关于GPS高程转换方法研究及精度的分析

缪祥柱

摘  要：在开展GPS高程转换工作时，常用的转换方法主要有两种，分别是建立数字模型以及建立神经网络模型。这两项技术都涉及到对信息技术的应用，从实际工作情况来看，由于高程转换工作对数据精准度有着较高的要求，为了保证GPS高程转换工作的顺利开展，文章通过分析这两种方法的基本操作原理和相关注意事项，结合实际测量案例分析出了现阶段转换工作过程中存在的优势和不足之处。明确了高程转换精度的优化目标和优化方法，并制定出了科学合理的工作方案，以此来推动我国科技信息技术的发展进步。

关键词：GPS;高程转换;具体方法;精度分析

中图分类号：P228.4         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）33-0101-02

Abstract： When carrying out GPS elevation conversion， there are two commonly used conversion methods： digital model and neural network model. These two technologies are involved in the application of information technology， from the point of actual work situation， because of the elevation transformation work has a higher requirement on data accuracy， in order to ensure the smooth progress in GPS height conversion work， this paperanalyzes the basic operation principle of the two methods and relevant precautions， and according to the actual measurement， makes an analysis of the case out of the working process of the transformation in the existing advantages and disadvantages. In order to promote the development of science and technology information technology in our country， the optimization objective and optimization method of elevation conversion precision are clarified， and a scientific and reasonable work plan is worked out.Keywords： GPS; elevation conversion; specific methods; precision analysis

GPS是一项高科技定位技术，可以测量静态物体和移动物体的准确位置，并且还能通过建立相应三维坐标系的方式，来判断物体的高度信息。该技术在我国许多领域都有着极为重要的作用，现阶段，技术人员正在研究的问题是GPS高程转换的方法及转换的精度，目的是为了推动GPS技术的发展，创造更为广阔的应用前景。

1 GPS高程转换的基本操作原理及相关注意事项

想要开展GPS高程转换工作，首先就需要了解转换操作的基本原理，了解操作时应当注意哪些问题，这样才能达到事半功倍的效果。

1.1 基本内容及原理

我国高程系统普遍采用正常高系统，传统的水准测量获取结果是基于大地水准面的正常高。但是，从GPS测量工作方面看，通过卫星定位系统探测到的地面高程信息主要是基于WGS-84参考椭球的大地高。与地质勘察工作、城市基础建设、军事建设等方面对高程数据的需求之间有一定的差异性。针对这个问题，技术人员想要应用先进的科技手段完成地面高程的定位测量工作，就必须要掌握科学转换GPS高程数据的基本方法。在具体转换过程中，技术人员需要掌握GPS高程的计算公式，通过信息技术手段方便快捷的完成GPS高程转换工作。这样还可以有效降低GPS高程转换过程中的误差问题，降低技术人员的工作压力。

1.2 相关注意事项

在具体进行GPS高程转换工作时，还有一些注意事项需要遵守。首先，就是该项操作对技术人员的专业工作能力要求比较高，需要技术人员不断总结个人工作经验，积极参加集体培训工作，提高自身的技术操作能力。从而掌握先进的信息技术的操作方法，达到GPS高程转换的目的。同时，在具体的转换研究工作中，需要加大资金技术投入引进相应的工作设备，包括卫星接收装置，计算机软硬件设。这样才能及时接收GPS信号，并将信号转换为符合人们使用需求的数据信息。此外，不同的自然天气情况以及技术人员对信号接收站位置的选择，都会影响GPS测量数据的准确性，这需要技术人员引起重视。

2 介绍常见的GPS高程转换模型设置方式

目前，基于我国科技信息技术的发展进步，在进行GPS高程转换工作时，技术人员通常都会选择使用计算机技术建立高程模型，以便于分析出GPS高程转换工作是否科学合理，本文就对常见的几种转换模型的设置方式进行简要的介绍。

2.1 数学模型设置

在我国长期的科技发展过程中，使用的最普遍的一种GPS高程转换方法就是利用GPS探测到的数据信息来建立数学模型。具体操作方法为：将GPS探测到的物体坐标数值代入到相关数学计算公式当中，然后由技术人员应用信息技术手段进行计算求解。最后，利用数据结果就可以建立出数学模型。一般情况下，为了保证GPS高程转换工作的顺利开展，技术人员在测量时会在GPS水准联测点中选择6个以上均匀分布的点，进行数值求解工作。通过这种方法，技术人员还可以分析出高程数据信息是否存在异常情况，以提高GPS高程转换工作的质量和效率。建立数学模型进行GPS高程转换是应用效率较高的一种传统技术手段，其受到了许多技术人员的一致认可。但是，由于我国大多数地区的实际地质结构形状并不规则，同一区域内的水平面及高度等数据方面都会存在一定的差異。这就导致技术人员在使用单一的数学模型时，无法满足新时期GPS高程转换工作对精度的基本要求。针对这方面的问题，技术人员必须要具备创新意识及能力，积极总结自身的工作经验，分析出现阶段存在的实际问题及产生问题的具体原因，从中年研究出优化高程转换方法的可行措施。

2.2 神经网络模型

神经网络模型是在时代发展背景下诞生的一种新型技术手段，可以处理系统内难以解析的规律性。不过，由于我国对这项技术的应用起步比较晚，因此还存在许多不足之处需要完善。在实际进行GPS高程转换工作时，必须要对技术人员进行知识技能的培训工作，确保技术人员能够掌握该模型的建设技巧，以此来保证该模型的应用价值能够得到充分的发挥。在这种新型高程模型的建立过程中，操作的关键环节就在于技术人员可以利用信息技术手段预先处理GPS数据信息，实现智能化、自动化的操作。同时，在这个过程中，技术人员还应当确定神经网络的两个学习参数：分别是网络目标误差和网络扩展常数。在高程转换操作过程中，对于这两个参数的选取将会直接影响网络输出的最终结果，进而影响高程转换的精准度。

3 结合实际案例分析高程转换的精度

3.1 实际案例

为了分析GPS高程转换模型的精度，本文所选某测区南北长约4.1km，东西宽约3.5km。从实际勘察结果来看，该区域内地物丰富，区域北部起伏较大，其他地方地势相对平坦。区域内共设置了26个水准联测点，平面坐标按D级GPS网的测量要求施测，高程用三等几何水准进行了联测。为了方便观察数据测量情况，技术人员将GPS联测点点位绘制成图像信息来进行对比分析，如图1所示。

结合图像信息对本文介绍的两种GPS高程转换方法的精度进行对比分析工作时，为了保证测量结果的准确性，技术人员应当从区域四周及中间选取13个联测点参与计算，图1中用“ 表示。剩余13个点作为模型的外部检查点，图1中用“○”表示。然后统计各个检测点的坐标转换情况，通过取平均数的方式测量误差。

3.2 精度分析

结合具体的案例进行高程转换工作，技术人员可以发现，通过建立数学模型的方式开展GPS高程转换工作时，13个检测点当中的残差绝对值最大为0.045m，最小为0.007m。综合所有的检测点取平均值来计算，这种高程转换方法可以将误差控制在±0.035m，应有效果良好。而利用新型的神经网络模型检测点的残差绝对值最大为0.058m，最小为-0.003m。虽然新型转换方法在绝对值的数据方面差异较大，但是综合平均统计情况来看，该方法可以将转换的误差控制在±0.014m。这就表示，各种高程转换方法都有各自的应用优势及不足之处。因此，在实际操作过程中，技术人员想要有效提高GPS高程转换工作的精准度，就必须要学会科学融合不同方式的优势，取长补短。实践表明，这种综合研究的新方法还能够提高GPS高程转换工作的效率，降低操作的难度，让转换工作更加科学化和合理化。

3.3 精度优化研究

在进行GPS高程转换精度优化研究工作时，最主要的方法就是通过网络渠道与其他国家进行技术交流探讨。在这个过程中，工作人员不能一味吸取其他国家先进的技术操作方法，还需要结合当地的实际地形情况和基础设备的配置情况进行合理的选择。比如，有些经济较为落后的地区没有条件使用高新技术手段建立GPS高程转换模型。在这种情况下，除了要调整工作方案之外，当地政府还应当出台相应的扶持政策，为GPS高程转换工作提供资金及技术的支持，以此来推动转换工作的有序运行。从而充分发挥出GPS技术的实际应用价值，解决现阶段存在的具体问题。技术人员应当意识到，GPS高程精度的优化工作需要与我国的科技信息技术发展情况结合起来，这是时代发展的必然要求，也是优化创新工作的基本方向。

4 结束语

在进行GPS高程转换方法的研究工作中，技术人员发现，不同的方法有各自的应用优势。因此，想要提高转换的精准度就应当将各种方法当中的应用优势结合起来，建立多个模型图，达到取长补短的作用。在具体的操作过程中，还涉及到对信息技术的应用，基于此，除了要提高设计人员的工作能力之外，还应当加大资金技术投入引进计算机工作设备。通过网络渠道积极开展创新研究工作，结合当地的实际情况，科学吸取其他国家先进的技术操作经验，以保证我国GPS高程转化工作的顺利开展。

参考文献：

[1]张兴福，刘成，王国辉，等.基于EGM2008重力场模型的GPS高程转换方法及精度分析[J].地球物理学进展，2012，27（1）：38-44.

[2]谢忠俍.基于曲面拟合的GPS高程转换精度分析[J].测繪与空间地理信息，2017，40（11）：39-40.

[3]唐丽娟.GPS高程转换方法研究及精度分析[J].全球定位系统，2017，42（6）：88-91.