沉降监测网络的数据处理方法

张 超，李 磊，李广乾，张世娟

(1. 国家测绘地理信息局第一大地测量队，陕西 西安 710054; 2. 山东科技大学测绘科学与技术学院，山东 青岛 266590； 3. 国家测绘地理信息局大地数据处理中心，陕西 西安 710054)

沉降监测网络的数据处理方法

张 超1，2，李 磊1，李广乾1，张世娟3

(1. 国家测绘地理信息局第一大地测量队，陕西 西安 710054; 2. 山东科技大学测绘科学与技术学院，山东 青岛 266590； 3. 国家测绘地理信息局大地数据处理中心，陕西 西安 710054)

传统意义上的沉降监测网的数据处理大多采用自由网平差的方法，需进行大量的矩阵计算，内业工程浩繁。本文以杭州市沉降监测网为例，充分利用了其监测网络的结构特点，提出了采用间接平差法，即按路线测站数定权对结点网先行平差，减少了计算强度，便于实现程序模块化处理；最后对今后的研究方向提出了建议。

沉降监测网；结点；间接平差；附合水准路线

目前的城市监测技术方法很多，包括水准测量、数字摄影测量、InSAR和GPS 数据融合等。相比较其他几种方法，作为传统沉降监测技术的水准测量，具有精度较高、成果可靠、操作简便等优点。随着电子水准仪的普及应用，水准测量的劳动强度大大降低，数据整理也更为方便快捷，有效提高了成果的精度和可靠性。目前大多数城市已经布设了自己的沉降监测网络，这就为水准测量的开展奠定了良好的基础。本文以杭州市为例，其水准网络布设科学，密度适宜，能较好地反映区域内升降变化(如图1所示)。

图1 沉降监测网络概图

一、监测网络处理思路

由于涉及的沉降监测网络复杂，呈现出纵横交织的状况，传统的基于自由网平差办法在该区域内的应用，工作量会较大，而且没有较好地利用沉降监测网络的结构特点。平差按逐级控制的原则分等级进行，首先进行杭州市一等水准网平差，在此基础上再进行杭州市二等水准网平差。

平差采用间接平差法，以加入标尺长度改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、固体潮改正、海潮负荷改正后的往返测高差中数为元素，待定结点高程为未知数，按路线测站数定权进行结点平差。当结点高程及路线高差改正量计算完成后，采用附合路线平差的方法推求路线中间点的高程。

基于此，结合监测网络的结构特征，本文提出了沉降监测网络的处理思路(如图2所示)。

1) 平差分等级进行，先进行一等水准网平差，再进行二等水准网平差。

2) 为了给后续计算各项改正数提供概略高程，需要推算各点概略高程，其中推算时高差中数中加入了标尺长度改正。

3) 结合实际水准监测网络，剥离出结点网，采用间接平差法，按路线测站数定权进行结点网平差。

4) 当结点高程及路线高差改正量计算完成后，采用附合路线平差的方法推求路线中间点的高程。

二、结点网平差

一等结点网参数汇总见表1。

表1 一等结点网参数汇总

注：由于涉及的二等结点过多，文中不予显示，一等结点名称等已作改动。

1) 误差方程为

V=BX-L

式中，V为改正数矩阵；B为系数矩阵；X为未知数矩阵；L为常数项矩阵。

2) 法方程为

BTPBX-BTPl=0

式中，P为观测值权矩阵。

3) 线性方程组的解算及校验。结点高程计算公式为

X=(BTPB)-1BTPl

测线改正数计算

V=BX-l

4) 权的确定公式为

式中，C为一选定常数；N为一条水准路线测站总数。

5) 精度估计。结点中误差公式为

式中，Qii为第i个结点的协因数。

其中，经过起算点稳定性分析，采用点HZA06作为起算点，依照间接平差的步骤，完成结点网的解算。结果见表2。

表2 一等结点高程解算成果

在此基础上，依据附合导线的平差原理，可以完成处于路线中间的沉降监测点的高程求解，其后二等水准监测网的求解可以逐次完成。

三、结束语

本文充分利用沉降监测网的结构特征，避免了自由网平差带来的大量矩阵计算，将复杂的水准网平差层次化，便于用程序实现模块化处理，减少了内业计算工作量。但此方法有以下几点需要克服：

1) 对沉降监测网本身要求较高，监测系统的布设要科学、全面。随着观测项目的增多，在监测区域内应根据监测对象的特点，合理设置监测项目， 如地表沉降、地下水位、深层位移、地表荷载等，使监测资料的成因分析更为科学合理。

2) 若监测网网形结构受实际条件限制而无法满足以上要求时，该方法不能实施。

3) 该方法本身未涉及水准监测网的起算点稳定性分析，对水准网参考基准的稳定性未进行评价，没有考虑过多的地质信息，对于基岩水准测量标石是否发生位移的成因机理还需进一步结合大尺度的区域地壳形变监测网、新构造运动、地震活动及岩土体工程地质特征等进行深入研究。

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ADataProcessingMethodforSettlementMonitoringNetwork

ZHANG Chao,LI Lei,LI Guangqian,ZHANG Shijuan

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10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0301.

P224

B

0494-0911(2016)09-0087-02

2015-09-28

张 超(1990—)，男，硕士，主要从事精密工程测量及变形监测的研究工作。E-mail：929143568@qq.com