基于Helmert验后方差估计的核电站次级控制网数据处理方法研究

发布时间：2016-06-13 05:40

1  绪论 

1.1  研究背景 
进入 21 世纪以来，人类社会对传统能源的利用愈发快速，传统能源承载能力逐渐接近极限，这种传统类能源在消耗过程中对环境也产生了难以估计的巨大影响。在可以预见的将来，随着经济的发展，资源的枯竭，传统能源势必已经不能满足人来对能源的需求。世界各国也都在迫切渴望拥有新的而且是可再生的能源。风能、太阳能、潮汐等各类新型能源，至今尚未解决规模化生产及经济性问题。在这种形势下，核电作为一种新型的高效清洁能源，给人类社会带来了新的动力，将逐渐成为人类社会的主要能源。因此全球社会的各行各业也都开始将优先开发核电能源作为一种重要举措来执行，既能在不损害环境的条件下尽最大可能满足国家电力需求，又能高效地为社会创造效益。在全球范围内，核电站的建设开始步入了蓬勃发展时期。在核电的施工过程当中，普遍采用经典平差的方法处理所得到的测量数据，但是随着测量仪器更加先进以及对施工所需求的精度越来越高，经典平差方法得到的数据处理成果并不能完全满足测量的精度要求，所以，本文决定采用 Helmert 验后方差的方法针对测量数据进行处理，通过对传统定权方法的成果进行对比，以求取得更高的数据处理模型质量以及更好的数据处理精度，更精确地服务于核电建设。 
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1.2 研究目的以及意义 

1.2.1  研究目的
随着全球经济日益发展，随之而来的是日益庞大的能源消耗。而有限的传统化石能源也越来越显得力不从心。在可以预见的未来，消耗小，能量高，污染少的核电将会逐渐作为主力军进入到人类的生活当中。核电站的大规模建设也在预期之中。针对核电站建设过程中次级控制网的数据处理进行研究，将为核电站建设过程中的施工提供更加精确的基准，为核电的安全顺利建设提供前期保证。 前文已经提到，核电站的施工测量中主要以边角网为主，在处理观测值的实际过程中就需要考虑不同类观测值的定权问题。方差估计法就显示出了模型本身的优越性，以及数据处理方面的独特优势。本文旨在通过 Helmert 验后方差估计法处理所得数据，以期对比两种平差方法各自的优越性与特点。 

1.2.2  研究意义 
本文从广东省阳江核电站次级控制网的所有观测数据进行了分析处理，通过建立Helmert 验后方差估计模型，对实验数据进行研究分析，再与经典平差模型所得到的平差结果作对比，验证验后方差在不同类观测权问题中的优越性，以期得到较为满意的数据处理结果，为核电站的施工建设提供较高的精度参考依据，在一定程度上为次级控制网的优化提供评价标准。
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2  经典平差基本理论及其在核电测量数据处理中的应用

2.1  经典平差的基本理论概述
测量平差理论发展至今，其经典理论已趋于完善，特别是测量平差中各种平差方法的研究与实践，已经较为成熟。众所周知，平差方法的不同是因函数模型而异，即函数模型确定了平差方法的异同，但随机模型对同一平差问题总是一致的[37]。针对任何一个测量平差问题，都要组成由观测值和未知参数之间的函数模型，然后根据特定的平差原则对待求参数进行处理分析，这种处理结果要求是最优的，最后再结算和分析成果的精度。 经典平差方法包括条件平差、附有参数的条件平差、间接平差、附有限制条件的间接平差等四种基本平差方法（由于概括平差函数模型为能概括前四种平差方法的函数模型，故此不再单独列举）[38]。这四种平差模型已经广泛地运用在数据处理的每个领域，通常要根据需要进行平差的控制网的类型来选择适当的平差模型[39]。 
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2.2  数据处理分析与总结 
该次级控制网目标是为 5、6 号核岛的主体建设以及常规岛厂房提供施工基准，对点位精度要求较高。根据经典平差方法处理所观测数据得出的结果，由表 2.8 知，点位中误差最高精度为 1.8mm，最低精度为 2.4mm，点位精度分布较平均，基本满足次级网设计精度要求。 进一步分析表 2.8 数据处理成果，点位中误差最大为 YJNPC050 点，点位中误差最小点为 YJNPC053 点。通过与其他点位相对位置分析其原因，是由于 YJNPC050点相对其他点观测数据少，联系较少。本章探讨了经典平差的基本理论，其中包括条件平差，附有参数的条件平差，间接平差和附有限制条件的间接平差等。着重分析了条件平差和间接平差的基本原理和计算过程。然后用经典平差的方法对观测数据进行处理并进行了精度分析，对处理成果做除了总结，达到了高精度处理数据的目标。
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3 Helmert 验后方差估计的基本理论....25
3.1  平差随机模型的基本概述...........25
3.2 Helmert 方差估计法....26
3.3 Helmert 验后方差估计的精度评定.......31
3.4 编制程序功能介绍.....32
3.5  本章小结............38
4 基于 Helmert 方差估计的次级网数据处理与分析.....39
4.1  阳江核电站次级控制网......39
4.2  基于 Helmert 方差估计的数据处理与分析...........41
4.2.1 控制网数据处理........41
4.2.2  计算数据分析............50
4.3  数据分析以及对比.....51
4.4  本章小结............52
5 总结与展望......53
5.1  总结...........53
5.2  展望...........53 

4  基于 Helmert 方差估计的次级网数据处理与分析 

4.1  阳江核电站次级控制网 
通过对阳江核电站次级控制网同一组观测数据两种不同平差方法数据处理结果分析，可以看出，Helmert 验后方差估计处理成果相对经典定权数据处理成果，不仅平差随机模型合理，点位精度也有明显改改善。 
（1）平差随机模型质量更加合理。在测绘数据处理过程中，经典平差采用先验定权确定随机模型，在平差过程中，观测值的权保持不变，这种定权方式适用于对单一数据类型等精度观测条件下是合适的，定权结果对点位坐标计算及点位精度没有影响，即平差结果与先验权的大小无关[61]；但对包含不同类型或不同精度的观测数据联合处理，观测值间的权比是否合理，直接影响数据处理的最终成果，验后方差估计以经典定权方法确定各观测值的初权，在平差过程中，通过观测值的实际观测精度修正各观测值的实际权比，从而提高了平差过程中的随机模型质量。 

（2）验后方差估计理论处理测绘数据，当多余观测数较多，各类观测值方差分量估值将具有较高的精度[58]；核电次级边角控制网，精度要求高，点位布置密度大，要求观测全部通视的方向及边长，多余观测数较多，完全满足验后方差估计应用前提。算例表明，控制网点位精度采用验后方差估计处理方法，较经典定权数据处理，点位精度提高超过 80%.

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总结

通过对 Helmert 验后方差估计理论在核电站次级控制网数据处理中的应用进行研究，结合当前我国核电建设测量控制网数据处理实际，充分利用核电站测量次级边角控制网多余观测数较多的特点，发挥验后方差估计理论的实用价值，将Helmert 验后方差估计理论用于核电测量数据处理，相对采用经典平差的单一数据方法，丰富了核电数据处理手段；利用验后方差估计迭代计算修正各类观测值权比，克服了经典平差经验定权与观测实际可能不符产生的不足，提高了核电测量数据处理模型的质量和数据处理成果的精度，具有较强的实用价值。 论文主要的研究成果如下： 
（1）在系统分析经典平差理论的基础上，按经典定权方法，对阳江核电站测量控制次级网进行经典平差数据处理，数据处理结果表明，，按核电规范要求的常规作业规范，成果质量只能基本满足核电测量要求（规范要求点位中误差不超过 ±2mm，实际数据处理结果中有部分点位精度不满足要求）。 
（2）在系统分析了验后方差估计理论的基础上，按 Helmert 验后方差估计理论对上述同一组观测数据进行处理，数据处理结果表明，验后方差估计方法处理后的测绘成果，相对经典定权平差方法，点位精度有了明显改善。 
（3）核电测量数据处理引入验后方差估计理论，克服了核电测量采用经典平差的单一手段；验后方差估计通过迭代计算修正不同类观测值的权比，数据处理结果不受初始权的影响，改善了平差模型质量，提高了测绘数据成果的精度；利用计算机编程语言，实现了验后方差估计方法阳江核电测量数据处理中的实际应用，取得了很好的应用效果。 
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参考文献(略)

本文编号：56659