工程控制网模拟计算分析与优化设计

《工程测量学》课程习题含答案1 第一章FIG：国际测量师联合会Engineering Geodesy工程测量学广义工程测量学:不属于地球测量,国家地图范畴的地形测量和不属于官方的测量；1、工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设表现的理论、方法和技术的一门应用性学科。

2、工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以机器设备为对象的工业测量两大部。

3、工程测量按工程建设的规划设计、施工建设和运营管理三个阶段分为工程勘测、施工测量和安全监测。

4、工程测量学的主要内容包括：模拟或数字的地形资料的获取与表达；工程控制测量及数据处理；建筑物的施工放样；大型精密设备的安装和调试测量；工业生产过程的质量检测和控制；工程变形及与工程有关的各种灾害的监测分析和预报；工程测量专用仪器的研制与应用；工程信息系统的建立与应用等。

1、自20世纪50年代发起组织了一个每隔3～4年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”，由德国、瑞士和奥地利三个国家发起召开。

2、通用仪器可以观测方向、角度、倾斜度、高差和距离等几何量。

3、测绘学的二级学科有大地测量学、工程测量学、地图制图学、摄影测量学和不动产地籍与土地整理。

2 第二章工业场地竖向布置：将厂区的自然地形平整改造，保持竖向联系，合理组织排水，保持填挖平衡。

施工放样：按照设计和施工技术要求，将图纸上设计建筑物平面位置形状和高程现场标定。

测量监理：对工程施工中的测量数据进行审查和校核。

工程测量信息系统：为工程规划设计，施工建设，安全运营服务的信息管理系统。

1、一般的工程建设，基本上可以分为三个阶段，即规划设计、施工建设、运营管理。

2、桥梁规划设计阶段的测量工作主要有：桥位平面和高程控制测量、桥址定线测量、断面测量、桥位地形测量、河床地形测绘和流向测量等。

3、大坝管理综合信息系统包括数据采集子系统、大坝安全监测数据库、库区地理信息系统、管理办公自动化、信息发布、安全评判和灾害虚拟仿真等子系统。

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。

精密工程测量控制网的建立方法探究庄永国发表时间：2018-03-07T15:11:52.317Z 来源：《基层建设》2017年第33期作者：庄永国张利平[导读] 摘要：技术的进步，带动了社会的发展，工程中对于测量精度的要求显著提高，由于工程的复杂程度不断增加，所以必须实现测量精度的极大提高才能满足工程的实际建设要求。

青海省桥头铝电股份有限公司青海 810100 摘要：技术的进步，带动了社会的发展，工程中对于测量精度的要求显著提高，由于工程的复杂程度不断增加，所以必须实现测量精度的极大提高才能满足工程的实际建设要求。

传统采用的施工方法和手段往往难以满足工程的实际需要，必须不断优化处理，实际上，精密的工程测量一直是测量人员关注的热点，代表着测量工作的发展方向。

本文就精密工程测量控制网的建立方法进行了详细的讨论。

关键词：精密工程；测量控制网；建立方法一、控制网的布置精密工程测量就是将绝对测量精度控制在毫米级，控制相对测量精度约为10um，选取先进的设备仪表以及技术方式实现的一二类工程测量工作。

控制网的设置意义在于在工程的施工之前、施工中以及施工后期，在不同的阶段对待测量点进行放样处理，为点和面提供稳定的测量基准。

相对精密的测量很大程度上和国家的大范围测量、有机常规测量存在着一定的区别，因此，在控制网的设计方面，都是首先进行优化设计，然后结合后期需要，再进行精度、可靠性以及灵敏度的设计。

在操作中，多观测，提高设计的灵敏度以及可靠性。

以便于进行方差定位和方差估计。

对于GPS网络的布置，必须注意观测条件，采用相对精密的星历解算基线。

如果工程的精密程度较高，则可以不采用GPS网络，实现GPS网络和边角网络的联合处理，如果成本增加，可以通过进一步的实验来进行检查。

工程控制网络的优化设计方法包括两类，一类是解析法，另一类是模拟法。

解析法的作用原理在于优化设计的结构理论函数以及约束条件，进行目标函数极大值以及极小值的求解，将网络的精度、可靠性以及灵敏度作为目标函数或者约束条件。

工程控制网优化设计—科傻软件的使用分析作者:王震阳20094176指导教师：吴兆福专业名称：测绘工程09-1班2019年11月19日一、可傻软件介绍 (3)二、兼容的数据格式 (4)三、主要功能 (18)四、软件使用过程 (20)五、使用心得 (31)一、可傻软件介绍科傻系统（COSA）是“地面测量工程控制和施工测量内外业一体化和数据处理自动化系统”的简称，包括COSAWIN 和COSA-HC两个子系统。

COSAWIN在IBM兼容机上运行。

COSAWIN系统除具有概算、平差、精度评定及成果输出等功能外，还提供了许多实用的功能，如网图显绘、粗差剔除、方差分量估计、贯通误差影响值计算及闭合差计算等。

该系统不同于其它现有控制网平差系统的最大特点是自动化程度高，通用性强，处理速度快，解算容量大。

其自动化表现在通过和COSA子系统COSA-HC相配合,可以做到由外业数据采集、检查到内业概算、平差和成果报表输出的自动化数据处理流程;其通用性表现在对控制网的网形、等级和网点编号没有任何限制,可以处理任意结构的水准网和平面网,无须给出冗余的附加信息；其解算速度快，解算容量大表现在采用稀疏矩阵压缩存储、网点优化排序和虚拟内存等技术，在主频166MHZ的586微机上，解算500个点的平面和水准控制网不到1分钟；在具有20MB剩余硬盘空间的微机上，可以解算多达5000个点的平面控制网。

图1（程序主界面）图1（科傻软件主界面）二、兼容的数据格式科傻文件为标准的ASCⅡ码文件，可以使用任何文本文件编辑器打开，平常我们将打开方式设置为以“文本文档的形式打开”即可。

对于不同的功能对应不同格式的文件，下面将主要的文件格式进行详细说明。

1.控制网观测文件，取名规则为“网名.in1”和“网名.in2”,分别是高程观测文件和平面观测文件的命名格式，其实的“英文字母代表in”输入的意思。

图2（高程观测文件格式及内容）图3（平面观测文件格式及内容）上图中文件的第一部分（示例图2中为前两行）为：已知点点名，高程。

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。

控制网优化设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解控制网优化设计的基本原理，掌握相关概念和术语；2. 学会分析控制网优化设计中的关键因素，了解不同优化方法的应用场景；3. 掌握控制网优化设计的数学模型和求解方法，能够运用相关软件工具进行简单案例分析。

技能目标：1. 能够运用所学知识对控制网进行优化设计，提高控制系统的性能；2. 培养学生运用数学建模、求解器等工具解决实际问题的能力；3. 提高学生的团队协作和沟通能力，能够在小组讨论中发挥积极作用。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对控制网优化设计的学习兴趣，激发其探索精神；2. 培养学生具备良好的工程素养，认识到优化设计在工程实践中的重要性；3. 引导学生关注控制网优化设计在现实生活中的应用，提高其社会责任感和创新意识。

本课程针对高年级学生，课程性质为专业核心课程。

在教学过程中，注重理论与实践相结合，强调学生的主体地位，充分调动学生的积极性。

课程目标分解为具体学习成果，以便于教学设计和评估。

通过本课程的学习，期望学生能够掌握控制网优化设计的基本理论和方法，具备一定的实际操作能力，为今后从事相关领域工作奠定基础。

二、教学内容1. 控制网优化设计基本原理- 控制网优化设计概念与分类- 控制网优化设计的基本方法与步骤2. 控制网优化设计关键因素分析- 控制网结构分析- 控制网精度分析- 控制网可靠性分析3. 控制网优化设计数学模型与求解方法- 线性规划模型- 非线性规划模型- 整数规划模型- 智能优化算法4. 控制网优化设计案例分析- 选择具有代表性的控制网优化设计案例- 分析案例中的优化目标、约束条件及求解方法- 实践操作：运用相关软件工具进行案例求解5. 控制网优化设计实践与讨论- 小组讨论：针对不同优化方法的应用场景进行探讨- 实践操作：学生分组进行控制网优化设计实践- 成果展示：展示优化设计成果，进行评价与讨论教学内容按照教材章节进行组织，注重科学性和系统性。

.192-|工程设计I Engineering Design(2019年第21期〕GPS工程控制网的优化设计孔祥豪(苏交科集团股份有限公司，江苏南京210019)摘要：GPS测量技术手段精度较高、效率较高，具有一定的灵活性，其应用范围越来越广泛。

分析GPS X程控制网的基础原理以及各项关键因素，综合实际状况根据规定要求，进行GPS工程控制网的优化设计，可以为GPS工程控制网的优化工作提供参考与支持。

基于此，文章主要对GPS X程控制网的优化设计进行了简单的分析，研究了GPS控制网定位原理与种类，分析了GPS相对定位的误差源分析，重点探究了GPSX程控制网的优化设计的方式与手段。

关键词：GPS工程控制网；优化设计；精度中图分类号：S127文献标志码：A文章编号：2096-2789(2019)21-0192-021GPS控制网定位原理与种类根据己知点、仪器架设位置、未知点的参数，可以将其分为前方、侧方以及后方交会三种结构类型。

GPS 定位原理是通过几何以及物理的基础性原理，通过空间运行的卫星与地面点距离交会地面测量其未知位置。

GPS定位测试种类繁多，根据基本观测量的不同可以将其分为伪距测量以及载波相位测量两种形式：根据参考点位置的不同可以分为绝对定位以及相对定位两种方式；根据定位结果获得的时效可以分为定时定位以及事后定位两种；根据接收机在测量作业中的状态可以将其分为静态定位以及动态定位两种形式。

现阶段高精度的GPS静态定位主要通过相对定位的方式分析，将在相位作为主要的观测量，其基本的组合方式可以分为单差、双差以及三差几种形式，差分的结果与计算的量之间有着密切的关系。

通过差分形式观测可以有效降低存在的系统误差，达到控制平差计算中未知数数量的目的。

通过GPS定位，基于GPS卫星以及用户接收机天线距离作为基本的观测量，根据对已知卫星瞬间坐标确定分析用户接收机对应的点位参数，进行测量分析。

2GPS相对定位的误差源GPS测量中会受到多种误差的综合性干扰因素的影响，降低GPS定位的精准性。

GNSS控制网网型的优化设计作者：李宗勋来源：《大科技·C版》2018年第08期摘要：本文提出采用逐个剔除法对控制网的网型进行优化设计，通过衡量每条基线对网型平均点位精度的影响，逐个剔除基线，从而得到最优化的网型。

并结合相关算例进行分析，证明该方法能够大幅提高工作效率。

关键词：GNSS控制网；逐个剔除法；网型优化中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0174-021 引言由于GNSS控制网的特殊性（由多台GNSS接收机同步观测，同时获得多个观测量），采用所有可能的连接构成控制网可以使网的整体精度达到最高，但是这意味着其经济指标要达到最大，而GNSS控制网的目的是使网的整体精度满足施工的要求。

对于一个含有n个GNSS点的控制网，最多由s=n（n-1）/2条独立基线组成，从中选取m条基线主要有两种方法。

一是从这s条基线中选择m条基线的全组合方案，计算网的整体精度，选择精度最高的选取方案。

二是剔除法，即从s条基线中逐个剔除对网的整体精度贡献最小的基线，一直剔除到剩下m条基线为止。

m的选择主要考虑GNSS网的等级以及经济指标。

2 基线向量优化选取的主要方法（1）全组合法n个GNSS点最多由s=n（n-1）/2条独立基线组成，选取m条基线有C种方案，理论上将每种方案的GNSS网的点位精度因子都计算出来，精度最高的一组即为最优方案，实际上这种算法实现较为困难。

例如有20个点的GNSS网，最多由20（20-1）/2=190条独立基线构成网形，从中选择30条基线，就有C=190！/（30！160！）=7.74×1034种方案，超出了一般计算机的计算能力。

（2）逐个剔除法n个GNSS点的控制网最多由s=n（n-1）/2条独立基线组成，按间接平差求得该网的未知数协因数阵为：若从中剔除第i条基线，利用矩阵反演公式可得到由S-1条基线组成的未知数协因数阵：式中，B为的第i条基线向量的误差方程系数阵。

《工程测量学》实习报告工程控制网的优化设计2011 年 4 月24 日1 基本要求------------------------------------------------------------------------------------- 32 实习目的-------------------------------------------------------------------------------------3 3平面网的模拟计算与分析（COSA）---------------------------------------- 34 控制网的优化设计-------------------------------------------------------------- 45 总结--------------------------------------------------------------------------------- 51 基本要求名称：工程控制网的优化设计采用软件：COSA系列软件的CODAPS（测量控制网数据处理通用软件包），自研发软件。

2 实习目的掌握工程测量控制网模拟法优化设计计算的基本理论和方法，学习对典型工程控制网的计算机辅助模拟计算设计和结果分析，通过加扰动和删“肥网”观测量等方法进行工程控制网优化设计，并比对优化结果。

分别使用两种软件进行上述过程，对比两软件的差别。

3平面网的模拟计算与分析（COSA）3．1观测方案文件：人工生成简化的观测方案文件“网名.FA2”(只含一组精度)，单击“生成初始观测方案文件”菜单项。

平面网观测方案文件结构:第1行(观测精度指标部分)：方向中误差，边长固定误差（mm），比例误差（ppm）第2行到第K行(控制点坐标部分):点名，点类型(0-已知点，1-未知点),Ｘ坐标，Ｙ坐标…，……，……，……第K+1行(已知方位角部分,有已知方位角值时才有此行):测站点，照准点，Ａ，方位角值从第K+2行起(观测方案部分)：测站点点号L(代表方向)：照准点点号1,....., 照准点点号n（按顺时针方向排序）S(代表边长): 照准点点号1,....., 照准点点号n（按顺时针方向排序）观测值方案文件示例(网名.FA2)1.7,2,2 /H,0,2000.000,3000.000A,1,3183.917,3000.000B,1,2588.415,3814.643C,1,1467.472,3840.727D,1,487.716,3347.045E,1,918.248,2369.768F,1,1775.682,1811.933HL:A,B,C,D,E,FS:A,B,C,D,E,FAL:B,C,D,H,E,FS:B,C,D,H,E,FBL:C,D,E,H,F,AS:C,D,E,H,F,ACL:D,E,F,H,A,BS:D,E,F,H,A,BDL:E,F,H,A,B,CS:E,F,H,A,B,CEL:F,A,H,B,C,DS:F,A,H,B,C,DFL:A,B,H,C,D,ES:A,B,H,C,D,E3．2生成正态标准随机数单击“生成正态标准随机数”，将弹出一对话框，要求您输入生成随机数的相关参数，第一个参数用于控制生成不相同的随机数序列，其取值可取1-10的任意整数。

实习报告一、实习背景与目的随着我国经济的快速发展，各类工程建设项目如雨后春笋般涌现。

工程控制网作为工程建设的基础，其优化设计对于提高工程质量、缩短建设周期具有重要意义。

本次实习旨在通过参与控制网优化设计项目，掌握控制网优化设计的基本原理和方法，提高实际操作能力。

二、实习内容与过程1. 实习前的准备在实习开始前，我认真学习了控制网优化设计的相关理论知识，包括控制网的基本概念、优化设计的目标和原则、各类优化设计方法等。

同时，我还了解了实习所需软件工具的使用方法，如全球定位系统（GPS）等。

2. 实习过程（1）控制网优化设计方案制定在实习的第一周，我参与了控制网优化设计方案的制定。

根据工程项目的实际需求，我们确定了控制网的精度、范围、点位分布等设计原则。

同时，结合项目特点，我们选择了合适的优化设计方法，如最小二乘法、模拟退火算法等。

（2）控制网观测数据采集在实习的第二周，我参与了控制网观测数据的采集。

利用GPS设备，我们对控制网中的各个点位进行了精确测量，获取了大量的观测数据。

在数据采集过程中，我认真遵守操作规程，确保了数据的准确性和可靠性。

（3）控制网优化设计计算与分析在实习的第三周，我利用实习前学习的理论知识，对采集到的观测数据进行了处理和分析。

通过最小二乘法计算，我们得到了控制网的最优解，即各控制点的坐标及其协因数。

同时，结合模拟退火算法，我们对控制网进行了强度优化设计，提高了控制网的可靠性和精度。

（4）实习成果汇报与讨论在实习的最后一周，我撰写了实习报告，并对实习成果进行了汇报。

报告中详细介绍了实习过程中所采用的方法、计算过程和分析结果。

在汇报过程中，同学们积极提问，共同探讨了控制网优化设计中的关键技术问题。

三、实习收获与反思通过本次实习，我掌握了控制网优化设计的基本原理和方法，提高了实际操作能力。

同时，实习过程中的团队协作和讨论，使我更加明白了沟通与交流的重要性。

然而，实习过程中也暴露出我在理论知识掌握和实际操作方面的不足。