王淑芳 闫伟

摘 要：滨海新区水准测量受长距离水准测量累积误差影响，无法满足滨海新区未来控沉监测需求。本文基于GNSS技术，在滨海新区范围内建设2个地面沉降监测站，利用精密相对定位技术获取监测站点毫米级精度大地高结果，为滨海新区地面沉降监测及相关应用提供连续可靠的地面沉降监测基准，有效提高滨海新区地面沉降监测精度。

关键词：地表沉降;滨海新区;水准测量：GNSS

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）10-0196-03

0 引言

天津市地处沿海，海拔低、地质条件复杂而脆弱，地面沉降是最主要的地质灾害。《2011年～2020年全国地面沉降防治规划》明确要求：至2020年，滨海新区地面沉降速率控制在每年15毫米以内，沉降中心沉降速率控制在每年30毫米以内[1-3]。自上世纪80年代开始，滨海新区长期实施卓有成效的控沉工作，滨海新区年平均沉降量在2014年已减少到23mm，滨海新区地面沉降进入微沉阶段。然而，滨海新区地面沉降监测主要依靠水准测量，水准原点位于宝坻，与滨海新区之间的水准测量路线长度约200km，长距离水准观测累积误差无法避免，致使滨海新区地面沉降水准测量精度约为8.5mm～11mm[4-5]，无法满足滨海新区未来微小地面沉降监测需求。

全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System， GNSS）可全天候工作，能够获取连续的高精度监测结果，有效弥补水准测量成本高、周期长等不足，是一种广泛使用的监测手段。本文基于GNSS技术，在滨海新区范围内建设2个地面沉降监测站，利用精密相对定位技术获取监测站点毫米级精度大地高结果，为滨海新区地面沉降监测及相关应用提供连续可靠的地面沉降监测基准，有效提高滨海新区地面沉降水准测量精度。

1 滨海新区地面沉降监测站建设

为贯彻落实新区“十三五”地面沉降防治规划，天津市滨海新区塘沽水资源管理中心建设完成2个滨海新区地面沉降监测站，编码分别为BC01和BC02。BC01位于滨海新区东北部，中新生态城旅游区3号污水泵站院内，概略纬度39°06'48"，概略经度117°45'17";BC02位于滨海新区东南部，大港海发珍品实业发展有限公司院内，概略纬度38°50'55"，概略经度117°36'50"。

监测站配备Trimble Net R9接收机和Trimble GNSS-Ti扼流圈天线，能够采集北斗、GPS、GLONASS、Galileo等卫星导航系统信号，截止高度角10°，数据采样率1秒，数据存贮为T02格式，每天通过无线网络以FTP协议推送到解算服务器。监测站采用太阳能供电，能够实现无人值守自主运行。限于篇幅，仅给出BC01站建成效果，如图1所示。

2 滨海新区地面沉降监测数据处理系统构建

滨海新区地面沉降监测数据处理系统以高程稳定的TJCORS宝坻气象局站（TJA2）为基准站，能够定时自动处理滨海新区地面沉降站所采集的北斗、GPS、GLONASS、Galileo等多个卫星导航系统的多频信号，获取滨海新区地面沉降站点高精度大地高，為滨海新区地面沉降监测提供连续可靠的局部地面沉降监测基准。软件有数据接入、数据处理、成果管理等三大模块，其功能结构如图2所示。

接入数据主要包括滨海新区地面沉降监测站点观测数据、监测基准站TJA2观测数据、IGS卫星精密轨道钟差产品、GAMIT解算文件。基线解算采用MIT和SIO共同研制的高精度事后精密基线处理软件GAMIT 10.7，以TJCOR宝坻气象局站（TJA2）为基准站，以布设在滨海新区的2个CORS站为监测站，同时引入天津CORS周围的6个IGS站点（BJFS、DAEJ、SUWN、ULAB、WUHN、YSSK），削弱由于站点坐标不准确引起的基线解算误差[6-7]。数据解算每天定时自动执行，单天解输入成果管理模块进行存贮管理。通过MySQL数据对解算结果进行存贮管理，并通过加权平均连续多个单天解生成精度更高的周解和月解，提供网页入口对监测结果进行浏览查询，可通过开始时间、结束时间、解类型等查询监测结果，并通过位移曲线图、速率曲线图、数据列表等形式生动、直观的展示监测结果，并能够以Excel表格形式下载到本地。

3 滨海新区地面沉降监测精度分析

3.1 单天解大地高精度分析

选取BC01和BC02两周的观测数据进行数值实验， 观测时间为2018年12月7日到12月19日.精密相对定位解算基准站采用TJA2站，卫星轨道采用IGS快速星历产品，截止高度角为10°，从基线解算的标准化均方根误差（Normalized Root Mean Square， NRMS）和中误差两个方面对解算结果进行评价分析。

NRMS值是衡量软件基线解算结果的一个重要指标，表示单时段解算出的基线值偏离其加权平均值的程度，是模糊段解算残差。本实验NRMS值在0.20～0.25之间，基线解算过程中未发生周跳未修复状况。将14天单天解的加权平均值作为“真值”，图3和图4分别给出了BC01-TJA2、BC02-TJA2两条基线相对于“真值”的误差序列，其统计结果如表1所示。单天解大地高精度约为6.2mm。

3.2 连续N天解大地高沉降精度分析

单天解大地高精度σ0约6.2mm，连续N天单天解大地高精度σn计算方法为σn=σ0/，连续N天解的大地高沉降精度计算方法为σHn=1.414σ0/，连续N个单天解大地高精度和大地高沉降精度与天数N关系如图5所示。连续30天大地高月精度和大地高沉降精度分别为1.1mm和1.6mm。

以滨海新区地面沉降监测站为基准点，通过水准测量监测地面沉降，短距离精密水准测量误差可忽略不计，则滨海新区地面沉降水准测量精度可由原来的8.5mm提高到1.6mm。

4 结语

本文利用GNSS高精度、全天候工作优势，在滨海新区范围内建设2个地面沉降监测站，利用GNSS精密相对定位技术获取监测站点大地高结果，月解精度可达1.1mm，沉降精度可达1.6mm，能够为滨海新区地面沉降监测及相关应用提供连续可靠的地面沉降监测基准，有效提高滨海新区地面沉降水准测量精度，满足滨海新区未来微小地面沉降监测需求。

参考文献

[1] 黄立人，匡绍君，杨贵业.GPS观测得到的天津地区的现今变形[J].大地测量与地球动力学，2002（22）：17-20.

[2] 田云锋.利用连续GPS进行地面沉降监测[J].测绘与空间地理信息，2009，32（4）：37-39.

[3] 周飞飞.全国地面沉降恶化趋势将在十年内得到有效控制——陶庆法解读《全国地面沉降防治规划（2011-2020年）》[J].国土资源导刊，2012（10）：29-31.

[4] 杨贵业.天津市地面沉降测量高程基准点稳定性分析[J].测绘科学，1993（4）：3-6+15.

[5] 姜衍祥，杨建图，董克刚，等.利用GPS监测地面沉降的精度分析[J].测绘科学，2006（31）：63-65.

[6] 赵桂儒.基于GARMIT软件的GPS数据处理框架建设[D].北京：中国地震局地震预测研究所，2007.

[7] 马飞虎，孙喜文，贺小星.基于GAMIT的IGS站基线可靠性处理与分析[J].华东交通大学学报，2018，35（04）：124-132.