高程控制测量技术设计样本.doc

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高程控制测量技术设计
刘 显 峰 赵 刚
(辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 辽宁 阜新 123000)
liuxianfeng
(Mapping and Geographic Sciences Liaoning Technology University Fuxin, 123000)

摘 要: 高程控制测量技术设计作为指导矿区高程高程控制网布设的主要技术依据, 保证测绘产品合技术标准和用户要求, 并获得最佳的社会效益和经济效益, 提高工程实施的效率。本设计书主要阐述了技术设计所涉及的理论与方法, 技术设计书的写作内容与要求, 基于《规程》《规范》规定、 用户要求等提出了本项目的水准测量内外业作业方法和技术要求、 最终编制完成《高程控制测量技术设计书》。
关键词: 控制测量 技术设计 精度 水准网

Abstract control elevation measurement technology as a guiding design elevation elevation mine laid the main control network based on technology to ensure that technical standards for mapping products and user requirements, and the best social and economic benefits and improve the efficiency of project implementation. The book focuses on the design of the technology involved in the design theory and methods, technical design and content of the writing requirement, based on the "point of order," the "norm", such as user requirements put the item inside and outside the industry standard of measurement practices and technical requirements And eventually completed the "elevation measurement technology control of the design."
Key words: control standards of precision measurement technology network design

前言
为了保证每个测绘项目的顺利完成, 在其作业前都需要对工程项目做一个详细的计划, 即技术设计。技术设计的目的是制定切实可行的技术方案, 保证测绘产品符合技术标准和用户要求, 以获得最佳的社会效益和经济效益。因此, 每个测绘项目在作业前都必须进行技术设计,技术设计书必须经批准才能实施。
1高程控制测量技术设计
像任何工程设计一样, 高程控制测量的技术设计是关系全局的重要环节, 技术设计书是使控制网的布设既满足质量要求又做到经济合理的重要保障, 是指导生产的重要技术文件。
技术设计的任务是根据控制网的布设宗旨结合测区的具体情况拟定网的布设方案, 必要时应拟定几种可行方案。经过分析, 对比确定一种从整体来说为最佳的方案, 作为实际施测布网的基本依据。
1.1编写技术设计的基本依据和基本原则
1.1.1编写技术设计的基本依据
1) 上级下达任务的文件或合同书
2) 有关的法规和技术标准
3) 有关测绘产品的生产定额, 成本定额和装备标准等。
1.1.1编写技术设计的基本原则
1) 技术设计方案应先考虑整体而后局部, 且顾及发展; 要满足用户的要求, 重视社会效益和经济效益。
2) 要从作业区实际情况出发, 考虑作业单位的实力, 挖掘潜力, 选择最佳作业方案。
3) 广泛收集, 认真分析和从分充分利用已有的测绘产品和资料。
4) 积极采用适用的新技术, 新方法和新工艺。
5) 一个设计去的大小, 一般以1到2年完成较合适, 工作量大的项目, 可将作业区划分为几个小区, 分别进行技术设计; 工作量小的可将项目设计和专业设计合并进行。
1.2编写技术设计书的要求
技术设计书是实施测量工作的技术依据, 是一份重要的文献资料, 对技术设计书编写工作具体要求如下:
( 1) 内容要明确, 文字要简练, 标准已有明确规定的, 一般不再重复。对作业中容易混淆和忽视的问题, 应重点叙述。
( 2) 采用新仪器, 新技术, 新方法和新工艺时, 要说明可行性研究或试生产的结果以及达到的精度, 必要时可附鉴定书或实验报告。
( 3) 技术设计中使用的名词, 术语, 公式, 符号, 代号和计量单位等应与有关法规和标准一致.

2 高程控制测量的技术与方法
高程控制测量的理论、 技术与方法是编写技术设计书的主要理论依据和技术依据。
2.1水准网的布设原则
水准测量的实施, 其工作程序是: 水准网的图上设计、 水准点的选定、 水准标石的埋设、 水准测量观测、 平差计算和成果表的编制。水准网的布设应力求做到经济合理, 因此, 首先要对测区情况进行调查研究, 搜集和分析测区已有的水准测量资料, 从而拟定出比较合理的布设方案。在矿区地面高程控制测量中其水准网布设应遵循以下原则:
( 1) 水准路线应尽量沿坡度小的道路布设, 以减弱前后视折光误差的影响。尽量避免跨越河流、 湖泊、 沼泽等障碍物。
( 2) 水准路线若与高压输电线或地下电缆平行, 则应使水准路线在输电线或电缆50m以外布设, 以避免电磁场对水准测量的影响。
( 3) 布设首级高程控制网时, 应考虑到便于进一步加密。
( 4) 水准网应尽可能布设成环形网或结点网, 个别情况下亦可布设成附合路线。水准点间的距离: 一般地区为2～4km; 城市建筑区和工业区为1～2km。
( 5) 应与国家水准点进行联测, 以求得高程系统的统一。
( 6) 注意测区已有水准测量成果的利用。
2.2水准网的精度估算
一个水准网的设计方案是否可行, 重要技术指标之一是水准点的高程中误差能否达到设计目标。为此必须对设计的水准网进行预期精度估算。能够根据控制网的初始方案, 按间接平差原理, 估算平差后未知数及其函数的精度来预计最弱点的中误差, 也能够用一种直观简捷的方法——等权代替法。
用等权代替法作结点水准网的精度估算: 等权代替法来解决水准网中有两个以上的结点水准网的平差, 如图2-5所示

图2-5
Figure 2-5
各段水准路线的长度为Li, 各高差观测值的权为pi, 故pi=。先对1, 2, 3三条路线, 用求加权平均值的方法计算结点J的高程, 记为。显然的权为。这样就将3条路线合并成一条虚拟的等权路线。因为各路线观测高差的权与距离的公里数成反比, 因此等权路线的长度为: 。再经过路线链接, 将单结点水准网化为单一的水准路线, 其总长度为。因此F点的权为。
由此得到F点的高程中误差为( 2-1)
根据上述的等权代替法编写了一个估算水准网中最弱点高差中误差的程序。经过输入已知点从不同的线路到达最弱点的距离计算出最弱点的高差中误差。下面是该程序的源程序:

/* Note:Your choice is C IDE */
#include "math.h"
#include<iostream.h>
#include <fstream>
double fun(double *L,int j)
{
double P12=0;
for(int i=1;i<=j;i++)
P12=P12+1/L[i];
return P12;
}
main()
{
using namespace std;
ifstream in_stream;
ofstream out_stream;
in_stream.open("E:\\yizhi.txt");
double n,L[100],LM,P12,L12,MF;
int i,j=2;
in_stream>>n;
for(i=1;i<n+1;i++)
in_stream>>L[i];
in_stream>>LM;
out_stream.open("E:\\jieguo.txt");
for(i=1;i<n+1;i++)
out_stream<<L[i]<<" ";
out_stream<<"\n";
out_stream<<"要求限差为"<<LM<<"mm";
Loop:out_stream<<"\n";
if (j>n)
goto Moop;
else;
P12=fun(L,j);
out_stream<<j<<"条边时虚拟路线的权P="<<P12;
out_stream<<"\n";
L12=1/P12;
MF=6*sqrt(1/P12);
out_stream<<"最弱点高程中误差MF="<<MF;
out_stream<<"\n";
if (MF<LM)
out_stream<<j<<"条边时最弱点高程中误差MF小于限差, 达到要求。";
else
{
out_stream<<j<<"条边时最弱点高程中误差MF大于限差, 未达到要求。";
j=j+1;
goto Loop;
}
Moop:
out_stream<<"运算结束。";
}
2.3水准测量概算
在水准测量前, 必须 对水准测量的外业观测数据资料进行严格的检查, 在确认无误、 各项限差都符合要求后, 方可进行概算工作。概算的主要内容是: 计算观测高差各项改正数和编制水准点概略高程表等。
a.水准标尺每米长度误差的改正数计算
水准标尺每米长度误差对高差的影响是系统性质的。根据规定, 当一对水准标尺每米长度的平均误差大于±0.02mm时, 就要对观测高差进行改正, 对于一个测段的改正。改正数按式子计算:
式中——1m读数的改正数, 即一对标尺平均每米间隔真长与1m之差;
——往测或返测的高差值。
b.正常位水准面不平行的改正
在外业概算中, 对三等以上的水准测量结果需要进行正常位水准面不平行改正。因为四等水准测量的路线较短, 且精度要求低可不进行此项改正。改正数按: 计算, 式中 为水准测量路线中第i测段的正常水准面不平行改正数, A 为常系数, 当水准测量路线的纬度差不大时, 常系数A可按水准测量路线纬度的中数为因数在现成的系数表中查取, 为第i测段始末点的近似高程, 以m为单位; 以分为单位, 和为第i测段始末点的纬度, 其值可由水准点点之记或水准测量路线图中查取。
c.水准路线闭合差改正
对于符合路线或闭合路线, 若闭合差为,路线长度为,则第个阶段( 设路线中共有个测段) 的高差改正数为: ( 2-2)
式中、 ——起始点与终止点的已知高程( 在闭合路线中=) ;
——各侧段观测高差之和;
——整个路线的正常位水准面不平行改正数之和。
d.高差改正数的计算
水准测量路线中每个测段的高差改正数可按下式计算: ( 2-3)
即按水准测量路线闭合差按测段长度成正比的比例配赋予各测段的高差中, 最后根据已知点高程及改正后的高差计算水准点的概略高程。即 。( 2-4)
2.4水准测量的精度评定
水准测量的精度是以每km高差中数的偶然中误差和全中误差来表示的。全中误差能较为全面地反映观测值中所包含的偶然误差和系统误差, 因此用全中误差描述水准测量的精度更为客观些。在水准测量中, 测段往返测不符值具有真误差性质, 而且在水准网中这样的不符值数量较多, 因此常见测段往返测不符值计算每km高差中数中误差。由个测段往返测的高差不符值计算每公里单程高差的偶然中误差( 相当于单位权观测中误差) 的公式为: ( 2-5)
往返测高差平均值的每公里偶然中误差为: ( 2-6)
式中, △是各测段往返测的高差不符值, 取mm为单位; R是各测段的距离, 取km为单位; n是测段的数目。
按水准规范规定, 一、 二等水准路线须以测段往返高差不符值计算每公里水准测量往返高差中数的偶然中误差。当水准路线构成水准网的水准环超过20个时, 还需按水准环闭合差计算每公里水准测量高差中数的全中误差。
计算每公里水准测量高差中数的全中误差的公式为: ( 2-7)
式中, 是水准环线经过正常水准面不平行改正后计算的水准环闭合差矩阵, 的转置矩阵为环的闭合差, 以mm为单位; 为水准环的数目, 协因数矩阵中对角线元素为各环线的周长, 非对角线元素, 如果图形不相邻, 则一律为零, 如果图形相邻, 则为相邻边长度( 公里数) 的负值。
2.5平差计算原理
当全部外业数据采集及数据整理工作结束后, 需对整个水准网进行内业平差计算, 以获得控制网高程成果。我院张恒景老师编制的高程控制网平差软件进行平差计算时, 只需准备好平差程序中所需要的数据文件, 电脑程序就能够自己按照导线的路线, 对水准导线和水准网进行平差工作, 最终求出平差计算结果, 平差计算结果由程序自动记入待定点高程数据文件中, 同时编制精度评定表, 输出待定点高程平差成果和高程测量中误差。
水准网平差计算是按间接平差原理( 即参数平差法) 。其原理是经过选定t个独立参数, 将每个观测量分别表示成这t个参数的函数,建立函数模型, 按最小二乘原理, 用求自由极值的方法解出参数的最或然值, 从而求得各观测量的平差值。其函数模型为
( 2-8)
上式表示了参数估算值与观测值改正数之间的函数关系, 一般称该式为误差方程式。为了求得唯一解, 按最小二乘原理, 须满足V TPV = 的要求, 即
BＴP V＝0 ( 2-9)
公式( 2-8) 和( 2-9) 称为间接平差的基础方程。解此基础方程得
( 2-10)
将求出的带入误差方程式( 2-8) , 即可求得改正数,从而最终平差结果为
= L + V , =X0 － ( 2-11)
对水准网而言, 上述公式中L为观测值( 即测段观测高差) , 为观测值个数( 即测段数) ,V为L的改正数( 即各测段高差改正数) , 为L的平差值, L的协因数矩阵为为已知; 为必要观测数( 即水准网中固定点个数) , 为选定的个独立参数( 即水准网中固定点的高程平差值) , X0为参数的近似值( 固定点的平差前高程值) , 参数估算值( 即近似值X0的改正数) 。
参考文献
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[7] 吴俊, 刘大杰主编.控制网测量平差.北京: 测绘出版社, 1985
[8] 顾孝烈.城市与工程控制网设计.上海: 同济大学出版社, 1991
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