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摘 要：从20世纪90年代开始，GPS（全球定位系统）定位技术以其精度高、速度快、费时少，操作简便等优点被广泛地应用于测绘中。到现在为止，GPS定位技术已经完全可以取代常规的测角、测距的方法来建立大地控制网和工程控制网。可以说GPS水准精度对测绘具有重大意义。
关键词：GPS；精度；评价
一、GPS定位的基本原理
利用GPS进行定位的基本原理，就是把卫星视为飞行的控制点，在已知其霎时坐标的条件下，以GPS卫星和用户接收机天线之间距离为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。简言之，GPS定位原理是一种空间的距离交会原理。
二、GPS高程与水准高程的几个概念
GPS卫星定位所得的大地高是相对于地心参考椭球面的高差，而常规测量的水准高程则是相对于大地水准面的高差。
以大地水准面为基准的高程系统为正高系统，大地水准面是重力的等位面，可以通过实际测量求得。似大地水准面接近大地水准面，但不是重力的等位面，没有确定的物理意义。以似大地水准面为基准的高程系统为正常高系统。正常高系统是中国的通用高程系统（即56年黄海高程系统和85国家高程基准）。
似大地水准面与参考椭球面之间的高差，一般称为高程异常。影响高程异常的因素很多，不但与距离、高差、垂线偏差有关，而且还与区域密度、重力异常、密度异常等因素有关。
三、GPS水准高程精度评价
（一）精化大地水准面。GPS高程测量在实际应用中的主要问题是要求得GPS点的高程异常值，确定和精化测区的（似）大地水准面是GPS高程应用的关键。GPS技术结合高精度的（似）大地水准面模型，可以改变传统的高程测量的方法，真正意义上实现GPS技术的三维定位功能，使得平面控制和高程控制有机地统一起来。因此，大地水准面的精化是一项具有重要实用价值的测绘工作。
为了适应快速发展的经济建设、国防建设和科学研究对测绘工作的需求，继续精化我国区域大地水准面是国家测绘局在“十五”期间的基础测绘项目之一，目标就是要提高我国大地水准面的精度，使得在中小比例尺测图的高程控制测量中，能以GPS高程全面取代传统的水准测量和三角高程测量。为此，2003年国家测绘局启动了在浙江、江苏、福建三省区域开展“精化区域大地水准面的试点”工作。完成后的区域大地水准面，经外部56个GPS水准点的检验，大地水准面精度为±6.2cm，分辨率为5×5，可以满足比例尺小于l：1000测图对高程的要求。在精化区域大地水准面试点工作顺利完成后，国家测绘局在2004年年初和年底分别启动了华北和华中、华东地区区域大地水准面的精化项目，共涉及到l2个省市范围。该项目的实施可以获得这些区域高分辨率的似大地水准面，使区域大地水准面的精度达到厘米级的水平，应用似大地水准面成果将逐步取代该区域低等级的水准测量。在华东、华中区域中，精化后的大地水准面，在城市及平地的精度将达到4-8cm，能基本满足区域内一般工程及1：2000或更小比例尺地形测图的要求；在山地和高山地的精度将达到4-15cm，能基本满足1：5000或更小比例尺地形测绘的要求。
（二）GPS拟合水准测量。GPS拟合水准测量精度主要受到三部分影响：GPS大地高测量误差、已知水准点高程测量误差和高程异常拟合误差。其中前两项的精度目前可以得到较好的保证；而拟合误差是影响GPS水准测量精度的一个重要因素，它与测区高程异常变化、已知水准点的密度及其分布、拟合模型精度等因素有关。
对于似大地水准面比较复杂的测区来说，单纯采用某个多项式模型可能很难较好地拟合，而支持向量机和神经网络均为机器学习方法，它们具有良好的自适应性、高度非线性性和较好的泛化能力，支持向量机方法转换GPS高程的精度达到了神经网络方法转换GPS高程的精度。
神经网络方法属于事后处理，支持向量机方法避免了神经网络方法中存在的网络过学习、收敛速度慢、易陷于局部极值等问题，因而可以将该拟合方法集成到GPS数据处理软件中，具有实际使用和推广价值。
（三）曲面拟合法。曲面拟合法仅是将高程异常近似地看作是一定范围内各点坐标的曲面函数，用已联测水准的GPS点的高程异常来拟合这一函数，在求得函数的拟合常数后，就可利用这一函数来计算其他GPS点的高程异常和正常高。在采用二次曲面拟合时，一般应用6个以上的GPS水准联测点，但测区的联测水准点少于6个时，可采用平面函数拟合。实际的工作中，应根据测区地理条件的不同、范围的不同等因素选择合理的拟合函数，以使测点的拟合精度达到最高。
（四）重力似大地水准面的精化方法。对于高分辨率区域重力场确定的一般战略已有许多研究。当前被广泛接受和采用的方法。它是将重力场信息分成三种不同部分，长波部分-由全球地球模型取得；中波部分-由地面点或平均重力场观测取得；短波部分-由高分辨率的数字地形模型取得。显然，区域重力场模型具有更好的逼近性。近年来我国宁津生教授等计算得到的地球位模型WIM89（180阶）、WDM-94（3601g～），由于大量收集现有的国外先进成果及增补了众多的国内资料，是一个很好的模型，且能更好地逼近我国境内的（似）大地水准面，WDM-94地球位模型的高程异常中误差为±78cm。
四、结语
目前，我国经济的高速发展，社会生活的不断进步，用户对GPS水准精度要求也不断提高。GPS经过了30多年的稳步发展，已经被广泛应用到各种领域。因此，GPS的水准精度对于未来的科技发展起到很大的作用。
参考文献
[1] 王昶.GPS高程拟合模型与方法研究[D].辽宁工程技术大学，2009.
[2] 肖芳.GPS拟合高程模型理论与应用研究[D].中南林业科技大学，2009.
关键词：GPS；精度；评价
一、GPS定位的基本原理
利用GPS进行定位的基本原理，就是把卫星视为飞行的控制点，在已知其霎时坐标的条件下，以GPS卫星和用户接收机天线之间距离为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。简言之，GPS定位原理是一种空间的距离交会原理。
二、GPS高程与水准高程的几个概念
GPS卫星定位所得的大地高是相对于地心参考椭球面的高差，而常规测量的水准高程则是相对于大地水准面的高差。
以大地水准面为基准的高程系统为正高系统，大地水准面是重力的等位面，可以通过实际测量求得。似大地水准面接近大地水准面，但不是重力的等位面，没有确定的物理意义。以似大地水准面为基准的高程系统为正常高系统。正常高系统是中国的通用高程系统（即56年黄海高程系统和85国家高程基准）。
似大地水准面与参考椭球面之间的高差，一般称为高程异常。影响高程异常的因素很多，不但与距离、高差、垂线偏差有关，而且还与区域密度、重力异常、密度异常等因素有关。
三、GPS水准高程精度评价
（一）精化大地水准面。GPS高程测量在实际应用中的主要问题是要求得GPS点的高程异常值，确定和精化测区的（似）大地水准面是GPS高程应用的关键。GPS技术结合高精度的（似）大地水准面模型，可以改变传统的高程测量的方法，真正意义上实现GPS技术的三维定位功能，使得平面控制和高程控制有机地统一起来。因此，大地水准面的精化是一项具有重要实用价值的测绘工作。
为了适应快速发展的经济建设、国防建设和科学研究对测绘工作的需求，继续精化我国区域大地水准面是国家测绘局在“十五”期间的基础测绘项目之一，目标就是要提高我国大地水准面的精度，使得在中小比例尺测图的高程控制测量中，能以GPS高程全面取代传统的水准测量和三角高程测量。为此，2003年国家测绘局启动了在浙江、江苏、福建三省区域开展“精化区域大地水准面的试点”工作。完成后的区域大地水准面，经外部56个GPS水准点的检验，大地水准面精度为±6.2cm，分辨率为5×5，可以满足比例尺小于l：1000测图对高程的要求。在精化区域大地水准面试点工作顺利完成后，国家测绘局在2004年年初和年底分别启动了华北和华中、华东地区区域大地水准面的精化项目，共涉及到l2个省市范围。该项目的实施可以获得这些区域高分辨率的似大地水准面，使区域大地水准面的精度达到厘米级的水平，应用似大地水准面成果将逐步取代该区域低等级的水准测量。在华东、华中区域中，精化后的大地水准面，在城市及平地的精度将达到4-8cm，能基本满足区域内一般工程及1：2000或更小比例尺地形测图的要求；在山地和高山地的精度将达到4-15cm，能基本满足1：5000或更小比例尺地形测绘的要求。
（二）GPS拟合水准测量。GPS拟合水准测量精度主要受到三部分影响：GPS大地高测量误差、已知水准点高程测量误差和高程异常拟合误差。其中前两项的精度目前可以得到较好的保证；而拟合误差是影响GPS水准测量精度的一个重要因素，它与测区高程异常变化、已知水准点的密度及其分布、拟合模型精度等因素有关。
对于似大地水准面比较复杂的测区来说，单纯采用某个多项式模型可能很难较好地拟合，而支持向量机和神经网络均为机器学习方法，它们具有良好的自适应性、高度非线性性和较好的泛化能力，支持向量机方法转换GPS高程的精度达到了神经网络方法转换GPS高程的精度。
神经网络方法属于事后处理，支持向量机方法避免了神经网络方法中存在的网络过学习、收敛速度慢、易陷于局部极值等问题，因而可以将该拟合方法集成到GPS数据处理软件中，具有实际使用和推广价值。
（三）曲面拟合法。曲面拟合法仅是将高程异常近似地看作是一定范围内各点坐标的曲面函数，用已联测水准的GPS点的高程异常来拟合这一函数，在求得函数的拟合常数后，就可利用这一函数来计算其他GPS点的高程异常和正常高。在采用二次曲面拟合时，一般应用6个以上的GPS水准联测点，但测区的联测水准点少于6个时，可采用平面函数拟合。实际的工作中，应根据测区地理条件的不同、范围的不同等因素选择合理的拟合函数，以使测点的拟合精度达到最高。
（四）重力似大地水准面的精化方法。对于高分辨率区域重力场确定的一般战略已有许多研究。当前被广泛接受和采用的方法。它是将重力场信息分成三种不同部分，长波部分-由全球地球模型取得；中波部分-由地面点或平均重力场观测取得；短波部分-由高分辨率的数字地形模型取得。显然，区域重力场模型具有更好的逼近性。近年来我国宁津生教授等计算得到的地球位模型WIM89（180阶）、WDM-94（3601g～），由于大量收集现有的国外先进成果及增补了众多的国内资料，是一个很好的模型，且能更好地逼近我国境内的（似）大地水准面，WDM-94地球位模型的高程异常中误差为±78cm。
四、结语
目前，我国经济的高速发展，社会生活的不断进步，用户对GPS水准精度要求也不断提高。GPS经过了30多年的稳步发展，已经被广泛应用到各种领域。因此，GPS的水准精度对于未来的科技发展起到很大的作用。
参考文献
[1] 王昶.GPS高程拟合模型与方法研究[D].辽宁工程技术大学，2009.
[2] 肖芳.GPS拟合高程模型理论与应用研究[D].中南林业科技大学，2009.