控制测量学(1-3章)

控制测量学市政与测绘工程学院鄢志辉2.4工程测量控制网优化设计1.工程控制网优化设计的一般概念1）三个步骤A.建立一个能考察决策问题的数学模型；B.对数学模型分析并选择一个合适的求最优解得数值解法；C.求最优解2）质量标准A.精度标准；B.可靠性标准；C.可测定性标准；D.灵敏度标准；D.费用标准3）控制网优化设计的分类A.零类设计（基准设计）；B.一类设计（图形设计）；C.二类设计（观测权设计）；D.三类设计（原网改进设计）电子经纬仪是利用光电转换原理和微处理自动测量度盘的读数并将测量结果输出到仪器显示窗显示。电子经纬仪的测角系统有三种：编码度盘测角系统、光栅度盘测角系统和动态测角系统。

一、编码度盘及其测角原理电子测角的仪器是用角-码光电转换系统来代替光学经纬仪的光学读数系统。这套光电转换系统包括电子扫描度盘及相应的电子测微读数系统。编码度盘是在光学圆盘上刻制道同心圆环，每一道同心圆环称为码道。外环码道圆环等分透光与不透光相间扇形区——编码一个编码包含圆心角即编码度盘能区分的最小角—(角度分辨率)

每码道安置发光二极管，另侧对称安置光敏二极管，发光管光线通过透光编码被光敏二极管接收——逻辑0，光线被不透光编码遮挡——逻辑1，以此获得该方向的二进制代码。

当照准两个方向时，则可获得两个度盘位置的方向代码，由此得到两个方向的夹角。显然，为了提高编码度盘的角度分辨率，必须增加码道的数目。度盘半径不变增加码道数——减小码道径向宽度。二、光栅度盘及其测角原理

1.基本原理

在光学玻璃圆盘上，按一定密度、径向均匀刻划交替的透明与不透明辐射状条纹，条纹与间隔的宽度均为，这就构成了光栅度盘。如果将两块密度相同的光栅使其刻划线相互倾斜一个很小的的角度进行重叠，就会出现明暗相间的条纹——莫尔条纹。莫尔条纹的特性：两光栅间的倾角越小，相邻明暗条纹间的间距越大，即

2.工作方式当两块光栅度盘绕其圆心旋转时，莫尔条纹将做上下移动，当相对移动一条线距离时，莫尔条纹则上下移动一周期，即明条纹正好移动到原来邻近的一条明条纹的位置上。指示光栅固定，光栅度盘随照准部转动，形成莫尔条纹。光敏二极管产生按正弦规律变化的电信号，将此信号整形，变成矩形脉冲信号，对矩形脉冲信号计数即可求得度盘旋转的角值。测角时，当望远镜瞄准起始方向后，可使仪器中心的计数器为（度盘置零），在度盘望远镜瞄准第二个目标的过程中，对产生的脉冲计数，并通过译码器化算为度、分秒输出到显示窗。3.2经纬仪的三轴误差3.2.1经纬仪的视准轴误差

（1）上述结论仅在盘左、盘右观测时间内C值不变的情况下才正确，注意望远镜调焦运行不正确和温度变化。（2）2C互差受到竖直角的影响。3.2.2经纬仪的水平轴倾斜误差

实际上，在考虑视准轴误差时不应忽视水平轴误差的影响，他们都受到竖直角的影响。国家规定：当照准目标的竖直角超过±3°时该方向的2c不与其它方向的2c比较3.2.3经纬仪的垂直轴倾斜误差垂直轴倾斜误差不仅与垂直轴倾斜角有关，还随着照准目标的垂直角和照准目标的方位不同而不同。削减该误差的方法：（1）尽量减小垂直轴的倾斜角。（2）测回间重新整平仪器。（3）对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数。3.2.4经纬仪的垂直轴倾斜改正数的计算该方法的缺点：在观测时需要读取气泡两端的读数，增加了观测和计算的工作量，还使观测时间延长，不利于提高精度。在三、四等水平角观测中，当垂直角超过±3°时，可在测回间重新整平仪器，而不需要进行此项改正。3.3精密测角的误差影响3.3.1外界条件的影响一、大气密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响1）大气密度的变化对目标成像稳定性的影响2）大气透明度对目标成像清晰的影响一般晴天在日出后1小时后的1-2小时和下午3-4点到日落前1小时最为适宜。夏季观测时间要适当缩短，冬季可稍加延长，阴天几乎全天都能获得清晰稳定的成像。二、水平折光的影响1）产生的原因2）温度与大气密度的关系3）观测时间、地物地貌对水平折光的影响4）消除及减弱措施A、选点时应尽量避免视线靠近与山坡、大河或湖泊的岸线的平行线，尽量避免通过高大建筑物等实体的上方；B、选择有利的观测时间；C、分时段进行观测。三、照准目标的相位差上、下午各观测半数测回采用微相位照准圆筒四、温度变化对视准轴的影响按时间对称排列观测五、外界条件对觇标内架稳定性的影响按时间对称排列观测3.3.2仪器误差的影响一、水平度盘位移影响1）产生原因2）消除方法：上半测回顺时针转，下半测回逆时针转二、仪器照准部旋转不正确1）产生原因：垂直轴在轴套中发生歪斜或平移。2）消除方法：采用重合法读数和加行差改正。三、照准部水平微动螺旋作用不正确的影响1）产生原因：微动螺旋弹簧老化2）消除方法：用水平微动螺旋中间部分旋进观测四、垂直微动螺旋作用不正确的影响1）产生原因：垂直微动螺旋弹簧老化，水平轴与其轴套间有间隙，从而在水平轴一端产生附加力矩2）消除方法：水平角观测时不得使用垂直微动螺旋。3.3.3照准和读数误差的影响3.3.4精密测角的一般原则（1）观测应在目标成像清晰、稳定的有利时间观测；（2）观测前应认真调好焦，消除视差。一测回内不得重新调焦；（3）各测回的起始方向应均匀分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置，以消除或减弱度盘分划线和测微微分划尺的分划误差；（4）在上、下半测回间倒转望远镜，以消除和减弱视准轴误差、水平轴倾斜误差，同时应计算两倍照准误差用以检验观测质量；（5）上、下半测回照准目标的次序应相反，并使观测每一目标的操作时间大致相同，即按与时间对称排列的观测程序，目的是消除或削弱以时间成比例均匀变化的误差影响；（6）为克服或削弱在操作仪器过程中带动水平度盘位移的误差，要求每半测回观测前，照准部按规定的转动方向先转动1-2周；（7）使用照准部微动螺旋和测微螺旋时，其最后旋动方向都应为旋进；（8）为了减弱垂直轴倾斜误差影响，观测过程中应保持照准部水准器气泡居中，对J1和J2仪器，气泡偏离一格时，测回间应重新整平仪器。3.4方向观测法3.4.1观测方法如需进行调焦，可考虑改变观测程序。一测回内不得进行调焦，如需进行调焦，可考虑改变观测程序。度盘应按以下方法配置：重测和取舍观测成果应遵循的原则3.4.2测站限差利用误差传播定律推导3.4.3测站平差3.5分组方向观测法3.5.1观测方法

1）各方向的目标不能同时成像稳定和清晰，观测方向超过6个；

2）成像情况大致相同的分在一组，每组包含的方向数大致相同；

3）观测时两组都要联测两个共同的方向，联测角应做检核。3.5.2联测精度3.5.3测站平差1）联测方向包含零方向2）联测方向不包含零方