工程控制网布设的理论与方法(1)复习进程.ppt

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1、工程控制网布设的理论与工程控制网布设的理论与方法方法(1)(1)本章教学内容本章教学内容:3.1 工程控制网的分类和作用3.2 工程控制网的基准和建立方法3.3 工程控制网的质量准则3.4 工程控制网的优化设计3.5 典型工程控制网3.6 控制点的标石与标志3.7 工程控制测量内外业一体化重点重点:工程控制网的布设、质量准则及优化设计3.1 3.1 工程控制网的分类和作用工程控制网的分类和作用3.1.1 3.1.1 测量控制网的分类测量控制网的分类 全球控制网全球控制网 国家控制网国家控制网 工程控制网工程控制网3.1.2 3.1.2 工程控制网的分类、作用和建网步骤工程控制网的分类、作用和建

2、网步骤一、一、工程控制网的工程控制网的分类分类 按用途分：测图控制网 施工（测量）控制网 安装（测量）控制网 变形监测网 按网点性质分：按网点性质分：一维网（或称水准网、高程网）一维网（或称水准网、高程网）二维网（或称平面网）二维网（或称平面网）三维网三维网按网形分：按网形分：三角网三角网 导线网导线网 混合网混合网 方格网方格网 按施测方法划分：按施测方法划分：测角网测角网 测边网测边网 边角网边角网 GPS GPS网网 按坐标系和基准划分：按坐标系和基准划分：附合网（约束网）独立网 经典自由网 自由网按按其他标准划分：其他标准划分：首级网首级网 加密网加密网 特殊网特殊网 专用网，如隧道控

3、制网、建筑方格网、专用网，如隧道控制网、建筑方格网、桥梁控制网等桥梁控制网等二、二、工程控制网的工程控制网的作用作用 控制全局、提供基准和控制测量误差积累三、工程控制网的建网步骤三、工程控制网的建网步骤 遵循大地测量学的原理，如：要有坐标系和基准要构成网要逐级布设等3.1.3 测图控制网 作用：控制测量误差的累积保证图上内容的精度均匀相邻图幅正确拼接3.1.4 施工控制网网型：三角、边角网 导线网 建筑方格网 GPS网 GPS网与地面网相结合的混合网 特点：特点：1)控制面积：控制的范围较小，控制点的密度较大，精度要求较高 2)使用频率：使用频繁 3)施工干扰：受施工干扰大 4)坐标系：控制网

4、的坐标系与施工坐标系一致 5)投影面：投影面与工程的平均高程面一致 6)等级布网：有时分两级布网，次级网可能比首级网的精度高3.1.5 3.1.5 变形监测网变形监测网要点要点：变形监测网由参考点和目标点组成变形监测网的坐标系和基准的选取原则对变形监测网应作同时顾及精度、可靠 性、灵敏度 以及费用进行监测网的优化 设计对变形监测网都要进行重复观测3.1.6 3.1.6 安装测量控制网安装测量控制网特点特点：通常是一种微型边角网，边长从几米至一百多米整个网由形状相同、大小相等的基本图形组成精度要求很高，其测量精度有时要达到计量级3.2 3.2 工程控制网的基准和建立方法工程控制网的基准和建立方法

5、3.2.1 3.2.1 工程控制网的基准工程控制网的基准 1）约束网。具有多余的已知数据。2）最小约束网（经典自由网）。只有必要的已知数据。3）无约束网（自由网），无必要 的已知数据。表表3-1 3-1 各种工程控制网的基准秩亏和基准参数各种工程控制网的基准秩亏和基准参数 3.2.2 工程控制网基准的建立方法 测图控制网多为约束网，总是选国家或城市坐标系（含平面和高程）下的已知点坐标为其基准。3.3工程控制网的质量准则工程控制网的质量准则 3.3.1 精度准则 3.3.2 可靠性准则 3.3.3 灵敏度准则 3.3.4 费用准则3.3.1精度准则精度准则一、总体精度准则一、总体精度准则二、点位

6、精度和相对点位精度二、点位精度和相对点位精度三、未知数函数的精度三、未知数函数的精度四、主分量四、主分量五、准则矩阵五、准则矩阵3.3.2可靠性准则可靠性准则定义：控制网发现（或探测）观测值粗差的能力（称内部可靠性）和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力（称外部可靠性）。作用：可靠性准则可以提供衡量控制网内部观测值相互控制、检核的量化数值和可能出现但不能被发现的最大模型误差值。提高实现质量的办法：对网进行第二次独立观测（复测）布网时事先考虑用独立的附加观测值 来控制网的结构（较常用）内部可靠性 内部可靠性是假设控制网中只有一个观测值 包含粗差 ，且观测值粗差主要由某种系统性影响或点的变动所引起的

7、假设情况下导出的。为矩阵 主对角线上的元素 称 为观测值 的多余观测分量，定义为观 测值的内部可靠性。反映控制网发现观测值 中粗差的能 力。愈大，通过统计检验，能发现该 观测值中粗差的下界值 愈小。多余观测分量的特点：多余观测分量的特点：1）0 12）观测值的内部可靠性与其精度成反比。对于一个确定的网和设计方案，观测值的 精度愈高，则其可靠性愈低，愈不可靠；观测值的精度愈低，愈可靠。3）多余观测数愈大，网的可靠性愈高，建网 费用也愈高；4）对于独立网来说，观测值的内部可靠性 是与基准的位置无关的不变量。5）一个好的控制网，观测值的多余观测分 量应大于0.3。外部可靠性外部可靠性 未被发现的模型

8、误差对于点位坐标或其函数的影响具有更大意义。对于观测值中只含一个粗差的情形，未被发现的粗差 对未知数向量的影响可表为 3.3.3 灵敏度准则 对变形监测网，定义为在给显著水平 和检验功效 下，周期平差结果统计检验时，能发现位移向量的下界值。灵敏度是一个相对概念，即对于不同的变形向量具有不同的下界值。一般将变形向量用表示其大小的模 和表示其方向的单位向量 来表示，即 灵敏度用 来度量，它与单位向量 （又称形式向量）有关。愈小，灵敏度愈高。在变形监测网设计中，除考虑精度、可靠性和费用等准则外，要求所布设的网对需要监测的变形向量具有尽可能高的灵敏度。灵敏度实质上是特殊方向上的网点精度的反映，网的灵敏

9、度愈高，所要求的观测值的精度也愈高。3.3.4 费用准则控制网的费用一般包括用于设计、造标埋石、交通运输、仪器设备购置、观测、计算、检查等各项费用。网的设计有两个原则：最大原则（费用一定，网的质量最好）最小原则（质量满足要求，费用最小）建网费用常用观测值权的函数来度量，如 即用观测值的权的总和最小作为费用准则。据统计，网的测量费用于网的计算费用相比，后者不到8。通过优化设计，增加微不足道的设计计算费用，可显著降低测量费用。不难理解，精度愈高，观测值的权愈大，则建网费用愈高；同样，多余观测数愈多，网的可靠性提高，也要以增加费用为代价。3.4工程控制网的优化设计工程控制网的优化设计工程控制网的优化

10、设计分类工程控制网的优化设计分类优化设计的任务优化设计的任务工程控制网的优化设计工程控制网的优化设计方法方法模拟法优化设计模拟法优化设计3.4.1 工程控制网的优化设计分类工程控制网的优化设计一般分为四类，各类设计的含义列于下表：分类固定参数待定参数含 义零类设计(ZOD)一类设计(FOD)二类设计(SOD)三类设计(THOD)A,P P,A,部分A和和 P AP部分A和和P基准设计图形设计观测精度设计已有网的改进零类设计(ZOD)为基准设计，一类设计(FOD)为图形设计，二类设计(SOD)为观测精度的设计，三类设计(THOD)是对已有网的改进。上述分类只是从概念上去理解，网的设计不一定完全按

11、此思路，常常是几类设计同步进行。3.4.2优化设计的任务优化设计的任务网的优化设计是一个迭代求解过程,它包括以下内容（参见图3-2）：提出设计任务；制定设计方案；进行方案评价；进行方案优化。3.4.3 工程控制网的优化设计方法网的优化设计方法有两种：p解析法：通过数学方程用最优化方法求解。p模拟法：根据经验和准则，通过计算比较、修改，得到最优方案。3.4.3.1 解析法优化设计3.4.3.2 模拟法优化设计1.模拟法优化设计过程：模拟法优化设计过程：设计网形、实地踏勘；设计网形、实地踏勘；定初始方案，模拟观测值，网平差；定初始方案，模拟观测值，网平差；观测修改；观测修改；再作模拟计算，重复进行

12、，直到满意。再作模拟计算，重复进行，直到满意。人机交互方式进行。人机交互方式进行。2.基于可靠性的模拟优化设计法 要点和步骤：1）网的初始方案应对所有可能观测的边和 方向 进行全测，是一个“肥网”或“密网”；2）观测值之间的精度相差不要太大，边角 间的精度应基本匹配；3）观测精度应选取仪器所能达到的最高精 度，使优化时有降低的余地；4）模拟初始观测方案，进行平差计算，对精度、可靠性乃至灵敏度计算结果进行分析：观测精度是否合理，是否需作调整，基于观测值内部可靠性指标按从“肥”到“瘦”，从“密”到“疏”的策略进行网的优化设计。GPS网也可看作是全边角网，故模拟法优化设计方法同样可以用于GPS网。3

13、.5 典型工程控制网 隧道（洞）洞外GPS平面控制网布设示意图 洞内导线网布设示意图某大桥GPS首级平面控制网某大型水利枢纽工程施工控制网 向家坝施工控制网图某拱坝变形监测网 高能离子加速器安装测量控制网 大型正负电子对撞机地面控制网3.6 控制点的埋石与标志带强制对中装置的观测墩 强制对中装置预制混凝土水准标石平硐岩石水准标石 深埋双金属管水准标 照 准 标 志 精密活动觇牌 精密固定觇牌照准觇牌观 测 标 志 3.7 工程控制测量内外业一体化3.7.1 何谓工程控制测量内外业一体化控制测量内外业一体化是指主要的内外业工作连续一惯地完成。需要考虑现有的仪器软、硬件功能，计算机的软、硬件发展，

14、将大地测量学、测量平差、工程测量学以及数学的有关知识综合在一起，并且对用户的需求进行分析的基础上才能研制出一个好的控制测量内外业一体化软件系统。3.7.2 工程控制测量内外业一体化系统 科傻系统(COSA),意即用高科技集成的傻瓜式控制测量数据采集和处理系统。1）“基于掌上型电脑的测量数据采集和处理系统”（简称EREPS或COSA_PDA）2)“地面测量工程控制测量数据处理通用软件包”3)（简称CODAPS或COSA_WIN）3)“GPS工程控制网平差通用软件包”（简称COSA_GPS）CODAPS 功能菜单框图 COSA_GPS功能菜单框图 教学内容教学内容:3.1 工程控制网的分类和作用3.2 工程控制网的基准和建立方法3.3 工程控制网的质量准则3.4 工程控制网的优化设计3.5 典型工程控制网3.6 控制点的标石与标志3.7 工程控制测量内外业一体化第三章第三章工程控制网布设的理论与方法工程控制网布设的理论与方法 思思考考题题p工程控制网的精度、可靠性、灵敏度和建网费用之间有何关系？p为什么要进行工程控制网的优化设计？平时作业（一）：平时作业（一）：1、举例说明工程建设在规划设计、施工建设和运营管理阶段各有哪些测量工作？2、与国家大地测量控制网相比较，工程控制网哪些作用和特点？结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！70