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1、GPS高程系統(tǒng)的轉換方法探究第24卷第22期2008年11月甘肅科技GansuScienceandTechnology%f.24No.22Nov.2oo86PS高程系統(tǒng)的轉換方法探究柳小燕(寧夏建設職業(yè)技術學院，寧夏銀川750021)摘要:通過對大地高高程系統(tǒng),正高高程系統(tǒng)和正常高高程系統(tǒng)進行分析，得出GPS大地咼和正常咼的轉換關系及幾種主要的轉換方法.關鍵詞:GPS;高程系統(tǒng);轉換方法中圖分類號:P2081引言GPS以其精度高,速度快，經(jīng)濟方便等優(yōu)點，在布設各種形式的控制網(wǎng)，變形監(jiān)測網(wǎng)及精密工程測量等諸多方面都得到迅速，廣泛的應用
2、?國內(nèi)外大量實踐證明,GPS平面相對定位精度己達到了0.1ppm(lX10),甚至更高,這是常規(guī)地面測量技術難以比擬的.但是GPS高程測量的精度述不夠理想，影響了GPS三維控制網(wǎng)和垂直形變監(jiān)測網(wǎng)的應用，在某種程度上講,GPS可以提供三維坐標的優(yōu)越性未能得到充分發(fā)揮?近十年來,國內(nèi)外測繪界己做了大量試驗，并進行了深入細致的研究，發(fā)現(xiàn)影響GPS高程量精度的主要因素有兩個:(1)電離層和對流層對GPS信號的折射嚴重影響GPS測量定位的垂直分量的精度;⑵受區(qū)域性似大地水準面精度影響,GPS測量的大地高在向正常高轉換過中，精度受到較大損失?因
3、此，目前眾多學者在研究這兩方面的問題，也取得了不少突破性進展.本文研究的主要是大地高HGPS和正常高HNor之間進行轉換的幾種方法.2高程系統(tǒng)A/,.?.,cc一圖1高程系統(tǒng)2.1大地高高程系統(tǒng)以參考橢球面為高程基準面的高程系統(tǒng)稱為大地高高程系統(tǒng)?GPS測量所求得的高程是相對于WGS一84橢球而言的，即GPS高程是大地高，記為HGPS.HGPS僅具有幾何意義而缺乏物理意義.因此，它在一般的工程測量屮不能直接應用.2.2正高高程系統(tǒng)正高高程系統(tǒng)是以大地水準面為高程基準面，地面上任意一點的正高高程是該點沿乖線方向至大地水準面的距離.記為
4、:HNor(如圖2所示).圖2GPS高程與正常高高程A點的正高為：1/tNo,=dH=J0肌7dh(l)g式屮,g為A點鉛垂線上Ac線段問的重力平均值;dh和g分為沿OBA路線所測得的水準高差和重力值.由于g并不能精確測定,也不能由公式推導出來，所以，嚴格說來，地面點的正常高高程不能精確求得.通常采用近似方法求正高的近似值,A點的近似正常高程計算公式為：碓:擁:?蹦砒(2)m式屮，表示正常重力值.正常重力值并不顧及地球內(nèi)部質量密度分布的不規(guī)則現(xiàn)象，因此，它僅隨緯度的不同而變化，計算公式為：y=y45.(1一c2+???)(3)第22
5、期柳小燕:GPS高程系統(tǒng)的轉換方法探究75式中，?為緯度45.處的正常重力值，為某點的緯度，為常數(shù),0/0.0026.由于地球內(nèi)部質量分布并不是均勻的，因此，正常重力值與實測重力值g并不相同，在某些地區(qū)(如我國西部高山地區(qū))差異很大，因此，近似正常在這些地區(qū)會受到較大的歪曲.2.3正常高高程系統(tǒng)正常高高程系統(tǒng)是以似大地水準面為基準面的高程系統(tǒng).正常高高程計算公式為：1瑤二』dH=J0gdh(4)Ym由式(4)與式(1)比較可知，正高高程無法精確求得，但正常高高程可以精確求得.在式(4)屮,g可由重力測量結果求得,dh可由水準測量的結
6、果求得，而:可由正常重力公式計算求得.3GPS大地高轉換為正常高的方法在普通地面測量屮，點的正常高一般是通過水準測量求得的?水準測量所得的兩點間的高差，加上正常水準面不平行改正和重力異常改正，即為兩點間的正常高高差.水準測量是當前公認的最精密的高程測量技術之一.GPS測量所得的大地高必須將其轉換為正常高后才能在工程測量屮應用?我國在實際工程應用中，一般采用以似大地水準面為基準的正常W(normalheight)高程系統(tǒng)，記為H.GPS高程成果需要進行轉換.兩者的關系為：考二HGs—H5,)式屮，表示P點的高程異常(見圖2).由式(5
7、)可很清楚地看出，如果知道某點的高程異常值專，則可很方便地將該點的GPS高程(大地高)轉化為正常高高程J.目前,GPS大地高轉換為正常高的方法主要有以下幾種.3.1用地球重力場模型直接求丘,進行轉化的方法高程異常是地球重力場的參數(shù),利用地球重力場模型，根據(jù)點位信息,直接可求得該點的高程異常值.具體地說,地面點的高程異常是根據(jù)重力場長波分量，已知點大地水準面差距，斯托克斯方程數(shù)字積分的長波分量的球諧函數(shù)表達式和地面重力測量結果等來計算的?在一?定區(qū)域內(nèi)，只要有足夠數(shù)量的重力測量數(shù)據(jù)，就可以比較精確地求定該區(qū)域的高程異常值.高程異常專的
8、精度取決丁己知的局部重力場的精度，該區(qū)域地面重力測量結果的密度和精度以及在已知重力點之間插求重力吋所用的高程數(shù)據(jù)的精度等?對于實施水準測量比較困難的丘陵和山區(qū)，利用重力測量方法是比較實用且可靠的方法?目前,在我國現(xiàn)已布設重力測網(wǎng)的絕大
