没有控制点如何把CORS测的2000大地高转为85高？（附软件下载）

GIS前沿

编者荐语：

文末有软件及文档下载连接。

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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文中不足的地方欢迎留言讨论

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数据官⽅下载地址：

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。

官方下载链接：

https://www.trimble.com/globalTRL.aspx?Nav=Collection-22914

Trimble Grid Factory

天宝提供的⼀款免费的转换管理工具用于裁切、查看和分析GGF文件。

官方下载连接

https://www.trimble.com/globalTRLTAB.aspx?Nav=Collection-37882

补充16

EGM2008模型格网分辨率选择及内插算法选择

格网分辨率有1′x1′、2.5′x2.5′、5′x5′、10′x10′。

Alltrans EGM2008 Calculator内插方法有4种：

Bi-Quadratic、Bi-Linear、Triangulation、Nearest Neighbor。

为测试不同分辨率和内插方法对高程异常计算精度的影响，我测试了1份数据测试。数百公里带状项目，沿线均匀分布85高控制点，随机抽取其中14个点，计算2000大地高与85高高程异常值，再采用EGM2008计算器计算高程异常值，具体如下表。

1）采用格网分辨率1′模型计算高程异常

2）采用格网分辨率10′模型计算高程异常

3）由此可见，使用1′x1′格网模型不同内插方法得到值差异小于10′x10′，内插方法Bi-Quadratic得到的高程异常值更贴近实地高程异常变化趋势。

补充17

EGM2008高程异常桌面端计算软件

软件名称 Alltrans EGM2008 Calculator

NGA官方发布的高程异常计算器，软件主要功能有：1.根据经纬度坐标计算指定点的高程异常值；2.切割EGM2008大地水准面模型文件。3.批量导入点计算高程异常值。

预置4种内插算法（Bi-Quadratic、Bi-Linear、Triangulation、Nearest Neighbor），输入经纬度坐标（度格式），点击计算输出4种内插算法的高程异常值。

软件自带10′x10′的模型文件，也可加载NGA发布的EGM2008 1′x1′分辨率模型文件计算。

补充18

EGM2008高程异常在线计算

Online geoid calculations

输入经纬度坐标，即可计算高程异常值。

网址：

https://geographiclib.sourceforge.io/cgi-bin/GeoidEval?input=26%B046%2733%22N+103%B00.6%27E&option=Submit

补充19

高程转换软件_GnssLevelHight

核心模块采用MATLAB程序语言编写（使用时需要安装MATLAB软件）。

加载NGA发布的EGM2008 1′x1′分辨率模型文件计算。

转换时需提供转换区域周围3-5个水准点，通过这几个点计算CGS2000与WGS84大地高&EGM2008与85高似大地水准面高程基准&其他偏差，故而可以实现优于5cm拟合精度。

补充20

高程转换软件_COORD GM(坐标转换工具)

加载EGM2008文件，坐标转换时勾选高程拟合，即可把RTK接CORS测量的大地高转为正常高。

加载天宝定义的EGM2008.ggf文件，可选1′或2.5′分辨率模型文件计算。

补充21

高程转换软件_RTK手薄软件

RTK手薄软件是很强大的坐标转换工具

目前国内主流RTK手薄软件都支持加载EGM2008文件。

使用天宝发布的EGM2008.ggf。

RTK手薄软件加载EGM2008.ggf，主要有4个用途：

1）将坐标数据以大地坐标经纬度格式形式输入导入手薄，软件会自动把大地高转为正常高，绝对高程精度要求不高的项目可以勉强使用。

2.RTK接CORS测量时，把RTK实时测量结果由2000大地高实时转为正常高，绝对高程精度要求不高的项目可以勉强使用。

3.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。

4.基于该模型文件，使用少量85高控制点即可显著提高远距离大范围作业2000大地高转85高拟合参数精度。

补充22

高程异常综合改正数

高程异常综合改正数主要包含：CGS2000与WGS84大地高偏差+EGM2008与85高似大地水准面高程基准偏差+其他偏差。

根据多地数据测试经验，一个区域内&相同CORS，高程异常综合改正数基本是同一个值。

高程异常综合改正数精度，直接决定了2000大地高转到“85高”的精度。

综合改正数计算方法：

通过使用CORS测量已知水准点计算高程异常ζ2000-85，再用EGM2008计算器计算高程异常ζ84-2008，可计算高程异常综合改正数。

计算公式：

高程异常综合改正数 = ζ(2000-85) - ζ(84-2008)

水准点高程精度、RTK测量大地高精度决定高程异常综合改正数计算精度，如果测区有多个水准点，可分别计算后取平均值，得到高程异常综合改正数。

补充23

影响转换精度的因素有哪些

根据误差传播的定律，数据采集及处理的每一个环节都会存在误差，主要从以下几个方面考虑：

1）85高程与EGM2008高程基准偏差

不同的似大地水准面高程参考基准点不一致，85高与EGM2008两者似大地水准面高程基准偏差，这个偏差可以自己推算，具体方法如下：

准备多个水准点，使用RTK接CORS（CORS账号8002端口对应WGS84）测量水准点大地高计算高程异常，再利用Alltrans EGM2008 Calculator计算高程异常，即可算出两者系统差异。

2）WGS84与CGCS2000两者大地高偏差

现在大部分CORS播发的是CGCS2000，EGM2008参考椭球是WGS84，CGCS2000大地高与WGS84大地高有细微偏差。

3）RTK接CORS测量2000大地高精度。

（1）RTK自身精度

RTK技术参数高程精度1.5cm+1ppm（前提条件是空旷无遮挡环境，电离层稳定），在遮挡环境或电离层活跃时精度会明显降低。

（2）CORS播发的2000大地高高程差异

对当地CORS和全国CORS进行对比，发现同样是CGCS2000，空旷无遮挡环境，测通一个点高程和平面会有几厘米的偏差。

（3）CORS播发高程精度。

实际测试发现使用CORS反复测量同一个点，高程会有几厘米的跳动，并且早上稳定性优于下午。

（4）对中杆真实杆高、主机相位中心参数正确。

补充24

如何提高转换精度？

1.EGM2008计算高程异常时，建议使用1′分辨率模型文件，内插方法选择Bi-Quadratic。

2.选择已知水准点时，尽量选择空旷无遮挡区域。

3.测量时尽量使用同一个CORS系统，分别测量目标区域和“已知水准点”，避免不同CORS系统大地高偏差带来的影响。

4.测量已知水准点可以选择在早上，增加观测次数，计算平均值以获得点位更准确的2000大地高高程值。

5.仪器操作方法，外业测量时，务必选择正确杆高类型、对应的GNSS主机天线参数、以及输入正确的杆高。

相关工具以及文档下载连接

链接：http://m.ys168.com/rtkjc#/p/1978812

密码：2000

声明：

珠穆朗玛峰高程测量内容参考《人民日报》( 2020年12月09日 15 版)

本文目的是给大家提供一种高程转换的思路方法及原理。

实际测绘生产作业请使用当地85高控制点进行高程转换。

因测绘数据属于保密数据，文中坐标高程数据除公开数据外其余均为虚构的。

- END -

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