張 超，李 磊，李廣乾，張世娟

(1. 國家測繪地理信息局第一大地測量隊，陜西 西安 710054; 2. 山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266590； 3. 國家測繪地理信息局大地數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054)

沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理方法

張 超1，2，李 磊1，李廣乾1，張世娟3

(1. 國家測繪地理信息局第一大地測量隊，陜西 西安 710054; 2. 山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266590； 3. 國家測繪地理信息局大地數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054)

傳統(tǒng)意義上的沉降監(jiān)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理大多采用自由網(wǎng)平差的方法，需進(jìn)行大量的矩陣計算，內(nèi)業(yè)工程浩繁。本文以杭州市沉降監(jiān)測網(wǎng)為例，充分利用了其監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了采用間接平差法，即按路線測站數(shù)定權(quán)對結(jié)點(diǎn)網(wǎng)先行平差，減少了計算強(qiáng)度，便于實(shí)現(xiàn)程序模塊化處理；最后對今后的研究方向提出了建議。

沉降監(jiān)測網(wǎng)；結(jié)點(diǎn)；間接平差；附合水準(zhǔn)路線

目前的城市監(jiān)測技術(shù)方法很多，包括水準(zhǔn)測量、數(shù)字?jǐn)z影測量、InSAR和GPS 數(shù)據(jù)融合等。相比較其他幾種方法，作為傳統(tǒng)沉降監(jiān)測技術(shù)的水準(zhǔn)測量，具有精度較高、成果可靠、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。隨著電子水準(zhǔn)儀的普及應(yīng)用，水準(zhǔn)測量的勞動強(qiáng)度大大降低，數(shù)據(jù)整理也更為方便快捷，有效提高了成果的精度和可靠性。目前大多數(shù)城市已經(jīng)布設(shè)了自己的沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，這就為水準(zhǔn)測量的開展奠定了良好的基礎(chǔ)。本文以杭州市為例，其水準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)科學(xué)，密度適宜，能較好地反映區(qū)域內(nèi)升降變化(如圖1所示)。

圖1 沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)概圖

一、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)處理思路

由于涉及的沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，呈現(xiàn)出縱橫交織的狀況，傳統(tǒng)的基于自由網(wǎng)平差辦法在該區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用，工作量會較大，而且沒有較好地利用沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。平差按逐級控制的原則分等級進(jìn)行，首先進(jìn)行杭州市一等水準(zhǔn)網(wǎng)平差，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行杭州市二等水準(zhǔn)網(wǎng)平差。

平差采用間接平差法，以加入標(biāo)尺長度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正、海潮負(fù)荷改正后的往返測高差中數(shù)為元素，待定結(jié)點(diǎn)高程為未知數(shù)，按路線測站數(shù)定權(quán)進(jìn)行結(jié)點(diǎn)平差。當(dāng)結(jié)點(diǎn)高程及路線高差改正量計算完成后，采用附合路線平差的方法推求路線中間點(diǎn)的高程。

基于此，結(jié)合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征，本文提出了沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的處理思路(如圖2所示)。

1) 平差分等級進(jìn)行，先進(jìn)行一等水準(zhǔn)網(wǎng)平差，再進(jìn)行二等水準(zhǔn)網(wǎng)平差。

2) 為了給后續(xù)計算各項改正數(shù)提供概略高程，需要推算各點(diǎn)概略高程，其中推算時高差中數(shù)中加入了標(biāo)尺長度改正。

3) 結(jié)合實(shí)際水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，剝離出結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，采用間接平差法，按路線測站數(shù)定權(quán)進(jìn)行結(jié)點(diǎn)網(wǎng)平差。

4) 當(dāng)結(jié)點(diǎn)高程及路線高差改正量計算完成后，采用附合路線平差的方法推求路線中間點(diǎn)的高程。

二、結(jié)點(diǎn)網(wǎng)平差

一等結(jié)點(diǎn)網(wǎng)參數(shù)匯總見表1。

表1 一等結(jié)點(diǎn)網(wǎng)參數(shù)匯總

注：由于涉及的二等結(jié)點(diǎn)過多，文中不予顯示，一等結(jié)點(diǎn)名稱等已作改動。

1) 誤差方程為

V=BX-L

式中，V為改正數(shù)矩陣；B為系數(shù)矩陣；X為未知數(shù)矩陣；L為常數(shù)項矩陣。

2) 法方程為

BTPBX-BTPl=0

式中，P為觀測值權(quán)矩陣。

3) 線性方程組的解算及校驗。結(jié)點(diǎn)高程計算公式為

X=(BTPB)-1BTPl

測線改正數(shù)計算

V=BX-l

4) 權(quán)的確定公式為

式中，C為一選定常數(shù)；N為一條水準(zhǔn)路線測站總數(shù)。

5) 精度估計。結(jié)點(diǎn)中誤差公式為

式中，Qii為第i個結(jié)點(diǎn)的協(xié)因數(shù)。

其中，經(jīng)過起算點(diǎn)穩(wěn)定性分析，采用點(diǎn)HZA06作為起算點(diǎn)，依照間接平差的步驟，完成結(jié)點(diǎn)網(wǎng)的解算。結(jié)果見表2。

表2 一等結(jié)點(diǎn)高程解算成果

在此基礎(chǔ)上，依據(jù)附合導(dǎo)線的平差原理，可以完成處于路線中間的沉降監(jiān)測點(diǎn)的高程求解，其后二等水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)的求解可以逐次完成。

三、結(jié)束語

本文充分利用沉降監(jiān)測網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征，避免了自由網(wǎng)平差帶來的大量矩陣計算，將復(fù)雜的水準(zhǔn)網(wǎng)平差層次化，便于用程序?qū)崿F(xiàn)模塊化處理，減少了內(nèi)業(yè)計算工作量。但此方法有以下幾點(diǎn)需要克服：

1) 對沉降監(jiān)測網(wǎng)本身要求較高，監(jiān)測系統(tǒng)的布設(shè)要科學(xué)、全面。隨著觀測項目的增多，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)應(yīng)根據(jù)監(jiān)測對象的特點(diǎn)，合理設(shè)置監(jiān)測項目， 如地表沉降、地下水位、深層位移、地表荷載等，使監(jiān)測資料的成因分析更為科學(xué)合理。

2) 若監(jiān)測網(wǎng)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)受實(shí)際條件限制而無法滿足以上要求時，該方法不能實(shí)施。

3) 該方法本身未涉及水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)的起算點(diǎn)穩(wěn)定性分析，對水準(zhǔn)網(wǎng)參考基準(zhǔn)的穩(wěn)定性未進(jìn)行評價，沒有考慮過多的地質(zhì)信息，對于基巖水準(zhǔn)測量標(biāo)石是否發(fā)生位移的成因機(jī)理還需進(jìn)一步結(jié)合大尺度的區(qū)域地殼形變監(jiān)測網(wǎng)、新構(gòu)造運(yùn)動、地震活動及巖土體工程地質(zhì)特征等進(jìn)行深入研究。

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ADataProcessingMethodforSettlementMonitoringNetwork

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10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0301.

P224

B

0494-0911(2016)09-0087-02

2015-09-28

張 超(1990—)，男，碩士，主要從事精密工程測量及變形監(jiān)測的研究工作。E-mail：929143568@qq.com