GPS高程和正常高转换.ppt

GPS高程与正常高的转换 西安科技大学测绘学院 史经俭 GPS高程与正常高的转换 一、问题的产生 GPS能够提供地面点精确的三维坐标值（X，Y，Z和L，B，H）。其精度达10-7量级。 其高程信息是依赖于椭球面的，即是大地高。 而我国使用的高程是基于似大地水准面的正常高。 为充分利用GPS的高程信息，研究利用GPS测出的地面点的大地高求其正常高，成为GPS应用的一个重要方面，也属于广义的坐标转换范畴。 GPS高程与正常高的转换 二、高程系统 测量中常用的高程系统有：大地高系统、正高系统、正常高系统。 1.大地高系统 大地高系统是以地球椭球面为基准面的高程系统。 大地高的定义是：由地面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离。也称为椭球高，一般用符号H表示。 大地高是一个纯几何量，不具有物理意义。同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。利用GPS，可以测定地面点的WGS-84中的大地高。 GPS高程与正常高的转换 二、高程系统 2.正高系统 正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。 正高的定义是：由地面点沿通过该点的铅垂线到大地水准面的距离。一般用符号Hg表示。 3.正常高系统 正高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统。 正高的定义是：由地面点沿通过该点的铅垂线到似大地水准面的距离。一般用符号Hγ表示。 GPS高程与正常高的转换 二、高程系统 4. 大地水准面差距 大地水准面到椭球面的距离，称为大地水准面差距，记为hg （或N） 。 5. 高程异常 似大地水准面到椭球面的距离，称为高程异常，记为ζ 。 6. 三个高程系统之间的转换关系 如图，可以看出 H=Hg+ hg H= Hγ + ζ GPS高程与正常高的转换 三、GPS高程的实现方法 从前面的关系式可以看出，为;了由GPS高程（大地高）确定出正高或正常高，需要有大地水准面差距或高程异常数据，方可达到目的。获取两者的方法有以下几种。 1. 等值线法 可以从全国高程异常图和大地水准面差距图上通过内插法查求出点的hg（或ζ ） 。从而可得Hg=H- hg；Hγ = H – ζ但要注意以下问题： （1）等值线图所适用的坐标系统，在求解正常高或正高时，要采用相应的大地高数据。 （2）精度在很大程度上取决于等值线图的精度。 GPS高程与正常高的转换 三、GPS高程的实现方法 2. 地球模型法 地球模型法本质上是一种数字化的等值线图，目前国际上较长采用的地球模型有OSU91A、EGM96等。不过这些模型均不适合于我国 3. 高程拟合法 高程拟合法就是利用在范围不大的区域中，高程异常具有一定得相关性这一原理，采用数学方法求解正高、正常高或高程异常。 GPS高程与正常高的转换 三、GPS高程的实现方法 4. 区域似大地水准面精化法 高精度、高分辨率大地水准面的确定，其主要目的是：用GPS技术结合区域内的地面重力资料、水准资料、高分辨率的地形数据以及必威体育精装版的重力场模型，精确研究并确定区域似大地水准面，以求取高精度的高程异常，从根本上解决GPS技术无法直接提供正常高的问题。 GPS高程与正常高的转换 四、常用的高程拟合方法 目前，由于区域似大地水准面精化并没有普及，因此在实际的工程应用中，几何的高程拟合方法仍然广泛的应用。 多项式拟合法几种模型 GPS高程与正常高的转换 四、常用的几种高程拟合方法 多项式拟合法几种模型 1. 一次多项式模型 （2）经纬度函数形式 GPS高程与正常高的转换 四、常用的几种高程拟合方法 多项式拟合法几种模型 2. 二次多项式模型 （1）平面坐标函数形式 GPS高程与正常高的转换 五、多项式拟合实施步骤 （1）一次多项式拟合实施步骤 根据一次多项式数学模型 GPS高程与正常高的转换 五、多项式拟合实施步骤 （1）一次多项式拟合实施步骤 当重合点多余3个，设有n个时，我们则可以按照平差的方法求解。 根据平差原理，此问题的必要观测数t=3，观测数为n。 如果按照间接平差法求解，则应设3个独立的参数，然后，列出n个误差方程，求出参数。 就设a0、a1、a2为参数，然后列出如下形式的平差值方程： GPS高程与正常高的转换 五、多项式拟合实施步骤 （1）一次多项式拟合实施步骤 GPS高程与正常高的转换 五、多项式拟合实施步骤