3.1 数据质量评价
用TEQC软件对2015年1月～12月YNML钢筋混凝土观测墩与YNZB锚标观测墩记录的观测数据进行评估,分别统计2个观测墩所得观测数据的MP1、MP2值、正态化均方根残差与数据有效率值(吴培稚等,2012),如表1所示。从统计结果看,两站各项指标均比较接近,均在误差范围内,表明两个观测墩所处的观测环境和观测设备的综合影响基本一致。
表1 数据质量评价结果
Tab.1 Evaluation results of data quality
3.2 稳定性分析
通过GAMIT软件解算测站单日解,然后直接从基线结果O文件中提取YNZB相对于YNML的N、E、U基线分量,得到YNZB相对YNML在N、E、U三个方向的运动量。为了分析锚标观测墩建
图2 YNZB-YNML基线N(a)、E(b)方向的时序变化图
Fig.2 Time sequence variation diagram of YNZB- YNML baseline in N(a)and E(b)directions
好初期的稳定性,所选取的解算数据为从锚标观测墩建设完成后的第二天开始,连续22天的完整观测数据(薄万举等,2009)。从
图2可以看出,两站在N方向最大互差约为2.5 mm,在E方向最大互差约为1.3 mm,各单日解间互差呈现随机性,无明显偏离趋势。由此可见,锚标观测墩在建设初期稳定性基本能达到地壳观测运动的要求,能反映出基岩的运动趋势,建好后即可投入观测应用。
3.3 YNZB相对YNML日周期运动的相对变化分析
由于弥勒GNSS基准站与锚标站相距较近,坐落于同一地质单元,理论上2个站的地壳运动方式应比较一致(江在森等,2003)。为了分析观测墩在一天内的短时间变化,利用GAMIT软件进行数据解算,每隔60 min得到一个观测墩坐标变化值,为了防止观测数据过少影响精度,采用3 h为一个解算时段,每60 min滑动一次,每天得到24个解,用YNZB相对于YNML的N、E两个分量变化来显示YNZB相对于YNML的日周期运动,共计算了两天的观测数据,分别为年积日030与年积日031。由图3可以看出,YNZB相对YNML东西和南北方向运动分量没有明显的周期性,坐标变化量较小,变化量均在2 mm以内,因此日周期变化锚标站能够满足地壳运动监测的要求。
图3 年积日030 N(a)、031 N(b)、030 E(c)、031 E(d)方向时序对比结果
Fig.3 Time sequence comparison in day of year of 030N(a),031 N(b),030E(c)and 031 E(d)directions
3.4 锚标墩在极端温度影响下的实验情况
分析锚标观测墩在极端温度变化影响下的稳定性,主要是要检测钢筋热膨胀及冷收缩时对观测墩位移的影响。对锚标观测墩的几个支脚分别进行大幅度的升温和降温(20°～95°),并利用两台Leica TCA 2003高精度(标称精度测角0.5″,测距1 mm+1 ppm)全站仪对锚标观测墩进行基线测量,在测量过程中,首先进行背景值测量,待观测数值稳定后开始升温。升温所采用的方法是,首先将锚标的4个支脚用塑胶管包好,然后用速干水泥将底部密封,待底部凝固后注满水,升温时用电热管按需要对3个支脚分别加热。基线测量时,我们将反射镜固定到天线下面的托盘上。两台全站仪成90°直角,距离观测墩约4 m,温度每升高或降低5℃,分别在测站1与测站2用全站仪进行基线测量。为保证基线测量数据能够达到精度要求的分辨率,进行了精度评定。利用白塞尔公式±((VV)/(n-1))1/2计算观测精度,其中,V为观测值与真值的差,n为观测次数,真值是观测值加权后求平均值,通过计算可知本次观测的精度为0.2 mm。温度测量采用多路温度计,其分辨率为0.1 ℃。
从图4可以看出,测站1、测站2的基线变化量分别约为0.6 mm、1 mm。由两站的基线变化可以看出,随着温度的上升,基线均有伸长的变化趋势,说明当温度升高时,锚标的支脚会产生一定的膨胀。
图4 1号支脚升温时测站1(a)和测站2(b)基线随温度的变化图
Fig.4 Baselines recorded by No.1(a)and No.2(b)measuring stations varied with the temperature rising of No.1 feet
图5 2号支脚升温1号支脚温度回落时测站1(a)和测站2(b)基线随温度的变化图
Fig.5 Baselines recorded by No.1(a)and No.2(b)measuring stations varied with the temperature rising of No.2 feet and temperature drop of No.1 feet
从
图5可以看出,1号支架温度缓慢回落2号支架升温过程中,测站1基线变化量约为0.6 mm,测站2变化量约为1.9 mm,变化量不同的原因是测站2基本是正对1号支脚,测站1与1号支脚有一定角度。两测站均能反映出支脚随温度的增加会产生一定膨胀。
从图6可以看出,所有支脚同时进行加温与降温时,基线变化均不大,测站1最大互差仅为0.3 mm,测站2最大变化互差为0.4 mm,且观测数值与背景场值基本相符。因为观测墩所有支脚均处在同一环境下,故相互间温差基本可以忽略,由此可以得出自然条件下的温度变化不会对锚标站点的水平方向造成显著影响。
图6 3个支脚同时升温与温度缓慢回落时测站1(a)和测站2(b)基线随温度的变化图
Fig.6 Baselines recorded by No.1(a)and No.2(b)measuring stations varied with the temperaturerising and temperature drop of the three feets at the same time
3.5 锚墩标与混凝土观测墩标用于地壳运动的分析
为了分析锚标观测墩在地壳变形研究中的变化情况,计算了YNML、YNZB在ITRF2004框架下的点位移时间序列图(洪敏等,2012),然后利用GAMIT软件进行数据解算,得到2个观测墩对应文山站点变化值的时间序列曲线(牛之俊等,2005)。
图7 弥勒基准站与锚标站相对于文山站点东西(a)和南北(b)向的变化时序图
Fig.7 Time sequence diagram of Mile Reference Station and law mark station relative to the Wenshan Station in EW(a)and NS(b)
通过对2个站点东西、南北方向的变化量求差,获取了其地壳形变活动速率差异的时间序列,进一步求取速率差异的均方根值。结果显示,2个站点1年内的地壳活动速率差异较小,均方根值均为2.2 mm。
由观测一年的点位移时间序列变化曲线可以看出,弥勒锚标站与GNSS连续基准站具有相同的变化趋势,且变化量级也基本一致,因此锚标站点可以应用到地壳形变监测中。
