港珠澳大橋GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)精度測試

吳迪軍，熊 偉，何嬋軍

（1.中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430050；2.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院，武漢 430070）

1 引言

港珠澳大橋GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（簡稱為HZMB－CORS）是國內(nèi)首個獨立的基于VRS的工程CORS系統(tǒng)。第一階段建成的HZMBCORS由位于珠海和香港的3個連續(xù)運行參考站、1個數(shù)據(jù)中心和1個監(jiān)測站構(gòu)成［1］，3個參考站之間的距離分別為16km、28km和36km。該系統(tǒng)于2009年12月開始籌建，2010年11月12日建成并通過驗收評審，2010年11月13日投入正式運行，專門用于港珠澳大橋主體工程勘察設(shè)計和施工中。系統(tǒng)的實時定位設(shè)計精度為：水平方向優(yōu)于±2cm，垂直方向優(yōu)于±3cm。系統(tǒng)正式運行前，進(jìn)行了系統(tǒng)可用性（包括空間可用性和時間可用性）、網(wǎng)絡(luò)RTK初始化時間及實時定位精度等相關(guān)測試。本文主要介紹該系統(tǒng)實時定位精度測試及分析方法，并對系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行評定。

2 測試點布設(shè)

在珠海、香港、澳門陸域及海中珠澳口岸人工島上，共布設(shè)26個精度測試點，包括6個首級GPS控制點、6個首級水準(zhǔn)點、2個首級加密點和12個新增測試點。其中，參考站網(wǎng)內(nèi)9個測試點，網(wǎng)外1km范圍內(nèi)6點，網(wǎng)外1km～5km范圍內(nèi)5點，網(wǎng)外5km～10km范圍內(nèi)6點。測試點點位分布示意圖見圖1。

圖1 HZMB－CORS實時定位精度測試點分布示意圖

3 測試及分析方法

CORS系統(tǒng)實時定位精度測試的主要方法有：靜態(tài)已知點檢測法、實時動態(tài)觀測值與后處理結(jié)果比較的檢測方法、動態(tài)規(guī)則幾何軌跡檢測方法和基線相對長度檢測方法等［2－4］。文獻(xiàn) ［5］在上述基本方法的基礎(chǔ)上，提出了不同歷元檢測法、高程影響檢測法及地形因子檢測法。HZMB－CORS系統(tǒng)實時定位精度測試主要采用靜態(tài)已知點檢測法進(jìn)行。

3.1 外業(yè)觀測

使用Trimble R8GNSS、Trimble R7GNSS等雙頻GPS接收機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)模式下對HZMBCORS網(wǎng)內(nèi)外26個測試點分時段進(jìn)行多次測量。外業(yè)觀測從2010年9月28日開始，至10月14日結(jié)束，歷時17d。每個測試點測量至少2個時段（上午、下午各1個時段），部分測試點上進(jìn)行多天多時段測量。每個時段測量3次，每次觀測5min，采樣率為1s。每次測量結(jié)束后將接收機(jī)倒置、丟失衛(wèi)星后重新初始化。全部測試點觀測時段總數(shù)為118個，共采集354個觀測點次的實時定位數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)分析

1）偏差計算

將測試點（控制網(wǎng)點）的靜態(tài)測量已知坐標(biāo)或高程作為真值，RTK測量值為觀測值。設(shè)為觀測值向量L＝ ［l1，l2，…ln］T的真值，則各觀測值相對于真值的偏差為

2）內(nèi)符合精度計算

內(nèi)符合精度反映了系統(tǒng)實時定位的穩(wěn)定性。設(shè)各觀測值與平均值的差值為＝li－，則各觀測值的內(nèi)符合精度為

3）外符合精度計算

外符合精度反映了系統(tǒng)實時定位的精度。按式（1）計算各測試點觀測值的偏差，則測試點的外符合精度為

式中，Δ＝ ［Δ1，Δ2，…，Δn］T。

4）系統(tǒng)的外符合精度

由所有觀測值計算的標(biāo)準(zhǔn)差為

式中，m為測試點個數(shù)，nj為第j個測試點觀測次數(shù)。

4 結(jié)果分析

按照上面的分析方法，對比測試點的ITRF2005坐標(biāo)、橋梁工程坐標(biāo)（以下簡稱為工程坐標(biāo)）及1985國家高程基準(zhǔn)下的高程，統(tǒng)計測試點測量坐標(biāo)（高程）的偏差值、內(nèi)符合精度、外符合精度及系統(tǒng)的外符合精度。限于篇幅，本文僅對工程坐標(biāo)及高程的精度進(jìn)行統(tǒng)計分析。

4.1 偏差統(tǒng)計與分析

測試點工程坐標(biāo)平面、高程的偏差分布區(qū)間見圖2，高程的偏差分布見圖3。從圖3可知，工程坐標(biāo)平面偏差有69%＜1cm，97%＜2cm，最大偏差為2.6cm；57%的高程偏差＜1cm，85%＜2cm，94%＜3cm，最大偏差為4.3cm。高程偏差呈明顯的正態(tài)分布，說明觀測值大部分是無偏、一致、有效的。

4.2 內(nèi)符合精度統(tǒng)計與分析

工程坐標(biāo)系下，測試點平面、高程方向的內(nèi)符合精度分布見圖4。從圖4可知，內(nèi)符合精度工程坐標(biāo)平面最大值為11.0mm，高程最大值為21.9mm。內(nèi)符合精度平面89%＜1cm，100%＜1.5cm，高程63%＜1cm，92%＜2cm，100%＜3cm。

4.3 外符合精度統(tǒng)計與分析

圖2 工程坐標(biāo)平面、高程偏差分布區(qū)間

圖3 85高程偏差分布

圖4 工程坐標(biāo)平面、高程方向內(nèi)符合精度分布

測試點工程坐標(biāo)平面、高程方向的外符合精度分布見圖5。從圖5可知，外符合精度工程坐標(biāo)平面最大值為13.0mm，高程最大值為28.6mm。外符合精度平面62%＜1cm，100%＜1.5cm；高程82%＜2cm，100%＜3cm。

4.4 系統(tǒng)實時定位外符合精度分析

圖5 工程坐標(biāo)平面、高程外符合精度分布

利用26個測試點的全部觀測值，按式（4）計算得出系統(tǒng)實時定位的外符合精度：工程坐標(biāo)系x方向為±6.3mm，y方向為±7.4mm，平面精度為±9.8mm；高程精度為±14.4mm。

5 結(jié)論

測試結(jié)果表明，港珠澳大橋GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的實時動態(tài)定位精度為工程坐標(biāo)（x、y方向）的精度分別為0.6cm和0.7cm，平面精度為1.0cm，高程精度為1.4cm，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的“平面優(yōu)于2cm，高程優(yōu)于3cm”的精度要求。

受時間和測試條件（海中無精度測試點）的限制，本次系統(tǒng)測試工作主要集中在珠海和香港陸域。隨著工程建設(shè)的逐步推進(jìn)，海上測量平臺及島隧工程東、西人工島的建成，為海域?qū)崟r定位精度的測試創(chuàng)造了現(xiàn)實條件。通過大橋施工期間海上固定點的大量測試分析，進(jìn)一步驗證了系統(tǒng)的實時定位精度及其可靠性。

［1］ 吳迪軍，熊 偉，周瑞祥，等.港珠澳大橋 GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J／OL］.（2012－10－18）［2013－01－16］http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.4415.P.20121011.0840.005.html.

［2］ 唐衛(wèi)明，樓益棟，劉 暉，等.GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)定位精度檢測方法研究［J］.通信學(xué)報，2006，27（8）：73－77，81.

［3］ 吳 明，王 妍，盛德新.GPS連續(xù)參考站系統(tǒng)（CORS）定位精度檢測方法［J］.測繪與空間地理信息，2012，35（9）：100－101，105，108.

［4］ 張西軍，唐衛(wèi)明，曾廣鴻，等.廣州市CORS系統(tǒng)實時動態(tài)定位精度測試［J］.測繪信息與工程，2008，33（5）：6－7.

［5］ 徐文兵.GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）定位精度的可靠性研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2009.