精密工程控制网及其优化设计.ppt

* 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： 上述分类只是从概念上去理解，网的设计不一定完全按此思路，常常是几类设计同步进行。 * 优化设计的分类和方法 1) 网的优化设计可分为零、一、二、三类。 零类设计(基准设计)。固定参数是B和P，待求参数是X和Qxx。就是在控制网的网形和观测值的先验精度已定的情况下，选择合适的起始数据，使网的精度最高。 一类设计(图形设计)。固定参数是P和Qxx，待定参数为B。就是在观测值先验精度和未知参数的准则矩阵已定的情况下，选择最佳的点位布设和最合理的观测值数目。通常，在传统的大地网图形设计中就是解决这个问题。 * 二类设计(权设计): 固定参数是B，Qxx，待定参数P在控制网的网形和网的精度要求已定的情况下，进行观测工作量的最佳分配(权分配)，决定各观测值的精度 (权)，使各种观测手段得到合理组合。 三类设计(加密设计): 固定参数是Qxx和部分B，P，待定参数为部分B和P，是对现有网和现有设计进行改进，引入附加点或附加观测值，导致点位增删或移动，观测值的增删或精度改变。 * 2 优化设计的任务（重点＋难点） 测量控制网设计过程,网的优化设计是一个迭代求解过程,它包括以下内容: 提出设计任务,图形设计； 制定设计方案； 进行方案评价； 进行方案优化,精度估算。 撰写观测纲要 选点埋石造标观测 平差 网的优化设计过程 * 图 3-2 控 制 网 优 化 的 内 容 和 流 程 * 网的优化设计方法有两种： 解析法： 通过数学方程用最优化方法求解。 即:以数学规划原理求目标函数极大极小，得到设计变量最优解。 特点： 所需机时小，数学上严格。 缺点：数学模型复杂，难以建模 3 工程控制网的优化设计方法 * 3 工程控制网的优化设计方法 模拟法(机助法)： 根据经验和准则，通过计算比较、修改，得到最优方案。 从初选方案出发，凭知识与经验修正完善，得到一个经济上合理，技术上可行，满足工程要求的方案，通常叫做模拟法，又叫修正法。 特点：计算简单，易于编程，适应性广 ，设计结果合理可行。 缺点：依赖经验与费机时。 在实际中应用时应当二者结合。 * ??? 在实践中，总结出了下述优化设计策略：先固定观测值的精度，对选取的网点，观测所有可能的边和方向，计算网的质量的指标，若质量偏低，则必须提高观测值的精度。在某一组先验精度下，若网的质量指标偏高了，这时可按观测值的内部可靠性指标，删减观测值。太大，说明该观测值显得多余，应删去；若很小，则该观测值的精度不宜增加。这种根据内部可靠性指标大小来删除观测值的方法称为从“密”到“疏”，从“肥”到“瘦”的优化策略。  模拟法优化设计应用 * 　??? 从模拟法优化设计的整个过程来看，它是一种试算法，需要有一个好的软件。该软件除具有通用平差软件的功能外，在成果输出的多样性、直观性，在可视化以及人机交互界面设计方面都有更高要求。同时也要求设计者具有坚实的专业知识和丰富的经验。 ??? 用模拟法可获得一个相对较优且切实可行的方案，可进一步用模拟观测值作网的平差计算，同时可模拟观测值粗差并计算对结果的影响。这种方法称为数学扭曲法或蒙特卡洛法。对于一个精度、可靠性以及灵敏度要求极高的监测网或精密控制网，作上述优化设计和精细计算是十分必要的。  模拟法应用 * 2 模拟法优化设计 1.模拟法优化设计过程： ①设计网形、实地踏勘； ②定初始方案，模拟观测值，网平差； ③观测修改； ④再作模拟计算，重复进行，直到满意。 ⑤人机交互方式进行。 * 3.4.3.2 模拟法优化设计 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。 * 4 3.1精密工程水平控制网 1 2 3 3.2 精密工程高程控制网 3.3精密工程测量控制点的标志 3.4 控制网优化设计 第三章 精密工程控制网及其优化设计 3.5典型工程控制网实例 5 作业与思考题 6 *