控制网优化设计报告
论GPS控制网布设优化
论GPS控制网的布设与优化摘要：文章通过分析gps网特点及优化设计原则，进一步提出了gps控制网的优化设计的措施。
关键词：gps 控制网；布设原则；优化设计近年来，gps技术被广泛应用到测量领域，是现代测绘工程建设项目中一项非常重要的技术进步。
与传统控制测量方法相比，gps 技术具有点位精度高、观测时间短、操作简便、可全球全天候作业等优点，但并不等于gps控制网就无需像传统控制测量方法那样进行控制网的优化设计。
gps网优化设计是实施gps测量的基础性工作，在网的精确性、可靠性和经济性等方面,寻求设计的最佳方案。
1 gps控制网的特点（1）网形与卫星空间分布的几何图形相关。
gps控制网的精度与网中的点所构成的几何图形没有关系，与观测权相关程度不大，与边和边所构成的角度无关，主要取决于网中个点发出基线的数目及基线的权阵。
（2）具有非层次结构性。
根据采用仪器类型和作业模式不同，得到不同精度的观测值，这与经典控制网的“逐级控制”、“分级施测”没有关系，gps网可用相同精度一次扩展达到所需的密度设计要求。
（3）没有误差积累且分布均匀。
误差积累是经典控制网存在特性之一，而gps网则没有误差的积累，而且误差分布比较均匀，各边的方位和边长的相对精度基本是相同的。
（4）简单易行的必要基准条件。
gps网的观测数据(基线向量)中包含了尺度和方位信息，理论上只需要一个已知点的坐标即可确定gps网的平移。
2 gps 控制网布设应坚持的原则2.1 效率优先原则在进行gps网的设计时，应采用效率指标来衡量设计方案的效率，以及在采用布网方案作业中所需要的时间、消耗等问题。
2.2 高精度性原则gps控制网的高精度性是工程测量的基石，也是其最明显的优势之一。
在布设时，要做到高精度性原则：先确定gps网的网形，再根据gps网的网形，得到gps网的设计矩阵b，从而得到gps网的协因数阵q=(btpb)，由此做到gps 控制网的高精度性原则。
工程控制网优化设计方案
工程控制网优化设计方案一、引言随着现代社会的发展，大部分工程项目都会使用到工程控制网。
工程控制网是一个用于地形测量和工程建筑的重要基础设施，在土木工程、建筑工程、水利工程和交通工程等领域都有着广泛的应用。
因此，如何优化工程控制网设计是一个重要的课题。
通过对工程控制网进行优化设计，可以提高工程测量的精度和效率，减少测量成本，为工程施工提供更好的保障，达到经济和社会效益。
本文将介绍工程控制网的基本概念和作用，分析工程控制网优化设计的必要性，然后提出一种基于GPS和GIS技术的工程控制网优化设计方案，并对其进行深入探讨。
二、工程控制网的基本概念和作用工程控制网是用于工程测量和建筑的一种基础设施，由一系列控制点构成，主要用于测量和定位工程项目的各个部分。
在工程测量中，控制网可以提供精确的水平和垂直控制，以确保工程施工的精度和准确度。
同时，工程控制网也是测绘和地理信息系统的基础设施，用于地图制图、地形测量、环境监测等方面。
三、工程控制网优化设计的必要性随着科学技术的发展和工程项目的复杂化，对工程控制网的精度和稳定性要求也越来越高。
然而，传统的工程控制网设计存在一些问题，如控制点过于密集、控制点分布不均匀、控制点传递效率低等。
这些问题导致工程测量成本高、效率低，无法满足现代工程项目的需求。
因此，需要对工程控制网进行优化设计，提高其精度和效率，降低测量成本。
目前，基于GPS和GIS技术的工程控制网优化设计方案已经成为一个研究热点。
四、基于GPS和GIS技术的工程控制网优化设计方案GPS（全球定位系统）和GIS（地理信息系统）是两种现代化的测量技术，它们广泛应用于地理空间数据收集、处理和分析，具有较高的精度和效率。
基于GPS和GIS技术的工程控制网优化设计方案主要包括以下几个方面：1. 控制点选取和布设在工程控制网的优化设计中，首先需要进行控制点的选取和布设。
传统的控制点布设是靠人工判断和摸索，容易出现偏差和误差。
控制网优化设计
控制网优化设计一、GPS 卫星定位的基本原理GPS 定位时，把卫星看成是―飞行‖的已知控制点，利用测量的距离进行空间后方交会，便得到接收机的位置。
卫星的瞬时坐标可以利用卫星的轨道参数计算。
二、在进行载波相位观测时，在不同观测时段，载波可以划分为哪几部分？首次观测值00)(~φϕFr = 后继量测值)()(~φφϕFr Int += 通常表示为)()(~00φφϕFr Int N N ++=+=Φ 三、坐标系之间的转换过程举例:WGS —84大地坐标系至80平面直角坐标系：方法一：先将WGS —84大地坐标系转换成WGS —84空间直角坐标系，再将WGS —84大地坐标系，利用七参数（三个平移参数，三个旋转参数，一个尺度变换参数）转变成80空间直角坐标系，在将80空间直角坐标系转换成80大地坐标系，通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，将其转换成80平面直角坐标系。
方法二; 通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，先将WGS —84大地坐标系转换成WGS —84平面直角坐标系，再利用四参数（两个平移参数，一个旋转参数，一个缩放参数）将WGS —84平面直角坐标系转化成80平面直角坐标系。
四、GPS 网数据处理的基本过程1、数据传输2、建立坐标系统1）打开TGO 软件，功能—Coordinate System Manager ，进入坐标系统管理器。
2）增加椭球，输入椭球名称、长半轴、扁率3）增加基准转换（Molodensky ），创建新的基准转换组。
4）增加坐标系统组5）选择投影方式：横轴墨卡托投影6）文件保存退出3 、新建项目1）新建项目2）选择模板(Metric 米制单位模板).3）改变坐标系统，选择需要的坐标系统。
4、导入静态观测数据(*.dat 或RINEX)数据1）文件/导入2）修改测站名，天线高度，天线类型，测量方法。
5、处理Timeline6、处理GPS 基线7、GPS 网的无约束平差1)平差—基准—WGS-84，进行无约束平差。
工程控制网模拟计算分析与优化设计
一、目的与要求1.通过实践环节，培养运用本课程基本理论知识的能力，学会分析解决工程技术问题；加深对课程理论的理解和应用，提高工程测量现场服务的技能。
2.掌握工程测量地面控制网模拟设计计算的基本理论和方法，对附合导线进行设计、模拟计算、统计分析和假设检验，对结果进行分析，发现附合导线存在的问题，提出相应得对策，通过与边角网模拟计算结果的比较，加深对地面控制网的精度和可靠性这两个重要质量指标的理解。
3.掌握基于观测值可靠性理论的控制网优化设计方法，能根据工程要求独立布设地面控制网并进行网的模拟优化设计计算。
4.掌握COSA系列软件的CODAPS（测量控制网数据处理通用软件包）的安装、使用及具体应用。
二、内容与步骤2.1附合导线模拟计算2.1.1模拟网的基本信息网类型和点数：附合导线、全边角网，9个控制点。
网的基准：附合导线为4个已知点、全边角网取1个已知点和1个已知方向。
已知点坐标：自定待定点近似坐标：自定边长：全边角网1000 ～ 1500m 左右，附合导线 400～ 500m2.2计算步骤1.人工生成模拟观测方案设计文件“导线数据.FA2”在主菜单“新建”下输入等边直伸导线的模拟观测数据，格式按照 COSA2 的规定输入，另存为“导线数据.FA2”。
文件如下：1.8,3,2D1,0,1261.778,671.640D2,0,997.212,1086.813D3,1,1242.007,1542.800D4,1,1027.823,2001.479D5,1,1258.483,2496.456D6,1,1071.641,2921.460D7,1,1226.964,3367.157D8,0,1031.118,3795.525D9,0,1114.036,4306.353D2L:D1,D3S:D3…………2.主菜单“设计”栏的下拉菜单，有三项子菜单项，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。
浅谈施工控制网的优化设计
浅谈施工控制网的优化设计摘要：在工程施工阶段,施工控制网能有效保证各建筑物轴线之间的相对关系、相对稳定及相对精度,对工程的定线放样起控制作用，因此施工控制网的精度显得异常重要。
为使施工控制网的作用发挥到最大，施工控制网的优化设计尤为重要，它能为工程建设节约成本，提高效率。
因此通过运用合理技术手段更加完善的优化施工控制网成为我们共同努力的目标。
关键词：施工控制网、精度、设计、优化、跟据作业的过程，通常将施工控制网的优化设计划分为四个阶段，即：零类设计，一类设计、二类设计和三类设计。
零类设计是控制网参考系或基准的设计问题，它包括数据处理的方法和坐标系的选择，不同用途的控制网选择不同的数据处理方法。
由于施工控制网要考虑相对点位的精度问题，因此零类设计通常采用传统的习惯做法。
一类设计是控制网的网形设计问题，是在预定测量精度的前提下，确定最佳的点位概略坐标和联系方式控制点的设计位置，主要受施工放样的需要及地形和设备条件的制约，有些因素目前还很难用数学的方式表示。
而控制网的图形(即控制点之间的联系方式)对网的图形强度影响较大，它是一类设计的主要研究内容。
二类设计是控制网在图形固定的前提下，寻求最佳的精度配置，它是控制网优化设计的热点问题。
三类设计则是对已有控制网的改善，它一般要包含零类、一类和二类设计。
施工控制网优化设计的作用，是使所求解的控制网的图形和观测纲要在高精度、高可靠性及低成本意义上为最优。
针对施工控制网设计的特点，求出图形和观测纲要同时满足预先规定的优化设计指标。
一、优化设计指标控制网的优化设计指标包括精度、可靠性和经济费用指标。
精度指标一般通过精度约束函数来满足。
可靠性分为内部可靠性和外部可靠性，常用的指标有：观测量的多余观测分量、可发现粗差的下界值、外部可靠性尺度等。
控制网最终的优化结果，是各个阶段优化设计的总和。
因此，在各个阶段的优化设计上不必强求同时满足精度、可靠性和费用指标，而最后的优化设计结果中达到这三项指标便可。
矿区三等高程控制网优化设计
文献标 识 码 ： Ｂ
文章编 号 ： １ ０ ０ １— ３ ５ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １— ０ ０ ３ ７— ０ ２
某矿 区现 有 四个 生 产 矿 井 ， 面积大于 １ ５ ０ ｋ ｍ 。
பைடு நூலகம்
使 用过 程 中对 点 位 的 高 程 进 行 过 修 正 ， 因此 矿 区高 程 控制 系独 立 统 精 度 较 高 ， 相 对 于 国家 的基 本 高 程 控 制 网精度较 低 ， 甚至 存在 一定 差异 。
矿 区水 准 网的布设 必须 符合 《 国家 三 、 四等水 准
测量 规范 》 的要 求 ， 并结 合矿 区 现有 的水 准 资 料 和实
际生 产情 况进 行设 计 。 （ １ ） 对 矿 区现存 的所 有高 程起 算点 均 应联 测 ， 以 确保 起算 点 的精度 和稳 定性 。
过 增加 、 变更 、 舍 弃原有 的水 准 路 线 以提 高水 准 网 的 精度、 稳定性 、 可靠 性 和经 济 性 ， 从 而 使 矿 区 的高 程
根据矿 区现 有 的水准 资料 以及 收集 到 的 水 准资
料， 对 该矿 区原有 的水 准 网进 行优 化 设 计 ， 提 出 了如
矿 区现有 高程 控制 系统 以三 个二 等 基 岩水 准 点
高程 控制 系 统 由二 等基 岩水 准点 三 个 ， 三 等 水 准 点
几十个 构 成 ， 均为 １ ９ ５ ６黄海 高 程 系统 高 程 。矿 区高 程系 统与 附 近 地 区 的 高 程 系统 存 在 差 异 ， 且 矿 区 高
程 系统在 使用 过程 中有 过几 次 较 大 的变 动 。水 准 网 中部 分水 准 点 的埋 设 不 规 范 ， 水 准 路 线 也 不 是 最 优
常用制图软件及控制网的优化设计
1.地形图测绘中成图软件的比较
——南方CASS ——清华山维EPS ——浙大万维WalkISurvey
主要内容
2.控制网的优化设计
南方 CASS
清华山维 EPS
浙大万维 WalkISurvey
CASS地形地藉成图软件是基于AutoCAD平台技术的GIS前端数据处理系统。 广泛应用于地形成图、地籍成图、工程测量应用、空间数据建库等领域。
CASS和国内众多建筑制图软件一样， 依托于全球公认的优秀的图形与设计平台 AutoCAD，以类似于插件的形式与 AutoCAD高度融合，具有较高的系统兼 容性和较低的软件学习成本，得到用户一 致好评。
南方 CASS
主要功能：
绘制数字化地形图
空间数据建库
绘制数字化地籍图
工程应用
主要优势：
专业性较强，适合大批量展点 提供了比例尺、较为全面的地物、地形等模板 具有较好的兼容性
南方 CASS
清华山维 EPS
EPS地理信息工作站是北京清华山维新技术开发有限 公司为满足“以地理信息服务为中心”的信息化测绘生产 需求而推出的测绘生产活动多种业务模块集成化软件系统。
EPS地理信息工作站集信息化测 绘生产技术体系、工艺流程、生产工
具、数据管理于一体，同样与CAD高
度融合，较好地实现了数据转换、图 属关联、数据处理、GIS建库、动态
南方 CASS
清华山维 EPS
浙大万维 WalkISurvey
CASS全面面向GIS， EPS解决了测绘行 WalkISurvey是 彻底打通数字化成 业内面向GIS数据 Walk系列中GIS前 图系统与GIS 接口， 生产普遍存在的因 端数据采集软件， 与空间信息获取密切相关的测绘行业近十年来发生了巨大而深 使用骨架线实时编 为数据格式、数据 主要解决各种测量 刻的变化，基于GIS标准不统一而带来 对数据新要求，测绘成图软件也正由单纯的“电 辑、简码用户化、 的外业和内业常规 GIS子地图”功能转向全面的 无缝接口等先 的数据入库难、更 作业问题，测图和 GIS数据处理，从数据采集、数据质量控制 进技术。 制图WalkISurvey 到数据无缝进入GIS新难、质量控制难 系统，GIS前端处理软件扮演越来越重要的角色。 等一系列问题。 的根本目的。
城市GPS控制网优化设计
参考椭 球 、 中央 子 午 线 的经 度 、 横 坐 标 的 加 常 数 、 纵
投影 面 的高程 、 区 的高 程 异 常 值 和 起 算 点 的 坐 标 测 值。
２ Ｇ Ｓ控 制 网 的 网 形 设 计 及 精 度 设 计 Ｐ
’
Ｇ Ｓ网在 基 准设 计 时 ， 该 充 分 考 虑 以下 几 个 Ｐ 应
以上 基线 分支 ， 而每 两 条基线 的夹 角不 易 过小 ， 以确 保检 核条件 ， 高 网的可 靠性 。 提
２ ２ Ｇ Ｓ控 制 网 的 精 度 设 计 ． Ｐ
精度是 衡量 Ｇ Ｓ控制 网的坐标 参数及 其 函数 估 Ｐ
值 受 观测偶 然误 差影 响程 度 的指 标 。 网的 精度 设 计 是 根据偶 然 误 差 的传 播 规 律 。 照 一 定 的 精度 设 计 按 方 法 ． 析 网 中各 未 知 点 坐 标 及 其 函 数 在 平差 后 预 分 期 能够 达到 的精 度 。Ｇ Ｓ控 制 网在 网形 设 计 后 ， Ｐ 就 可 以根 据所 选择 的接 收机标 称精 度 （ 检验 精度 ） 或 估
问题 ：
（ ） 了获得 Ｇ Ｓ控 制 点 在城 市 坐标 系统 中 的 １为 Ｐ 坐标 ， 该在 国 家坐 标 系统 或 城 市 独 原 有 控 制 点 ， 以 坐 标 转 换 。 用
大 中城 市 Ｇ Ｓ控 制 网至少 应 该联 测 ３个 起 算 点 ， Ｐ 小
（ ） 了 获 得 Ｇ Ｓ控 制 点 的 正 常 高 程 ， Ｇ Ｓ ４为 Ｐ 在 Ｐ
解算 时 的固定位 置基 准 。 （） ３ 为保 证 Ｇ Ｓ网获 得 精度 均 匀 的 约束 平 差 成 Ｐ 果， 减少 尺 度误 差 影 响 ， 要在 Ｇ Ｓ网 中加 测 ２～３条 Ｐ 高 精度 的测距 边作 为 Ｇ Ｓ网的外 部尺度 基 准 。对 于 Ｐ 中小 城 市 Ｇ Ｓ控 制 网 也 可 以在 网 中选 择 一 条长 基 Ｐ 线， 对该 基线做 多次 长 时间观 测 ， 后取 多 次 观测 段 最 所得 的基 线 平均 值 ， 其 投 影 到高 斯 平 面 上 的边 长 以 作 为网 的尺度 基准 。
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控制网的可靠性指标
内可靠性是用来描述控制网本身发现某一模型误差的能
力的指标；
外可靠性是指控制网抵抗某一模型误差影响的能力的指
标。
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可靠性矩阵与多余观测分量
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内可靠性指标
▪ 内可靠性指标是指某一观测值中必须出现多大的粗差▽， 才能以所给定的检验功效β、水平α的统计检验中被发现。
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控制网的质量指标
▪ 工程控制网的质量指标（标准）是指工程控制网的精度、 可靠性和费用，对于变形监测网，还考虑灵敏度。
▪ 1、精度指标 ▪ 2、可靠性指标 ▪ 3、灵敏性指标 ▪ 4、费用指标
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控制网的精度指标
▪ 设控制网平差的高斯-马尔可夫模型为
▪ 在上述 GM 模型中，A称为设计矩阵（或图形矩阵，用于控制网设计阶段）或 系数矩阵（用于控制测量数据处理阶段）；
▪ （1）最大原则。在费用一定的条件下，使控制网的精度和可靠性最大 或者可靠性能满足一定限制下使精度最高。
▪ （2）最小原则。在使精度和可靠性指标达到一定的条件下，使费用支 出最小。
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控制网的优化设计流程
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控制网的优化设计分类
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控制网的优化设计方法
1）解析法
解析法是将设计问题表达为含待求设计变量（如观测权、点位坐 标）的线性或非线性方程组，或是线性、非线性数学规划问题。
解析法具有计算机时较少、理论上较严密等优点，但其数学模型 难于构造，最优解有时不符合实际或可行性差，权的离散化和程序设 计较费时等缺点。
解析法可适用于各类的设计问题，特别是零类设计。
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例题
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控制网的精度指标
局部精度指标是指利用协因数阵Qx中的部分元素进行局部
精度的评价。
局部精度指标包括：① 坐标中误差
② 点位误差
③ 点位平均方差
④ 点位特征方差
⑤ 点位任意方向中误差
⑥ 坐标差中误差（误差椭圆）
⑦边长中误差
⑧ 方位角中误差
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⑨水平角中误差
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控制网的优化设计方法
▪ 2）模拟法（机设计法）
模拟法是对经验设计的初步网形和观测精度，模拟一组起始数据 与观测值输入计算机，按间接（参数）平差，组成误差方程、法方程、 求逆进而得到未知参数的协因数阵（或方差—协方差阵），计算未知 参数及其函数的精度，估算成本，或进一步计算可靠性数值等信息； 与预定的精度要求、成本和可靠性要求等相比较；根据计算所提供的 信息及设计者的经验，对控制网的基准、网形、观测精度等进行修正。
控制网优化设计报告
汇报人：王一帆 学号：1201180323
概念
▪ 近代控制网优化设计不同于以满足精度要求为目的的规范 化设计，而是一种更为科学和精确的设计方法。它能同时 顾及的不仅有精度和费用指标，还有一些其他的指标。从 而可求得最为合理的设计方案。然而此法也有不足之处， 就是需要大量的计算，计算必须依靠计算机进行。
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外可靠性指标
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控制网的灵敏性指标
灵敏度标准是用来衡量变形监测控制网质量的一个标准， 它反映变形监测网发现变形、区分变形的能力。
灵敏度是指在一定概率（α，β）下，通过统计检验可能现某 一方向变形向量的下界值。
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控制网的费用指标
网的优化设计，就是得出在费用最小（或不超过某一限度）的情况下 使其他质量指标能满足要求的布网方案。 具体地说就是采用下列的某一原则：
▪
理阶段）称为控制网的精度矩
▪ 阵。
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控制网的精度指标
整体精度指标就是指包含控制网全部精度信息的精度矩阵的某
些特征量。
整体精度包括：① 控制网的算术平均方差（A标准） ②控制网的几何平均方差（D标准） ③控制网的本征方差（E标准） ④控制网的方差比（矩阵最大最小特征根之比） ⑤控制网的方差宽（S标准）