关于GPS高程拟合及其优势的探讨

□罗友文（广东省水利电力勘测设计研究院）

0 引言

所谓GPS高程拟合其实就是要对一个区域的大地水准面按照要求进行合理的拟合。就GPS所测的高程来说，这里所说的也是坐标系上的椭球面的大地高，它所采用的高程体系是正常高体系，它们中间出现了一个高程差异值，这里所说的值又不是一个常数，只是一个跟点的位置有些关系的数量。再来说说拟合，这其实就是对某一个区域进行测量，进而求解高程差异值的一个过程，说到底也就是建立模型，计算出所需要的拟合算数系数。一般来说，GPS测量得到的高是指大地高,也就是地面上的点和参考的椭球面间的那个距离,这也同平常的水准高程存在一定的差异，倘若我们想在水准高程方面得到一个较高的精确度，那么，GPS大地高和本地区高程的差异就是不得不测量并且要知道的数据。GPS能够提供比较精准的三维坐标,也能够通过坐标来进行转换，还可以提供精度较好的平面坐标。所以，就高程方面来说,GPS高程能不能达到一定程度的水准测量精度,还很难说，这也是现今探讨的话题，但是GPS高程拟合所具有的优势是不容忽视和质疑的。

1 高程系统

在进行测绘工作的过程中，用GPS定位技术来进行控制和测量有速度快、精度高以及费用低等优点,现在已经成为了建立平面控制测量网的一个重要手段。伴随着GPS理论及数据处理软件的发展,结合一些水准测量的成果,再运用高程拟合方法,GPS高程拟合必将不断地完善和发展。谈到GPS高程拟合，那么GPS测量就是不容忽略的一个话题。其中，GPS测量的一个重要组成部分就是高程测量。一般情况下，在对GPS进行定位的时候，三维基线的数据是必不可少的，这可以通过GPS之间的平均差值，可以得出精度很高的大地高数值，接下来可以通过转换坐标，来得到精度更高的国家和各地区的大地高差值。在这个过程中，倘若知道一个或几个已知点的网络高程，就能够计算出每一个区域GPS点的大地高。

2 GPS高程拟合的介绍

当下，有很多的方法可以进行GPS高程拟合，文章主要介绍一下二次曲面法以及多面函数法。这两个方法在GPS水准拟合方面运用得比较早且较为广泛,也会在以后的工程实例中继续进行研究，以期找到更加完善的方法。

2.1 二次曲面法

一般来说，二次曲面拟合法就是在拟合范围内的水准重合点间,根据削高补低这样一个原则来平滑出一个人们所需要的二次多项式曲面，这个曲面就是代表拟合区域内的似大地水准面,主要是供内插使用的。通常情况下，拟合的范围越大,高程异常出现的变化就越复杂,那么削高补低的误差会越大。

2.2 多面函数法

多面函数法是人们从几何的观点出发研究的，该方法主要解决按照数据点形成平差的一个数学曲面的问题。简单地来说，该方法一个最基本的思想就是：任何一个数学表面以及不规则的圆滑的表面，总是能够用一些有规则的数学表面总和来以任意的精度逼近。详细来说，就是在每一个数据点上面都建立一个曲面，之后按照一定的比例来叠加形成一个整体连续的曲面，并且使它可以通过每一个数据点。

2.3 曲线拟合

在实际的测绘过程中，人们最常用的一个高程拟合方法就是解析内插法。该方法的一个基本思想是：将似大地的水准面用数学的曲面进行一下近似的拟合，之后建立需要测量区域里面最接近似大地水准面的相关数学模型，以该模型为依据来进行测量区域任意一点高程异常值的计算，进而就可以计算出需要的正常高。

2.4 GPS高程拟合方法选取

综上所述，可以知道GPS测量能够提供精度较高的大地高,但有时候这并非人们实践过程中需要的正常高。倘若工作人员想把GPS大地高用到工程测量的过程中,那么就必须对高程进行转换。虽然GPS大地高转换为正常高的方法有很多，但由于自身转换方法的不同,所达到的精度也有所不同，工作人员可以根据工程本身的应用条件和这些方法所能达到的精准度，把它具体地应用到实践中去。正常情况下，工作人员都知道GPS水准，它是实际工程中最常运用的，它通过已经知道的几何水准点、达到精准度要求的高程控制点和GPS点联合起来测量，这样就更好地实现了GPS高程转换成正常高，还可以根据这些数据拟合出大地的水准面。

3 GPS高程拟合的优势

相比较水准测量，GPS高程拟合是具有突出优势的。一般来说，人们所知道的水准是在已经得出的大地高的GPS点上再进行测量，而且是进行少量的几何水准点测量，通常这些点就是已知点，它们也可以根据公式求出已知点的高程差异值，然后再根据已知点的平面坐标和上述求出的高程异常值，利用数学拟合的计算方法来拟合出指定区域的大地水准面，这样的话，就可以通过这个点来解算出其它的GPS点的高程差异值，通常人们把这些点叫做待定点，还可以根据待定点公式求出待定点的正常高。这样的程序很繁琐，其中任何一个流程出现问题的话，后续的工作都会受到严重的影响。而GPS高程拟合可以在一定程度上帮助人们解决了这样的难题。

3.1 GPS高程拟合的具体优势

相比较传统的水准测量来说，GPS高程拟合更加省力、省时，尤其是对于基层的测量单位，通常要从事对高程精度要求不太高的工程测量。所以，能够找到一个比较简单、易懂、好操作的拟合方法是十分必要的，对广大的基层测绘工作者的帮助更是不言而喻的。

众所周知，GPS高程一般是指大地高，而大地高大部分都是以参考椭球面作为基准面的。所以，这就导致了GPS高程不可以直接用于工程以及其他各个领域当中。相比较过去传统的高程测量方法，这里所讲述的GPS高程有它自身的优点，也有一些缺点。其中，它的优点是显而易见的，速度快、省时间、省人力、省物力。它的缺点就是不可以直接应用于实践活动中。伴随着科学技术的高速发展，GPS高程受到了更多的关注，“高程现代化”也逐渐被人们所熟知。它的核心思想是在测量高程的时候，运用GPS来测量高程，代替过去传统的水准测量。该思想给GPS高程测量的未来指明了方向，同时也提供了更加广阔的发展空间，值得越来越多的人们去研究。

3.2 GPS高程拟合的实践优势

结合实践经验来谈谈GPS高程拟合的一些优势，如在小的范围内，地势处于平缓的地区，工作人员可以运用数学模型，这样的话GPS高程拟合在水准测量精度方面可以达到三等；对于需要测量面积不大且较平坦的区域，尤其是测量区域内的高程异常比较有规律的地方，工作人员可以从该地方大地水准面的变化规律来寻求已知点，之后用多项式曲面拟合的方法求出需要值，这样得出的GPS拟合高程的精度一般都可以达到四等水准测量精度的要求，这也是其他的方法都不一定能达到的精度。综上可知，GPS高程拟合能够同时完成平面以及高程的测量，这也充分发挥了GPS快捷、省时、高效的优势，节省了大量的人力、物力以及财力，很大程度上提高了人员的工作效率，也在某种程度上推动了测绘事业健康、快速、持续的发展。

4 结语

GPS高程拟合是当下人们研究的一个热点。现在，已经得知的拟合方法就有很多，成功的经验也有很多，但是，在比较基层的测量单位，人们对这种方法的研究以及应用还处在一个非常初级的阶段。本文关于GPS高程拟合的内容主要面向基层测量单位里面一般性质的工程测量，对普通的工程测量有一定意义，但是对精度要求非常高的工程测量来说，GPS高程拟合还是存在很多的问题，这也需要进一步研究学习。因此，我们一定要结合GPS高程拟合现有的优势来完善相关的理论方法，使其应用更加地广泛，得到越来越多人的认可。

[1]伍青云.GPS高程拟合的方式及可靠性分析[J].现代测绘,2006.

[2]陈俊勇.我国GPS水准网的布设及其精度的探讨[J].测绘学报，1993.