【文章內(nèi)容簡介】 別。除特別的精密控制網(wǎng)可考慮用專門編寫的解析法優(yōu)化設(shè)計程序作網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計外，其他的網(wǎng)都可用模擬法進行設(shè)計。模擬法優(yōu)化設(shè)計的軟件功能和進行優(yōu)化設(shè)計的步驟主要是：根據(jù)設(shè)計資料和地圖資料在圖上選點布網(wǎng)，獲取網(wǎng)點近似坐標 (最好將資料作數(shù)字化掃描并在微機上進行 )。模擬觀測方案，根據(jù)儀器確定觀測值精度，可進一步模擬觀測值。 計算 網(wǎng)的各種質(zhì)量指標如精度、可靠性、靈敏度。精度應(yīng)包括點位精度、相鄰點位精度、任意兩點間的相對精度、最弱點和最弱邊精度、邊長和方位角精度。進一步可計算坐標未知數(shù)的協(xié)方差陣或部分點坐標的協(xié)方差陣，協(xié)方差陣的主成份計算，特征值計算，點位誤差橢圓、置信橢圓的計算等。可靠性包括每個觀測值的多余觀測分量 (內(nèi)部可靠性 )和某一觀測值的粗差界限值對平差坐標的影響 (外部可靠性 )。靈敏度包括靈敏度橢圓、在給定變形向量下的靈敏度指標以及觀測值的靈敏度影響系數(shù)。將計算出的各質(zhì)量指標與設(shè)計要求的指標比較，使之既滿足設(shè) 計要求，又不致于有太大的富余。通過改變觀測值的精度或改變觀測方案 (增加或減少觀測值 )或局部改變網(wǎng)形(增加或減少網(wǎng)點 )等方法重新作上述設(shè)計計算，直到獲取一個較好的結(jié)果。 用模擬法可獲得一個相對較優(yōu)且切實可行的方案，可進一步用模擬觀測值作網(wǎng)的平差計算，同時可模擬觀測值粗差并計算對結(jié)果的影響。這種方法稱為數(shù)學(xué)扭曲法或蒙特卡洛法。對于一個精度、可靠性以及靈敏度要求極高的監(jiān)測網(wǎng)或精密控制網(wǎng)，作上述優(yōu)化設(shè)計和精細計算是十分必要的。國內(nèi)在這方面的應(yīng)用報道較少。多是為了安全起見，有較大的質(zhì)量富余，建網(wǎng)費用偏高。網(wǎng)優(yōu)化 設(shè)計費用很少，所帶來的效益較大，凡是較重要的工程控制網(wǎng)，都應(yīng)作優(yōu)化設(shè)計。 3. 變形觀測數(shù)據(jù)處理 工程建筑物及與工程有關(guān)的變形的監(jiān)測、 分析 及預(yù)報是工程測量學(xué)的重要研究內(nèi)容。其中的變形分析和預(yù)報涉及到變形觀測數(shù)據(jù)處理。但變形分析和預(yù)報的范疇更廣，屬于多學(xué)科的交叉。 江西理工大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 系統(tǒng)論方法還涉及變形體運動穩(wěn)定性研究，這種穩(wěn)定性在數(shù)學(xué)上可轉(zhuǎn)化為微分方程穩(wěn)定性的研究，主要采用李亞普諾夫提出的判別方法。 系統(tǒng)論方法涉及到許多非線性 科學(xué) 學(xué)科的知識，如系統(tǒng)論、控制論、信息論、突變論、協(xié)同論、分形、混沌理論、耗散結(jié)構(gòu)等。上述理論遠不是工程測量工作者所能掌握的，將系統(tǒng)論方法與變形分析與預(yù)報相結(jié)合的研究只是初步的，希望有更多的青年學(xué)者加入到這一研究領(lǐng)域來。 、工程測量學(xué)的 發(fā)展 展望 展望 21 世紀，工程測量學(xué)在以下方面將得到顯著發(fā)展： 1. 測量 機器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進一步增強； 2. 在變形觀測數(shù)據(jù)處理和大型工程建設(shè)中，將發(fā)展基于知識的信息系統(tǒng)，并進一步與大地測量、地球物理、工程與水文地質(zhì)以及土木建筑等學(xué)科相結(jié)合，解決工程建設(shè)中以及運行期間的安全監(jiān)測、災(zāi)害防治和環(huán)境保護的各種 問題 。 3. 工程測量將從土木工程測量、 3維工業(yè)測量擴展到人體科學(xué)測量，如人體各器官或部位的顯微測量和 顯微圖像處理 ； 4. 多傳感器的混合測量系統(tǒng)將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如 GPS 接收機與電子全站儀或測量機器人集成，可在大區(qū)域乃至國家范圍內(nèi)進行無控制網(wǎng)的各種測量工作。 5. GPS、 GIS 技術(shù)將緊密結(jié)合工程項目，在勘測、設(shè)計、施工管理一體化方面發(fā)揮重大作用。 6. 大型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑、設(shè)備的 3 維測量、幾何重構(gòu)以及質(zhì)量控制將是工程測量學(xué)發(fā)展的一個特點。 7. 數(shù)據(jù)處理中數(shù)學(xué)物理模型的建立、 分析 和辨識將成為工 程測量學(xué)專業(yè) 教育 的重要內(nèi)容 。 綜上所述，工程測量學(xué)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在從 1 維、 2 維到 3 維、 4 維，從點信息到面信息獲取，從靜態(tài)到動態(tài)，從后處理到實時處理，從人眼觀測操作到機器人自動尋標觀測，從大型特種工程到人體測量工程，從高空到地面、地下以及水下，從人工量測到無接觸遙測，從周期觀測到持續(xù)測量。測量精度從毫米級到微米乃至納米級。工程測量學(xué) 的上述發(fā)展將 直接對改善人們的生活環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量起重要作用。 江西理工大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 、施工控制網(wǎng)在工程測量中的地位和作用 由于工程測量的研究應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，發(fā)展變化也很快，目前國內(nèi)外沒有一本全面涉及工程測量學(xué)理論、技術(shù)、方法和實際應(yīng)用的現(xiàn)代專著或教材。 隨著社會的快速發(fā)展，工程測量在公用，民用等多領(lǐng)域越來越重要。特別是老化的建筑需要從新檢測和修建，還有一些大型水利工程需要高精度的工程測量，而要很好的完成這些不同的工程項目，必須去測量，而盲目的測量會事倍功半，嚴重的還會影響完成的工程項目出現(xiàn)各種有 可能出現(xiàn)的問題，對人民有可能造成很大的危害。所以工程測量能順利的竣工成了我們每個工程人員必須考慮的問題。 其中工程在施工階段在整個工程的關(guān)鍵，而要很順利的完成施工階段的任務(wù)，就必須作好施工階段的各項任務(wù)和指標，施工控制網(wǎng)的建立和精度顯得異常重要。運用合理方法建立服務(wù)于不同工程項目的施工控制網(wǎng)成為我們共同努力的目標，不僅要考慮成本，使用期限，變形系數(shù)等，重要的是能最好的發(fā)揮施工控制網(wǎng)的作用，為民服務(wù)。所以就施工測量控 ．施工控制網(wǎng)是貫穿于整個工程的始終，他能提高工程項目的精度，保證項工程目能達到預(yù)期的 要求，便于工程完成后的檢測。 施工控制網(wǎng)加快工程施工的進度，運用好它能為工程建設(shè)節(jié)約成本，提高效率 施工控制網(wǎng)是工程開工的依據(jù)，沒有它，一個工程是無法進行的，更不會有我們天天都生活的美麗城市和民用設(shè)施。 施工控制網(wǎng)可以利用在勘測階段所建立的測圖控制網(wǎng)。但由于在勘測階段各種建筑物的設(shè)計位置尚未確定，再加上施工現(xiàn)場因平整場地，大量的土方填挖，往往會使原來布置的控制點受到破壞，因而，測圖控制網(wǎng)在位置、密度和精度上難以滿足施工測量放線的要求，則應(yīng)在工程施工之前在原有測圖控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，為建筑物、構(gòu)筑物的測設(shè)重新建立統(tǒng)一的施工控制網(wǎng)。施工控制網(wǎng)又分為平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。平面控制網(wǎng)的布設(shè)形式，應(yīng)根據(jù) 建筑總平面圖、建筑場地的大小和地形、施工方案等因素來確定。 對于地形起伏較大的山區(qū)或丘陵地區(qū)，常用三角網(wǎng)或三邊網(wǎng)； 對于地形平坦而通視較困難的地區(qū)或建筑物布置不很規(guī)則時，可采用導(dǎo)線網(wǎng)； 對于地勢平坦的、建筑物眾多且布置比較規(guī)則和密集的工業(yè)場地或住宅小區(qū)，一般采用建筑方格網(wǎng)； 對于地面平坦的小型施工場地，常布置一條或幾條建筑基線，組成簡單的圖形。 平面控制網(wǎng)，應(yīng)根據(jù)等級控制點進行定位、 定向和起算，其等級和精度應(yīng)符合下列規(guī)定： ① 建筑場地面積大于或重要工業(yè)區(qū)，宜建立相當于一級導(dǎo)線精度的平面控制網(wǎng)； ② 建筑場地小于或一般性建筑區(qū)，可根據(jù)需要建立相當于二、三級導(dǎo)線精度的平面控制網(wǎng)； ③ 當原有控制網(wǎng)作為場區(qū)控制網(wǎng)時，應(yīng)進行復(fù)測檢查。 高程控制網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成閉合水準路線、附合水準路線或結(jié)點水準網(wǎng)形。高程測量的精度，一般不宜低于三等水準測量的精度要求。 江西理工大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第二章 施工控制網(wǎng)的建立 . 施工控制網(wǎng)的 優(yōu)化設(shè)計 施工測量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計就是尋找滿足某些條件和達到一定準劂的最優(yōu)化 方案。應(yīng)該 說，在社會經(jīng)濟高速發(fā)展，特別是基礎(chǔ)設(shè)施日新月異各行各業(yè)講究效益的今天，施工測量控制網(wǎng) 的優(yōu)化問題是一個實用的應(yīng)用課題。 最優(yōu)化問盟的數(shù)學(xué)模型 一般優(yōu)化問題表示成： minf(x)， x∈ R gi(x)≥ 0,i=l2? ?， m (1) hi(x)=0， j=1， 2??， P 并稱： f(x)為目標函數(shù)， gi(x)／ 0， hj(x)=0．為約束條件， x為設(shè)計變量，滿足約束條件的為 x容許解。 上述問題稱之為數(shù)學(xué)規(guī)期問題，它可分為： (1)線性規(guī)劃： f(x)，＆ (x)， hj(x)等皆為線性函數(shù)。 (2)非解線性規(guī)劃： gl(x)， h(x)等中有 x的非線性函數(shù)存在。 (3)次規(guī)劃： f(x)為二次函數(shù)。 (4)無約束極值問題：僅有目標函數(shù)雨’無約束條件。 控制網(wǎng)最優(yōu)化設(shè)計的理論基礎(chǔ) 1 控制丹的方差一協(xié)方差陣 建立最優(yōu)化目標函數(shù)：選取某些參數(shù)，井給定限制或條件．當改變約束條件和目標函教時， 所選用的參數(shù)也隨之改變，從而設(shè)計方案也就不同。求出控制網(wǎng)的權(quán)系數(shù)陣與方差一協(xié)方差陣， 這是最優(yōu)化設(shè)計的重要依據(jù)。觀測值方程式： vnxl=Anx1 X1xl+Lnxl (2) v為觀測值改正數(shù)列陣； A為觀測值方程式系數(shù)矩陣； x為未知數(shù)列矩陣； L為觀測方程式常數(shù)項列矩陣。 并設(shè) P為觀測值的權(quán)對角陣。 通過解方程可列出方差一協(xié)方差陣。 2 精度標準 控制網(wǎng)的優(yōu)劣，取決于對控制網(wǎng)的要求。若能滿足精度、費用和可靠性的要求，則說明網(wǎng)優(yōu)， 可見精度標準是網(wǎng)的重要指標。在工程控制網(wǎng)中有兩種精度標準：一是純精度標準，將未江西理工大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 知向量的方差一協(xié)方差陣的精度數(shù)據(jù)概一個定數(shù)。有以下幾種表示方式： A標準 (以方差一協(xié)方差陣的積為最小 )， D標準 (以方差一協(xié)方差陣的行列式為最小 )； E標準 (以方差一協(xié)方差矩陣的最大特征值為最小 )。二是準 則矩陣標準：是根據(jù)設(shè)計要求預(yù)先構(gòu)造的理想的方差一協(xié)方差陣。 3 可靠性標準 控制網(wǎng)中僅從精度和費用方面來考慮最優(yōu)化問題是不夠全面的，而應(yīng)該把可靠性作為衡量控制網(wǎng)的質(zhì)量的一個新標準。 4 誤差橢圓 從概率論的觀點出發(fā)，通過測量誤差的二維正態(tài)分布，用末矩陣的特征值和特征向量的方法，推求誤差橢圓緒元素。 在施工中，我們有一座橋的旅工控制網(wǎng)。設(shè)計圖形如下： 圖 1 1— 2為橋軸線，在施工中頹兩側(cè)市設(shè) 3． 4， 5， 6點． 構(gòu)成鼠四邊彤。 1 控制同的精度要求 兼顧橋梁施工與變形觀測的控制網(wǎng)其精度指標為：要求橋墩中心在橋軸線上的施工放樣誤差為177。 20mm，測定橋墩位移的誤差為177。 lOmm。對橋墩的旅工放樣和變形觀測都是從 4或 6點進行交會的，要求起始點的誤差僅占總誤差的 1O％，也就是說要求 4或 6兩點在平行于橋梁軸線方向上的相對點位誤差不超過總誤差的 1／ t0，即，式中 為旅工放樣或變形觀測的容許中誤差， m 為起始數(shù)據(jù)誤差，即控制點的誤差。 當橋梁施工放樣時， mo= 177。 20ram， 139。13 =8． 7mm；當進行交會變形 觀測時， mo= 177。lOmm， m ； 4． 4ram。計算出的 4． 4mm，是對上述兩對點各自在橋軸線垂直方向上的相對誤差而言的。為此，必須用誤差橢圓和相對誤差橢圓求取上述特定方向上的誤差。通過各種方案計算結(jié)果的比較，實現(xiàn)控制網(wǎng)的最優(yōu)化。 2 最優(yōu)化設(shè)計方法 我采用的是一種模擬法設(shè)計。就是說對于初選的網(wǎng)形和觀測綱要，模擬一組觀測值。通過 計算，按間接平羞原理與計算方法。組成圖形矩陣和法方程式，求解得到未知數(shù)的協(xié)因數(shù)陣和方差一協(xié)方差陣，從而計算點位誤差橢圓參數(shù)及待定點座標函數(shù)的精度 (邊長，方向角精度等 )。模擬計算結(jié)果 與預(yù)定的精度要求相比較，據(jù)此對控制網(wǎng)圖形與觀測綱要進行江西理工大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 修正。根據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗和知識在修改過程中使設(shè)計方案在精度和成本等方面逐步優(yōu)化，最終得到符合于設(shè)計標準和測量實踐的最優(yōu)方案。這種設(shè)計方法稱為試驗修正法，其流程圖如下： 3 試驗設(shè)計方案的逐步優(yōu)化 該橋梁控制網(wǎng)選定 l點為起點． 1— 2為起始方向。根據(jù)儀器條件，預(yù)定觀測精度：方向觀測中誤差 m =177。 1． 77 (相當于測角中誤差 mo=177。 2． 5 )．測距中誤差 ms=177。 5ram。圖 1中各邊的方位角和邊長的概值如附表 1所列。擬定五個設(shè)計方案．根據(jù)組成的誤差方程式及法方 程式解算，求出未知數(shù)的權(quán)系數(shù)和誤差橢圓參數(shù)。五個方案為： (1)測角網(wǎng)一測 1— 2邊作為基線．觀測網(wǎng)中所有方向； (2)邊角混合網(wǎng)一觀測所有方向及四條對角線邊長 (1— 2— l一 2— 5)；長 (包括 3— 4— 5兩個長對角線 )。邊長誤差方程式系數(shù)和方向誤差方程式系數(shù)列在附表 2中。計算的誤差橢圓參數(shù)、相對誤差橢圓參數(shù)．以及在軸線方向和垂直軸線方向上的相對誤差列在附表 3中。根據(jù)附表 3所列數(shù)據(jù)．可以繪制出每種試驗設(shè)計方案的誤差橢圓．此處繪出第五方案的誤差橢圓如圖 2所示。經(jīng)過實際比較，第五方案除能滿足施工放樣橋 墩的精度要求以外，還能滿足橋墩位