一、引    言

港口码头、航道等是重要的生产基础设施，在自然强地震动场和强、急端风瀑潮灾害性气候动力作用下，以及船舶碰撞、航道施工清淤等人为因素影响下，将引发陆域地表变形及建(构)筑物动力灾变等重大安全问题。近年来，港口航道在国民经济和国家安全中扮演越来越重要的作用。随着经济的飞速发展，港口航道建设呈现出工程建设占地规模大、码头土石方强度高、航道开挖深等特点。对港口航道开展全流程安全监测势在必行。

根据核港口航道陆域安全监测工程需要,必须提供必不可少的形变测量的空间基准。以连云港港口及30万吨深水航道工程为背景(示范)，基于卫星连续运行参考站网、无线数据传输等技术，研究建立现代精密形变测量空间基准框架的关键技术，将为实现港口航道重要基础设施全流程性能安全监测与预警打下基础。

港口航道陆域安全监测范围一般较大，卫星连续运行参考站网站间距离受到限制。现代精密形变监测工程空间基准框架可按两级卫星连续运行参考站网布设，即一级控制基准框架、二级工作基准框架。一、二级相互关联，系统结构上有相同的配置和运行模式。

1. 一级控制基准框架

一级控制基准框架是在港口航道外围布设的一定数量和密度的测量控制网点，为形变监测提供稳定的空间基准保障。考虑参考站网综合服务及实时三维形变测量特点，采用CGCS2000，监测数据不再引入高斯投影坐标变换和高程联测拟合等误差源。一级控制基准框架的主要功能是:

1) 提供二级工作基准的框架地固坐标，动态检验和改正二级工作基准框架的准确性；保障三维形变测量在统一的空间基准上连续工作。

2) 针对星历检测、卫星可用性、电离层预报和二级基准空间位移监测等，提供一、二级基准框架的完备性信息及预警。

一级控制基准网精度按《全球卫星系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2009)的要求，不低于1×10^-8。

参考站点位长期稳定:一般采用具有强制对中装置的钢筋混凝土观测墩深埋至基岩。必要时,可使用水泥沉桩。

2. 二级工作基准框架

二级工作基准框架是在港口码头、航道周围内布设的一定数量和密度的测量控制网点。主要为满足港口航道施工生产及灾害过程中陆域形变观测控制网点密度需要，在一级控制基准站网的基础上布设的由一定数量卫星连续运行参考站组成的独立控制网。为形变监测点自动化的实时三维形变测量提供空间基准保障。

二级工作基准框架的主要功能是：

1) 提供二级工作基准差分改正值计算的三维坐标。集成大气误差反演、多路径估计、GPS数据融合处理等多种技术，建立多个工作基准参考站生成的区域大气误差改正数模型，生成载波相位观测值差分改正信息。

2) 基于INTRIP协议的无线数据传输技术，实时向监测站播发综合差分改正信息；保障实时动态毫米级三维形变监测精度。

二级工作基准网精度参照《工程测量规范》(GB 50026—93)的要求，相邻点中误差不低于±1.5 mm。

二级工作基准网点覆盖港口航道相关陆域，包括码头区域、堆场、厂房、运输线路、航道影响区域等，为保证精度和可靠性,尽可能选择持久、稳定、便利的控制点。一般采用具有强制对中装置的钢筋混凝土观测墩深埋至基岩，必要时，可使用水泥沉桩。尽量使其在生产建设过程中不被摧毁、不需要搬迁。

二级工作基准网点三维坐标需定期动态解算(如每周解算一次的时间序列)，获得稳定性(三维位移)监测数据，若其点位足够稳定，可以继续监测。否则，以最新的解算坐标数据供形变监测工程使用。

连云港港口地处海州湾西南岸，北面黄海，南靠云台山山脉。港口航道陆域展布东西延绵数十千米。区域地形复杂、地质构造丰富。1. 一级控制基准网构建

在变形监测中，无论水平位移观测还是垂直位移观测，都希望力求使控制基准点与监测工作基点保持稳定不动，从而使基准点远离监测区域布设，否则其稳定性难以保证。一级控制基准网布设区域，选择在远离变形监测区域50 km，并且其间有地质结构较稳定的中云台山间隔的连云港海州区。由3个CORS参考站构成变形监测一级控制基准网。如图 1所示。为了保障基准网的相对精度和完备性，HHBB、TGXQ、DGXQ 3个参考站间距不超过10 km。采用徕卡仪器公司的专业型GRX1200 Pro参考站硬件和CORS参考站网NRS软件，严格按照CORS系统设计建设的相关规范和要求，通过Internet局域专网，集成监测一级控制基准CORS系统。

图 1 连云港港口航道三维空间基准框架

图选项

为了实现自动化、智能化的监测预警，一级空间基准框架服务应选择固定CORS参考点，以便于实时计算和自检。保证变形分析结果的正确性，消除各期观测结果的系统性偏差，亦即实现各期观测结果基准的统一。固定基准点与国际ITRF站点组网，联测IGS跟踪站ITRF2000坐标，取得固定基准点动态大地测量坐标。3个参考站与国际ITRF上海、武汉和韩国站点组网联测和检核。其中，HHBB、DGXQ 为固定基准点，TGXQ为检核基准点。联测数据采用GAMIT软件解算，利用精密星历和高精度起算点的情况下，基线解的相对精度能够达到10^-9左右。满足安全监测一级控制基准网要求，可以作为相对固定基准点数据。

在港口航道大区域监测工程实践中，利用国际先进的高精度GPS实时动态定位技术及有关算法，自动高效地进行数据处理，提供毫米级高精度的形变信息。如Stone RT实时动态监测系统，克服了多种常规GPS应用局限性，如电磁干扰、遮挡、多路径、时间同步等，自动高效地进行数据处理，提供毫米级高精度的形变信息。

但是，实时动态监测需要工作基准点距离变形监测点不能太远，一般不超过2 km，否则会影响测量精度。试验选择苍穹RockT200和司南导航M300接收机，实测分析如图 2所示。

图 2 基准点距离变形监测点观测误差衰减曲线

图选项

为此，利用GNSS定位技术，在港口航道陆域地区根据需求按一定距离建立长年连续运行的若干个CORS工作基准站。利用数据通信和互联网络(LAN／WAN)技术将各个工作基准站与数据中心组成网络，由数据中心从工作基准站采集数据，利用基于双差、三差模型静态网平差软件进行处理，计算工作基准站精密的时序CGCS2000坐标。然后数据中心向各监测站提供工作基准站动态坐标基准(如图 3所示)。

图 3 连云港港口航道三维CORS工作基准框架

图选项

工作基准站网的稳定性是一个相对的概念。由于受到周围环境的影响，基准点也会产生位移。因此，对工作基准点的稳定性评价，是变形观测数据处理时不可忽视的重要内容。在与控制基准网点联接时，为了不产生尺度上的伸缩，采用无强制约束的联接方法，即只采用固定一个点HHBB和固定一个定向方向HHBB-TGXQ。设计工作基点网点位选择多在空旷的理想选点区。通过多时段QC评估，工作基点为赣榆BTGY、虚沟BTXG、连云BTLY和燕尾港BTYW。如图 1所示。

以HHBB为基准站解算与其相连的工作基准站之间的基线，平差仍以网中基线解算基准HHBB点和HHBB-TGXQ方向固定三维CGCS2000地心坐标作为工作基准网平差的位置基准。其平差基线精度如图 4所示。

图 4 平差基线北方向残差统计图

图选项

从连云港港口航道陆域精密形变监测工程空间基准框架构建的实践，对基于卫星连续运行参考站网的精密工程控制网的等级及其功能划分进行了系统研究。采用两级CORS站网构建空间基准框架的实践证明这种系统是行之有效的，完全可以满足工程建设要求，为港口航道的高质安全建设提供了可靠基础。这种系统的各层次控制网都是按需要设计网形，比单纯采用方格网的方法灵活有效,而且这种系统有不同的层次，能较好地将工作中的绝对和相对的定位要求协调一致。