《工程测量学课程设计与实习》.docx
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《工程测量学课程设计与实习》
课程编号:
课程性质:
必修
工程测量学课程设计与实习
总结报告
学院:
测绘学院
专业:
测绘工程
地点:
武汉、三峡、宜昌、隔河岩
班级:
2011级1班
姓名:
张东营
学号:
31
教师:
黄声享陈雪丰张洪波等
2014年10月20日至2014年11月14日
第一部分课程设计
第1章附合导线和全边角网模拟计算.............................................1
第2章基于观测可靠性的工程控制网优化设计.....................................9
第3章隧道GPS网横向贯通误差模拟计算.......................................13
第4章回答问题..............................................................16
第5章结束语.................................................................20
第二部分集中实习
第6章集中实习与专题报告的内容总结..........................................21
第7章结束语.................................................................31
第一部分课程设计
第1章附合导线和全边角网模拟计算
1.1模拟计算
本次实习过程中采用的全边角网中有9个点,平均边长为1000m左右;还有一个附合导线为9个点的近似等边直伸附合导线,全长约4km,平均边长500m。
模拟计算步骤如下:
1.1.1生成正态标准随机数
主菜单“设计”栏的下拉菜单,单击“生成正态标准随机数”,将弹出一对话框,要求输入生成随机数的相关参数。
第一个参数用于控制生成不相同的随机数序列,其取值可取1-10的任意整数,可生成500个服从(0,1)分布的正态随机数。
系统对所生成的随机数按组进行检验,检验通过就存放在RANDOM.DAT文件中。
该文件中的随机数用于网的模拟计算时生成在给定精度下的模拟观测值。
1.1.2生成观测方案文件
张东营+附合导线.FA2
1.8,2,2
1,0,0,0
2,0,310,400
3,1,600,810
4,1,1020,1100
5,1,1410,1410
6,1,1890,1720
7,1,2310,2010
8,0,2610,2400
9,0,2900,2800
2
L:
1,3
S:
3
3
L:
2,4
S:
2,4
......
张东营+全边角网.FA2
0.7,1,1
1,0,0,0
2,1,1000,0
3,1,1200,200,
4,1,1000,350
5,1,810,200
6,1,210,100
7,1,320,190
8,1,250,390
9,1,100,300
1,2,A,0.0
1
L:
2,3,5,4,6,7,8,9
S:
2,3,5,4,6,7,8,9
2
L:
1,3,4,5,8,9,7,6
S:
1,3,4,5,8,9,7,6
......
1.1.3生成初始观测值文件
单击“生成初始观测方案文件”菜单项,可由人工生成的方案文件生成平面网初始观测方案文件“张东营+附合导线.OB2”“张东营+全边角网.OB2”;再单击“生成初始观测值文件”菜单项,可自动生成平面网初始观测值文件
张东营+附合导线.in2
1.800,2.000,2.000,1
1,0.,0.
2,310.,400.
8,2610.,2400.
9,2900.,2800.
2
1,L,0.0000
3,L,182.
3,S,502.
3
2,L,0.0000
4,L,159.
2,S,502.
4,S,510.
......
张东营+全边角网.in2
0.700,1.000,1.000,1
1,0.,0.
1
2,A,0.,0
2,L,0.0000
3,L,9.
5,L,13.
4,L,19.
6,L,25.
7,L,30.
8,L,57.
9,L,71.
2,S,999.
3,S,1216.
5,S,834.
4,S,1059.
6,S,232.
7,S,372.
8,S,463.
9,S,316.
2
1,L,0.0000
3,L,224.
4,L,269.
5,L,313.
8,L,332.
......
1.1.4平面网平差
对in2文件分别在主菜单“平差”栏作平面网平差,生成“张东营+附合导线.OU2”和“张东营+全边角网.OU2”
张东营+附合导线.OU2
近似坐标
----------------------------------------------------------------------
NameX(m)Y(m)
----------------------------------------------------------------------
10.0000.000
2310.000400.000
82610.0002400.000
92900.0002800.000
3600.000810.002
41020.0001100.006
51409.9991410.005
61889.9881720.014
72310.0012009.998
----------------------------------------------------------------------
......
单位权中误差和改正数带权平方和
----------------------------------------------------------------------
先验单位权中误差:
1.80
后验单位权中误差:
1.61
多余观测值总数:
3
平均多余观测值数:
0.15
PVV1=7.80PVV2=7.80
----------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------
张东营+附合导线控制网总体信息
已知点数:
4未知点数:
5
方向角数:
0固定边数:
0
方向观测值数:
14边长观测值数:
6
方向观测先验精度:
1.80边长观测先验精度(A,B):
2.00,2.00
----------------------------------------------------------------------
张东营+全边角网.OU2
----------------------------------------------------------------------
近似坐标
----------------------------------------------------------------------
NameX(m)Y(m)
----------------------------------------------------------------------
10.0000.000
2999.9980.000
31199.940199.992
4999.999350.002
5809.996199.999
6209.998100.000
7319.997189.997
8249.998389.995
999.998299.997
----------------------------------------------------------------------
......
单位权中误差和改正数带权平方和
----------------------------------------------------------------------
先验单位权中误差:
0.70
后验单位权中误差:
0.63
多余观测值总数:
84
平均多余观测值数:
0.77
PVV1=33.36PVV2=33.37
----------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------
张东营+全边角网控制网总体信息
已知点数:
1未知点数:
8
方向角数:
1固定边数:
0
方向观测值数:
72边长观测值数:
36
方向观测先验精度:
0.70边长观测先验精度(A,B):
1.00,1.00
----------------------------------------------------------------------
网图如下
1.2统计计算
分别对全边角网和附合导线,用不同的正态随机数组进行20-30次模拟计算(在程序生成的固定随机数中删除某些数据,可以得到不同的随机数组,对得到的30-60个后验单位权中误差进行统计计算:
计算后验单位权中误差均值、后验单位权中误差的中误差,分析均值与先验精度的关系。
按如下公式计算计算后验单位权中误差均值、后验单位权中误差的中误差
后验单位权中误差、均值和中误差之中误差
组别
后验单位权中误差
(附合导线先验值
=1.80″全边角网
=0.70″)
均值
(〞)
(〞)
附合导线组
1.610.960.981.231.901.260.611.622.161.022.301.181.891.601.911.370.741.690.802.06
1.325
0.625
全边角网组
0.630.650.720.770.620.830.690.740.580.690.720.820.780.800.690.590.770.520.680.70
0.684
0.147
1.3假设检验
1.3.1后验单位权中误差显著性检验
首先作
检验,检验附合导线和全边角网后验单位权中误差的最或然值是否与先验值
有显著性差别。
再作f检验,取他人在同样先验精度和网型下计算的一组数据,检验两个后验单位权中误差之中误差之间是否有显著性差别。
对检验结果作评价。
检验时显著水平取0.05,要列出公式和写出计算过程,对
和
构成统计量
零假设:
备选假设:
当
时,接受
;当
时,接受
,即后验单位权中误差与先验值1.80″有显著性差别。
其中,
为
分布的自由度,在这里等于19,
为显著水平,取0.05,
为分位值,检验结果如表所示。
由表得知:
附合导线中后验单位权中误差最或然值与先验值
有显著性差别,且都小于先验值。
说明后验单位权中误差不是
的无偏估计量。
而全边角网中后验单位权中误差最或然值与先验值
没有显著性差别,说明其后验单位权中误差是
的无偏估计量。
后验单位权中误差的显著性检验
组号
(〞)
(〞)
(〞)
检验结果
附合导线1
1.8
1.325
0.625
3.399
1.729
拒绝
附合导线2
1.8
1.357
0.716
3.388
1.729
拒绝
全边角网组
0.7
0.684
0.147
0.487
1.729
接受
1.3.2组间后验单位权中误差的中误差的显著性检验
对上表计算所得的第1、2组的中误差之中误差进行F检验,零假设和备选假设为:
作统计量
其中,
为分位值,
和
为自由度,在这里均等于19,
为显著水平,取0.05。
当
时,接受
;否则,接受
。
计算得:
F=1.328,小于分位值
(2.16),接受
,说明这两组的中误差之中误差无显著差别,由此推得,表1,2两组的中误差之中误差都无显著差别,说明采用统计法计算的中误差之中误差是可靠的。
1.4粗差分析
在附合导线的一个方向观测值中加入10″粗差,后验单位权中误差增大,有时加入一个粗差后,后验单位权中误差并不显著增大,但导线点的坐标变化仍会变大。
且导线观测值的粗差很难通过粗差探测方法发现,粗差也可能被探测出来,但不能准确定位。
同样对全边角网(网的具体信息见第二章)在一个方向观测值中加入10″粗差,平差后后验单位权中误差变化不大,点击“平差”菜单下的“粗差探测”选项,看是否能发现所模拟的粗差:
叠置分析
点号△X(m)△Y(m)δx(m)δy(m)δp(m)
30.001-0.0030.0010.0020.002
40.000-0.0010.0010.0010.002
50.000-0.0010.0010.0010.002
60.000-0.0000.0010.0010.002
70.000-0.0000.0010.0010.002
80.000-0.0000.0010.0010.002
90.000-0.0000.0010.0010.002
10.0000.0000.0000.0000.000
2-0.0000.0000.0010.0000.001
以上结果说明,对于附合导线来说,观测值的粗差很难通过粗差探测方法发现。
只有在假设已知坐标无粗差时,当一个方向(或一条边长)存在粗差时,才有可能被检测出来,而且观测值粗差对平差结果的影响较大,而对于全边角网却很容易探测出粗差,且粗差对平差结果影响不大。
综合考虑原因,是由于附合导线多余观测数较小,图形强度不大,而全边角网的多余观测数则大得多,网型较强,从而其抵抗以及探测粗差的能力强。
第2章基于观测可靠性的工程控制网优化设计
2.1设计一个全边角网“肥”而“密”的初始方案
设计一个任意形状的全边角网,其做法同前。
取1个已知点,一个已知方位角,它们可在任意位置,注意网的最弱点、最弱边精度以及网点精度与已知点(基准)位置的关系。
人工生成“张东营+工程控制网.FA2”文件,自动生成“张东营+工程控制网.IN2”文件。
部分如下所示:
张东营+工程控制网.FA2
0.7,1,1
J,0,-2500,0
J1,1,-2460,-400
J2,1,-3000,20
J3,1,-2750,350
C,1,2500,0
C1,1,2500,-400
C2,1,2950,-20
C3,1,2250,350
J,C,A,0.0
J
L:
J3,J2,J1,C1,C2,C3,C
S:
J3,J2,J1,C1,C2,C3,C
......
张东营+工程控制网.IN2
0.700,1.000,1.000,1
J,-2500.,0.
J
C,A,0.,0
J3,L,0.0000
J2,L,52.
J1,L,150.
C1,L,229.
C2,L,234.
C3,L,238.
C,L,234.
J3,S,430.
J2,S,500.
J1,S,401.
C1,S,5015.
C2,S,5450.
C3,S,4762.
C,S,5000.
......
平差结果
最弱边及其精度
----------------------------------------------------------------------
FROMTOA(dms)MA(sec)S(m)MS(cm)S/MSE(cm)F(cm)T(dms)
J3J2232.0.38414.005960.0660.0760.066139.2518
----------------------------------------------------------------------
单位权中误差和改正数带权平方和
----------------------------------------------------------------------
先验单位权中误差:
0.70
后验单位权中误差:
0.58
多余观测值总数:
63
平均多余观测值数:
0.74
PVV1=21.51PVV2=21.51
----------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------
张东营+工程控制网控制网总体信息
已知点数:
1未知点数:
7
方向角数:
1固定边数:
0
方向观测值数:
56边长观测值数:
28
方向观测先验精度:
0.70边长观测先验精度(A,B):
1.00,1.00
----------------------------------------------------------------------
2.2优化设计
单击“设计”——>“平面网优化设计”,将弹出对话框,选择需要进行优化设计的控制网对应的平面观测值文件(网名.IN2),然后自动对该网进行平差,平差完毕后,将弹出如图
平面网优化信息
根据平均多余观测分量的初始值,给定一个较小一些的平均多余观测分量设计值,然后单击“确认”按钮,重新平差,将自动删去多余观测分量较大的观测值。
平差后,将弹出新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“网名Y.IN2”的优化设计观测值文件和“网名.SC2”的含已删除观测值的结果文件,可在“网名.SC2”上查看所删除的多余观测分量较大的那些观测值。
2.3比较初始方案与优化方案的坐标差
调用叠置分析功能,比较初始方案与优化设计方案的坐标差,结果如下
点号△X(m)△Y(m)δx(m)δy(m)δp(m)
C20.0040.0030.0330.0030.033
C30.0010.0010.0320.0020.032
J0.0000.0000.0000.0000.000
J10.0040.0010.0320.0040.033
J20.001-0.0030.0020.0400.040
J3-0.003-0.0020.0280.0200.035
C10.0040.0010.0340.0020.034
C0.0030.0000.0330.0000.033
2.4优化效益分析
优化前后网图
删除的观测值(平均多余观测分量设计值为0.50)共28个方向观测值,14个边长观测值。
1J-->C1LRi=-0.832J-->C2LRi=-0.83
3J-->C3LRi=-0.834J-->CLRi=-0.83
5J3-->C1LRi=-0.836J3-->C2LRi=-0.83
7J3-->C3LRi=-0.838J3-->CLRi=-0.83
9J2-->C1LRi=-0.8310J2-->C2LRi=-0.83
11J2-->C3LRi=-0.8312J2-->CLRi=-0.83
13J1-->C1LRi=-0.8214J1-->C2LRi=-0.82
15J1-->C3LRi=-0.8216J1-->CLRi=-0.82
17C-->JLRi=-0.8318C-->J3LRi=-0.83
19C-->J2LRi=-0.8320C-->J1LRi=-0.83
21C1-->JLRi=-0.8322C1-->J3LRi=-0.83
23C1-->J2LRi=-0.8324C1-->J1LRi=-0.83
25C2-->JLRi=-0.8326C2-->J3LRi=-0.83
27C2-->J2LRi=-0.8328C2-->J1LRi=-0.83
1J-->C1SRi=-0.902J-->C2SRi=-0.92
3J-->C3SRi=-0.894J-->CSRi=-0.91
5J3-->C1SRi=-0.906J3-->C2SRi=-0.92
7J3-->C3SRi=-0.898J3-->CSRi=-0.91
9J2-->C1SRi=-0.9110J2-->C2SRi=-0.93
11J2-->C3SRi=-0.9112J2-->CSRi=-0.92
13J1-->C2SRi=-0.9114J1-->CSRi=-0.90
其中LRi表示方向观测值的多余观测分量,SRi表示边长多余观测分量,被删除的都是多余观测分量为0.8以上较大的方向观测值和边长观测值,将他们结合网图进行分析,发现这些观测值都与边长和网型有关,即它们对应的边长都比较长,这说明它们精度不高,在网中地位较低。
对于控制网,观测值的多余观测分量是其内部可靠性的量度,那些多余观测分量较大的可靠性较小,相应地,它们也会影响到与其邻近的、结构上紧密相关的那些观测值,造成网的各观测值没有均匀的可靠性。
但是在控制网的设计中,我们必须要求在网形结构和精度配置上使各观测值有比较均匀的可靠性。
为了兼顾精度和可靠性及费用问题,删除一些多余观测分量较大的、在网中地位较低的观测值是有必要的。
第3章隧道GPS网横向贯通误差模拟计算
3.1GPS网模拟计算的原理与方法
GPS网的观测量是伪距、载波相位和时间,通过静态同步观测,可以解算出基线向量及其协方差阵,GPS网的平差是将生成的基线向量作为观测值进行的。
要对GPS网的原始观测值或生成观测值进行模拟无疑是很困难的。
但是将基线向量投影
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