局部地區(qū)年變化量達(dá)到90+mm。

圖1 GNSS 高程序列與水準(zhǔn)觀測(cè)值聯(lián)合處理獲得的靜海地區(qū)2008－2011年地面垂直變化圖