测量控制网用于建立新的控制点,一般采用经典最小二乘法严密平差,为了提高平差精度,还有很多在此基础上的平差加强方法,如稳健估计、抵偿投影变形和粗差处理等。平差计算的目的是新建高精度控制点供工程规划、设计、施工、监理等使用。这统称为控制测量。控制测量还可用于碎步点测量、地形测量、横断面测量、剖面图实测等的控制点建立。可广泛用于地质、勘探、物体、探矿、水利、公路、铁路、考古工作等。建立平面控制点得到平面坐标、而建立三角高程控制点得到三角高程,同样可以建立平高控制点同时得到坐标和高程三维坐标。另外,根据精度需要,高程也采用水准测量办法以得到比三角高程精度更高的水准高程。
1、控制网的类型很多,主要有:
一等三角网、二等三角网、三等三角网、四等三角网、五等三角网、图根控制测量网。各种导线、三角锁、线型锁、测角网、测边网、边角网、导线网、典型图形,附有已知条件的控制网平差、秩亏网平差、拟稳网平差、稳健估计、岭估计、三角测量概算、距离气象改正、抵偿投影变形和粗差处理等。三角高程控制网平差。
直伸导线、单一导线、无定向导线、符合导线、闭合导线等。
大地四边形、多边形、中心多边形、测角中点多边形、线形三角锁、两固定边之间插入单锁、固定边与固定点之间插入三角形单锁、固定角内插入N点(半网形)、固定三角形内(外)插入一点、固定三角形内、外各插入一点等各种典型图形。
2、平差前要进行近似坐标高程计算,主要测量方法有:
平面坐标采用:支导线、前方交会、侧方交会、后方交会、单三角形、边角交会、旁点交会、双点后方交会等。
高程采用:三角高程导线或水准联测。
3、表述差异。即,同一个概念的不同说法:
测量平差软件也可以说成测量平差计算软件。软件有时也叫程序,平差有时也叫平差计算。类似地,平面控制网平差、平面网平差,三角高程网平差、三角高程计算、三角高程控制网平差,但最小二乘平差与严密平差实际上是一回事。
4、平差软件应能适应特殊测量。如:远程不可达到目标测量、测星距、高空目标测量、困难地区的测量等,特殊测量一般指用GPS难以或无法实现的测量项目。
5、控制测量的外业观测方法有:半测回法、一测回法、全园观测法、全组合测角法。
6、控制网图一般用AutoCAD绘制,生成各种DWG格式的控制网图,或通过高级计算机语言如C#语言等编写程序进行全自动绘制图像格式或矢量格式的控制网图。
7、观测数据文件一般用文本文件格式或数据库存储。也应允许采用Word表格格式或Excel表格格式或网页表格格式。
8、测绘成果可以是表格化网页成果,可以直接打印,也可以复制粘贴为文本文件、Word表格和Excel表格文件,方便办公工作。
9、控制网成果都是永久性存储管理,所以应生成数据库表保存。如:SQLServer服务器的MDF数据库和XML数据库,可永久保存平差前后及其平差过程中应该保留的有保存价值的所有数据和最终成果。
10、负责控制网测量项目的应该是专业测绘院、勘察测绘研究院,测绘单位、测绘公司等的测绘工程师(测绘师)以上级别担任。
11、平差计算软件最好采用专业性强的软件或纯专业软件,其优越性是显而易见的。最好自己开发自己使用。开发软件采用面向对象的类型化开发方法,侧重于软件的易用性和健壮性,方便使用。
专业方面主要包括近似坐标计算、误差方程系数和权矩阵即权阵的组成,此后就是一整套矩阵数学运算,例如法方程系数求逆、迭代修正未知数值至得到符合要求的坐标高程平差值。当然,三角网平差还需要三角测量概算和对距离的气象改正,均按公式计算即可。
软件效果应该是:一个软件一次运行并采用简单统一的数据文件格式类型提交后直接得到所有最终结果,原始观测数据文件在提交平差软件进行平差计算前不应做任何加工保持原始提交个计算机,一切数据处理工作都交给计算机进行。这就是软件的智能化,否则就不是智能化软件。非智能化软件意味着软件存在不好用,操作工作量大,工作累人等特征。而智能化软件就很省心,只要提交原始观测数据文件即可得到所有需要的平差计算成果,期间不需要用户干预。但,可能有个别必要的“是”或“否”应答除外,而大多数测量平差项目是不存在也不需要应答的。
如果平面平差点数不超过10个,可以显示主要最终内部矩阵和向量数据,供测绘科学工作者和在校大学生研究平差学和统计学参考,借助实际生产成果研究平差性质、以便有所发现和创造。方阵对角线数据将以红色高亮显示,便于观察阅读数据。内容有:误差方程系数矩阵、观测值权矩阵 、法方程系数矩阵 、法方程系数矩阵之逆阵 、协因数矩阵 、可靠性矩阵等。而误差方程常数项向量、法方程常数项向量、改正数向量都是一维向量。
软件要设计成高度自动化和智能化,以大幅度减少人力资源投入、大幅度减轻测绘工作人员的劳动强度、提高工作效率、降低专业逻辑复杂性。
在线软件的优越性大,开发互联网版并适合多种主流浏览器,如等同于IE10.0以上版本,专业用户就可以不需要安装、升级和维护,也不需要安装大型支持软件,只需电脑、手机打开网页即可使用。当然全站仪等具有计算机功能的测量设备,只要能上网都可以直接使用。这些测量设备也可以单独安装单机版使用,功能是一样的。
12、质量控制
在质量控制方面应有专门的模块建立精度信息框架。质量保证内容包括但不限于诸如:定权公式、测距仪固定误差、比例误差、一方向水平角观测中误差、一方向垂直角观测中误差、协方差函数、权函数、方差-协方差矩阵、单位权中误差、点位中误差、可靠性矩阵、偶然误差的四个规律和误差传播律的正确应用,观测值是偶然误差和随机误差并存、点位精度、点位误差及误差椭圆参数。相对点位误差及相对误差椭圆参数。新建控制点时控制网的最弱边、最弱点、极限误差,另外大气遮光系数、大气遮光差改正和地球曲率改正,即球气差改正等。一维粗差、多维粗差剔除、平面可靠性和高程可靠性的计算等。以上这些因素都是与控制网的精度质量密切相关的。
精度信息框架的实施结果主要包括以下内容:平差结果的验后单位权中误差估计值,这是最主要的精度指标之一;未知点的纵、横坐标中误差和点位中误差、相对点位中误差;误差椭圆参数和相对误差椭圆参数;观测值改正数;可靠性指标数据:包括统计量、多余分量、内可控性、外可控性等。
由于控制网的严密平差和质量控制方面的精度信息框架做保证,像有关导线结点的全长闭合差、折角、曲折系数、横向误差、纵向误差、相对闭合差、角度闭合差等已经显得不太重要了,认为只要平差结果在容许误差范围内,这些问题均不做过多的考虑,但为了放心期间可以进行个别人为验证。
测站平差:对多测回观测进行测站平差。计算出各测回盘左盘右水平观测方向的2C值和垂直角指标差。根据科学发展的需要,也应该满足混合测回的观测方案,即根据不同的精度需求安排不同的观测测回数,如一个观测项目或设站点上可以同时存在半测回、一测回、多测回并存,平差软件应该能够处理混合测回的测站平差。
13、三角测量概算
三角测量概算是以大地基准为依据的。其概算内容包括:归心改正、三差改正、方向改正改化、距离改正改化,天文方位角、大地方位角化算,电磁波地面斜距、地面平距、大地线化算,以及球面角和球面三角形的计算。另外,还需要基本的加常数、乘常数、气象改正。还涉及到大地测量学方面的诸多内容,如磁方位角、垂线偏差分量改正、标高差改正、截面差改正、磁偏角、中央子午线、底点纬度、法截面、平行圈、曲率半径、天顶距、天文点、中纬度、高程异常、重力异常、子午圈、卯酉面、卯酉圈等概念。
归心改正即利用归心元素对观测方向进行改正。
天文纬度、天文经度在天文观测成果若用角时制则须带上hms单位。如:7h35m23.92s。s须在最后。
14、观测距离的气象改正
气象改正主要是对气压、温度、湿度造成的距离观测值误差进行改正。以拓普康、莱卡、尼康、科力达、南方等全站仪使用手册或说明书中具体的气象改正公式为准进行气象改正计算。具体格式参考气象参数文件模板。
15、平差工作的外业观测数据文件
目前,采用的外业测量仪器多为全站仪,而对于所有的测角测距仪器,如激光测距仪、红外测距仪和经纬仪等,平差软件同样应该是适用的。
观测数据文件中的垂直角是观测值(即盘左或盘右读数)还是实际值要一致,距离是平距还是斜距也要一致。
数据文件中照准点观测记录采用七字段:照准点名、平距(斜距)、盘左(盘右)平角、盘左(盘右)竖角,觇标高。设站点为二字段:设站点名、仪器高。具体参考观测数据文件格式模板。
起算数据点为已知三角点或已知平高点,高程一般用水准测量或三角高程测量获得。
角度用“度.分秒”,如果是弧度制角度或其它格式的角度单位在提交数据文件之前需要进行转换,观测数据文件中的已知边长(如基线)、已知坐标方位角、大地方位角、天文方位角、地面斜距、地面平距、大地线、平面距离按约定存放。
本软件所述水平角和水平方向是一回事。垂直角和垂直方向是一回事。因为,它们都是观测角度。
增加多余观测条件对于提升整个网的精度是明显的,但过多的多余观测却是一种浪费。