比例因子是相对重力仪的重要参数,会影响相对重力联测的精度。梁伟锋等[1]研究重力仪一次项系数对重力场动态变化的影响,发现CG-5型石英弹簧重力仪的一次项系数逐年减小。邓友茂等[2]对多台CG型相对重力仪格值系数的时空变化特征进行分析,发现在同一读数范围内不同时间段所标定的格值系数会发生变化。
CG-6型相对重力仪延续了CG-5型相对重力仪自动读数、自动改正等良好的操作特性,而且其传感器性能也有很大提升,仪器长周期漂移明显减少。然而其比例因子是否与CG-5一样需要每年标定或与金属弹簧相对重力仪一样每3~5 a进行一次标定,需进一步研究。本文首先对CG-6型相对重力仪2018年、2021年长基线标定比例因子及中国大陆构造环境监测网络(以下称陆态网络)贵州测区重力网解算的比例因子进行比对分析。然后利用4期比例因子分别对测区重力网观测资料进行处理,根据处理结果分析不同期标定的比例因子对重力成果的影响。
1 比例因子标定 1.1 长基线标定长基线比例因子标定按照《GB/T 20256-2019国家重力控制测量规范》要求采用往返对称观测。相对重力仪在长基线基准点或基本点间观测两个测回,获得两个段差,取均值为最终段差观测值。利用长基线基准点或基本点间实际重力差值除以最终段差观测值,得到仪器比例因子[3]。
2018-07和2021-09将5台相对重力仪在长基线西安(2038)-海口(1019)间进行两期比例因子标定,结果见表 1。
采用文献[4-5]的方法对2022年、2023年陆态网络贵州测区重力观测数据进行平差计算。计算2022年数据时,选取水城、泸州、贵阳基准站、筠连、宜宾绝对、麻阳6个基准点作为整体控制;计算2023年数据时,选取水城、泸州、贵阳基准站、筠连、宜宾绝对5个基准点作为整体控制(图 1、2)。所有基准点预估精度为5 μGal,CG-6型相对重力仪预估精度为10 μGal。将平差引导文件中所有相对重力仪比例因子预设为1。本次采用等精度绝对重力点间接平差模式,解算出的各台CG-6型相对重力仪比例因子见表 2。
由表 1可以看出,C071、C074、C076、C080比例因子明显增大,其中,C076比例因子增大0.000 791,稳定性最差;C075比例因子3 a减小0.000 009,稳定性最好。由表 2可知,C074、C076、C080参与2022年观测,C071、C075、C080参与2023年观测,仅有C080解算出连续两年的比例因子,其变化量为0.000 133。为进一步分析比例因子的变化情况,绘制两期长基线标定结果与两期解算结果比例因子变化图(图 3)。
从图 3可以看出,5台CG-6型相对重力仪比例因子总体呈现增大趋势。不同仪器年变化率有所不同,其中C071、C074、C075、C080年变化率均小于0.000 1,状态相对稳定;C076年变化率达到0.000 2,其2018、2021年两次标定结果变化较大,主要与仪器传感器突跳有关,具体原因需进一步研究。
2 重力网观测资料分析处理为进一步分析CG-6型相对重力仪不同时期比例因子的差异对重力网成果的影响,分别利用长基线标定的比例因子及重力网解算的比例因子处理2022年、2023年陆态网络贵州测区重力网观测资料,并分析重力段差及平差后点位重力值的精度。
2.1 重力段差结果分析贵州测区重力网2022年共计联测39条测段,2023年共计联测30条测段。图 4为利用2022年重力网解算比例因子和2018年、2021年长基线标定比例因子分别对2022年39条测段进行处理后的结果,图 5为利用2023年重力网解算比例因子和2018年、2021年长基线标定比例因子分别对2023年30条测段进行处理后的结果。
从图 4、5可以看出,利用解算比例因子所得段差联测RMSE优于利用长基线标定比例因子所得结果,2021年长基线标定比例因子所得段差联测RMSE优于2018年长基线标定比例因子所得结果。毕节引-盐仓、毕节引-叙永、安龙-罗甸县3条测段利用不同期比例因子所得结果差异较大,主要是因为这3条测段原始段差较大。利用2018年比例因子所得段差联测RMSE结果相较于利用2021~2023年比例因子所得结果变化较大,主要是参与项目实施的各台仪器2018~2023年比例因子变化所致。
2.2 重力网平差结果分析分别利用长基线标定比例因子及解算比例因子进行贵州测区重力网平差计算。利用文献[4-5]的方法进行平差计算,采用间接平差数学模型。计算2022年数据时,选取水城、泸州、贵阳基准站、筠连、宜宾绝对、麻阳6个基准点作为整体控制;计算2023年数据时,选取选取水城、泸州、贵阳基准站、筠连、宜宾绝对5个基准点作为整体控制。基准点预估精度为5 μGal,CG-6型相对重力仪预估精度为10 μGal。将CG-6型相对重力仪不同期比例因子分别输入引导文件进行整网平差,平差后点位精度分布见图 6、7。
图 6为利用2018年、2021年长基线标定比例因子和2022年解算比例因子对2022年陆态网络贵州测区重力观测资料进行平差处理的结果,处理后点值平均精度分别为±17.3 μGal、±6.1 μGal、±5.8 μGal。图 7为利用2018年、2021年长基线标定比例因子和2023年解算比例因子对2023年陆态网络贵州测区重力观测资料进行平差处理的结果,处理后点值平均精度分别为±13.7 μGal、±6.4 μGal、±5.3 μGal。
从图 6、7看出,利用年度重力基准解算的比例因子平差后点值精度优于利用2018年、2021年长基线标定比例因子的解算结果,长基线比例因子标定时间越接近重力网观测时间,点值精度越高。
3 结语本文利用5台CG-6型相对重力仪2018年、2021年长基线标定比例因子和测区重力基准解算比例因子对2022年、2023年陆态网络贵州测区重力网观测资料进行处理,得到以下结论:
1) CG-6型相对重力仪比例因子随时间推移不断变化,应尽量选择距离重力网联测时间较近的比例因子进行处理。
2) 利用基准解算的比例因子进行平差计算所得结果优于利用长基线标定比例因子的平差计算结果。
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