港珠澳大桥GNSS连续运行参考站系统精度测试

吴迪军，熊 伟，何婵军

（1.中铁大桥勘测设计院集团有限公司，武汉 430050；2.湖北省水利水电规划勘测设计院，武汉 430070）

1 引言

港珠澳大桥GNSS连续运行参考站系统（简称为HZMB－CORS）是国内首个独立的基于VRS的工程CORS系统。第一阶段建成的HZMBCORS由位于珠海和香港的3个连续运行参考站、1个数据中心和1个监测站构成［1］，3个参考站之间的距离分别为16km、28km和36km。该系统于2009年12月开始筹建，2010年11月12日建成并通过验收评审，2010年11月13日投入正式运行，专门用于港珠澳大桥主体工程勘察设计和施工中。系统的实时定位设计精度为：水平方向优于±2cm，垂直方向优于±3cm。系统正式运行前，进行了系统可用性（包括空间可用性和时间可用性）、网络RTK初始化时间及实时定位精度等相关测试。本文主要介绍该系统实时定位精度测试及分析方法，并对系统的定位精度进行评定。

2 测试点布设

在珠海、香港、澳门陆域及海中珠澳口岸人工岛上，共布设26个精度测试点，包括6个首级GPS控制点、6个首级水准点、2个首级加密点和12个新增测试点。其中，参考站网内9个测试点，网外1km范围内6点，网外1km～5km范围内5点，网外5km～10km范围内6点。测试点点位分布示意图见图1。

图1 HZMB－CORS实时定位精度测试点分布示意图

3 测试及分析方法

CORS系统实时定位精度测试的主要方法有：静态已知点检测法、实时动态观测值与后处理结果比较的检测方法、动态规则几何轨迹检测方法和基线相对长度检测方法等［2－4］。文献 ［5］在上述基本方法的基础上，提出了不同历元检测法、高程影响检测法及地形因子检测法。HZMB－CORS系统实时定位精度测试主要采用静态已知点检测法进行。

3.1 外业观测

使用Trimble R8GNSS、Trimble R7GNSS等双频GPS接收机，在网络RTK作业模式下对HZMBCORS网内外26个测试点分时段进行多次测量。外业观测从2010年9月28日开始，至10月14日结束，历时17d。每个测试点测量至少2个时段（上午、下午各1个时段），部分测试点上进行多天多时段测量。每个时段测量3次，每次观测5min，采样率为1s。每次测量结束后将接收机倒置、丢失卫星后重新初始化。全部测试点观测时段总数为118个，共采集354个观测点次的实时定位数据。

3.2 数据分析

1）偏差计算

将测试点（控制网点）的静态测量已知坐标或高程作为真值，RTK测量值为观测值。设为观测值向量L＝ ［l1，l2，…ln］T的真值，则各观测值相对于真值的偏差为

2）内符合精度计算

内符合精度反映了系统实时定位的稳定性。设各观测值与平均值的差值为＝li－，则各观测值的内符合精度为

3）外符合精度计算

外符合精度反映了系统实时定位的精度。按式（1）计算各测试点观测值的偏差，则测试点的外符合精度为

式中，Δ＝ ［Δ1，Δ2，…，Δn］T。

4）系统的外符合精度

由所有观测值计算的标准差为

式中，m为测试点个数，nj为第j个测试点观测次数。

4 结果分析

按照上面的分析方法，对比测试点的ITRF2005坐标、桥梁工程坐标（以下简称为工程坐标）及1985国家高程基准下的高程，统计测试点测量坐标（高程）的偏差值、内符合精度、外符合精度及系统的外符合精度。限于篇幅，本文仅对工程坐标及高程的精度进行统计分析。

4.1 偏差统计与分析

测试点工程坐标平面、高程的偏差分布区间见图2，高程的偏差分布见图3。从图3可知，工程坐标平面偏差有69%＜1cm，97%＜2cm，最大偏差为2.6cm；57%的高程偏差＜1cm，85%＜2cm，94%＜3cm，最大偏差为4.3cm。高程偏差呈明显的正态分布，说明观测值大部分是无偏、一致、有效的。

4.2 内符合精度统计与分析

工程坐标系下，测试点平面、高程方向的内符合精度分布见图4。从图4可知，内符合精度工程坐标平面最大值为11.0mm，高程最大值为21.9mm。内符合精度平面89%＜1cm，100%＜1.5cm，高程63%＜1cm，92%＜2cm，100%＜3cm。

4.3 外符合精度统计与分析

图2 工程坐标平面、高程偏差分布区间

图3 85高程偏差分布

图4 工程坐标平面、高程方向内符合精度分布

测试点工程坐标平面、高程方向的外符合精度分布见图5。从图5可知，外符合精度工程坐标平面最大值为13.0mm，高程最大值为28.6mm。外符合精度平面62%＜1cm，100%＜1.5cm；高程82%＜2cm，100%＜3cm。

4.4 系统实时定位外符合精度分析

图5 工程坐标平面、高程外符合精度分布

利用26个测试点的全部观测值，按式（4）计算得出系统实时定位的外符合精度：工程坐标系x方向为±6.3mm，y方向为±7.4mm，平面精度为±9.8mm；高程精度为±14.4mm。

5 结论

测试结果表明，港珠澳大桥GNSS连续运行参考站系统的实时动态定位精度为工程坐标（x、y方向）的精度分别为0.6cm和0.7cm，平面精度为1.0cm，高程精度为1.4cm，达到系统设计的“平面优于2cm，高程优于3cm”的精度要求。

受时间和测试条件（海中无精度测试点）的限制，本次系统测试工作主要集中在珠海和香港陆域。随着工程建设的逐步推进，海上测量平台及岛隧工程东、西人工岛的建成，为海域实时定位精度的测试创造了现实条件。通过大桥施工期间海上固定点的大量测试分析，进一步验证了系统的实时定位精度及其可靠性。

［1］ 吴迪军，熊 伟，周瑞祥，等.港珠澳大桥 GNSS连续运行参考站系统设计与实现［J／OL］.（2012－10－18）［2013－01－16］http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.4415.P.20121011.0840.005.html.

［2］ 唐卫明，楼益栋，刘 晖，等.GPS连续运行参考站系统定位精度检测方法研究［J］.通信学报，2006，27（8）：73－77，81.

［3］ 吴 明，王 妍，盛德新.GPS连续参考站系统（CORS）定位精度检测方法［J］.测绘与空间地理信息，2012，35（9）：100－101，105，108.

［4］ 张西军，唐卫明，曾广鸿，等.广州市CORS系统实时动态定位精度测试［J］.测绘信息与工程，2008，33（5）：6－7.

［5］ 徐文兵.GPS连续运行参考站系统（CORS）定位精度的可靠性研究［D］.合肥：合肥工业大学，2009.