网的设计与优化.doc

工程测量学课程设计报告全边角网的模拟计算与分析与网的优化设计姓名：学号：班级：指导老师：西南交通大学地球科学与环境工程学院 2011年4月30日目录一、实验目的2二、实验原理2三、实验内容2四、实验步骤24. 1 全边角网与附合导线的模拟计算与分析24. 2 原始的控制网数据加上扰动数据54.3 基于观测可靠性的工程控制网优化设计6一、实验目的掌握工程测量控制网模拟法优化设计计算的基本理论和方法，通过对若干典型工程控制网的计算机辅助模拟计算设计和结果分析，能根据工程要求独立布设控制网并进行内业设计计算。二、实验原理观测值的内部可靠性与观测值的精度有密切关系，而观测值的精度又与建网费用有关，而且，变形监测网的灵敏度实际是网点在特定方向上的精度，它也取决于网的观测方案设计和观测值的精度，此外，变形与粗差的可区分性也必然涉及到观测值的精度。因此，观测值的内部可靠性与观测值的精度、建网费用、监测网的灵敏度和可区分性存在密切的关系。有的关系可以简化为数学公式，有的关系却难于进行数学表达。为此，可采用基于可靠性的控制网模拟优化方法。该方法主要有以下思想：1. 一个网必须要有一定的多余观测，多余观测数r越大，这网的可靠性越好，但建网费用也越高。2. 在多余观测数一定的情况下，观测值之间的精度相差不要太大，边角观测值之间的精度应基本匹配。3模拟初始观测方案，进行平差计算，对精度、可靠性乃至灵敏度等计算结果进行分析，首先确定观测精度的确定是否合理，若不合理，则需进行适当调整，在观测值精度基本合理的基础上，基于观测值内部可靠性指标按从“肥”到“廋”，从“密”到“疏”的策略进行网的优化设计。三、实验内容（1）全边角网与附合导线的模拟计算与分析。即首先生成一个简化的FA2格式的观测方案文件，再生成平差所需的模拟观测文件，该文件中的观测值是根据坐标反换后再加上模拟的观测精度形成的，不含粗差和系统误差。通过平差计算各种精度和可靠性指标。（2）对原始的控制网数据加上扰动数据（生成的正态随机数据），进行上述操作，并将其网型和原始网型进行对比分析。（3）网优化设计。使用科傻软件设计栏下的平面网优化设计模块，生成初始文件并进行平差，与上述网进行比较。四、实验步骤4. 1 全边角网与附合导线的模拟计算与分析1) 生成正态标准随机数打开科傻软件，在主菜单“设计”栏的下拉菜单中有“生成正态随机数”选项。单击后出现下示的对话框：图 1生成正态随机数对话框点击确认后就会生成一个”random.dat”文件，该文件中的随机数用于网的优化设计，籍此可生成不同精度下的模拟观测值。这个文件在下个实验中能使用到。2) 生成初始观测方案文件和生成初始观测值文件同样在“设计”下拉菜单下，选择“生成观测方案文件”，在弹出的文件选择对话框中选择20080807.FA2，会生成一个20080807.OB2的文件，然后点击“设计”下的“生成初始观测值”文件里的“平面网”，在弹出的对话框中选择上面生成的200080807.OB2文件，然后会生成20080807.IN2文件。该文件用于后面平差计算。该过程截图如下：图 2 生成观测方案文件对话框图 3 生成初始观测方案值对话框3) 平差计算与分析在“平差”下拉菜单中选择“平面网”，输入上面生成的20080807.IN2的文件，会生成200800807.OU2文件。这个文件中记录着平差的结果，从中可以得到以下信息。方向多余观测：- 方向最小多余观测分量:0.79( H- A)方向最大多余观测分量:0.84( B- E)方向平均多余观测分量:0.81方向多余观测数总和: 34.22-距离多余观测：-边长最小多余观测分量:0.04( D- E)边长最大多余观测分量:0.80( A- D)边长平均多余观测分量:0.52边长多余观测数总和: 10.87-最弱点及其精度- Name X(m) Y(m) MX(cm) MY(cm) MP(cm) E(cm) F(cm) T(dms) D 487.7210 3347.0650 75.890 330.677 339.274 0.171 0.000 167.0428-最弱边及其精度- FROM TO A(dms) MA(sec) S(m) MS(cm) S/MS E(cm) F(cm) T(dms) D E 293.462863 451.02 1067.90394 0.203 527000 0.203 0.000 113.4629-单位权中误差和改正数带权平方和：-先验单位权中误差:1.70后验单位权中误差:1.76多余观测值总数:44平均多余观测值数:0.70PVV1 = 135.56 PVV2 = 135.56-上面的信息能对网的优化设计提供帮助。在上面平差的过程中会生成20080807.map文件，使用这个文件能生成平面网的示意图，在“工具”菜单中选择“网图显绘”命令，在对话框中选择20080807.map文件。生成如下图所示的图形。图 4 控制网网图4. 2 原始的控制网数据加上扰动数据对原始数据加上上面实验中生成的正态随机数（扰动数据）：加上随机数图 5 添加扰动数据进过改正后的数据，使用上面的实验步骤进行平差，对比两个实验结果，变化部分主要有以下内容。方向多余观测：- 方向最小多余观测分量:0.76( E- D) 方向最大多余观测分量:0.85( A- D) 方向平均多余观测分量:0.81 方向多余观测数总和: 34.06-距离多余观测：- 边长最小多余观测分量:-0.16( E- F) 边长最大多余观测分量:0.81( A- D) 边长平均多余观测分量:0.51 边长多余观测数总和: 10.65-最弱边及其精度- FROM TO A(dms) MA(sec) S(m) MS(cm) S/MS E(cm) F(cm) T(dms) E F 327.021350 686.68 1022.49166 0.218 469000 0.193 0.000 147.0213-经分析，整体改正不大。4.3 基于观测可靠性的工程控制网优化设计单击“平面网优化设计”，首先选择要优化设计的控制网对应的平面观测值文件20080807.FA2，然后自动对该网进行平差计算，平差完毕后，弹出如图6所示的平面网优化设计信息界面。图 6 平面网优化设计信息根据平均多余观测分量的初始值，给定一个较小一些（50）的平均多余观测分量设计值，然后单击“确认”按钮，重新平差计算，将自动删去多余观测分量较大的观测值。在平差后弹出新的如图所示的 平面网优化设计信息界面。在该界面下，平均多余观测分量的设计值与前面的给定值相等或十分接近，这时要单击“取消”按钮退出，同时将生成“20080807Y.IN2”的优化设计观测值文件和“20080807.SC2”的含已删除观测值的结果文件。查看删除的观测量20080807.sc2的信息如下所示：图 7 删除的观测值网形前后对比如下：后前图 8网形前后对比同样在“工具”中选择叠置分析，选择20080807.OU2和20080807Y.OU2文件，生成结果如下：点号X(m)Y(m)x(m)y(m)p(m)D0-0.0172.2179.6