Беляев В.А., PhD

Система Автоматизации Геодезических работ

АРМИГ

Уравнивание линейно-угловых сетей

Программа уравнивания линейно-угловых сетей уравнивает плановые сети, полученные автоматически из Редактора Полевых Данных или путем ручного ввода в редактор линейно угловых сетей. Уравнивание производится по методу наименьших квадратов итерациями до сходимости величины средне-квадратичесуой ошибки единицы веса.

 


Редактирование данных

При вводе угловых величин необходимо соблюдать следующие правила. Угол вводится как

<градусы> <минуты> <секунды>

или

<грады> <градовые минуты> <градовые секунды>

между градусами / градами и минутами, минутами и секундами должен быть хотя бы один пробел. Законно вводить угол в долях градуса, например 123.45, в градусах и долях минуты, например, 123 45.67, в градусах, минутах и секундах, например, 122 45 59.57.

При вводе имен точек следует избегать ввода символов из набора

~ ! , ^ & _ - + = * ( ) }{ ][ / \ ? < > ; : ` ‘ “

Числоые величины как целые, числа с десятичной точкой, в научном формате, например, 1E2, 1.00E2, 100, 100.0.

Команды редактирования

Структура таблицы наблюдений

Cтанция начинается с непустой ячейки в колонке Станция и продолжается до следующей непустой ячейки в этой колонке. Станция может состоять из одной строки, если с этой станции измерено только расстояние на наблюдаемую точку. Станция может состоять не менее, чем из двух строк, если на этой станции наблюдались направления. Поэтому при автоматическом формировании линейно-угловой сети из Редактора Полевых Данных, в случае, если на некоторой станции остается только одна наблюдаемая точка, направление на эту точку удаляется.

Принцип автоматического формирования сети из Редактора Полевых Данных состоит в следующем.

Если некоторая точка наблюдалась как минимум с двух станций, то она включается в сеть. Станция включается в сеть, если она является твердой точкой, или с нее наблюдалсь хотя бы одна определяемая точка, включенная в сеть. Твердая точка передается из Редактора Полевых Данных , если она является станцией или наблюдаемой точкой. Остальные твердые точки не передаются из Редактора Полевых Данных . Разумеется, число твердых точек должно быть не менее двух.

Главное меню

Панель инструментов

Падающее меню

появляется при нажатии на правую кнопку мышки.

Предварительные координаты определяемых пунктов


 

После запуска на счет программа пытается определить координаты определяемых пунктов. Если все или часть координат определяемых пунктов были заданы в исходных данных, то они просто копируются в таблицу Предварительные координаты узлов. То же самое происходит, если в Режимах была задана опция Читать из БД. В этом случае программа пытается извлечь координаты определяемых пунктов из базы данных АРМИГ.

Если по каким-то причинам программа не смогла вычислить координаты некоторых из определяемых пунктов, то окне Предварительные координаты узлов появляется соответствующее сообщение, и список этих пунктов выводится в окно Неопределенные пункты, и процесс уравнивания прекращается.

Для продолжения процесса уравнивания кликните по кнопке Дальше, для прекращения – по кнопке Прервать.

Предварительные угловые и линейные невязки.


Если программа благополучно вычислила предварительные координаты всех определяемых пунктов, то с этого момента начинается собственно процесс уравнивания. Программа составляет уравнения ошибок для направлений для каждой станции по методу Шрайбера. Поэтому, если случилась грубая ошибка в направлениях в сети, то все свободные в направлениях на одной или более станциях будут также грубыми. Свободные члены для измеренных расстояний вычисляются как разность между вычисленным и измеренным расстоянием.

Предварительные координаты определяемых пунктов вычисляются по некоторому пути от пунктов с уже вычисленными координами к пунктам, координаты которых еще не вычислены. Например, концы некоторой стороны полигонометрического хода могут быть определены с противоположных концов хода. Поэтому все предварительные невязки на всех станциях, кроме двух в середине хода, будут равны нулю, так как их координаты определяются по «своим» измеренным величинам. На двух средних станциях невязки будут вычислены как разности между измеренными величинами и координатыми, полученным с разных концов хода, т.е. с накопившимися ошибками. Поэтому не следует пугаться больших, но не слишком больших невязок. В результате уравнивания невязки могут оказаться приемлемыми.

Если величины свободных членов (невязок) оказались удовлетворительными, то появляется сообщение All right, и вы можете продолжить уравнивание, нажав на кнопку Дальше. Если свободные члены большие или грубые, то выдается сообщение Предварительные невязки слишком большие, а в таблице указывается на первую грубую угловую или линейную невязку. Из того, что сказано выше понятно, что местонахождение грубой ошибки в таблице не обязательно указывает на пункт, на котором эта ошибка имела место. Она может прийти от предыдущих точек по пути вычисления координат.

Нажатием на кнопку Диагностика получаем следующий пункт с грубой ошибкой и т.д.

Составление и решение нормальных уравнений

Каждое наблюдение в сети порождает одно уравнение ошибок, каждый определяемый пункт порождает два неизвестных – поправки в координаты этого пункта. Каждое наблюдение представляется в виде линейной функции неизвестных – уравнением ошибок. Свободными членами уравнений ошибок являются разности между вычисленными и измеренными направлениями и расстояниями. Если свободные члены с вашей точки зрения допустимые, то программа переходит к следующему этапу уравнивания.

По уравнениям ошибок программа составляет нормальные уравнения и пытается найти неизвестные и весовые коэффициенты путем обращения матрицы нормальных уравнений.

Существует прямая связь между геометрической определимостью и устойчивостью сети и возможностью решить нормальные уравнения и обратить матрицу нормальных уравнений.

Представим себе примитивную сеть, состоящую из одной станции, являющейся твердым пунктом, на которой было измерено направление на другой твердый пункт и на некоторый определяемый пункт. Если в исходных данных имеются координаты определяемого пункта, то может оказаться, что предварительные невязки в в окне Предварительные угловые и линейные невязки могут оказаться приемлемыми, но при решении нормальных уравнений вы получите сообщение «Ноль на диагонали нормальной матрицы, проверьте ваши данные» и программа прекратит уравнивание.

Если вы добавите расстояние между станцией и опредляемым пунктом, то на этапе обращения нормальной матрицы вы получите сообщение «Полное обращение не проходит, попробуйте диагональной обращение.» В этом случае в Режимах следует установить опцию «Только диагональ» либо «Не обращать». В первом случае будут вычислены только диагональные элементы обратной матрицы для получения оценки точности координат, а во втором случае обращения не будет, и не будет производиться оценка точности элементов сети. Заметим, что при полном обращении нормальной матрицы, производится оценка точности всех элементов сети

Результаты итераций


По завершении уравнивания получаем окно Результаты итераций. По умолчанию число итераций равно двум. Вы можете установить любое число итераций. В качестве начальных значений величин средне-квадратичских ошибок направлений и расстояний принимаются табличные значения согласно классу сети. Однако вы можете установить другие начальные значения в окне Режимы в опциях мb(sec) и ms (m). Программа производит следующую итерацию, если номер этой итерации меньше заданного числа итераций, или величины средне-квадратических ошибок в текущей итерации не совпадают с величинами этих ошибок в предыдущей итерации.

Твердые пункты


Команды редактирования

Панель инструментов

Программа проверяет соответствие имен твердых пунктов именам станций и наблюдаемых точек. Если имени некоторого твердого пункта нет среди имен станций и наблюдаемых точек в таблице наблюдений в главном окне, то выдается соответствующее предупреждение. В этом случае нужно либо удалить пункт из таблицы твердых пунктов, либо изменить имя твердого пункта.

Одно и тоже имя пункта не может быть одновременно в таблицах твердых и определяемых пунктов.

В каждой строке должно быть имя пункта и две его координаты X и Y.

Не должно быть пустых строк.

Определяемые пункты

В это окно попадаем из главного окна путем нажатия на кнопку Узлы.

Таблица определяемых пунктов предназначена для хранения, ввода и корректировки координат определяемых пунктов. В большинстве случаев координаты определяемых пунктов вычисляются автоматически при запуске задачи уравнивания. Однако, имеется возможность задания координат определяемых пунктов перед началом счета в исходных данных. Другой возможностью задания координат определяемых пунктов является занесенияе их в базу данных АРМИГ. Тогда, если в Режимах установить опцию Читать из БД, координаты определяемых пунктов скопируются из базы данных.

Команды редактирования те же, что и в окне Твердые пункты. На панеле инструментов имеется две кнопки: Найти и Очистить таблицу.Смысл этих кнопок понятен из их названия.

Отладка

Применение механизма отладки имеет смысл для сетей, сотоящих из засечек, тpеугольников и т.д. Для сетей, состоящих из теодолитных или полигонометрических ходов отладка мало эффективна. К отладке прибегаем в случае, если другие способы поиска грубых ошибок не дают результатата. Прежде чем прибегать к отладке, следует проверить координаты твердых пунктов, Если сеть образована автоматически из Редактора Полевых Данных, то желательно просмотреть усреднения наблюдений и результыты сравнения наблюдений с вычисленными направлениями и расстояниями по координатам твердых пунктов (см.ниже раздел Отчеты)..

Отладка заключается в извлечении из всей сети ее части и ее уравнивании (см.выше Команды реактирования). Если выделенная часть сети благополучно уравнялась, то извлекаем другой подозрительный участок и уравниваем его, и т.д., до тех пор, пока не локализуем ошибку.

Графическая отладка

Для запуска графической отладки необходимо в окне Режимы установить опцию Графическая отладка, а в окне Узлы очистить таблицу.

Графическая отладка заключается в выводе в графическое окно расположения твердых пунктов и тех определяемых, которые к данному моменту получили координаты, что может подсказать исполнителю, где находится ошибка.

Для получения следующего экрана с новой определяемой точкой просто закройте текущий; для прекращения графической отладки в графическом окне нажмите на клавишу Esc.

Режимы


 

Вычисление предварительных координат определяемых пунктов

Принцип вычисления предварительных координат определяемых пунктов состоит в следующем. Программа пытается вычислить все доступные пункты с твердых пунктов и с определяемых пунктов, с уже вычисленными координатами, методом полярного определения координат, прямых и обратных засечек Каждый вновь определенный пункт в дальнейшем используется для вычисления координат оставшихся определяемых пунктов.

Если сеть не является обратной засечкой и в ней нет пары твердых пунктов, между которыми измерено направление, то программа принимает первый твердый пункт, на котором измерено направление на некоторый определяемый пункт, и этот определяемый пункт как новые твердые пункты. Координаты первого пункта остаются неизменными, координата X второго .пункта принимается равной расстоянию между пунктами, а координата Y равной нулю. Все остальные твердые пункты и оставшиеся определяемые пункты относятся к новым определяемым пунктам. Если удается вычислить в такой сети координаты определяемых пунктов, то по полученным таким образом новым координатым твердых пунктов и их исходным координатам составляются исходные данные для плоской задачи Гельмерта.

В результате решения задачи Гельмерта получаем четыре параметра, по которым координаты определяемых пунктов перевычисляются в новую систему координат.

Конечно, желательно избегать подобных ситуаций, так как в таких сетях затруднителен поиск грубых ошибок.

Если все же после преобразования Гельмерта остались пункты с неопределенными координатами, то в списке пунктов с неопределенными координами могут оказаться твердые пункты. Это именно те пункты, которые были временно переведены в разряд определяемых, но координаты которых после преобразования Гельмерта определить не удалось.

Если некоторый пункт определяется линейной засечкой с двух других пунктов, то в процессе вычисления предварительных координат программа может обратиться к вам за графической подсказкой. Появляется графическое окно с двумя пунктами и сообщение: Укажите двойным щелчком мыши на какой стороне базиса находится определяемая точка. Если засечка получилась, то определяемая точка соединится с известными прямыми отрезками, в противном случае будет выдано сообщение, что засечка не получилась.

Еще один случай, требующий графической подсказки показан на рисунке. Это случай обратной засечки с определяемого пункта 3 на два известных пункта 2 и 1. С пункта 3 измерены направления на пункты 2 и 1, а также расстояние на пункт 1.На месте двойного щелчка имя пункта перекрашивается в красный цвет.

В случае, когда определяемая точка находится близко от одного твердого пункта, и на этот твердый пункт измерено расстояние (случай внецетренного измерения угла), а на дальний твердый пункт – только направление, то координаты определяемого пункта вычисляются “молча”.


Графика

Схема сети это больше функция базы данных, чем программы уравнивания линейно-угловых сетей. В графическое окно выводится содержимое базы данных АРМИГ: пункты по их координатам и связи между этими пунктами как направления и расстояния. Если в режиме с базой данных было уравнено несколько сетей, то все они могут быть выведены в одно графическое окно.


Главное меню

Файл.

  • Выйти. Закрыть графическое окно.

    Чертить.

  • Автокад. Программа создает файл в формате DXF и запускает Автокад с этим файлом. В Автокаде вычерчивается схема сети в соответствии с требованиями Геодезического Центра Израиля.
  • Печатать. Схема сети из графического окна выводится на системный принтер.

    Режимы.


    Появляется окно, в котором можно установить версию Автокада и размер подписей в Автокаде в виде знаменателя масштаба. Чем больше знаменатель масштаба, тем больше подпись в милиметрах на чертеже в Автокаде.

    По умолчанию (Показывать направления) при двойном щелчке на точке появляется окно с направлениями и расстояниями с этой точки как станции.

    В режиме Менять твердые на узловые при двойном щелчке на точке эта точка меняет свой статус – с твердой на узловую или наоборот. При этом меняется цвет имени точки и кружочка: с красного на черный или наоборот и точка перемещается из таблицы твердых в таблицу узлов, или наоборот.

    Эта возможность может оказаться полезной при исследовании точности твердых пунктов. Если некоторая твердая точка вызывает сомнение, ее можно заменить на определяемую, уравнять сеть и сравнить результаты.

    Панель инструментов.Слева направо.

    Падающее меню.

    Нажмите правую кнопку мышки. Появится падающее меню со следующими пунктами.

    Тестовые примеры

    В директории \ARMIG\Examples\Free_Network_Adjustment собраны примеры линейно-угловых сетей со времени работы автора Киеве в НИИАССе и в кооперативе РАДУГА, а затем в Израиле. Желательно прогнать эти примеры в различных режимах. Кстати, нынешняя версия АРМИГа понимает исходные данные всех предыдущих версий.