多功能测量平差软件

工程控制网平差软件介绍

工程控制网平差软件(Engineering Control Network Adjustment Software，简称：ECNAS)是一套针对常见工程控制网，带有多种数据处理功能并提供多种定权方案，能进行方差一致性检验以及具有较高运算效率的控制网数据处理软件，能实现常见工程施工控制测量和建（构）筑物变形监测数据的精准化、自动化处理。下文将从软件的主要架构与功能、软件的对比测试、软件的主要优势和与软件相关的学术论文等方便进行详细介绍。

1 主要架构和功能

ECNAS包括“项目设置”、“水准网数据处理”、“平面网数据处理”、“全站仪三维网数据处理”、“GPS网数据处理”、“坐标转换”和“工具”等七部分，其中四大类常见工程控制网（水准网、平面网、全站仪三维网和GPS网）的数据预处理和平差计算是本软件的核心内容。见下图1所示。

图1 ECNAS的核心架构

1.1 项目设置

（1）新建工程：根据用户指定位置新建工程集合，集合内部自动分成若干子集。

（2）打开工程：方便用户对上次建立的工程项目进行查看、修改和另存。

（3）参数设置：对控制网的验前精度、仪器的标称精度、控制网的等级、工程椭球、投影面、中央子午线和显著性水平等进行设置，如下图2所示。

图2 ECNAS参数设置对话框

1.2 水准网数据处理

（1）导入观测文件：读取主流电子水准仪（Trimble DINI型或Leica DNA 型）的各种观测形式（BF、aBF、BFFB和aBFFB）的原始文件，如图3所示。

图3 导入数据对话框

（2）生成高差文件：根据软件提示，自动执行用户指令，处理转点，生成高差文件（如下图4所示），并自动生成“按测站数定权”、“按距离定权”和“分类定权”这三种定权方法的高程网平差文件。

图4 高差显示

（3）输出Excel观测手薄：根据相应规范要求，自动生成Excel外业电子观测手薄，保存外业数据采集的原始记录，如下图5所示。

图5 水准测量Excel电子手薄

（4）往返测高差计算：对于有往返测高差的测段，统计往返测高差较差，并按规范要求判断各往返测段的高差较差是否超限，并根据高差较差自动计算每公里水准测量的偶然中误差，如下图6所示。

图6 往返测高差计算示意图

（5）闭合差计算：根据“间接平差转条件平差”的算法，自动搜索水准控制网内的附合和闭合路线的闭合差，根据相应规范要求，判断闭合环的观测质量，当水准路线的环闭合差达到20个以上，还能自动计算每公里水准测量的全中误

差，如下图7所示。

图7 高差闭合差计算示意图

（6）水准网平差计算：根据“最小二乘”原理实现水准网的严密约束网平差，输出高程和高差的平差结果及其精度信息，如下图8所示。

图8 高程网平差示意图

（7）方差一致性检验：根据假设检验判断高程网平差的随机模型的优劣性，如下图9所示。

图9 高差控制网的方差一致性检验

1.3 平面网数据处理

（1）导入观测文件：读取测量机器人机载数据采集软件的原始文件（*.SUC），如图10所示，并自动生成平面网通用平差文件。

图10 打开采集软件原始文件

（2）输出Excel电子观测手薄：完整记录全站仪测量的各观测数据，并自动计算2C、水平方向偏差、i角、天顶距偏差、平距偏差等，如下图11所示。

图11 全站仪外业测量Excel电子手薄

（3）读取平差文件：读取平面网通用格式的平差文件，自动统计往返测边长较差，并自动计算规范要求的“一次测距中误差”，如下图12所示。

图12往返测边长较差统计结果

（4）闭合环搜索：根据“深度优先和广度优先”相结合的算法，搜索平面网内的附合与闭合路线闭合差，并根据菲列罗公式自动计算控制网的实际测角中误差，如下图13和14所示。

图13 闭合路线闭合差

图14 附合路线闭合差

（5）近似坐标计算：可以自动推算常规平面控制网的近似坐标，对于不能计算近似坐标的特殊网，提供用户自动输入近似坐标对话框，为后续平差计算提供便利。ECNAS不会出现“武大科傻”软件由于无法推算近似坐标，不能进行下一步平差计算的问题，也不会出现推算错误的近似坐标，而导致平差错误的问题。

（6）经验定权平差：根据用户输入的仪器测边测方向的先验精度定边长和方向的权，按“最小二乘”原理进行平面控制网的严密平差计算，并自动将平差结

果生成Word文档，极大方便用户的数据使用，如下图15所示。

图15 平面网平差结果的Word输出文档

（7）方差分量估计：为解决经验定权中不同类观测值权的匹配不合理的问题，根据赫尔默特方差分量估计原理，迭代计算观测值的合理权，并平差计算。

（8）网图显示：ECNAS具有精致的图形界面，不仅提供控制网图的显示功能，还提供缩放、平移、量距和基本属性查询等功能，如下图16所示。

图16 网图显绘

（9）平差结果的统计与方差一致性检验：对平面控制网的总体信息、坐标中误差、点位中误差、方向改正数、方向中误差、边长改正数、边长中误差和相对中误差进行系统的统计；此外ECNAS还具有方差一致性检验功能，方便用户选择最优的定权方案，如下图17所示。

图17 平差结果的统计及方差一致性检验

1.4 全站仪三维网数据处理

能进行全站仪三维网的严密平差计算，提供控制点可靠的三维坐标平差结果及其精度。经多次实验可以证明在小范围内对测量机器人所采集的斜距、天顶距和水平方向等观测量进行三维平差，其平面精度可以达到变形观测二级以上精度要求；高程精度可以到达二等水准测量的要求。因此，在保证测量精度的情况下，用三维测量技术代替“平面测量+水准测量”的传统“2+1”模式，大大的节约测量成本、提高测量效率。如下图18所示。

图18 全站仪三维网平差