摘 要：從20世紀(jì)90年代開始，GPS（全球定位系統(tǒng)）定位技術(shù)以其精度高、速度快、費時少，操作簡便等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于測繪中。到現(xiàn)在為止，GPS定位技術(shù)已經(jīng)完全可以取代常規(guī)的測角、測距的方法來建立大地控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)?？梢哉fGPS水準(zhǔn)精度對測繪具有重大意義。

關(guān)鍵詞：GPS；精度；評價

一、GPS定位的基本原理

利用GPS進行定位的基本原理，就是把衛(wèi)星視為飛行的控制點，在已知其霎時坐標(biāo)的條件下，以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間距離為觀測量，進行空間距離后方交會，從而確定用戶接收機天線所處的位置。簡言之，GPS定位原理是一種空間的距離交會原理。

二、GPS高程與水準(zhǔn)高程的幾個概念

GPS衛(wèi)星定位所得的大地高是相對于地心參考橢球面的高差，而常規(guī)測量的水準(zhǔn)高程則是相對于大地水準(zhǔn)面的高差。

以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)為正高系統(tǒng)，大地水準(zhǔn)面是重力的等位面，可以通過實際測量求得。似大地水準(zhǔn)面接近大地水準(zhǔn)面，但不是重力的等位面，沒有確定的物理意義。以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)為正常高系統(tǒng)。正常高系統(tǒng)是中國的通用高程系統(tǒng)（即56年黃海高程系統(tǒng)和85國家高程基準(zhǔn)）。

似大地水準(zhǔn)面與參考橢球面之間的高差，一般稱為高程異常。影響高程異常的因素很多，不但與距離、高差、垂線偏差有關(guān)，而且還與區(qū)域密度、重力異常、密度異常等因素有關(guān)。

三、GPS水準(zhǔn)高程精度評價

（一）精化大地水準(zhǔn)面。GPS高程測量在實際應(yīng)用中的主要問題是要求得GPS點的高程異常值，確定和精化測區(qū)的（似）大地水準(zhǔn)面是GPS高程應(yīng)用的關(guān)鍵。GPS技術(shù)結(jié)合高精度的（似）大地水準(zhǔn)面模型，可以改變傳統(tǒng)的高程測量的方法，真正意義上實現(xiàn)GPS技術(shù)的三維定位功能，使得平面控制和高程控制有機地統(tǒng)一起來。因此，大地水準(zhǔn)面的精化是一項具有重要實用價值的測繪工作。

為了適應(yīng)快速發(fā)展的經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究對測繪工作的需求，繼續(xù)精化我國區(qū)域大地水準(zhǔn)面是國家測繪局在“十五”期間的基礎(chǔ)測繪項目之一，目標(biāo)就是要提高我國大地水準(zhǔn)面的精度，使得在中小比例尺測圖的高程控制測量中，能以GPS高程全面取代傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量和三角高程測量。為此，2003年國家測繪局啟動了在浙江、江蘇、福建三省區(qū)域開展“精化區(qū)域大地水準(zhǔn)面的試點”工作。完成后的區(qū)域大地水準(zhǔn)面，經(jīng)外部56個GPS水準(zhǔn)點的檢驗，大地水準(zhǔn)面精度為±6.2cm，分辨率為5×5，可以滿足比例尺小于l：1000測圖對高程的要求。在精化區(qū)域大地水準(zhǔn)面試點工作順利完成后，國家測繪局在2004年年初和年底分別啟動了華北和華中、華東地區(qū)區(qū)域大地水準(zhǔn)面的精化項目，共涉及到l2個省市范圍。該項目的實施可以獲得這些區(qū)域高分辨率的似大地水準(zhǔn)面，使區(qū)域大地水準(zhǔn)面的精度達到厘米級的水平，應(yīng)用似大地水準(zhǔn)面成果將逐步取代該區(qū)域低等級的水準(zhǔn)測量。在華東、華中區(qū)域中，精化后的大地水準(zhǔn)面，在城市及平地的精度將達到4-8cm，能基本滿足區(qū)域內(nèi)一般工程及1：2000或更小比例尺地形測圖的要求；在山地和高山地的精度將達到4-15cm，能基本滿足1：5000或更小比例尺地形測繪的要求。

（二）GPS擬合水準(zhǔn)測量。GPS擬合水準(zhǔn)測量精度主要受到三部分影響：GPS大地高測量誤差、已知水準(zhǔn)點高程測量誤差和高程異常擬合誤差。其中前兩項的精度目前可以得到較好的保證；而擬合誤差是影響GPS水準(zhǔn)測量精度的一個重要因素，它與測區(qū)高程異常變化、已知水準(zhǔn)點的密度及其分布、擬合模型精度等因素有關(guān)。

對于似大地水準(zhǔn)面比較復(fù)雜的測區(qū)來說，單純采用某個多項式模型可能很難較好地擬合，而支持向量機和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均為機器學(xué)習(xí)方法，它們具有良好的自適應(yīng)性、高度非線性性和較好的泛化能力，支持向量機方法轉(zhuǎn)換GPS高程的精度達到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法轉(zhuǎn)換GPS高程的精度。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法屬于事后處理，支持向量機方法避免了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中存在的網(wǎng)絡(luò)過學(xué)習(xí)、收斂速度慢、易陷于局部極值等問題，因而可以將該擬合方法集成到GPS數(shù)據(jù)處理軟件中，具有實際使用和推廣價值。

（三）曲面擬合法。曲面擬合法僅是將高程異常近似地看作是一定范圍內(nèi)各點坐標(biāo)的曲面函數(shù)，用已聯(lián)測水準(zhǔn)的GPS點的高程異常來擬合這一函數(shù)，在求得函數(shù)的擬合常數(shù)后，就可利用這一函數(shù)來計算其他GPS點的高程異常和正常高。在采用二次曲面擬合時，一般應(yīng)用6個以上的GPS水準(zhǔn)聯(lián)測點，但測區(qū)的聯(lián)測水準(zhǔn)點少于6個時，可采用平面函數(shù)擬合。實際的工作中，應(yīng)根據(jù)測區(qū)地理條件的不同、范圍的不同等因素選擇合理的擬合函數(shù)，以使測點的擬合精度達到最高。

（四）重力似大地水準(zhǔn)面的精化方法。對于高分辨率區(qū)域重力場確定的一般戰(zhàn)略已有許多研究。當(dāng)前被廣泛接受和采用的方法。它是將重力場信息分成三種不同部分，長波部分-由全球地球模型取得；中波部分-由地面點或平均重力場觀測取得；短波部分-由高分辨率的數(shù)字地形模型取得。顯然，區(qū)域重力場模型具有更好的逼近性。近年來我國寧津生教授等計算得到的地球位模型WIM89（180階）、WDM-94（3601g～），由于大量收集現(xiàn)有的國外先進成果及增補了眾多的國內(nèi)資料，是一個很好的模型，且能更好地逼近我國境內(nèi)的（似）大地水準(zhǔn)面，WDM-94地球位模型的高程異常中誤差為±78cm。

四、結(jié)語

目前，我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會生活的不斷進步，用戶對GPS水準(zhǔn)精度要求也不斷提高。GPS經(jīng)過了30多年的穩(wěn)步發(fā)展，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域。因此，GPS的水準(zhǔn)精度對于未來的科技發(fā)展起到很大的作用。

參考文獻

[1] 王昶.GPS高程擬合模型與方法研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2009.

[2] 肖芳.GPS擬合高程模型理論與應(yīng)用研究[D].中南林業(yè)科技大學(xué)，2009.