考古測量是田野考古工作中記錄遺存信息的重要手段之一，主要包括對考古遺存所處地形地貌的實地勘測和對考古工作中所見遺跡、遺物三維坐標的測量^①，而隨著GPS技術的發展，利用RTK測量逐漸取代傳統的測量手段，最近幾年網絡RTK（CORS）技術更加簡便，大大降低了考古隊員的學習成本，被廣泛應用，我所近兩年也已在各個考古工地中全面普及。

但以GPS技術為基礎的RTK測量，測得的高程數據卻不是我們日常接觸的海拔高程，與文物資料中記錄的高程有異，常令考古隊員感到疑惑，本文將解釋海拔高度與GPS高程的區別與關系。

一、概念與區別

海拔高程即正常高，為地面起算點（待測點）與似大地水準面的高度差（其中似大地水準面為一個很接近大地水準面的計算面，在海洋上二者是重合的，在平原地區相差不過幾厘米，高山地區最多相差2米），我國的水準原點設在青島市觀象山上，觀測的是黃海平均海平面，在地形圖中標有“1956年黃海高程”，即表示1950~1956年期間青島驗潮站推算的黃海平均海面；標有“1985國家高程基準”，即表示1952~1979年期間青島驗潮站推算的黃海平均海面，其中1956黃海高程為72.289m，1985國家高程基準為72.260m^②。

GPS高程為大地高，是在全球地心坐標系（WGS84或國家2000）上進行的，為地面待測點沿著參考橢球面的法線到參考橢球的距離，全球地心坐標系統是為GPS使用而設計的坐標系，坐標原點為地球質心，它采用一個十分近似于地球自然形狀的參考橢球作為描述和推算地面點位置和相互關系的基準面，與水準面無關且并不重合。

圖一  WGS84地心坐標系統

海拔高度與GPS高度的關系如下圖所示，其中海拔為h，大地高為H，則有H=h+ζ，ζ為高程異常，海拔高程與GPS高程的轉換實質是求解出高程異常值。

圖二  海拔高程與大地高的關系

大地水準面與參考橢球面二者都不是簡單平滑的曲線，由于地球質量分布不均，在不同的區域、不同的地質條件下，高程異常值都不一樣，若需要通過RTK測得的高程轉換成海拔高程，則需要求知當地的高程異常值。

二、獲取海拔高程的方式

利用GPS獲取海拔主要是建立數學模型進行高程擬合來得到海拔高。

GPS高程擬合實質為:首先，聯測GPS網中部分水準點，該部分水準點為已知點，利用它們的正常高和大地高算出其高程異常值；其次，利用已知點的高程異常值與它們坐標的關系，利用最小二乘法擬合出測區的似大地水準面；最后，利用擬合的似大地水準面，內插得到GPS 網中未知點（檢核點）的高程異常值，求出未知點的正常高^③。

在實際情況下，將大地高轉換為正常高的運算過程中沒有統一嚴密的數學公式，GPS高程擬合方法也有很多，常用的有曲線擬合法、曲面擬合法、神經網絡法、平面擬合法等^③，在此不過度展開，需要注意的是，只有在高精度測量時才需要做擬合計算，在精度要求不高且小范圍測量時，可以不進行多個已知點的擬合計算，直接由測區內已知水準點的高程異常值推算即可。簡而言之，若遺址或遺址周邊有已知的水準點，那么可以用該已知點的海拔高與RTK測得的高程求算出高程異常，再推算出該遺址任一點的海拔高程。

通常需要向當地國土相關部門獲取測區內已知水準點的海拔高程或當地的高程異常值，也可以從已知地形圖中找到水準點來獲取海拔高程。

三、總結

綜上所述，我們可以得到幾點：1）RTK測得的高程與海拔高程不一致并非“錯誤”，只是用的不同的參考面，且RTK無法直接測得海拔高程；2）如若需要求知測區的海拔高度，必須在測區內有已知的水準點海拔，小范圍內可以由單個已知點直接求算出該地區的高程異常值從而求解出海拔高程；3）若測區內無已知水準點，則應說明所用的高程系統，標明為大地高系統。

參考：

1.鄒秋實,《RTK與全站儀在考古測量工作中的應用與探討》，南方文物 ，2015·4月

2.潘正風 楊正堯 程效軍 成樞 王騰軍,《數字測圖原理與方法》，武漢大學出版社，2004年，P20

3.王雪林 李楠,《GPS高程擬合方法研究》，測繪與空間地理信息，第43卷第5期，2020年5月