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1、GPS高程系统的转换方法探究第24卷第22期2008年11月甘肃科技GansuScienceandTechnology%f.24No.22Nov.2oo86PS高程系统的转换方法探究柳小燕(宁夏建设职业技术学院，宁夏银川750021)摘要:通过对大地高高程系统,正高高程系统和正常高高程系统进行分析，得出GPS大地咼和正常咼的转换关系及几种主要的转换方法.关键词:GPS;高程系统;转换方法中图分类号:P2081引言GPS以其精度高,速度快，经济方便等优点，在布设各种形式的控制网，变形监测网及精密工程测量等诸多方面都得到迅速，广泛的应用
2、•国内外大量实践证明,GPS平面相对定位精度己达到了0.1ppm(lX10),甚至更高,这是常规地面测量技术难以比拟的.但是GPS高程测量的精度述不够理想，影响了GPS三维控制网和垂直形变监测网的应用，在某种程度上讲,GPS可以提供三维坐标的优越性未能得到充分发挥•近十年来,国内外测绘界己做了大量试验，并进行了深入细致的研究，发现影响GPS高程量精度的主要因素有两个:(1)电离层和对流层对GPS信号的折射严重影响GPS测量定位的垂直分量的精度;⑵受区域性似大地水准面精度影响,GPS测量的大地高在向正常高转换过中，精度受到较大损失•因
3、此，目前众多学者在研究这两方面的问题，也取得了不少突破性进展.本文研究的主要是大地高HGPS和正常高HNor之间进行转换的几种方法.2高程系统A/,.・.,cc一图1高程系统2.1大地高高程系统以参考椭球面为高程基准面的高程系统称为大地高高程系统・GPS测量所求得的高程是相对于WGS一84椭球而言的，即GPS高程是大地高，记为HGPS.HGPS仅具有几何意义而缺乏物理意义.因此，它在一般的工程测量屮不能直接应用.2.2正高高程系统正高高程系统是以大地水准面为高程基准面，地面上任意一点的正高高程是该点沿乖线方向至大地水准面的距离.记为
4、:HNor(如图2所示).图2GPS高程与正常高高程A点的正高为：1/tNo,=dH=J0肌7dh(l)g式屮,g为A点铅垂线上Ac线段问的重力平均值;dh和g分为沿OBA路线所测得的水准高差和重力值.由于g并不能精确测定,也不能由公式推导出來，所以，严格说來，地面点的正常高高程不能精确求得.通常采用近似方法求正高的近似值,A点的近似正常高程计算公式为：碓:拥:•蹦砒(2)m式屮，表示正常重力值.正常重力值并不顾及地球内部质量密度分布的不规则现象，因此，它仅随纬度的不同而变化，计算公式为：y=y45.(1一c2+・・・)(3)第22
5、期柳小燕:GPS高程系统的转换方法探究75式中，•为纬度45.处的正常重力值，为某点的纬度，为常数,0/0.0026.由于地球内部质量分布并不是均匀的，因此，正常重力值与实测重力值g并不相同，在某些地区(如我国西部高山地区)差异很大，因此，近似正常在这些地区会受到较大的歪曲.2.3正常高高程系统正常高高程系统是以似大地水准面为基准面的高程系统.正常高高程计算公式为：1瑶二』dH=J0gdh(4)Ym由式(4)与式(1)比较可知，正高高程无法精确求得，但正常高高程可以精确求得.在式(4)屮,g可由重力测量结果求得,dh可由水准测量的结
6、果求得，而:可由正常重力公式计算求得.3GPS大地高转换为正常高的方法在普通地面测量屮，点的正常高一般是通过水准测量求得的•水准测量所得的两点间的高差，加上正常水准面不平行改正和重力异常改正，即为两点间的正常高高差.水准测量是当前公认的最精密的高程测量技术之一.GPS测量所得的大地高必须将其转换为正常高后才能在工程测量屮应用•我国在实际工程应用中，一般采用以似大地水准面为基准的正常W(normalheight)高程系统，记为H.GPS高程成果需要进行转换.两者的关系为：考二HGs—H5,)式屮，表示P点的高程异常(见图2).由式(5
7、)可很清楚地看出，如果知道某点的高程异常值专，则可很方便地将该点的GPS高程(大地高)转化为正常高高程J.目前,GPS大地高转换为正常高的方法主要有以下几种.3.1用地球重力场模型直接求丘,进行转化的方法高程异常是地球重力场的参数,利用地球重力场模型，根据点位信息,直接可求得该点的高程异常值.具体地说,地面点的高程异常是根据重力场长波分量，已知点大地水准面差距，斯托克斯方程数字积分的长波分量的球谐函数表达式和地面重力测量结果等来计算的•在一•定区域内，只要有足够数量的重力测量数据，就可以比较精确地求定该区域的高程异常值.高程异常专的
8、精度取决丁己知的局部重力场的精度，该区域地面重力测量结果的密度和精度以及在已知重力点之间插求重力吋所用的高程数据的精度等•对于实施水准测量比较困难的丘陵和山区，利用重力测量方法是比较实用且可靠的方法•目前,在我国现已布设重力测网的绝大
