高程異常

高程異常：似大地水準面至地球橢球面的高度。高程異常值可在國家測繪部門存有的高程異常圖中查取。

公式：ξ=H-h，其中H是大地高，h是正常高。

大地水準面是一個物理面，相當於地球讓完全靜止的海水所包圍的一個曲面。大地水位面是正高的起算面，地面點沿重力線到大地水準面的距離就是正高。 ^[1] 

似大地水準面是正常高的起算面，在海洋上同大地水準面一致，在陸地上有差別，地面點沿重力線到似大地水位面的距離稱為正常高，我國目前採用的法定高程系統就是正常高系統。

參考橢球面是大地高的起算面，從地面點沿法線到我們採用的參考橢球面的距離就是大地高。採用不同的參考橢球面就得到不同的大地高。若知道某點的大地高H和高程異常ξ，則可以求出某點的正常高h正常高。精確求定高程異常ξ，就是對似大地水準面的精化，按一定的分辨率精確求定高程異常ξ值。

傳統求定高程異常ξ值的方法是外業獲取的大地測量工作者沿着一等三角鎖段佈設天文重力水準路線，利用天文重力水準的方法計算出高程異常ξ，再利用水準聯測三角點，求出三角點的正常高h_正常高，依據公式H=h_正常高+ξ，求出各三角點的大地高。因此，求取三角點的大地高付出的代價是巨大的。

現代GPS定位技術，點位大地高與座標可直接求出，只要在一個區域內聯測國家水準點和三角點，精確確定高程異常ξ，就可以求出正常高h_正常高。具體的方法歸納為幾何法、重力法和重力與幾何聯合法。目前是GPS水準確定的高精度但分辨率較低的幾何大地水準面作為控制，將重力學方法確定的高分辨率但精度較低的重力大地水準面與之擬合，精化局部大地水準面，求定高程異常ξ,它主要是改正高程異常的中長波段部分。亦可通過地形改正的算法改正高程異常的短波部分，提高GPS轉換精度。對於西南山區，考慮地形起伏的影響，先建立山區數字高程模型（DEM），以它作為基礎計算高程異常的短波分量，精確計算高程異常ξ值，從而提高GPS高程轉換精度。

西南山區的水利工程大多位於高山峽谷之間，地形起伏非常大，河流規劃和庫區控制網為帶狀控制網，主要考慮高程點的絕對點位和相對點位，因此主要應用高程異常差進行GPS高程轉換。不同範圍大小的DEM對測區高程異常差的影響也不一樣。 ^[2] 

對於平原和丘陵地區，DEM計算區域大於（40+40）×（40+40）格網面積時，高程異常差的變化很小；在高山地區，隨着參與計算的DEM範圍增大，給高程異常差帶來的影響會越來越小。實踐證明在平原和丘陵地區，要求參與計算高程異常的DEM區域範圍比測區四周大10km以上，而在西南山區就大於18km。

GPS水準點的選址也是高程異常的重要影響因素。在地形起伏較大的地方，地形點高差大，引起的高程異常差變化大。因此GPS水準點應當選取在高程相近的地方，有利於減弱地形起伏給高程異常差帶來的影響，提高高程轉換精度。

參考橢球面也是高程異常的影響因素。我國使用的座標系統有1980西安座標系和1954北京座標系。GPS能夠精確地測出地面點在WGS一84座標（美國國防部1984年世界大地座標系）中的三維座標X，Y，Z，經系統轉換可以得到地面點在局部座標系中的大地高。1980西安座標系與我國的似大地水準面密合的較好，高程異常值較小；1954座標系與我國的似大地水準面密合的較差。且在同一座標系中，隨着經度的增加，高程異常值逐漸小幅度增大，高程異常值自西向東有逐漸增大的趨勢。所以在高山地區，為了與國家座標系一致且高程異常值最小，建議採用1980西安座標系橢球參數。

2008年7月1日啓用2000國家大地座標系，並要求現有測繪成果逐步轉換到2000國家大地座標系。 ^[3]