2011年上海市精密水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測數(shù)據(jù)處理與分析

鄒俊平

(上海市測繪院，上海 200063)

1 引言

精密水準(zhǔn)網(wǎng)作為現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系的重要組成部分，在為城市建設(shè)、管理、定位提供高程基準(zhǔn)等方面發(fā)揮著極其重要的作用。上海地處長江口長江三角洲平原的前沿地帶，地面沉降嚴(yán)重影響了精密水準(zhǔn)網(wǎng)的服務(wù)周期，根據(jù)上海市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)服務(wù)體系的建設(shè)要求，2011年組織了對上海市一、二、三等精密水準(zhǔn)網(wǎng)的全面復(fù)測，以保障城市建設(shè)需要。

在完成大量外業(yè)觀測工作后，為保障此次復(fù)測項目的順利完成，獲取此次水準(zhǔn)復(fù)測最終高程成果數(shù)據(jù)，需根據(jù)項目設(shè)計書中2011年上海市一、二、三等精密水準(zhǔn)復(fù)測數(shù)據(jù)處理方案的要求對水準(zhǔn)復(fù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時對處理成果進(jìn)行分析，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)內(nèi)容

圖1 上海地區(qū)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理一等網(wǎng)分布示意圖

主要包括:2011年上海市一、二、三等精密水準(zhǔn)復(fù)測外業(yè)高差數(shù)據(jù)，2009年浦東～長興～崇明一等水準(zhǔn)聯(lián)測數(shù)據(jù)。經(jīng)初步統(tǒng)計此次水準(zhǔn)復(fù)測涉及水準(zhǔn)點(diǎn)為3 289個，線路長達(dá)到5 243 km。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 起算基準(zhǔn)的確定

此次一等水準(zhǔn)測量中聯(lián)測的上海市部分基巖點(diǎn)，可作為此次平差起算基準(zhǔn)的參考依據(jù)。已有基巖成果主要包括:

(1)2006年上海市水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測基巖點(diǎn)成果;

(2)上海市地質(zhì)調(diào)查研究院提供的最新基巖點(diǎn)成果;

(3)2009年浦東～長興～崇明一等水準(zhǔn)聯(lián)測基巖點(diǎn)成果。

為確定起算基準(zhǔn)，同時消除不同基巖點(diǎn)的系統(tǒng)差，保證基巖點(diǎn)成果與整網(wǎng)的協(xié)調(diào)，采用一等數(shù)據(jù)擬穩(wěn)平差的方式對已知基巖點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以便選取合適的起算點(diǎn)。

3.2 觀測值改正與檢核

(1)觀測值改正。上海為平原地區(qū)，且為區(qū)域性水準(zhǔn)網(wǎng)，數(shù)據(jù)處理中只實施水準(zhǔn)尺長改正;另外，水準(zhǔn)尺溫度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正忽略不計。

(2)閉合環(huán)計算與檢核。一等網(wǎng)總共計算21個附合路線，23個閉合環(huán)。其中附合差最大為:W=0.018 90 m(限差:±0.029 73 m)，環(huán)閉合差最大為:W=0.011 94 m(限差:±0.017 52 m);二等網(wǎng)總共計算757個附合路線，其中附合差最大為:W=－0.019 77m(限差:±0.031 95 m);三等網(wǎng)總共計算2150個附合路線。其中附合差最大為:W=0.026 61 m(限差:±0.072 40)。

(3)對觀測值采用巴爾達(dá)粗差探測檢核未發(fā)現(xiàn)粗差。

3.3 平差計算

平差采用自主開發(fā)的精密工程測量平差軟件，平差方法為最小二乘理論，按照以下4種平差方式進(jìn)行平差計算。

(1)定權(quán)方式:1/距離;平差步驟:一等、二等、三等逐等級平差;

平差結(jié)果A:一等網(wǎng)最小二乘平差結(jié)果:［pvv］=0.000 017 73，μ=±0.000 77 m;二等網(wǎng)最小二乘平差結(jié)果:［pvv］=0.000 134 23，μ= ±0.001 17 m;三等網(wǎng)最 小 二 乘 平 差 結(jié) 果:［pvv］=0.000 665 42，μ= ±0.001 35 m。

(2)定權(quán)方式:1/距離平方;平差步驟:一等、二等、三等逐等級平差;

平差結(jié)果B:一等網(wǎng)最小二乘平差結(jié)果:［pvv］=0.000 013 63，μ=±0.000 67 m;二等網(wǎng)最小二乘平差結(jié)果:［pvv］=0.000 131 71，μ= ±0.001 16 m;三等網(wǎng)最 小 二 乘 平 差 結(jié) 果:［pvv］=0.000 512 27，μ= ±0.001 18 m。

(3)定權(quán)方式:1/距離;平差步驟:取一等三倍權(quán)、二等1.5倍權(quán)、三等1倍權(quán)進(jìn)行整網(wǎng)平差;

平差結(jié)果 C:最小二乘平差結(jié)果:［pvv］=0.000 359 43，μ=±0.000 86 m。最弱點(diǎn)點(diǎn)為 3 －120A，其中誤差為0.004 54 m，最弱邊為5－136B至5－091B其中誤差為0.001 96 m。

(4)定權(quán)方式:1/距離平方;平差步驟:取一等三倍權(quán)、二等1.5倍權(quán)、三等1倍權(quán)進(jìn)行整網(wǎng)平差。

平差結(jié)果 D:最小二乘平差結(jié)果:［pvv］=0.000 263 28，μ=±0.000 73 m。最弱點(diǎn)點(diǎn)為 J53(GC02)，其中誤差為0.009 18 m，最弱邊為 J53(GC02)至J25其中誤差為0.009 39 m。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 4套成果比較分析

為確定最終成果，對采用4種不同平差方式計算的4套成果進(jìn)行比較分析，最終提出建議采用成果。

(1)首先計算4套成果平均值，再分別計算4套成果與平均值之間的差異，具體分布圖如圖2所示。

分別計算4套成果與平均值的中誤差:成果A:1.53 mm;成果B:1.61 mm;成果C:1.36 mm;成果D:1.69 mm。

圖2 4套成果與其均值差異分布圖(單位/mm)

從計算結(jié)果可知，采用距離平方定權(quán)方式平差的成果其離散度較高，與圖2中detaBmm與detaDmm所表現(xiàn)的情況一致。為此先剔出以距離平方定權(quán)的兩套成果再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

(2)計算成果A，成果C差值，其中差異最大點(diǎn)為10－364(JY3)，兩套平差成果差異為 13.02 mm。具體分布圖如圖3所示。

圖3 A、C成果差異點(diǎn)數(shù)分布圖，圖中的%表示此類點(diǎn)所占百分比

選取兩套成果差異超過6 mm的點(diǎn)進(jìn)行分析，A、C兩套成果的差異主要體現(xiàn)在崇明、長興、橫沙三島與浦東靠近長江隧道附近，由圖1可知，由于此區(qū)域所采用一等路線為2009年聯(lián)測支線，且并未構(gòu)成環(huán)，同時經(jīng)過比較得知差異點(diǎn)大多數(shù)據(jù)一、二等觀測的點(diǎn)位，應(yīng)是由于整網(wǎng)平差時使得高等級線路受到低等級線路影響造成。

4.2 歷年成果比較分析

為分析上海地區(qū)水準(zhǔn)變化情況，現(xiàn)將此次平差計算的最終成果A與歷年水準(zhǔn)成果進(jìn)行比較分析，其中重點(diǎn)分析與2006年成果差異。2011年平差成果與2006年成果中共有1 385個重合點(diǎn)，大部分差異均在10 cm以內(nèi)。具體差異分布如圖4所示。

圖4 2011與2006成果差異分布圖，圖中的%表示此類點(diǎn)所占百分比

式中:δ(xi)為擬合點(diǎn)的高程;xi為擬合點(diǎn)與第i已知點(diǎn)的距離;n為多項式擬合階數(shù)。

對于每一個已知點(diǎn)，都可以列出以上方程?？刹捎米钚《藯l件求解參數(shù)a，最后計算出各點(diǎn)高程值。在此基礎(chǔ)上，將2011年水準(zhǔn)成果分別與歷年水準(zhǔn)數(shù)據(jù)計算上海地區(qū)2011～2006年，2011～2001年，2011～1995年水準(zhǔn)高程變化情況，擬合結(jié)果采用圖形直觀展示上海地區(qū)多年的地面沉降情況(紅色為增高，藍(lán)色為下沉)，如圖5、圖6、圖7所示。

對大于10 cm的點(diǎn)位進(jìn)行逐一分析和實地踏勘，并在部分點(diǎn)上進(jìn)行了RTK結(jié)合大地水準(zhǔn)面精化成果的驗證。經(jīng)過實地踏勘，確定大部分點(diǎn)均由于重埋，或者施工破壞移動造成成果差異超過10 cm。對于實地確定是同一點(diǎn)的點(diǎn)位，在具備RTK測量的點(diǎn)上進(jìn)行了RTK測高檢驗，利用大地水準(zhǔn)面精化成果獲得的吳淞高程與2011年成果吻合很好。

(2)結(jié)合點(diǎn)位坐標(biāo)分布，對未知位置的高程進(jìn)行擬合內(nèi)插，采用擬合模型如下:

圖5 2011與1995水準(zhǔn)成果擬合地面形變圖(單位cm)

圖6 2011與2001水準(zhǔn)成果擬合地面形變圖(單位cm)

圖7 2011與2006水準(zhǔn)成果擬合地面形變圖(單位cm)

5 結(jié)論

(1)結(jié)合以上對4套平差成果的比較分析，采用距離平方定權(quán)方式獲得的平差成果離散度較高，不宜采用。采用距離定權(quán)分等級平差獲得的成果A與采用距離定權(quán)整網(wǎng)平差獲得的成果C在崇明、長興、橫沙三島與浦東靠近長江隧道附近差異較為明顯，為確保三島觀測中高等級路線的作用，采用按照距離定權(quán)分等級平差獲得的成果A作為此次平差數(shù)據(jù)處理的最終成果。

(2)從圖5變化可知，上海嘉定、寶山、青浦等部分區(qū)域相對于1995年有較大的地面上升，其余大部分區(qū)域沉降嚴(yán)重。從圖6更加確定上海嘉定、寶山、青浦等部分區(qū)域處于地表上升狀態(tài)，崇明東灘地區(qū)沉降嚴(yán)重，其余區(qū)域沉降趨緩。圖7進(jìn)一步驗證了以上觀點(diǎn)。

［1］施一民.現(xiàn)代大地控制測量(第二版)［M］.北京:測繪出版社，2008.

［2］同濟(jì)大學(xué).武漢測繪科技大學(xué)合編.控制測量學(xué)(下)［M］.北京:測繪出版社，1986.

［3］季善標(biāo)，王解先.上海市首級控制網(wǎng)改造［J］.工程勘察，2004(5).

［4］劉大杰，陶本藻.實用測量數(shù)據(jù)處理方法［M］.北京.測繪出版社，2000.

［5］2011年上海市一、二、三等水準(zhǔn)復(fù)測項目設(shè)計書［R］.上海測繪院，2011.

［6］樊功瑜編.誤差理論與測量平差［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1998.