前言
RTK使用CORS可以直接测量2000大地坐标,能满足很多项目平面测量需求,CORS测量的高程是2000大地高,而我国高程统一使用1985高。经常有朋友问,没有85高控制点(水准点),如何把CORS测量的高程转为85高?
2000大地高转85高,大概有3种方法:
1.找测区周边85高控制点计算高程拟合参数转换
2.找CORS主管部门转换
3.基于EGM2008大地水准面模型转换
本文针对第3种方法详细说明,根据经验,基于EGM2008直接转换,精度大约50cm,若有已知水准点参与拟合,精度可以达到5cm以上。我找了一份RTK接CORS测量的地形点数据,分别演示没有水准点和水准点有两种情况,把2000大地高转为85高操作步骤。
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2000大地高转换为85高操作步骤
没有85高控制点
A1.准备待转换数据及高程异常计算工具
A2.计算高程异常。
A3.使用高程异常拟合参数把2000大地高转为85高。
A4.转换完成
周边有85高控制点
B1.准备待转换数据及高程异常计算工具
B2.计算高程异常拟合参数。
B3.使用高程异常拟合参数把2000大地高转为85高。
B4.转换完成
A1
准备待转换数据及高程异常计算工具
坐标高程数据
一共5000个点,在Excel表格里打开如下图所示:
依次是点名、北坐标、东坐标、2000大地高
EGM2008高程异常计算工具
输入经纬度坐标计算高程异常值,有两个工具可选:
1)Alltrans EGM2008 Calculator。
2)高程异常网页版计算工具。
EGM2008相关概念详见【补充12-16】
EGM2008高程异常计算工具详见【补充17-18】
A2
使用EGM2008计算高程异常
任意选择测区内一个点P1坐标(111.43943119,26.388367),使用Alltrans EGM2008 Calculator计算高程异常。
Alltrans EGM2008 Calculator计算P1高程异常为:-18.437米
A3
用高程异常把2000大地高转为85高
高程转换原理及方法详见【补充9-11】
为方便理解原理,本文演示使用Excel进行高程转换,其他高程转换工具详见【补充19-21】
这5000个地形点所处区域地势相对平坦,普通工程测量高程异常值可视为一个固定值,在Excel里把所有点高程,统一减去高程异常。
85高=2000大地高-高程异常
A4
转换完成
如下图依次是点名、北坐标、东坐标、“85高”。
转换精度说明:
无已知水准点直接转换精度约50cm,是我根据多地数据测试经验得到的,实际误差可能更大或更小。
B1
准备待转换数据及高程异常计算工具
高程基本概念详见【补充1-8】
1.1 坐标高程数据
一共5000个点,在Excel表格里打开如下图所示:
依次是点名、北坐标、东坐标、2000大地高
1.2 测区之外的任意1-3个水准点。
已知水准点用于计算高程异常综合改正数,可提高转换精度。
已知水准点信息
点名A
1985高程613.986米;
CGCS2000坐标高程为(26°45′46.1908″, 111°47′46.1908″, 596.77)。
1.3 EGM2008高程异常计算工具
输入经纬度坐标计算高程异常值,有两个工具可选:
1)Alltrans EGM2008 Calculator。
2)高程异常在线计算工具。
EGM2008相关概念详见【补充12-16】
EGM2008高程异常计算工具详见【补充17、18】
B2
计算高程异常拟合参数
2.1计算A点高程异常综合改正数。
高程异常综合改正数【补充24】
1)计算A点CGCS2000与85高程异常
高程异常=2000大地高-85高
A点高程异常=596.77-613.986=-17.216米
2)计算A点WGS84与EGM2008高程异常
Alltrans EGM2008 Calculator只支持度格式经纬度坐标,需要把度分秒格式转为度,A点度格式(111.79616411,26.762831)
使用Alltrans EGM2008 Calculator计算A点高程异常为:-17.632米
3)计算A点高程异常综合改正数
高程异常综合改正数,包含不同似大地水准面高程基准偏差、以及不同大地高偏差及其他偏差的改正数。
高程异常综合改正数 = 高程异常2000-85 – 高程异常2008-84
A点高程异常综合改正数
=(-17.216)-(-17.632)
= 0.416
2.2 使用EGM2008计算高程异常
任意选择测区内一个点P1坐标(111.43943119,26.388367),使用Alltrans EGM2008 Calculator计算高程异常。
Alltrans EGM2008 Calculator计算P1高程异常为:-18.437米
2.3计算测区高程异常拟合参数
高程异常拟合参数= 高程异常 + 高程异常综合改正数。
P1点高程异常拟合参数= P1高程异常 + A点高程异常综合改正数。
= (-18.437) + (0.416)
= (-18.021)
B3
用高程异常拟合参数把2000大地高转为85高
高程转换原理及方法详见【补充9-11】
这5000个地形点所处区域地势相对平坦,普通工程测量高程异常值可视一个固定值,在Excel里把所有点高程,统一减去P1高程异常拟合参数。
85高=2000大地高-高程异常
为方便理解原理,此处演示用Excel进行高程转换,其他高程转换工具详见【补充19-21】
B4
转换完成
如下图依次是点名、北坐标、东坐标、“85高”。
转换精度说明:
有水准点参与转换精度约5cm,是我根据多地数据测试经验得到的,实际误差可能更大或更小。转换精度由多种因素决定,提高精度的方法参考【补充23-24】。
欢迎继续往下看
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补充目录
补充1.高程概念示意图
补充2.正高/大地水准面
补充3.正常高/似大地水准面
补充4.大地高/参考椭球面
补充5.高程异常
补充6.85高
补充7.2000大地高
补充8. 2000大地高与85高区别
补充9. 2000大地高如何转换为85高?
补充10. 2000大地高转85高高程异常如何获取?
补充11. 使用高程异常把2000大地高批量转为85高方法
补充12. EGM2008大地水准面模型由来
补充13. EGM2008大地水准面模型图
补充14. EGM2008用在测绘行业的意义
补充15. EGM2008大地水准面模型文件
补充16. EGM2008模型格网分辨率选择及内插算法选择
补充17. EGM2008高程异常桌面端计算软件
补充18. EGM2008高程异常在线计算
补充19. 高程转换软件_GnssLevelHight
补充20. 高程转换软件_COORD GM(坐标转换工具)
补充21. 高程转换软件_RTK手薄软件。
补充22.高程异常综合改正数
补充23.影响转换精度的因素有哪些?
补充24.如何提高转换精度?
补充01
高程概念示意图
高程是大地测量很重要的一个基本概念,注册测绘师考试每年都有一个单选题,为方便理解,我找了一张珠峰高程概念示意图。
2020.12.8,中国、尼泊尔两国向全世界正式宣布,珠穆朗玛峰的最新高程为8848.86米。
如图所示,8848.86米,测算的是珠峰峰顶雪面。
绿色曲线是参考椭球面,对应的是雪面大地高。
紫色曲线是似大地水准面,对应的是雪面正常高。
粉色曲线是大地水准面,对应的是雪面海拔高。
补充02
正高/大地水准面
大地水准面是地球天然存在的重力等位面,表面略有起伏的不规则球面。
大地水准面是正高的起算面,地面点沿重力线到大地水准面的距离就是正高。
正高在实际测量中几乎不用。
公开数据只用过一次
8848.86米
珠峰高程为何采用全球高程基准?
这是因为两国高程测量基准不同。我国采用的是基于黄海海平面的国家高程基准,尼泊尔采用的则是基于孟加拉湾平均海平面的高程基准。全球高程基准是根据全球的海平面得到的高程基准,由相关国际组织发布,具有权威性。
科普:珠穆朗峰位于中国与尼泊尔的国界线上。
补充03
正常高/似大地水准面
似大地水准面,在海洋上与大地水准面一致,在陆地上有差别,自然界中不存在,为测量计算方便,约定的一个表面略有起伏的不规则球面,无限接近于大地水准面。
似大地水准面是正常高的起算面,地面点沿重力线到似大地水位面的距离称为正常高,
我国目前采用的法定高程系统就是正常高。
不同的似大地水准面,高程基准不一样,在同一个点上高程会略有差异。
补充04
大地高/参考椭球面
参考椭球面自然界中不存在,为测量计算方便,人为指定的表面光滑的参考椭球面。
参考椭球面是大地高的起算面,从地面点沿法线到我们采用的参考椭球面的距离就是大地高。
常见的大地高有WGS84的大地高和CGCS2000的大地高。另外CGCS2000和WGS84两者的大地高也有细微差异。
使用RTK接CORS直接测量的高程就是大地高。
CORS账号8001端口对应ITRF2008,8002端口对应WGS84,8003端口对应CGCS2000。
RTK使用CORS账号时
端口配置为8002,RTK测量的高程就是84大地高
端口配置为8003,RTK测量的高程就是2000大地高
补充05
高程异常
参考椭球面与似大地水准面之间的差值。
高程异常值计算公式:
高程异常值=大地高 -正常高
ζ=H-h
例如:大地高为1573.00米,正常高为1587.00米,
高程异常为:
ζ=H-h=1573-1587=-12m
高程异常为ζ=-12m。
补充06
85高
1985国家高程基准是我国现行的法定高程基准。
采用青岛验潮站1952~1979年的验潮资料,建立了1985国家高程基准。在观象山上建立永久水准原点,水准原点高出黄海平均海水面72.2604米。
依据“1985国家高程基准”推算国家水准网中各水准点的高程,作为全国的统一的高程控制系统。
为了区分1956黄海高程基准,称为1985国家高程基准,简称85高。
1985国家高程基准与1956黄海高程基准换算:
1985国家高程=1956年黄海高程-0.029(米)
所有工程建设控制点高程几乎都是85高。
补充07
2000大地高
高程起算自CGCS2000参考椭球表面。
使用RTK接CORS账号测量,端口配置为8003,RTK测量的高程即2000大地高
补充08
2000大地高与85高区别
2000大地高是椭球高,85高是正常高。
补充09
2000大地高如何转换为85高?
根据高程异常计算公式:
高程异常=大地高-正常高=2000大地高-85高
可知:85高=2000大地高 -高程异常。
因此,如果有高程异常,即可把2000大地高转换为85高。
例如:已知B点所在区域200085高程异常为-8.23米,B点使用CORS测量的2000大地高为1583米
根据公式计算 B的正常高为:
hB=HB-ζB=1583-(-8.23)=1591.23米
需要注意的是:高程异常值并不是一个固定值。
补充10
2000大地高转85高高程异常如何获取?
1)使用CORS测量已知85高控制点,根据公式计算,
精度有保障,如果现场没有85高控制点无法计算。
2)使用EGM2008大地水准面模型计算测区高程异常推算。
不依赖控制点,可计算全球任意点位高程异常值。
使用EGM2008有两点需考虑:
(1) EGM2008与85高两者似大地水准面高程基准有细微偏差;
(2) EGM2008参考椭球是WGS84,WGS84与CGCS2000坐标之间大地高的细微偏差。
补充11
使用高程异常把2000大地高批量转为85高方法
1)小范围内,地形平整。
高程异常值可视为一个固定值。
根据计算公式,在Excel里把所有点高程数据统一减去高程异常值,即可得到85高。
2)大范围测量,地形起伏高差较大。
高程异常值不是一个固定值,有两种转换方法。
(1)分别计算每一个点的高程异常,再根据高程异常值计算公式,把2000大地高转85高,基本不用。
(2)选取有代表性的点,借助第三方坐标转换工具,先计算高程拟合参数,再利用拟合参数把2000大地高转85高。可选工具有:Coord GM、RTK手薄软件等其它坐标转换软件。
补充12
EGM2008大地水准面模型由来
EGM2008是地球重力模型2008的简称。
它是 EGM96和 EGM84的继承者,由美国国家地理空间情报局(NGA)技术研究院 EGM 开发团队于2008年4月发布的最新一代全球超高阶地球重力场模型。该模型采用了GRACE卫星跟踪数据、卫星测高数据和地面重力数据等数据,提供的成果包括:2190阶次的全球重力场模型;全球5’x5’网格重力异常;全球1’x1’、5’x5’、25’x25’网格大地水准面;全球5’x5’网格垂线偏差。
补充13
EGM2008大地水准面模型图
EGM2008大地水准面模型图揭示全球高程异常变化规律,下图中红色区域高程异常为正,黄绿色过渡区域高程异常接近于0,蓝色区域高程异常为负。
根据此图发现中国除了东北、东部沿海区域外,大部分区域高程异常都是负的。
经常使用RTK测量的朋友们,可以看看自己RTK手薄计算转换参数后,高程拟合参数改正值,是否与此图自己所在区域趋势相匹配。
补充14
EGM2008用在测绘行业的意义
1)在长距离水准测量中,可用于辅助检查水准测量的数据质量
2)通过该模型计算全球任意点位WGS84大地高与EGM2008似大地水准面高程之间的高程异常值,再结合其他数据,进而推算2000大地高与85高与之间的高程异常值,把2000大地高转为85。
3)RTK接CORS测量时,手薄APP加载EGM2008,可把RTK实时测量结果由2000大地高实时转为正常高
4)RTK接CORS测量时,把2000大地高实时转为正常高,高程精度要求不高的项目可以勉强使用。如果加上少量85高控制点拟合,即可得到精度较高的85高。
5)RTK接CORS测量时,手薄APP加载EGM2008,使用少量85高控制点参与计算即可显著提高远距离、大范围作业高程拟合精度参数精度。
补充15
EGM2008大地水准面模型文件下载
主要有两个版本,一个是NGA官方发布的,一个是天宝定义的格式文件。
1)NGA的EGM2008
文件没有后缀名。
分辨率1′的模型文件有2中格式,分别为:
Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree 1’x1′ Database (Big Endian )
Und_min1x1_egm2008_isw=82_WGS84_TideFree_SE 1’x1′ Database (Small Endian )
EGM2008数据官?下载地址:
http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008/egm08_wgs84.html
2)天宝格式的EGM2008
天宝定义了自已的大地水准面格网模型文件格式,其扩展名为GGF (Geoid Grid File),该文件为二进制文件,具有较高的压缩率。天宝官网提供了常用Geoid Grid File 的下载,格网分辨率有2.5′和1′两种。
来源:GIS前沿
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