摘要：GPS高程既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)，快速，需要較少的人力，缺點(diǎn)是不能直接應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用中。但隨著社會(huì)的高速發(fā)展，測(cè)量技術(shù)的日益進(jìn)步，軟件的更新，GPS高程也受到了越來越多的關(guān)注。GPS高程轉(zhuǎn)換是指由GPS所測(cè)得的大地高轉(zhuǎn)換為正常高。國(guó)內(nèi)外在GPS高程轉(zhuǎn)換的方法上做出了比較成熟研究成果。本文就是在此基礎(chǔ)上對(duì)GPS高程轉(zhuǎn)換的方法及精度進(jìn)行了分析，以供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：微電子論文發(fā)表,核心期刊,GPS高程,轉(zhuǎn)換方法,精度分析

　　1.我國(guó)GPS高程的概述及現(xiàn)狀分析

　　1.1GPS高程的概述

　　在采用傳統(tǒng)地面觀測(cè)技術(shù)確定地面點(diǎn)位置時(shí)，通常是分別獨(dú)立確定平面位置和高程的，這是由于兩個(gè)方面的原因，第一在兩者的參考基準(zhǔn)不一樣，在測(cè)量中平面坐標(biāo)是以參考橢球面為基準(zhǔn)，高程則是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)，第二個(gè)原因是由于兩者觀測(cè)的方法也不相同，在測(cè)量平面坐標(biāo)時(shí)通常采用測(cè)角量邊的方法，高程一般是通過水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量來確定。參考基準(zhǔn)與測(cè)量方法的不同決定了分別施測(cè)平面坐標(biāo)與高程。

　　我國(guó)采用的高程是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的正常高系統(tǒng)，當(dāng)使用GPS測(cè)量時(shí)，測(cè)出的三維坐標(biāo)是以參考橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)面的，即大地高。大地高不能直接用于實(shí)際應(yīng)用中，這就需要轉(zhuǎn)換大地高為正常高，如果可以計(jì)算出點(diǎn)位上的大地高和正常高的高程異常，那么利用公式即可以求出大地高，所以求出高程異常就成為關(guān)鍵。

　　1.2我國(guó)高程系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　目前國(guó)家高程控制網(wǎng)面臨的問題主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一方面是目前高程控制網(wǎng)的現(xiàn)勢(shì)性差;另一方面是我國(guó)向用戶提供高程主要方式目前仍是經(jīng)典的，即用戶必須通過與國(guó)家高程控制網(wǎng)點(diǎn)的水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)來傳遞和獲得高程，但他測(cè)定的高程是大地高，不是用戶需要的正常高或海拔高。因此用戶常常要求將GPS定位獲得的大地高轉(zhuǎn)換為我們采用的高程，即正常高。我國(guó)高程控制網(wǎng)在當(dāng)今現(xiàn)代化的具體內(nèi)容包含兩個(gè)方面。即在維持85黃海高程基準(zhǔn)和正常高的高程系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，一是施測(cè)新的國(guó)家高程控制網(wǎng)，即(三期)一等水準(zhǔn)網(wǎng);二是推算我國(guó)大陸厘米級(jí)精度的(似)大地水準(zhǔn)面。所以，高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換技術(shù)在今后的高程測(cè)量中將起到重要的作用。

　　2.GPS高程轉(zhuǎn)換的重要意義

　　GPS定位系統(tǒng)由于它具有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量高程的技術(shù)顯然是一次強(qiáng)有力的沖擊。GPS在平面坐標(biāo)的測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，它的弱點(diǎn)就在于高程方面，若測(cè)繪工程中不需要正常高，比如在沉降監(jiān)測(cè)等工程應(yīng)用中，那么這個(gè)弱點(diǎn)就不那么明顯，我們可以直接利用GPS高程。但往往我們?cè)谝话愕臏y(cè)量中需要使用我國(guó)的高程系統(tǒng)，也就是正常高系統(tǒng)，這時(shí)候GPS的不足就顯現(xiàn)出來了，這點(diǎn)大大降低了它的在測(cè)繪領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，因而也掩蓋了它在效率、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)時(shí)性、三維性等優(yōu)勢(shì)。這時(shí)就需要有一定的方法進(jìn)行GPS高程和正常高之間的轉(zhuǎn)換，可以的得到正常高，其次，在得到大地高的同時(shí)還要保證其精度的要求。我國(guó)所采用的高程是正常高系統(tǒng)，正常高是以似大地水準(zhǔn)面為參考面，大地高和正常高之間存在著高程異常值f，所以就要把GPS測(cè)量的大地高和正常高做出轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，在轉(zhuǎn)換過程中求出高程異常值，然后根據(jù)擬合模型求出所有GPS點(diǎn)的正常高，也就是如何在擬合GPS高程點(diǎn)時(shí)能更迅速，更準(zhǔn)確的求出相應(yīng)的正常高。

　　3.GPS高程轉(zhuǎn)換的方法

　　人們?cè)诓荚O(shè)不同形式不同等級(jí)的控制網(wǎng)、建筑施工測(cè)量及放樣以及建(構(gòu))筑物變形監(jiān)測(cè)等方面都不約而同的給予了GPS測(cè)量大量的關(guān)注。使GPS測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域都顯示出了它的三維、快速、實(shí)時(shí)的優(yōu)越性能。GPS高程轉(zhuǎn)換實(shí)際上就是求出大地高和正常高的高程異常。當(dāng)前我們可以歸納出國(guó)內(nèi)外進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換的方法主要有以下幾種：

　　3.1重力測(cè)量法

　　地球重力場(chǎng)直接反映了地球內(nèi)部的密度分布。由于它在地球物理學(xué)、海洋學(xué)和空間技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用前景。且高程異常是地球重力場(chǎng)的參數(shù)，可以通過建立地球重力場(chǎng)模型求取高程異常值，地球重力場(chǎng)模型由一組重力位系數(shù)表示。利用重力場(chǎng)模型可以根據(jù)點(diǎn)位信息計(jì)算出點(diǎn)位的高程異常值。這種方法在地形復(fù)雜的地方使用起來時(shí)非常實(shí)用，也是比較可靠的一種求解高程異常值并計(jì)算出正常高的一種方法，比如在山區(qū)和丘陵地帶。但是在地形條件好的地方這種方法過于復(fù)雜，不如以下幾種方法簡(jiǎn)便。因?yàn)檫@種方法要有大量的重力測(cè)量資料，并且這些資料的精度要高，這個(gè)條件在一般情況下比較難以實(shí)現(xiàn)。所以也限制了重力測(cè)量法轉(zhuǎn)換GPS高程的應(yīng)用。

　　3.2數(shù)值逼近法

　　通常采用利用數(shù)學(xué)模型解算某地區(qū)的高程異常值就是數(shù)值逼近法，其原理可以總結(jié)如下：在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，選取若干已知水準(zhǔn)點(diǎn)，這些水準(zhǔn)點(diǎn)的正常高是已知的，然后可以在這些已知的水準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行GPS測(cè)量，得到這些已知點(diǎn)的大地高，有了大地高和正常高后可以利用公式求算這些已知點(diǎn)的高程異常值，接下來利用這些高程異常值模擬一個(gè)數(shù)學(xué)模型。這個(gè)數(shù)學(xué)模型就是用來擬合這個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)點(diǎn)的高程異常值的。

　　一般情況下把數(shù)值逼近方法分為兩種情況，一種是函數(shù)模型逼近，另一種就是統(tǒng)計(jì)模型逼近的方法。這兩種方法有著不同的應(yīng)用原理，其中函數(shù)模型逼近法是有規(guī)律的，它求定的是逼近場(chǎng)的系統(tǒng)性。而另一種方法統(tǒng)計(jì)模型逼近方法則沒有規(guī)律可以遵循。它求定的是一種隨機(jī)性變化。由于這種方法的可實(shí)施性極強(qiáng)，所以國(guó)內(nèi)外都對(duì)這種方法給予了關(guān)注與青睞。

　　3.3數(shù)字模型抗差估計(jì)法

　　若觀測(cè)數(shù)據(jù)為正態(tài)分布，在這種情況下可以利用最小二乘擬合法獲取擬合函數(shù)，但是這種方法的缺點(diǎn)在于構(gòu)造的擬合函數(shù)可靠性是與其觀測(cè)數(shù)據(jù)是否受到異常干擾有關(guān)，也就是與是否這些數(shù)據(jù)點(diǎn)存在粗差有關(guān)，若這些數(shù)據(jù)點(diǎn)受到異常污染，采用這種方法，最小二乘擬合法的原理是使殘差二次型等于極小，由于擬合過程中過分遷就這個(gè)原則，就會(huì)導(dǎo)致擬合函數(shù)的不準(zhǔn)確性，甚至失真，這可以說是最小二乘擬合法的弱點(diǎn)，這時(shí)候可以采用數(shù)字模型抗差估計(jì)法來消除這種弱點(diǎn)，在擬合的過程中發(fā)現(xiàn)粗差，并且逐步剔除粗差，這種方法就是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，利用平差驗(yàn)后信息調(diào)整已知點(diǎn)的權(quán)，這樣做的目的是讓含有粗差的觀測(cè)值的權(quán)逐步減小，就可以在此過程中發(fā)現(xiàn)它，減小對(duì)平差結(jié)果的影響。可以這樣認(rèn)為，在觀測(cè)值的權(quán)非常小甚至等于O的情況下，可以認(rèn)為在此過程中已經(jīng)剔除了該觀測(cè)值。

　　3.4平差轉(zhuǎn)換法

　　如果在測(cè)區(qū)內(nèi)有一些具有三維坐標(biāo)的點(diǎn)，在已具備這種條件下利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，把已知點(diǎn)代入公式中求出參考橢球面與似大地水準(zhǔn)面之間的平移和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，在進(jìn)行網(wǎng)平差的時(shí)候把所求參數(shù)代入進(jìn)去，在這些參數(shù)的約束下，GPS高程的轉(zhuǎn)換就可以通過平差求得，由上面所述可知平差轉(zhuǎn)換法的精度主要與已知點(diǎn)的精度和密度、平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)有關(guān)。所以在利用此種方法進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換的過程中，選擇高精度的已知點(diǎn)，使已知點(diǎn)均勻分布是非常關(guān)鍵的。

　　3.5聯(lián)合平差法

　　聯(lián)合平差法是綜合了幾種轉(zhuǎn)換方法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換，這種方法要求的條件比較復(fù)雜，它要求測(cè)區(qū)內(nèi)具有多種數(shù)據(jù)，其中包括天文大地、重力測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量及GPS測(cè)量等數(shù)據(jù)，這種轉(zhuǎn)換方法的模型是整體平差模型，利用這種模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)平差，然后求出三維坐標(biāo)的最優(yōu)無偏估計(jì)值。目前這種方法是GPS高程轉(zhuǎn)換正常高最有效的方法，但是由于往往缺乏數(shù)據(jù)不能采用，已知點(diǎn)的分布情況影響這種方法轉(zhuǎn)換高程的精度。另外已知數(shù)據(jù)的精度以及所采用的平差模型都會(huì)影響其精度。在使用此方法時(shí)令已知點(diǎn)分布均勻，盡量使用高精度的已知數(shù)據(jù)，選好平差模型是有效提高此方法轉(zhuǎn)換精度的途徑。

　　3.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法作為一種新興的轉(zhuǎn)換方法，漸漸被人們所關(guān)注，這種方法主要用來處理非線性映射問題，采用這種方法處理此問題非常有效。此種方法其實(shí)就是一種自適應(yīng)的映射方法，它不需假設(shè)，不構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，因而可以在轉(zhuǎn)換中消除未知因素的影響，提高轉(zhuǎn)換精度。

　　4.GPS高程精度的分析

　　影響GPS的高程點(diǎn)的因素是參與GPS高程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)質(zhì)量以及GPS高程轉(zhuǎn)換時(shí)所采取的方法。在提高GPS精度的時(shí)候就要從這兩方面出發(fā)，一個(gè)是已知數(shù)據(jù)的精度，二是構(gòu)造的函數(shù)模型，這兩方面影響GPS精度，已知數(shù)據(jù)的精度會(huì)影響構(gòu)造的函數(shù)模型，如果單方面的只追求已知數(shù)據(jù)的精度而忽略了構(gòu)造函數(shù)模型，同樣也會(huì)影響到高程轉(zhuǎn)換精度。從兩方面來講，可以得出“抗差”和“模型參數(shù)優(yōu)選”相輔相成、缺一不可，因?yàn)榇植畹奶綔y(cè)與修正要基于較好的函數(shù)模型，反之參數(shù)的優(yōu)選也依賴于某個(gè)較好的隨機(jī)模型。兩者共同影響著GPS擬合后的高程精度。因此我們要從兩方面著手控制好GPS擬合后的水準(zhǔn)精度。

　　也就是既要在GPS施測(cè)過程中控制GPS所測(cè)得的高程數(shù)據(jù)的精度，并次用高精度的聯(lián)測(cè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)，且在轉(zhuǎn)換過程中根據(jù)實(shí)際條件優(yōu)選參數(shù)模型使GPS高程更好的擬合，得到正常高。如何減小GPS定位中的誤差。由于原始數(shù)據(jù)的精度直接影響到了后面的一系列的數(shù)據(jù)精度，如果不能很好的控制GPS定位中的誤差，也就不能很好的進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)處理工作，更談不上得到精確的正常高，所以GPS定位精度的探討是非常必要的，而且是非常關(guān)鍵的。要控制GPS定位誤差的出現(xiàn)，首先我們要明確實(shí)際施測(cè)中GPS的誤差源，盡量避免對(duì)GPS數(shù)據(jù)的干擾。

　　從GPS高程轉(zhuǎn)換的過程來說，擬合GPS高程是主要的一步。那么擬合的精度就關(guān)系著正常高的精度。可以從以下兩點(diǎn)提高擬合精度。其一，選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換方法，根據(jù)不同的地形和掌握的數(shù)據(jù)情況，可以在現(xiàn)有的擬合方法中選擇擬合精度高的方法。其二，在測(cè)區(qū)面積比較大的時(shí)候，可以采用分區(qū)擬合的方法，把整個(gè)測(cè)區(qū)分成若干區(qū)域，分別對(duì)每個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行擬合，這時(shí)候就會(huì)提高擬合精度。

　　結(jié)語

　　GPS高程擬合是GPS研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。提高GPS的定位精度以及GPS高程轉(zhuǎn)換精度，可以得到較高精度的GPS水準(zhǔn)高程。實(shí)踐證明根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的轉(zhuǎn)換方法獲得的GPS水準(zhǔn)高程的精度可以廣泛地應(yīng)用到工程、測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)等各個(gè)方面中去，這將拓寬GPS的應(yīng)用領(lǐng)域，真正的實(shí)現(xiàn)GPS的三維優(yōu)越性。使備受青睞的GPS有更好的應(yīng)用前景。

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