工程控制网平差的定权方法研究及软件研制

国内图书分类号：P258密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文工程控制网平差的定权方法研究及其软件研制年级2010级姓名龚率申请学位级别工学硕士专业大地测量学与测量工程指导教师刘成龙教授二零一三年五月ClassifiedIndex:P258U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONWEIGHTINGMETHODANDSOFTWAREDEVELOPMENTOFTHEADJUSTMENTFORENGINEERINGCONTROLNETWORKGrade:2010Candidate:GongShuaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:GeodesyandSurveyingEngineeringSupervisor:Prof.LiuChenglongMay,2013西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：2013年月日日期：2013年月日√西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1、从条件平差的数学模型入手，探讨定权误差对观测量改正数及其协因数阵的影响规律，从理论上证明合理定权方法对平差计算的重要性。2、对常见工程控制网的传统定权方法进行了系统分析，明确了各定权方法的理论依据和实用范围；同时，根据权阵的结构，提出了相应的加速算法，以满足对大型控制网平差计算的要求。3、在水准网平差中，提出根据往返测高差较差计算每测站高差中数的偶然中误差的计算公式；同时还提出对高差观测值按地形起伏划分的分类标准，并以此研究水准网定权的新方法。4、在边角网和三维网平差中，根据水平方向、天顶距多测回观测数据的差异和往返测距离的较差探寻各类观测值的实测精度，并提出更能反映控制网实际状况的实测精度定权法和变初权的赫尔默特方差分量估计法。5、根据常见工程控制网平差的原理，结合传统定权方法和本文所提出的定权新方法，研制“工程控制网平差软件”，使之能满足对任意水准网、常规边角网和三维网、任意工程GPS网的多种定权方案的平差计算要求。同时，还具有数据质量检核、方差一致性检验和控制网图形显绘等功能。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：2013年月日西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要一切工程建设的顺利推进必须以准确的控制测量成果为基础，控制测量技术贯穿着工程建设的始末，而现代工程的复杂性、精密性和高标准性又给控制测量的平差计算提出了更高的要求。权决定了平差系统的随机模型，进而会对整个平差结果产生重要影响，而传统的定权方法不能正确反映控制网的实际精度，可能无法得到满意的平差成果，甚至会对工程质量造成不利影响。为了更贴切的反映控制网的实际状况，为工程建设提供更准确、更可靠的数据，必须合理选择或改进现有的定权方法，或根据观测量的实测精度科学探索新的定权方法，为此，本文的主要研究内容分为以下几方面：首先，从权的定义、权的分类、定权的前提、定权误差对平差的影响、传统定权方法和随机模型的方差一致性检验等方面系统阐述工程控制网平差的定权理论与方法，明确合理定权对平差计算的重要性。其次，在水准网平差中，针对传统定权方法未较好顾及地形起伏对高差观测误差的影响规律，提出基于往返测高差较差的水准网分类定权新方法；在边角网和三维网平差中，针对传统定权方法不能体现观测值的实测精度的不足，本文从水平方向、天顶距多测回数据的差异以及距离的往返测较差出发，探寻基于观测值实测精度的定权新方法。然后，采用不同的定权方法对常见工程控制网的实测数据进行平差计算，通过分析各种平差方法的解算原理和平差结果，得知本文所提出的关于水准网、边角网和三维网的定权新方法更能反映控制网的实际情况，更易通过方差一致性检验。此外，本文还对比了两种GPS网二维平差定权方案的计算结果，指出在一般工程中，“方案一”既能得到满意的坐标平差结果，又能较准确的评定精度。最后，根据常见工程控制网的平差理论，顾及传统定权方法和本文所提出定权新方法，在VisualStudio2008平台下采用C#语言开发出工程控制网平差软件(简称ECNAS)。ECNAS能满足对任意水准网、常规边角网和三维网、任意工程GPS网的多种定权方案的平差计算要求。同时，还具有数据质量检核、方差一致性检验和控制网图形显绘等功能。关键词工程控制网；偶然误差；权；平差；实测精度；软件研制西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractThesmoothpushingofeveryconstructionmustbebasedonaccuratecontrolsurveywhicharecontinuedfromthebeginningtotheendoftheconstruction,Withthecomplexity,accuracyandhighstandardofmodernengineering,therequirementsforadjustmentofcontrolsurveyarealsobecominghigherandhigher.Weightingofobservationsdeterminesthestochasticmodelofadjustmentsystem,andthengreatlyaffectsthewholeadjustmentsystem,buttraditionalweightingmethodcan’tcorrectlyreflecttheactualprecisionofthecontrolnetwork,itmaynotbeabletogetasatisfactoryadjustmentresultsandevendoessomeadverseeffectstotheengineeringquality.Toreflecttheactualsituationofthecontrolnetworkmoreappropriate,toprovidemoreexactandreliabledatafortheconstruction,itshouldreasonablychooseorimprovetheexistingmethodsofweighting,orresearchanewonescientificallybasedontheactualprecisionofobservations.So,Thethesismainlycontainsthefollowing:Firstly,startingfromthedefinitionofweighting,theclassificationofweighting,thepremiseofweighting,theinfluencetoadjustmentcausedbyweightingerror,thetraditionalmethodofweightingandthetestforuniformvarianceofstochasticmodelandsoon,thispaperwillsystematicallydiscussethetheoryandmethodofweightingforadjustmentofengineeringcontrolnetwork,whichshowsimportanceofreasonableweightingtotheadjustmentcalculation.Secondly,intheadjustmentoflevelingnetwork,aimedattheinfluenceoftraditionalweightingmethodswhichdonotconcernmuchabouttheobservationerrorofheightcausedbytheterrain,thispaperproposedanewmethodofweightingforlevelingnetworkbasedonthedifferenceoftheelevationdifferenceinbackandforthmeasurements;intheadjustmentofside-angularnetworkandthreedimensionalnetwork,itpointedattheshortageofactualobservationalprecisionwhichcannotbeshowedintraditionalmethodsofweighting,andstartedfromthedifferencesofmulti-observationdatainhorizontaldirectionandzenithangle,thethesisresearchedanewmethodofweightingbasedontheactualprecisionofobservation.Then,thethesisrespectivelyprocessedtheobservationsdataofcommonengineeringcontrolnetworkindifferentweightingways.Accordingtoanalyzingtheadjustmentprinciplesofdifferentmethodsandmakingsortingcomparisontotheresults,thesenewmethodsofweightingmentionedinthispaperhaveabetterreflecttotheactualsituationofcontrolnetwork,aeasierwaytopassthetestforuniformvariance.Besides,italsomadea西南交通大学硕士研究生学位论文第III页comparisonbetweentwomethodsofweightingforthetwodimensionaladjustmentinGPScontrolnetwork,andpointedthat“programone”cangainbothsatisfactoryadjustmentresultsandmoreaccurateassessedprecisionincommonengineering.Atlast,basedontheadjustmenttheoryofusualengineeringcontrolnetwork,concernedabouttraditionalwaysofweightingandaseriesofnewmethodsmentionedinthispaper,thethesisdevelopedaadjustmentsoftware(ECNASforshort)forengineeringcontrolnetworkusingC#intheplatformofVisualStudio2008.ECNAScansatisfytherequirementsofadjustmentcalculatio