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外文翻译控制测量的意义与方法
附录A译文
控制测量的意义与方法
控制测量
在一定区域内,为大地测量、摄影测量、地形测量或工程测量建立控制网所进行的测量。
控制测量包括:
①平面控制测量,是为测定控制点平面坐标而进行的;②高程控制测量,为测定控制点高程而进行的;③三维控制测量,为同时测定控制点平面坐标和高程或空间三维坐标而进行的。
在测区内,按测量任务所要求的精度,测定一系列控制点的平面位置和高程,建立起测量控制网,作为各种测量的基础,这种测量工作称为控制测量。
在一定的区域内为地形测图或工程测量建立控制网(区域控制网)所进行的测量工作。
分为平面控制测量和高程控制测量。
平面控制网与高程控制网一般分别单独布设,也可以布设成三维控制网。
控制网具有控制全局,限制测量误差累积的作用,是各项测量工作的依据。
对于地形测图,等级控制是扩展图根控制的基础,以保证所测地形图能互相拼接成为一个整体。
对于工程测量,常需布设专用控制网,作为施工放样和变形观测的依据。
平面控制网
包括:
(1)三角测量:
三角测量是建立平面控制网的基本方法之一。
但三角网(锁)要求每点与较多的邻点相互通视,在隐蔽地区常需建造较高的觇标。
(2)导线测量:
导线测量布设简单,每点仅需与前后两点通视,选点方便,特别是在隐蔽地区和建筑物多而通视困难的城市,应用起来方便灵活。
随着电磁波测距仪的发展,导线测量的应用日益广泛。
(3)三边测量:
三边测量要求丈量网中所有的边长。
应用电磁波测距仪测定边长后即可进行解算。
此法检核条件少,推算方位角的精度较低。
高程控制网
包括:
(2)水准测量:
用水准测量方法建立的高程控制网称为水准网。
区域性水准网的等级和精度与国家水准网一致。
高程控制网可以一次全面布网,也可以分级布设。
各等级水准测量都可作为测区的首级高程控制。
首级网一般布设成环形网,加密时可布设成附合线路或结点网。
测区高程应采用国家统一高程系统。
小测区联测有困难时,也可用假定高程。
(3)三角高程测量:
三角高程测量是根据两点间的竖直角和水平距离计算高差而求出高程的,其精度低于水准测量。
常在地形起伏较大、直接水准测量有困难的地区测定三角点的高程,为地形测图提供高程控制。
三角高程测量可采用单一路线、闭合环、结点网或高程网的形式布设。
三角高程路线一般由边长较短和高差较小的边组成,起迄于用水准联测的高程点。
为保证三角高程网的精度,网中应有一定数量的已知高程点,这些点由直接水准测量或水准联测求得。
为了尽可能消除地球曲率和大气垂直折光的影响,每边均应相向观测。
国家水准网
在全国领土范围内,由一系列按国家统一规范布设和测定高程的水准点所构成的网。
又称国家高程控制网。
为国家经济建设、国防建设和科学研究提供地面点高程,也为天文大地网、地形图测制提供高程控制。
国家水准网采用由高级到低级,分几个等级布设,逐级控制、加密。
各等级的水准路线构成闭合环线。
一、二等水准路线是高程控制网的基础,沿地质构造稳定、坡度平缓的交通路线布设,用精密水准测量施测。
一、二等水准路线定期重复测量,用以研究地壳垂直运动。
为了计算观测高差的有关改正,沿一、二等水准路线还要实施重力测量。
三、四等水准路线加密一、二等水准网,直接为地形图测制提供高程控制。
为了建立全国统一的高程控制网,必须确定一个水准基面,作为网中所有水准点高程的起算基准面,通常采用大地水准面作为水准基面,它是以沿海验潮站长期的海水面升降观测结果取平均值而确定的。
严格说来,以不同验潮站所得的平均海面为基准来求同一水准点的高程,其结果各不相同。
国家水准网一般采用一个验潮站所确定的平均海面作为水准基面。
并在验潮站附近设置永久性水准原点,将水准基面可靠地标定在地面上,由精密水准测量测定这一原点对于验潮站平均海面的高程,作为国家水准网推算高程的基准。
边角测量法
边角测量法既观测控制网的角度,又测量边长。
测角有利于控制方向误差,测边有利于控制长度误差。
边角共测可充分发挥两者的优点,提高点位精度。
在工程测量中,不一定观测网中所有的角度和边长,可以在测角网的基础上加测部分边长,或在测边网的基础上加测部分角度,以达到所需要的精度。
小三角测量是在小测区建立平面控制网的一种方法,它多用于小测区的首级平面控制或三、四等三角网以下的加密,作为扩展直接用于地形测图的图根控制网(点)的基础。
此外,交会定点法也是加密平面控制点的一种方法。
在2个以上已知点上对待定点观测水平角,而求出待定点平面位置的,称为前方交会法;在待定点对3个以上已知点观测水平角,而求出待定点平面位置的,称为后方交会法。
区域控制网同国家控制网相比较,前者控制面积较小,控制点的密度大,点位绝对误差较小,精度较高。
对于区域性平面控制网,根据测区面积、发展远景、因地制宜、经济合理的原则,在保证控制点的必要精度和密度的情况下,可以一次全面布网,也可以分级布网。
分级布网通常先布设大范围的首级网,再分阶段进行低级控制点的加密。
分级布网可以采用同一种测量方法,也可以采用不同的测量方法。
设计时,应进行精度估算,测图控制网要求全网的精度相对比较均匀。
工程测量专用控制网,有时需在大范围控制网内部建立较高精度的局部控制网。
区域控制网一般在国家控制网下加密,或以国家控制网为起算数据,以便统一坐标系统。
若测区内无已知控制点可以利用时,可在网中任选一点用天文测量方法观测其经纬度,换算成高斯-克吕格尔直角坐标,作为起算坐标。
又观测该点至另一点的天文方位角,将其换算成坐标方位角,作为起算方位角。
在个别情况下,小测区也可采用假定坐标和磁北定向。
三角网所需的起始边长可用测距仪器直接测出。
当测区面积较小时,可将其视为平面。
但在较大的区域内,则需考虑地球曲率的影响。
为了合理的处理长度投影变形,应适当选择投影带和投影面。
观测成果一般应归化到参考椭球面(或大地水准面)上,并按高斯正形投影计算3°带内的平面直角坐标,以便尽量与国家坐标系统一致,有利于成果、成图的相互利用。
当测区平均高程较大时,为了使成果与实地相符,应采用测区平均高程面作为投影面。
当测区中部远离3°带中央子午线时,应以测区中部子午线为中央子午线,采用任意带高斯正形投影(见高斯-克吕格尔平面直角坐标系)。
工程测量中的专用控制网,往往在某些方面有其特殊要求。
在满足这一要求的前提下,可以有若干个不同的布网方案提供选择。
随着计算工具的发展,可以应用最优化方法的理论确定最佳的设计方案。
平差计算
建立平面控制网和高程控制网时,为了进行检核和提高精度,常有一定数量的多余观测。
对观测值按最小二乘法原理进行平差计算,消除各观测值之间的矛盾,求得最可靠的结果和评定测量结果的精度。
对于观测精度较低的控制测量,可采用近似法进行平差计算。
平差原理
测量平差是用最小二乘法原理处理各种观测结果的理论和计算方法。
测量平差的目的在于消除各观测值间的矛盾,以求得最可靠的结果和评定测量结果的精度。
任何测量,只要有多余观测,就有平差的问题。
平差目的
为了提高成果的质量,处理好测量中存在的误差问题,要进行多余观测,有了多余观测,势必在观测结果之间产生矛盾,测量平差目的就在于消除这些矛盾而求得观测量的最可靠的结果,并评定测量成果的精度。
平差应用
测量平差是德国数学家高斯于1821~1823年在汉诺威弧度测量的三角网平差中首次应用,以后经过许多科学家的不断完善,得到发展,测量平差已成为测绘学中很重要的、内容丰富的基础理论与数据处理技术之一。
计量科学与测绘科学都是以物理学、数学及近代计算机科学为基础的学科,本质上两者是相容、一致的。
在计量学中,对测量不确定度给出的综合的不确定性评价,此评价不但考虑了观测时各种误差因素的联合影响,包括观测时随机效应的影响,一些系统效应的影响,也考虑了测量时其他因素的影响,文章主要针对这一问题进行探讨,旨在通过对“测量平差理论在计量中的应用”的本质内涵的深入探讨,期望这一问题得到缓解或解决,最终的目的是便于测绘仪器校准工作的开展。
由于测量仪器的精度不完善和人为因素及外界条件的影响,测量误差总是不可避免的。
为了提高成果的质量,处理好这些测量中存在的误差问题,观测值的个数往往要多于确定未知量所必须观测的个数,也就是要进行多余观测。
有了多余观测,势必在观测结果之间产生矛盾,测量平差的目的就在于消除这些矛盾而求得观测量的最可靠结果并评定测量成果的精度。
测量平差采用的原理就是“最小二乘法”。
考虑函数是待定常数,如果在一直线上,可以认为变量之间的关系,但一般说来,这些点不可能在同一直线上。
记,它反映了用直线来描述时,计算值与实际值产生的偏差。
当然要求偏差越小越好,但由于可正可负,因此不能认为总偏差时,函数就很好地反映了变量之间的关系,因为此时每个偏差的绝对值可能很大。
为了改进这一缺陷,就考虑用来代替,但是由于绝对值不易作解析运算,因此,进一步用来度量总偏差。
因偏差的平方和最小可以保证每个偏差都不会很大。
于是问题归结为确定中的常数和使为最小,用这种确定系数的方法称为最小二乘法。
其精确定义可以从一组测定的数据中寻求变量之间的依赖关系,这种函数关系称为经验公式。
最小二乘法如何寻之间近似成线性关系时的经验公式,假定实验测得变量之间个数,,…,,则平面上,可以得个,这种图形称为“散点图”,从图中可以粗略看出这些点大致散落在某直线近旁,我们认之间近似为一线性函数,下面介绍求解步骤,考虑函,其是待定常数.如在一直线上,可以认为变量之间的关系。
但一般说来,这些点不可能在同一直线上.,它反映了用直来描,时,计算与实际产生的偏差。
当然要求偏差越小越好,但由可正可负,因此不能认为总偏时,函就很好地反映了变量之间的关系,因为此时每个偏差的绝对值可能很大。
为了改进这一缺陷,就考虑来代替。
但是由于绝对值不易作解析运算,因此,进一步来度量总偏差。
因偏差的平方和最小可以保证每个偏差都不会很大,于是问题归结为确中的常,为最小,用这种方法确定系,的方法称为最小二乘法。
最小二乘法是一种数学优化技术,它通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函数匹配,是用最简的方法求得一些绝对不可知的真值。
测绘中广泛使用的测量平差法,是基于最小二乘原理的测量数据处理方法,它是利用直接测量采集观测数据(观测向量),再利用此观测数据(观测向量)结合平差数学模型,对被测量结果进行估计的过程,估计方法采用“数理统计学”中著名的“最小二乘法”。
平差处理结果包括被测量的测量结果和表征此测量结果不确定性的标准差(中误差)。
测量平差法本质上相当于对测量中的随机误差进行了有效的减弱(采集数据量越大,减弱效果越好,直到几乎消除),对测量中不等权的非确定性系统误差(即大小水平不一致的非确定性系统误差)进行了合理的分配,但对于测量中等权的非确定性系统误差(即大小水平一致的非确定性系统误差)没有起到消除或减弱作用。
所以,平差后所得的测量结果标准差(中误差),只是表征了随机效应导致的测量不确定性(度),是测量不确定度的随机分量,为了完全表征测量结果不确定性(度),还需要考虑系统效应导致的不确定性(度)并加以合成。
测量平差法虽然包括了一定的现场测量条件,但其测量结果(平差结果)只是测得值所处范围的一个参数(随机误差)。
在计量学中,测量的目的是为了确定被测量的量值。
测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征,测量结果表述必须同时包含赋予被测量的值及与该值相关的测量不确定度,才是完整并有意义的。
用测量不确定度表征测量结果不确定性,既要考虑测量结果的系统误差效应,又考虑了测量结果的随机误差效应,严格说还考虑了测量结果的模糊效应,所以测量不确定度具有严密的科学性与严谨性,是测量结果不确定性的精确描述。
随机误差(平差结果)是由于测量时的随机因素或效应所引起的相对于被测量真值的偏差,这种随机因素或效应,将导致重复测量时测量结果值的分散性。
这说明,随机误差具有随机不确定性,这种不确定性的具体特征就是值
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