關(guān)于GPS高程轉(zhuǎn)換方法研究及精度的分析

繆祥柱

摘? 要：在開展GPS高程轉(zhuǎn)換工作時(shí)，常用的轉(zhuǎn)換方法主要有兩種，分別是建立數(shù)字模型以及建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。這兩項(xiàng)技術(shù)都涉及到對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用，從實(shí)際工作情況來(lái)看，由于高程轉(zhuǎn)換工作對(duì)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度有著較高的要求，為了保證GPS高程轉(zhuǎn)換工作的順利開展，文章通過(guò)分析這兩種方法的基本操作原理和相關(guān)注意事項(xiàng)，結(jié)合實(shí)際測(cè)量案例分析出了現(xiàn)階段轉(zhuǎn)換工作過(guò)程中存在的優(yōu)勢(shì)和不足之處。明確了高程轉(zhuǎn)換精度的優(yōu)化目標(biāo)和優(yōu)化方法，并制定出了科學(xué)合理的工作方案，以此來(lái)推動(dòng)我國(guó)科技信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：GPS;高程轉(zhuǎn)換;具體方法;精度分析

中圖分類號(hào)：P228.4? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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是一項(xiàng)高科技定位技術(shù)，可以測(cè)量靜態(tài)物體和移動(dòng)物體的準(zhǔn)確位置，并且還能通過(guò)建立相應(yīng)三維坐標(biāo)系的方式，來(lái)判斷物體的高度信息。該技術(shù)在我國(guó)許多領(lǐng)域都有著極為重要的作用，現(xiàn)階段，技術(shù)人員正在研究的問(wèn)題是GPS高程轉(zhuǎn)換的方法及轉(zhuǎn)換的精度，目的是為了推動(dòng)GPS技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造更為廣闊的應(yīng)用前景。

1 GPS高程轉(zhuǎn)換的基本操作原理及相關(guān)注意事項(xiàng)

想要開展GPS高程轉(zhuǎn)換工作，首先就需要了解轉(zhuǎn)換操作的基本原理，了解操作時(shí)應(yīng)當(dāng)注意哪些問(wèn)題，這樣才能達(dá)到事半功倍的效果。

1.1 基本內(nèi)容及原理

我國(guó)高程系統(tǒng)普遍采用正常高系統(tǒng)，傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量獲取結(jié)果是基于大地水準(zhǔn)面的正常高。但是，從GPS測(cè)量工作方面看，通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)探測(cè)到的地面高程信息主要是基于WGS-84參考橢球的大地高。與地質(zhì)勘察工作、城市基礎(chǔ)建設(shè)、軍事建設(shè)等方面對(duì)高程數(shù)據(jù)的需求之間有一定的差異性。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，技術(shù)人員想要應(yīng)用先進(jìn)的科技手段完成地面高程的定位測(cè)量工作，就必須要掌握科學(xué)轉(zhuǎn)換GPS高程數(shù)據(jù)的基本方法。在具體轉(zhuǎn)換過(guò)程中，技術(shù)人員需要掌握GPS高程的計(jì)算公式，通過(guò)信息技術(shù)手段方便快捷的完成GPS高程轉(zhuǎn)換工作。這樣還可以有效降低GPS高程轉(zhuǎn)換過(guò)程中的誤差問(wèn)題，降低技術(shù)人員的工作壓力。

1.2 相關(guān)注意事項(xiàng)

在具體進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換工作時(shí)，還有一些注意事項(xiàng)需要遵守。首先，就是該項(xiàng)操作對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)工作能力要求比較高，需要技術(shù)人員不斷總結(jié)個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)，積極參加集體培訓(xùn)工作，提高自身的技術(shù)操作能力。從而掌握先進(jìn)的信息技術(shù)的操作方法，達(dá)到GPS高程轉(zhuǎn)換的目的。同時(shí)，在具體的轉(zhuǎn)換研究工作中，需要加大資金技術(shù)投入引進(jìn)相應(yīng)的工作設(shè)備，包括衛(wèi)星接收裝置，計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)。這樣才能及時(shí)接收GPS信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合人們使用需求的數(shù)據(jù)信息。此外，不同的自然天氣情況以及技術(shù)人員對(duì)信號(hào)接收站位置的選擇，都會(huì)影響GPS測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這需要技術(shù)人員引起重視。

2 介紹常見的GPS高程轉(zhuǎn)換模型設(shè)置方式

目前，基于我國(guó)科技信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換工作時(shí)，技術(shù)人員通常都會(huì)選擇使用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立高程模型，以便于分析出GPS高程轉(zhuǎn)換工作是否科學(xué)合理，本文就對(duì)常見的幾種轉(zhuǎn)換模型的設(shè)置方式進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

2.1 數(shù)學(xué)模型設(shè)置

在我國(guó)長(zhǎng)期的科技發(fā)展過(guò)程中，使用的最普遍的一種GPS高程轉(zhuǎn)換方法就是利用GPS探測(cè)到的數(shù)據(jù)信息來(lái)建立數(shù)學(xué)模型。具體操作方法為：將GPS探測(cè)到的物體坐標(biāo)數(shù)值代入到相關(guān)數(shù)學(xué)計(jì)算公式當(dāng)中，然后由技術(shù)人員應(yīng)用信息技術(shù)手段進(jìn)行計(jì)算求解。最后，利用數(shù)據(jù)結(jié)果就可以建立出數(shù)學(xué)模型。一般情況下，為了保證GPS高程轉(zhuǎn)換工作的順利開展，技術(shù)人員在測(cè)量時(shí)會(huì)在GPS水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)點(diǎn)中選擇6個(gè)以上均勻分布的點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)值求解工作。通過(guò)這種方法，技術(shù)人員還可以分析出高程數(shù)據(jù)信息是否存在異常情況，以提高GPS高程轉(zhuǎn)換工作的質(zhì)量和效率。建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換是應(yīng)用效率較高的一種傳統(tǒng)技術(shù)手段，其受到了許多技術(shù)人員的一致認(rèn)可。但是，由于我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)形狀并不規(guī)則，同一區(qū)域內(nèi)的水平面及高度等數(shù)據(jù)方面都會(huì)存在一定的差異。這就導(dǎo)致技術(shù)人員在使用單一的數(shù)學(xué)模型時(shí)，無(wú)法滿足新時(shí)期GPS高程轉(zhuǎn)換工作對(duì)精度的基本要求。針對(duì)這方面的問(wèn)題，技術(shù)人員必須要具備創(chuàng)新意識(shí)及能力，積極總結(jié)自身的工作經(jīng)驗(yàn)，分析出現(xiàn)階段存在的實(shí)際問(wèn)題及產(chǎn)生問(wèn)題的具體原因，從中年研究出優(yōu)化高程轉(zhuǎn)換方法的可行措施。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是在時(shí)代發(fā)展背景下誕生的一種新型技術(shù)手段，可以處理系統(tǒng)內(nèi)難以解析的規(guī)律性。不過(guò)，由于我國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用起步比較晚，因此還存在許多不足之處需要完善。在實(shí)際進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換工作時(shí)，必須要對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行知識(shí)技能的培訓(xùn)工作，確保技術(shù)人員能夠掌握該模型的建設(shè)技巧，以此來(lái)保證該模型的應(yīng)用價(jià)值能夠得到充分的發(fā)揮。在這種新型高程模型的建立過(guò)程中，操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就在于技術(shù)人員可以利用信息技術(shù)手段預(yù)先處理GPS數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的操作。同時(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)學(xué)習(xí)參數(shù)：分別是網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)誤差和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展常數(shù)。在高程轉(zhuǎn)換操作過(guò)程中，對(duì)于這兩個(gè)參數(shù)的選取將會(huì)直接影響網(wǎng)絡(luò)輸出的最終結(jié)果，進(jìn)而影響高程轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)度。

3 結(jié)合實(shí)際案例分析高程轉(zhuǎn)換的精度

3.1 實(shí)際案例

為了分析GPS高程轉(zhuǎn)換模型的精度，本文所選某測(cè)區(qū)南北長(zhǎng)約4.1km，東西寬約3.5km。從實(shí)際勘察結(jié)果來(lái)看，該區(qū)域內(nèi)地物豐富，區(qū)域北部起伏較大，其他地方地勢(shì)相對(duì)平坦。區(qū)域內(nèi)共設(shè)置了26個(gè)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)點(diǎn)，平面坐標(biāo)按D級(jí)GPS網(wǎng)的測(cè)量要求施測(cè)，高程用三等幾何水準(zhǔn)進(jìn)行了聯(lián)測(cè)。為了方便觀察數(shù)據(jù)測(cè)量情況，技術(shù)人員將GPS聯(lián)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位繪制成圖像信息來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析，如圖1所示。

結(jié)合圖像信息對(duì)本文介紹的兩種GPS高程轉(zhuǎn)換方法的精度進(jìn)行對(duì)比分析工作時(shí)，為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從區(qū)域四周及中間選取13個(gè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)參與計(jì)算，圖1中用“ 表示。剩余13個(gè)點(diǎn)作為模型的外部檢查點(diǎn)，圖1中用“○”表示。然后統(tǒng)計(jì)各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換情況，通過(guò)取平均數(shù)的方式測(cè)量誤差。

3.2 精度分析

結(jié)合具體的案例進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換工作，技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方式開展GPS高程轉(zhuǎn)換工作時(shí)，13個(gè)檢測(cè)點(diǎn)當(dāng)中的殘差絕對(duì)值最大為0.045m，最小為0.007m。綜合所有的檢測(cè)點(diǎn)取平均值來(lái)計(jì)算，這種高程轉(zhuǎn)換方法可以將誤差控制在±0.035m，應(yīng)有效果良好。而利用新型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型檢測(cè)點(diǎn)的殘差絕對(duì)值最大為0.058m，最小為-0.003m。雖然新型轉(zhuǎn)換方法在絕對(duì)值的數(shù)據(jù)方面差異較大，但是綜合平均統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，該方法可以將轉(zhuǎn)換的誤差控制在±0.014m。這就表示，各種高程轉(zhuǎn)換方法都有各自的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及不足之處。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，技術(shù)人員想要有效提高GPS高程轉(zhuǎn)換工作的精準(zhǔn)度，就必須要學(xué)會(huì)科學(xué)融合不同方式的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。實(shí)踐表明，這種綜合研究的新方法還能夠提高GPS高程轉(zhuǎn)換工作的效率，降低操作的難度，讓轉(zhuǎn)換工作更加科學(xué)化和合理化。

3.3 精度優(yōu)化研究

在進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換精度優(yōu)化研究工作時(shí)，最主要的方法就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)渠道與其他國(guó)家進(jìn)行技術(shù)交流探討。在這個(gè)過(guò)程中，工作人員不能一味吸取其他國(guó)家先進(jìn)的技術(shù)操作方法，還需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地形情況和基礎(chǔ)設(shè)備的配置情況進(jìn)行合理的選擇。比如，有些經(jīng)濟(jì)較為落后的地區(qū)沒(méi)有條件使用高新技術(shù)手段建立GPS高程轉(zhuǎn)換模型。在這種情況下，除了要調(diào)整工作方案之外，當(dāng)?shù)卣€應(yīng)當(dāng)出臺(tái)相應(yīng)的扶持政策，為GPS高程轉(zhuǎn)換工作提供資金及技術(shù)的支持，以此來(lái)推動(dòng)轉(zhuǎn)換工作的有序運(yùn)行。從而充分發(fā)揮出GPS技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，解決現(xiàn)階段存在的具體問(wèn)題。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，GPS高程精度的優(yōu)化工作需要與我國(guó)的科技信息技術(shù)發(fā)展情況結(jié)合起來(lái)，這是時(shí)代發(fā)展的必然要求，也是優(yōu)化創(chuàng)新工作的基本方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換方法的研究工作中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，不同的方法有各自的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因此，想要提高轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)度就應(yīng)當(dāng)將各種方法當(dāng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，建立多個(gè)模型圖，達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用。在具體的操作過(guò)程中，還涉及到對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用，基于此，除了要提高設(shè)計(jì)人員的工作能力之外，還應(yīng)當(dāng)加大資金技術(shù)投入引進(jìn)計(jì)算機(jī)工作設(shè)備。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)渠道積極開展創(chuàng)新研究工作，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，科學(xué)吸取其他國(guó)家先進(jìn)的技術(shù)操作經(jīng)驗(yàn)，以保證我國(guó)GPS高程轉(zhuǎn)化工作的順利開展。

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