摘要：GPS高程既有優點也有缺點，優點是實時，快速，需要較少的人力，缺點是不能直接應用于實際應用中。但隨著社會的高速發展，測量技術的日益進步，軟件的更新，GPS高程也受到了越來越多的關注。GPS高程轉換是指由GPS所測得的大地高轉換為正常高。國內外在GPS高程轉換的方法上做出了比較成熟研究成果。本文就是在此基礎上對GPS高程轉換的方法及精度進行了分析，以供同行參考。

　　關鍵詞：微電子論文發表,核心期刊,GPS高程,轉換方法,精度分析

　　1.我國GPS高程的概述及現狀分析

　　1.1GPS高程的概述

　　在采用傳統地面觀測技術確定地面點位置時，通常是分別獨立確定平面位置和高程的，這是由于兩個方面的原因，第一在兩者的參考基準不一樣，在測量中平面坐標是以參考橢球面為基準，高程則是以似大地水準面為基準，第二個原因是由于兩者觀測的方法也不相同，在測量平面坐標時通常采用測角量邊的方法，高程一般是通過水準測量和三角高程測量來確定。參考基準與測量方法的不同決定了分別施測平面坐標與高程。

　　我國采用的高程是以似大地水準面為基準面的正常高系統，當使用GPS測量時，測出的三維坐標是以參考橢球為基準面的，即大地高。大地高不能直接用于實際應用中，這就需要轉換大地高為正常高，如果可以計算出點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鍵。

　　1.2我國高程系統現狀

　　目前國家高程控制網面臨的問題主要表現為兩個方面：一方面是目前高程控制網的現勢性差;另一方面是我國向用戶提供高程主要方式目前仍是經典的，即用戶必須通過與國家高程控制網點的水準聯測來傳遞和獲得高程，但他測定的高程是大地高，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換為我們采用的高程，即正常高。我國高程控制網在當今現代化的具體內容包含兩個方面。即在維持85黃海高程基準和正常高的高程系統不變的基礎上，一是施測新的國家高程控制網，即(三期)一等水準網;二是推算我國大陸厘米級精度的(似)大地水準面。所以，高程系統轉換技術在今后的高程測量中將起到重要的作用。

　　2.GPS高程轉換的重要意義

　　GPS定位系統由于它具有明顯的優勢，對傳統的測量高程的技術顯然是一次強有力的沖擊。GPS在平面坐標的測量方面的優勢是顯而易見的，它的弱點就在于高程方面，若測繪工程中不需要正常高，比如在沉降監測等工程應用中，那么這個弱點就不那么明顯，我們可以直接利用GPS高程。但往往我們在一般的測量中需要使用我國的高程系統，也就是正常高系統，這時候GPS的不足就顯現出來了，這點大大降低了它的在測繪領域的廣泛應用，因而也掩蓋了它在效率、經濟性、實時性、三維性等優勢。這時就需要有一定的方法進行GPS高程和正常高之間的轉換，可以的得到正常高，其次，在得到大地高的同時還要保證其精度的要求。我國所采用的高程是正常高系統，正常高是以似大地水準面為參考面，大地高和正常高之間存在著高程異常值f，所以就要把GPS測量的大地高和正常高做出轉換才能進行實際應用，在轉換過程中求出高程異常值，然后根據擬合模型求出所有GPS點的正常高，也就是如何在擬合GPS高程點時能更迅速，更準確的求出相應的正常高。

　　3.GPS高程轉換的方法

　　人們在布設不同形式不同等級的控制網、建筑施工測量及放樣以及建(構)筑物變形監測等方面都不約而同的給予了GPS測量大量的關注。使GPS測量在各個領域都顯示出了它的三維、快速、實時的優越性能。GPS高程轉換實際上就是求出大地高和正常高的高程異常。當前我們可以歸納出國內外進行GPS高程轉換的方法主要有以下幾種：

　　3.1重力測量法

　　地球重力場直接反映了地球內部的密度分布。由于它在地球物理學、海洋學和空間技術中有著廣泛的應用前景。且高程異常是地球重力場的參數，可以通過建立地球重力場模型求取高程異常值，地球重力場模型由一組重力位系數表示。利用重力場模型可以根據點位信息計算出點位的高程異常值。這種方法在地形復雜的地方使用起來時非常實用，也是比較可靠的一種求解高程異常值并計算出正常高的一種方法，比如在山區和丘陵地帶。但是在地形條件好的地方這種方法過于復雜，不如以下幾種方法簡便。因為這種方法要有大量的重力測量資料，并且這些資料的精度要高，這個條件在一般情況下比較難以實現。所以也限制了重力測量法轉換GPS高程的應用。

　　3.2數值逼近法

　　通常采用利用數學模型解算某地區的高程異常值就是數值逼近法，其原理可以總結如下：在測區范圍內，選取若干已知水準點，這些水準點的正常高是已知的，然后可以在這些已知的水準點上進行GPS測量，得到這些已知點的大地高，有了大地高和正常高后可以利用公式求算這些已知點的高程異常值，接下來利用這些高程異常值模擬一個數學模型。這個數學模型就是用來擬合這個測區內點的高程異常值的。

　　一般情況下把數值逼近方法分為兩種情況，一種是函數模型逼近，另一種就是統計模型逼近的方法。這兩種方法有著不同的應用原理，其中函數模型逼近法是有規律的，它求定的是逼近場的系統性。而另一種方法統計模型逼近方法則沒有規律可以遵循。它求定的是一種隨機性變化。由于這種方法的可實施性極強，所以國內外都對這種方法給予了關注與青睞。

　　3.3數字模型抗差估計法

　　若觀測數據為正態分布，在這種情況下可以利用最小二乘擬合法獲取擬合函數，但是這種方法的缺點在于構造的擬合函數可靠性是與其觀測數據是否受到異常干擾有關，也就是與是否這些數據點存在粗差有關，若這些數據點受到異常污染，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原則，就會導致擬合函數的不準確性，甚至失真，這可以說是最小二乘擬合法的弱點，這時候可以采用數字模型抗差估計法來消除這種弱點，在擬合的過程中發現粗差，并且逐步剔除粗差，這種方法就是以數學模型為基礎，利用平差驗后信息調整已知點的權，這樣做的目的是讓含有粗差的觀測值的權逐步減小，就可以在此過程中發現它，減小對平差結果的影響。可以這樣認為，在觀測值的權非常小甚至等于O的情況下，可以認為在此過程中已經剔除了該觀測值。

　　3.4平差轉換法

　　如果在測區內有一些具有三維坐標的點，在已具備這種條件下利用坐標轉換公式，把已知點代入公式中求出參考橢球面與似大地水準面之間的平移和旋轉參數，在進行網平差的時候把所求參數代入進去，在這些參數的約束下，GPS高程的轉換就可以通過平差求得，由上面所述可知平差轉換法的精度主要與已知點的精度和密度、平移旋轉參數有關。所以在利用此種方法進行高程轉換的過程中，選擇高精度的已知點，使已知點均勻分布是非常關鍵的。

　　3.5聯合平差法

　　聯合平差法是綜合了幾種轉換方法的優點進行GPS高程轉換，這種方法要求的條件比較復雜，它要求測區內具有多種數據，其中包括天文大地、重力測量、水準測量及GPS測量等數據，這種轉換方法的模型是整體平差模型，利用這種模型對觀測數據平差，然后求出三維坐標的最優無偏估計值。目前這種方法是GPS高程轉換正常高最有效的方法，但是由于往往缺乏數據不能采用，已知點的分布情況影響這種方法轉換高程的精度。另外已知數據的精度以及所采用的平差模型都會影響其精度。在使用此方法時令已知點分布均勻，盡量使用高精度的已知數據，選好平差模型是有效提高此方法轉換精度的途徑。

　　3.6神經網絡法

　　神經網絡法作為一種新興的轉換方法，漸漸被人們所關注，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。此種方法其實就是一種自適應的映射方法，它不需假設，不構造數學模型，因而可以在轉換中消除未知因素的影響，提高轉換精度。

　　4.GPS高程精度的分析

　　影響GPS的高程點的因素是參與GPS高程轉換的數據質量以及GPS高程轉換時所采取的方法。在提高GPS精度的時候就要從這兩方面出發，一個是已知數據的精度，二是構造的函數模型，這兩方面影響GPS精度，已知數據的精度會影響構造的函數模型，如果單方面的只追求已知數據的精度而忽略了構造函數模型，同樣也會影響到高程轉換精度。從兩方面來講，可以得出“抗差”和“模型參數優選”相輔相成、缺一不可，因為粗差的探測與修正要基于較好的函數模型，反之參數的優選也依賴于某個較好的隨機模型。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擬合后的水準精度。

　　也就是既要在GPS施測過程中控制GPS所測得的高程數據的精度，并次用高精度的聯測已知水準點，且在轉換過程中根據實際條件優選參數模型使GPS高程更好的擬合，得到正常高。如何減小GPS定位中的誤差。由于原始數據的精度直接影響到了后面的一系列的數據精度，如果不能很好的控制GPS定位中的誤差，也就不能很好的進行后面的數據處理工作，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，而且是非常關鍵的。要控制GPS定位誤差的出現，首先我們要明確實際施測中GPS的誤差源，盡量避免對GPS數據的干擾。

　　從GPS高程轉換的過程來說，擬合GPS高程是主要的一步。那么擬合的精度就關系著正常高的精度。可以從以下兩點提高擬合精度。其一，選擇適當的轉換方法，根據不同的地形和掌握的數據情況，可以在現有的擬合方法中選擇擬合精度高的方法。其二，在測區面積比較大的時候，可以采用分區擬合的方法，把整個測區分成若干區域，分別對每個測區進行擬合，這時候就會提高擬合精度。

　　結語

　　GPS高程擬合是GPS研究領域的一個熱點。提高GPS的定位精度以及GPS高程轉換精度，可以得到較高精度的GPS水準高程。實踐證明根據實際情況選擇正確的轉換方法獲得的GPS水準高程的精度可以廣泛地應用到工程、測量和變形監測等各個方面中去，這將拓寬GPS的應用領域，真正的實現GPS的三維優越性。使備受青睞的GPS有更好的應用前景。

　　參考文獻：

　　[1]徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民.GPS測量原理及應用.武漢：武漢大學出版社2008.

　　[2]王儂，過靜瑤.現代普通測量學.2009.

　　[3]胡伍生.GPS高程測量理論與方法及其應用研究.南京：河海大學，2001.

　　[4]胡伍生，華錫生，張志偉.平坦地區轉換GPS高程的混合轉換方法.測繪學報，2002，31(2).