25工程水平控制网优化设计概念

§2.5工程水平控制网优化设计概念

§2.3中已经提到，在控制网的技术设计中，首先考虑的是精度指标，其次是网的费用指标，这是传统的技术设计方法。在这种方法中，主要以技术规范为依据，只要设计出的控制网经过精度估算，得出最弱边的相对精度能够满足有关规范对某一等级控制网的精度要求，即基本上完成了设计任务。我们称这种方法为“规范化设计”。

近代控制网优化设计不同于上述规范化设计，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，还有其他一些指标。应用这种方法，可求得最为合理的设计方案。然而此法也有不足之处，主要是计算工作量大，必须依靠计算机进行。

2.5.1 控制网的质量指标

在控制网的设计阶段，质量标准是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量的指标。

质量标准包括精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分标准及灵敏度标准等。其中常用的主要是前3个标准。

1.精度标准

网的精度标准以观测值仅存在随机误差为前提，使用坐标参数的方差—协方差阵xx D 或协因数阵xx Q 来度量，要求网中目标成果的精度应达到或高于预定的精度。

2.可靠性标准

可靠性理论是以考虑观测值中不仅含有随机误差，还含有粗差为前提，并把粗差归入函数模型之中来评价网的质量。

网的可靠性，是指控制网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差结果的影响的能力。

3.费用标准

布设任何控制网都不可一味追求高精度和高可靠性而不考虑费用问题，尤其是在讲究经济效益的今天更是如此。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：

（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。

一般来说，布网费用可表达为

分析计算观测造埋设计总C C C C C C ++++=

式中，C 表示经费，下标表示经费使用的项目。优化设计中，主要考虑的是观测费用观测C 。由于各种不同观测量，采用不同的仪器，其计算均不一样，很难有一完整

的表达式表达出来，只能视具体情况，采用不同的计算公式。

2.5.2 优化设计的分类和方法

1.优化设计的分类

工程控制网的优化设计，是在限定精度、可靠性和费用等质量指标下，获得最合理、满意的设计。

网的优化设计可分为零、一、二、三类。

（1）零类设计（基准设计）。就是在控制网的网形和观测值的先验精度已定的情况

下，选择合适的起始数据，使网的精度最高。

（2）一类设计（图形设计）。就是在观测值先验精度和未知参数的准则矩阵已定的情况下，选择最佳的点位布设和最合理的观测值数目。

（3）二类设计（权设计）。即在控制网的网形和网的精度要求已定的情况下，进行观测工作量的最佳分配（权分配），决定各观测值的精度（权），使各种观测手段得到合理组合。

表2-7 控制网优化设计的分类

（4）三类设计（加密设计）。是对现有网和现有设计进行改进，引入附加点或附加观测值，导致点位增删或移动，观测值的增删或精度改变。

各类设计的划分可用表2-7简单表示。

2.优化设计的方法

控制网的优化设计的方法大致可分为两种：解析法和模拟法。

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。

2）模拟法

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。然后重复上述计算，必要时再进行修正，直至获得符合各项设计要求的较理想的设计方案。工作流程如图2-22所示。

图2-22

模拟法可用于除零类设计之外的各类设计，设计过程中可同时顾及任意数目的参数和目标，特别适用于一类和三类设计。

模拟法的优点是设计的计算简单，设计程序易于编制，且因优化过程可利用作业人员已有的经验随时进行人工干预。计算结果可用计算机或绘图仪输出和显示，进行人机对话，使设计过程达到高效率，使用灵活。

模拟法的缺点是较费机时，计算量较大，所得结果相对解析法而言，在严格的数学意义上可能并非最优解。但从实用角度来说，模拟法具有更大的优越性。一种可能的发展方向就是解析法和模拟法相结合，互相取长补短，使优化设计的解算方法更为合理、可行。

(完整版)GPS控制网的优化设计毕业设计

GPS控制网的优化设计

GPS控制网的优化设计 摘要 优化设计是最优化理论和方法在设计中的应用，力求以最低的成本、最高的效率达到最优的目标。本文通过一系列的分析，对控制网的优化方法进行分析，说明可行性。 为了解决控制网优化设计问题，本论文分两大部分，GPS网的优化设计和GPS网的精度和可靠性，在 GPS网形设计中，首先根据工程的特点和GPS网设计规范的要求，大致确定网的规模，用图论和树的有关算法推导出GPS网形中点、边、异步环之间的关系，然后给出一种生成网形的算法，自动生成初步网形，并用模拟法在顾及精度和可靠性准则下对初步网形进行优化设计，确定最终网形，并按最小路径方法生成观测方案。 关键词： GPS控制网，优化设计，精度，可靠性 OPTIMIZING DESIGNING OF CONTROL NETWORK

ABSTRACT The optimization design is a application of the most optimizative theory and method in the design. It is design of GPS control network’s methods by a series of analysis. This paper consists of two parts: Optimizing designing of GPS control network and the Precision and Reliability of GPS network. When designing a GPS control network ,its scale should be predicted as the project requested and the GPS surveying standard disciplined. According to the relationship among GPS points , edges and nonsynchronous loops, we can use an algorithm of Graphic Theory to produce a network when given the number of points and the maximum edges of each nonsynchronous loop, after being modified by using simulate optimizing method we can draw the ultimate network, then the observation plan can be gained by using the best way algorithm. KEYWORDS：gps control network, optimizing designing, precision, reliability

平面控制网的布设形式

场地平整就是将天然地面改造成工程上所要求的设计平面，由于场地平整时全场地兼有挖和填，而挖和填的体形常常不规则，所以一般采用方格网方法分块计算解决，平整场地前应先做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物；排除地面积水；铺筑临时道路等 平面控制网的布设形式，应根据建筑总平面图、建筑场地的大小和地形、施工方案等因素来确定。 对于地形起伏较大的山区或丘陵地区，常用三角网或三边网； 对于地形平坦而通视较困难的地区或建筑物布置不很规则时，可采用导线网； 对于地势平坦的、建筑物众多且布置比较规则和密集的工业场地或住宅小区，一般采用建筑方格网； 对于地面平坦的小型施工场地，常布置一条或几条建筑基线，组成简单的图形。 平面控制网，应根据等级控制点进行定位、定向和起算，其等级和精度应符合下列规定： ①建筑场地面积大于或重要工业区，宜建立相当于一级导线精度的平面控制网； ②建筑场地小于或一般性建筑区，可根据需要建立相当于二、三级导线精度的平面控制网； ③当原有控制网作为场区控制网时，应进行复测检查。 高程控制网应布设成闭合水准路线、附合水准路线或结点水准网形。高程测量的精度，一般不宜低于三等水准测量的精度要求。 8．2建筑基线 8．2．1 建筑基线的布设方法 在面积不大、地势较平坦的建筑场地上，根据建筑物的分布、场地地形等因素，布设一条或几条轴线，以作为施工控制测量的基准线，简称建筑基线。 建筑基线的布设形式有三点“一”字形、三点“Ｌ”字形，四点“Ｔ”字形及五点“十”字形等形式。布设时要求做到： 建筑基线应平行或垂直于主要建筑物的轴线，以便用直角坐标法进行测设； 建筑基线相邻点间应互相通视，且点位不受施工影响； 为了能长期保存，各点位要埋设永久性的混凝土桩； 基线点应不少于三个，以便检测建筑基线点有无变动。 8．2．2 建筑基线的测设方法 根据建筑红线测设 在城市建设区，建筑用地的边界线（建筑红线）是由城市规划部门选定并由测绘部门现场测设的，可作为建筑基线放样的依据。 一般情况下，建筑基线与建筑红线平行或垂直，故可根据建筑红线用平行线推移法测设建筑基线。 如图，AB、AC是建筑红线，从A点沿AB方向量取d2定Ⅰ′点，沿AC方向量取d1定Ⅰ″点。 2．根据建筑控制点测设 对于新建筑区，在建筑场地上没有建筑红线作为依据时，可根据建筑基线点的设计坐标和附近已有控制点的关系，按前所述测设方法算出放样数据，然后放样。 如图所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为设计选定的建筑基线点，A、B为其附近的已知控制点。首先根据已知控制点和待测设基线点的坐标关系反算出测设数据，然后用极坐标法测设Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点。由于存在测量误差，测设的基线点往往不在同一直线上，因而，精确地检测出∠Ⅰ′Ⅱ′Ⅲ′。若此角值与180o之差超过限差±10″，则应对点位进行调整。调整值δ按下列公式计算： 3建筑方格网 在建筑物比较密集或大型、高层建筑的施工场地上，由正方形或矩形格网组成的施工控制网，

试验优化设计与分析(教材)

试验优化设计与分析(教材) 成果总结 成果完成人：任露泉，丛茜，杨印生，李建桥，佟金成果完成单位：吉林大学 推荐等级建议：二等奖

1.立项背景 在现代社会实现过程和目标的最优化，已成为解决科学研究、工程设计、生产管理以及其他方面实际问题的一项重要原则。试验优化技术因其具有设计灵活、计算简便、试验次数少、优化成果多、可靠性高、适用面广等特点，已成为现代设计方法中一个先进的设计方法，成为发达国家企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员的必备技术，它对于创造利润和提高生产率起着巨大的作用。因此在我国为了赶超世界先进水平，促进科研、生产和管理事业的发展，编著相关教材，大力推广与应用试验优化技术，不仅具有普遍的实际意义，也具有一定的迫切性。 20世纪80年代初，鉴于国民经济建设实践和科学技术研究中对试验优化技术的广泛需求，为推动教学改革、提高教学质量，任露泉教授对试验优化理论与技术进行了深入系统研究，为本科生开设了“试验设计”课程，为研究生开设了“试验优化技术”课程，并于1987年由机械工业出版社出版了教材《试验优化技术》，产生了很高的学术与技术影响。 2001年任露泉教授在《试验优化技术》一书的基础上编著了《试验优化设计与分析》教材，由吉林科技出版社出版发行。该教材是对1987年出版的《试验优化技术》的修改、补充和发展。作者根据对试验优化的教学和科研应用的多年实践与体会，为适应读者学习与使用的实际需要，调整修改了原书中的部分内容和一些方法的设计程式；补充了一些试验优化设计的新方法、新技术；增添了试验优化的一些最新应用实例；并增加了试验优化分析一篇。 本教材2001年获吉林省长白山优秀图书一等奖，2002年被遴选为教育部全国研究生教学用书，再次出版发行，2004年获吉林省教学成果一等奖。 2.教材内容 本教材万字，共分三篇二十一章。第一篇试验设计，除正交设计、干扰控制设计与数据处理等常用技术外,还介绍SN比设计、均匀设计、广义设计、调优运算及稳健设计等正交试验设计技术的拓广应用和现代发展的最新方法；第二篇回归设计，除各种回归的正交设计、旋转设计、饱和设计、多项式设计、还介绍多次变换设计、交互作用搜索设计、混料设计以及D-最优设计等回归设计技术的进一步完善与最新应用技术；在第三篇试验优化技术分析中,介绍了试验数据处理过程中经常遇到的难题及其解决办法，数据分析的最新研究成果及其应用实例。例如：有偏估计、PPR分析、探索性数据分析等；此外还介绍了试验优化的常用统计软件。 3.教材特点

优化设计的概念和原理

优化设计的概念和原理 优化设计的概念和原则 概念 1前言 对于任何设计者来说，其目的都是为了制定最优的设计方案，使所设计的产品或工程设施具有最佳的性能和最低的材料消耗和制造成本，以获得最佳的经济效益和社会效益。因此，在实际设计中，科技人员往往会先提出几种不同的方案，并通过比较分析来选择最佳方案。然而，在现实中，由于资金限制，选定的候选方案的数量往往非常有限。因此，迫切需要一种科学有效的数学方法，于是“优化设计”理论应运而生。 优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的新技术。这是一种现代设计方法，它根据优化原理和方法将各种因素结合起来，在计算机上以人机合作或“自动探索”的方式进行半自动或自动设计，以选择现有工程条件下的最佳设计方案。其设计原则是优化设计:设计手段是电子计算机和计算程序；设计方法是采用最优化数学方法。本文将简要介绍优化设计中常用的概念，如设计变量、目标函数、约束条件等。 2设计变量 设计变量是独立参数，必须在设计过程的最终选择中确定它们是选择过程中的变量，但是一旦确定了变量，设计对象就完全确定了。优化设计是研究如何合理优化这些设计变量值的现代设计方法。

机械设计中常用的独立参数包括结构的整体构型尺寸、部件的几何尺寸和材料的机械物理性能等。在这些参数中，根据设计要求可以预先给出的不是设计变量，而是设计常数。最简单的设计变量是元件尺寸，例如杆元件的长度、横截面积、弯曲元件的惯性矩、板元件的厚度等。 3目标函数 目标函数是设计中要达到的目标在优化设计中，所追求的设计目标(最优指标)可以用设计变量的函数来表示。这个过程被称为建立目标函数。一般目标函数表示为 f(x)=f(xl，xZ，？，x) 此功能代表设计的最重要特征，如设计组件的性能、质量或体积以及成本。最常见的情况是使用质量作为一个函数，因为质量的大小是最容易量化的价值度量。尽管费用具有更大的实际重要性，但通常需要有足够的数据来构成费用的目标函数。目标函数是设计变量的标量函数。优化设计的过程就是优化设计变量，使目标函数达到最优值或找到目标函数的最小值(或最大值)的过程。在实际工程设计过程中，经常会遇到多目标函数的某些目标之间存在矛盾，这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系目前，对这类多目标函数优化问题的研究还没有单目标函数的研究成熟。有时一个目标函数可以用来表示几个期望目标的加权和，多目标问题可以转化为单目标问题来求解。4约束 设计变量是优化设计中的基本参数。目标函数取决于设计变量。在

控制测量技术设计书

控制测量技术设计书 1．工程名称及任务。 2．测区概况简述。 3．已有资料的来源及分析、利用论证。 4．坐标系统的选择及处理方法的论证，起始数据的配置和处理。 5．水平控制网布设方案阐述，其中包括： （1）首级网的等级和布网方式，以及本次控制网在精度和密度方面对日后布设加密网的保证。 （2）控制网（点）精度估算的简要过程及结果。 （3）从经济上、技术上、精度上对两个以上布网方案进行对比论证，从中确定一个最优方案。 （4）填写精度统计表。 6．技术依据及作业方法。内容主要包括： （1）工程执行的规范及施测细则。 （2）觇标及标石图并注明规格，材料及埋设方法（绘出示意图）。 （3）仪器的选择及检验项目要求。 （4）观测方法及各项限差（参阅规范或教材，不能杜撰）。 （5）概算内容和平差方法。 7．工作量综合计算及工作进程计划表（自行估计）。 8．需用的主要仪器设备（包括名称、型号和标称精度）、材料及经费预算。 9．工程项目完成后应提交的资料清单。

目录 一．测区情况 1.1测区位置及面积 1.2地理状况 二.作业依据 三．测区已有资料及利用 3.1平面控制资料 3.2高程控制资料 3.3其他资料 四．平面控制测量 4.1E级GPS测量 4.2三级导线测量 五．高程控制测量 5.1四等水准测量 5.2光电测距三角高程测量 六．一级导线、水准测量和光电测距三角高程测量平差计算6.1观测数据的检查 6.2平差计算 七．提交成果资料 7.1技术总结 7.2控制点成果表的制作 7.3控制网图的制作要求

八．图根控制测量 8.1图根导线 8.2图根高程测量 8.3平差计算 8.4提交资料 九．附图、附表、附件 本次实习的目的是了解控制测量作业的全过程，通过对长沙县水渡河及其周边地区实现控制测量，巩固课堂学习的理论知识，将理论及实践有机结合，提高理论水平及外业操作能力。 一．测区情况 1.1测区位置及面积 东经113°，北纬28°向涉及周围13km左右。 施测范围呈不规则形状，范围面积约14km2。 1.2地理状况 测区位于长沙县水渡河区，交通便利。东至水渡河大桥、筒灰村、望新村、孙家坡、长沙人民政府一线，南到开元路、国防科大，西沿洪山路一线，北止水渡河。 测区为经济开发区，农田。构成了以经济开发去为主的城市建筑物，以星沙大道、开元路、洪山路、潇湘西路、湘龙路及附属街坊的建筑区，西北边的成片 农田，该区地势平坦，便于开展成片测绘作业，测区东南部建筑密度较大，对于开展成片测绘作业有一定的影响。

城市D级GPS控制网设计书

一、任务概述 由于城市改造，阜新市原有控制点被破坏，为了保障测绘的日常使用，需要重新建立城市控制网。城市首级平面控制拟布设D 级GPS 控制网，首级高程控制拟布设二等水准网。 二、测区状况 阜新，位于辽宁省西部的低山丘陵区，是辽宁省西北部地区的中心城市 ，为沈阳经济区重要城市之一。内蒙古高原和东北辽河平原的中间过渡带，全区呈现长矩形，中轴斜交于北纬42°10′和东经122°00′的交点上。 东西长170千米，南北宽84千米，总面积10445平方千米。地势西北高，东南低；西南高，东北低。辖海州区、细河区、太平区、新邱区、清河门区五个市辖区，彰武县和阜新蒙古族自治县，截止到2015年阜新市人口为177.8万。 阜新市初步探明有38种矿藏，矿产地228处。其中煤的储量较大，资源储量达10亿多吨。石灰石、珍珠岩、膨润土、花岗岩的储量也十分丰富，萤石、硅砂、沸石的储量居辽宁之首，黄金储量尤其可观。 三、级别和精度要求 D 级GPS 网相邻点基线长度精度用下列公式表示，并按下表规定执行。 δ=22)*(d b a 式中：δ—GPS 基线向量的弦长中误差（mm ），亦即等效距离误差。 a —GPS 接收机标称精度中的固定误差（mm ）。 b —GPS 接收机标称精度中的比例误差系数（ppm ）。 d —GPS 网中相邻点间的距离（km ）。 四、布设原则 1.GPS 网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。 2.GPS 网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。 3.GPS 网点应尽量与原有地面控制点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS 网与地面之间的转换参数。 4.GPS 网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的测量方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。 5.为了便于GPS 的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS 网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。 6.为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS 网点附近布设一通视良好的方位点以建立联测方向，方向点与观测站距离一般应大于300米。 五、埋石、仪器、选点 1.埋石

控制网优化设计复习题

1 GPS卫星定位的基本原理 GPS卫星定位的基本原理，就是把卫星视为“飞行”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。 2 在进行载波相位定位时，在不同观测时段，载波可以分别划分为那几个阶段 3 坐标系之间的坐标转换过程 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。 4 GPS网络数据处理的基本过程 设置参数，选择椭球，导入数据，数据修正，基线解算，检核基线质量，无约束平差，无约束平差质量检核，约束平差（改变坐标基准，输入控制点），质量检核，导出数据 5 GPS控制网优化设计的分类处理方法 GPS控制网优化设可以参照传统控制网优化设计进行分类处理： 零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的自由GPS 网确定最优坐标系统的优化设计。对于区域GPS网来说，主要确定控制网的投影面和投影带，一般要考虑现有坐标系统的利用及其两种坐标系统的转换。 一类设计：即控制网图形设计，是在约定网的精度和观测方案的情况下，求得最佳点位的优化设计。研究表明，尽管GPS对网形设计要求不十分严格，但是网形仍然影响着最后成果的精度。GPS网图形设计主要考虑连接方式：即边连接，点连接，重复设站比率，重测基线比率等。 二类设计：即观测方案的最佳选择。选择观测方案主要反映在选星计划，行车路线，观测时间和数据处理方法等内容。 三类设计：用GPS改造现有控制网的最优设计。主要考虑在什么地方加测GPS基线向量，加则多少。在设计时主要计算各种方案的经费、精度和可靠性。 6 GPS网络数据处理精度控制指标 一基本精度指标：各级GPS网测量精度用相邻点弦长标准差 二基线解算质量控制指标：1 基线本身限制， 2 网限制：（1）同一时段观测值的数据剔除率应小于10％。

D级GPS控制网设计书

北京建筑大学西城校区D级GPS控制网技术设计书 班级： 姓名： 学号：

一、任务概述 由于校园改造，校园实习场原有控制点被破坏，为了保障测绘实践教学，需要重新建立校园控制网。校园首级平面控制拟布设D 级GPS 控制网，首级高程控制拟布设二等水准网。 二、测区状况 测区位于北京市西城区展览馆路1号，占地12.3公顷，总建筑面积为20.2万平方米。校区经过长期建设，故行道树高大，像篮球场北侧道路。高大的树木在很大程度上给GPS 测量工作带来了不便。 校园周边现有北京市C 级GPS 控制点4个，分别为：西直门桥、紫竹桥西、公主坟、复兴门桥。 三、级别和精度要求 δ=22)*(d b a 式中：δ—GPS 基线向量的弦长中误差（mm ），亦即等效距离误差。 a —GPS 接收机标称精度中的固定误差（mm ）。 b —GPS 接收机标称精度中的比例误差系数（ppm ）。 d —GPS 网中相邻点间的距离（km ）。 四、布设原则 1.GPS 网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。 2.GPS 网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。 3.GPS 网点应尽量与原有地面控制点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS 网与地面之间的转换参数。 4.GPS 网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的测量方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。 5.为了便于GPS 的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS 网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。

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0 0)(~φ?Fr = 后继量测值)()(~φφ? Fr Int += 通常表示为)()(~0 0φφ?Fr Int N N ++=+=Φ 三、坐标系之间的转换过程 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Timeline 6、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。 2)查看网平差报告。看迭代平差是否通过；如果不通过，选择“交替的”加权策略 3)再次进行平差，直到通过为止。 8、网的约束平差 1) 平差—基准—当地投影基准。 2)然后点击观测值，加载水准面模型，输入已知点坐标。 3)点击平差，进行网的约束平差。 9、成果输出 五、GPS 控制网优化设计的分类处理方法 零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的自由GPS 网确

E级GPS平面控制网技术设计书

E级GPS平面控制网技术设 计书 1、概述 本次gps平面控制测量任务和作业容是位于北部松花江主航道北侧，为配合本次控制测量课程设计任务，需在江心岛开发区约4.2平方公里的测区围建立E级GPS平面控制网。 2、测区自然地理概况和已有资料 2.１、测区自然地理概况 测区位于省市北部松花江主航道北侧，是松花江泛洪区自然形成的梭形岛，为河漫滩湿地。该岛地理位置优越,南北与市区相望,西隔宾洲铁路桥与太阳岛相望。 测区东西长约4.5公里，南北最宽约1.3公里，面积达4.2平方公里，平均海拔115米，位于松花江中游，属中温带大陆性季风气候，冬长夏短，全年平均降水量569.1毫米，降水主要集中在6-9月，夏季占全年降水量的60%。四季分明，冬季1月平均气温约零下19度；夏季7月的平均气温约23度。 测区围： 测区地理坐标为东经：126度37分—126度40分北纬：45度48分 实测围呈不规则形状，围面积约4.2平方公里。 2.2、测区已有资料成果情况 测区有google earth卫星遥感图一幅，该图可供图上选点。此外，测区有校区控制三角点2个，其数据如下： 3、测量技术设计依据 （1）GB-T-18314-2009《全球定位系统(GPS)测量规》 （2）CJJ 73-97《全球定位系统城市测量技术规程》 （3）CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》 （4）CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》 （5）CH / T1004《测绘技术设计规定》 （5）CJJ -8-99《城市测量规》 4、使用仪器 本次测量采用的GPS接收机型号是南方北极星GPS 9600，该GPS仪接受的信号是L1-C/A

机械优化设计讲义

《机械优化设计》讲义 刘长毅 第一讲 第一课时：机械优化设计概论 课程的研究对象：根据最优化原理和方法，利用计算机为计算工具，寻求最优设计参数的一种现代设计方法。 目标：本课程目标体系可以分为三大块：理论基础、算法的分析、理解和掌握，算法的设计、实现（编程）能力的培养。将主要是对算法的学习为主，并兼顾培养一定的解决实际问题能力、上机编程调试能力。 首先，几个概念：优化（或最优化原理、方法）、优化设计、机械（工程）优化设计。 现代的优化方法，研究某些数学上定义的问题的，利用计算机为计算工具的最优解。 优化理论本身是一种应用性很强的学科，而工程优化设计（特别是机械优化设计）由于采用计算机作为工具解决工程中的优化问题，可以归入计算机辅助设计(CAD)的研究范畴。 再，优化方法的发展：源头是数学的极值问题，但不是简单的极值问题，计算机算法和运算的引入是关键。 从理论与实践的关系方面，符合实践-理论-实践的过程。优化原理和方法的理论基础归根结底还是来源于实际生产生活当中，特别是工程、管理领域对最优方案的寻找，一旦发展为一种相对独立系统、成熟的理论基础，反过来可以指导工程、管理领域最优方案的寻找（理论本身也在实践应用中不断进步、完善）。 解决优化设计问题的一般步骤： 相关知识：数学方面：微积分、线性代数；计算机方面：编程语言、计算方法；专业领域方面：机械原理、力学等知识 内容：数学基础、一维到多维、无约束到有约束 1.1数学模型

三个基本概念：设计变量、目标函数、约束条件 设计变量： 相对于设计常量（如材料的机械性能） 在设计域中变量是否连续：连续变量、离散变量（齿轮的齿数，）。 设计问题的维数，表征了设计的自由度。每个设计问题的方案（设计点）为设计空间中的一个对应的点。 设计空间：二维（设计平面）、三维（设计空间）、更高维（超设计空间）。 目标函数： 设计变量的函数。 单目标、多目标函数。 等值面的概念：设计目标为常量时形成的曲面（等值线、等值面、超等值面）。几何意义：等值线（等值线的公共中心既是无约束极小点）、等值面。 约束条件： 等式约束（约数个数小于设计问题的维数） 不等式约束 满足约束条件的设计点的集合构成可行域D ：可行点、非可行点、边界设计点 几何意义（二维）：对于设计空间不满足不等式约束的部分，用阴影表示。 数学模型的一般形式： 寻找一个满足约束条件的设计点，使得目标函数值最小。 标准形式：n p v X h m u X g t s R X X f v u n <===≥∈,,2,1,0)(,,2,1,0)(..),(min 1.2 优化问题的几何描述 第二章 数学基础和数值迭代法 2.1 函数的方向导数和梯度 一、 函数的方向导数 ∑=??=??++??+??=??N i i i N n x X f x X f x X f x X f S X f 10 02201100cos )(cos ) (cos )(cos )()(θθθθ 二、函数的梯度

施工控制网的优化设计_顾利亚

施工控制网的优化设计 顾利亚　岑敏仪 (西南交通大学　测量工程系　成都　610031) 【摘　要】　根据施工控制网的特点,提出了用解析法进行控制网优化设计的新方法,介绍了在平 均可靠率和精度的约束下使用0-1规划进行网形设计的算法。实例验证,精度函数增量的“A ”标准和“E ” 标准均可作为控制网图形设计的目标函数。【关键词】　优化设计;0-1规划;测量控制网【分类号】　T P 391.41;T U 198 根据作业的过程,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,亦是本文的核心内容。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。本文针对施工控制网设计的特点,在其图形设计中建立求解模型,使求出的图形和观测纲要同时满足预先规定的优化设计指标。 1　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。这些指标均对某些特定的条件有显著作用。根据施工控制网的特点,其可靠性指标可用平均可靠率来表示[1] r 0=r /n (1) 式中,r 为多余观测数,n 为总观测数。 控制网的费用标准一般可用下式表示 收稿日期:1996-10-08 顾利亚:女,1956年生,讲师。 第32卷第2期1997年4月 西南交通大学学报 JOU RNAL OF SOU THWEST JIAOT ONG UNIVERSITY Vo l.32N o.2A pr.　1997

GPS控制网的优化设计

徐州师范大学本科毕业设计(论文)(2007届) 题目: GPS控制网的优化设计 英文题目: Optimization design of GPS control network 作者: xianrenqiu_1（请来信说明姓名） 1 GPS的基础知识 GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的英文缩写，它是随着现代化科学技术的发展而建立的第一代精密卫星定位系统。本章主要介绍GPS卫星定位系统发展的概况、特点、以及GPS定位技术的应用前景。 1.1 全球定位技术的概况 全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。[2]全球定位系统(Global Positioning System，缩写GPS)是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 地面监控部分包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这

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～ 500m 2.2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： 1.8,3,2 D1,0,1261.778,671.640

D2,0,997.212,1086.813 D3,1,1242.007,1542.800 D4,1,1027.823,2001.479 D5,1,1258.483,2496.456 D6,1,1071.641,2921.460 D7,1,1226.964,3367.157 D8,0,1031.118,3795.525 D9,0,1114.036,4306.353 D2 L:D1,D3 S: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。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；第二个参数即“随机数个数”只能选200，400或500，即最多可生成500个服从（0,1）分布的正态随机数。系统对所生成的随机数按组进行检验，检验通过就存放在RANDOM.DAT文件中。该文件中的随机数用于网的模拟计算时生成在给定精度下的模拟观测值。 3.生成平面网初始观测值文件“导线数据.IN2”单击“生成初始观测值文件”，选择“平面网”，在弹出的对话框中选择文件“导线数据.FA2”，则自动生成初始观测值文件“导线数据.IN2”。如下： 1.800,3.000, 2.000,1 D1, 1261.778000, 671.640000 D2, 997.212000, 1086.813000 D8, 1031.118000, 3795.525000 D9, 1114.036000, 4306.353000 D2 D1,L,0.0000 D3,L, 119.155092 D3,S, 517.543047 D3 D2,L,0.0000 D4,L, 233.153520 D2,S, 517.537413 D4,S, 506.224731

平面控制网技术设计书

四川建院东区 平面控制网技术设计 题目:四川建院东区平面控制网设计报告专业:工程测量技术 班级:测量1102 组别:一组 组员:黄龙邓国浩罗广宇伍玥环黄瑶岳鹏成陈诚 指导老师:郭豫宾 2012.3.20

平面控制网技术设计书 一、目的要求及任务范围 1、目的要求 应专业的要求，结合测区自然地理条件的特征，选择最佳布网方案，保证在所规定的时间内完成任务。应指导老师要求，布设四川建院东区四等控制网。控制网既要考虑与三等网的联系，又要考虑四川建院的独立性，充分体现布网的高精度和便利性。按设计要求将四川建院东区控制网沿测区周围布设，设计精度为四级，并按主轴线分成四个区域做到每个区域各有两个控制点。另外，还要根据布好的控制网实地放样出9个轴线点，并埋设标石。 2、任务范围 本测区范围：四川建筑职业技术学院东区。 。 二、测区的自然地理条件 1、地理概况 本测区为四川建院东区，属于德阳市旌阳区，离108国道不远，测区内建筑及草坪较多，地势较为平坦，地区大气能见度良好，交通便利，给测量带来方便。 2、气候条件 测区气候较好，阳光照射充足，年降水量不多，大多集中在春夏两季，全年平均气温已七、八月份最高。 3、交通情况 测区的北门外便是嘉陵江西路。 三．已有测量成果及利用 一．任务： ⑴初任务：根据已有地形图进行纸上定线和相关的内业工作，初步确定采 用的路线方案，为编制初步设计提供所需的基础资料。 ⑵定测目的：通过现场测量并进行优化，再实地放线定桩确定构造物的位 置，为施工设计提供资料 技术依据： ①《控制测量规范》。 ③GB12898-91《国家三、四等水准测量规范》。 二.坐标系统及图幅分幅 1) 平面采用1954年北京坐标系。 2）采用50*50的1:500的图幅；图幅内有明显地形、地物的应标注图名。

机械优化设计方法基本理论

机械优化设计方法基本理论 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。 1.2 约束条件 约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。针对优化设计设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下。约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。

(建筑工程设计)工程优化设计

1 最优化设计的基本概念 最优化就是追求最好结果或最优目标，从所有可能方案中选择的最合理的一种方案。在进行工程设计、物资运输或资源分配等工作中，应用最优化技术，可以帮助我们选择出最优方案或作出最优决策。目前，最优化方法在工程技术、自动控制、系统工程、经济计划．企业管理等各方面都获得了广泛应用。 最优化设计是从可能设计中选择最合理的设计，以达到最优目标。搜寻最优设计的方法就是最优化设计法，这种方法的数学理论就是最优化设计理论。 最优化设计方法是现代设计方法的一种。微积分中遇到的函数极值问题是最简单的最优化问题。 I.1函数的极值 最简单的最优化设计问题，就是微积分中的求函数极值问题。它是应用数学的一个分支，已渗透到科学、技术、工程、经济各领域。 例1.1边长为a的正方形钢板，设计制成正方形无盖水槽，如图：1.1所示，在四个角处剪去相等的正方形，如何剪法使水槽容积虽大？ 解：设剪去的正方形边长为x，与此相应的水槽容积为 解出两个驻点x=a/2和x=a/6 第一个驻点没有实际意义。现在判别第二个驻点是否为极大点。因为 V"(X=a/6)=-4a<0 说明x=a/6的驻点是极大点。 结论是，每个角剪去边长为a／6的正方形可使所制成的水槽容积最大。一般记为Max V（x）。 例1.2图1.2所示的对称两杆支架，由空心圆管构成。顶点承受的荷载为2P，支座间距为2L，圆管壁厚为6。设密度为P，弹性模量为E，屈服极限为(T。问如何设计圆管平均直径d 和支架高度H，使支架的重量最轻？ 解：以圆管平均直径d和支架高度H为两个未知变量。支架总重量的数学表达式为 W(H.d)= 2B pbd 最轻支架重量w，一般记为mix W。 式(1.2)中变量d和H还必须满足以下条件： 图1.1正方形钢板图I 2两杆支架 (1)圆管的压应力小于或等于压杆稳定临界应力Φcr。由材料力学可知，压杆稳定的临界应力为 由此得稳定约束条件 (2)圆管压应力小于或等于材料的屈服极限Φy，由此得强度约束条件

平面高程测量及控制网测量施工方案

7.4.1平面高程测量及控制网测量施工方案 1.编制目的 保证陕西榆能横山煤电一体化项目2×1000MW机组电厂输煤系统建筑安装工程（D标段）的施工质量和满足工程进度要求，指导本项目工程的测量施工。 2.编制依据 本工程设计招标图纸 《工程测量规范》（GB50026-2007） 《国家三四等水准测量规范》（GB12898-2009） 《建筑施工测量技术规程》（DB11-T446-2007） 《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013） 3.施工准备 3.1.人员组织 由项目施工部专业测量人员成立测量小组，根据业主提供的首级坐标控制点、原始高程控制点进行工程定位、建立各级轴线控制网、高程控制网的布设。按规定程序检查验收，对测量小组全体人员进行详细的图纸交底及方案交底，明确分工，所有施测的工作进度，由测量工程师根据项目的总体进度计划进行安排。

3.2.全面了解设计意图，认真熟悉与审核图纸 测量人员通过对总平面图及设计说明的阅读和现场踏勘，了解工程总体布局，工程特点，周围环境，工程建筑的位置及坐标；了解现场测量坐标与工程建筑的关系，水准点的位置和高程。在了解总图后认真学习建筑施工图，及时校对建筑的各项尺寸，它是整个过程放线的依据，在熟悉图纸时，着重掌握轴线的尺寸、坐标点及高程，对比工程结构图纸之间轴线的尺寸，查看两者之间的轴线及标高是否吻合，有无矛盾存在。 3.3.测量仪器的选用 测量中所用的仪器和钢尺等器具，根据有关规定，送至具有仪器校验资质的检测单位进行校验，检验合格后方可投入使用。

4.测量原则和要求 4.1施测原则 （1）严格执行测量规范：遵守先整体后局部的工作程序，先确定平面控制网，后以控制网为依据，进行各局部轴线的定位。 （2）严格审核测量原始数据的准确性，坚持现场施测与计算工作同步校核的工作方法。（3）场区控制网及轴线控制网工作完成后执行自检、互检合格后再上报的工作制度。（4）控制网施测好后，将成果报工程总承包方，要求联合检测，检测合格后报监理单位，监理单位复测合格后方可使用。 4.2基本要求 测量记录必须原始真实、数字正确、内容完整、字体工整，测量精度要满足要求。根据现行测量规范和有关规程进行精度控制。 4.3工作内容 （1）根据业主提供的坐标控制点，用全站仪引测建立场内平面控制网和高程控制网。（2）用全站仪及水准仪测量放样出本工程的坐标及高程基准点桩。 （3）对施工部位进行检查验收，并绘制竣工图，整理验收资料。 5.施工测量控制网的布置 5.1平面控制网的布置 5.1.1根据业主提供的基本控制点、高程控制点进行复测工作,若发现有偏差应提请业主、监理单位及设计单位解决。