16. Теорема о ковариционной матрице результатов математической обработке геодезических измерений

Ковариацио́нная ма́трица  - это матрица, составленная из попарных ковариаций элементов двух случайных векторов. Важными статистическими задачами корреляционного анализа являются задачи проверки гипотез о том, что вектор математических ожиданий нормального распределения является данным вектором. Эти задачи могут быть рассмотрены в предположении, что ковариационная матрица  _сумма известна из ранее проводимых экспериментов, или неизвестна, тогда она должна быть оценена. В современной геодезии применяются разнообразные средства и способы геодезического изучения объекта. Как правило, часть измерений содержит систематические ошибки из-за неполного учета внешних условий и свойств объекта, вследствие несовершенства геодезических приборов и программ геодезических измерений. Математическая обработка геодезических измерений предусматривает решение трёх основных задач:

- нахождение наиболее достоверных значений измеряемых величин;

- оценку точности измерений;

- оценку точности наиболее достоверных значений и функций от них.

4. Автоматизированные системы крупномасштабного картографирования по материалам наземных измерений и аэросъёмок. Электронные теодолиты и тахеометры: принципы работы, устройство, программное обеспечение. Технология выполнения работ.

Автоматизированные системы картографирования ориентированы на весь комплекс работ по топографической съёмке местности, охватывая процессы получения съёмочных данных, их вычислительной обработки, формирования цифровой модели местности (ЦММ). Система картографирвания осуществляет автоматизированный сбор топографической информации геодезическими, фотограмметрическими и картографическими методами, преобразование этой информации к пригодному для обработки на ЭВМ виду, автоматизированную обработку данных, формирование ЦММ и цифровых карт.

Систему картографирования можно разделить на 4 подсистемы:

1) подсистема сбора цифровой топограф. информации осуществляет процессы геодезических и фотограмметрических измерений, обследования территории и дешифрирования аэрофотоснимков с целью выявления топографических свойств местности, цифрового преобразования графических материалов. Результатом функционирова­ния подсистемы является необходимая для создания карты (плана) дискретная инфор­мация о взаимно-пространственном распо­ложении объектов местности и об их свойствах, подготовленная в виде, удобном для ввода и об ЭВМ; 2)подсистема первичной обработки предназначена для ввода результатов съёмки, формального контроля данных, вычисления плоских или пространственных координат точек в заданной системе, объединения отдельных точек в элементарные контуры. В процессе работы этой работке на подсистемы осу­ществляется заполнение оперативной базы данных в виде массивов координат опорной геодезической сети, съемочных данных, координат съёмочных пикетов; 3)подсистема формализации осуществляет объединение многообразной топографиче­ской информации и преобразование её в ЦММ. 4)подсистема картографического отображения обеспечивает преобразование цифровой топографической информа­ции к картографическому виду.

Электронные теодолиты и тахеометры. Эти приборы снабжены встроенными вычислительными средствами и запоминающими устройствами, создающими возможность регистрации и хранения результатов измерений, дальнейшее их использование на ЭВМ для обработки. Для автоматизации полевых измерений при производстве топографической съёмки и других видов инженерно-геодезических работ созданы высокоточные электронные тахеометры. Электронные тахеометры делятся по точности (1- высокоточные – создание специальных геод. сетей на район строительства и геодинамических полигонов; 2 – точные – применяются для создания геод. сетей сгущения, триангуляция III, IV классов, полигонометрия III, IV классов; 3 – топографические – применяются для создания разрядовых геод. сетей, топографических съемок всех масштабов, при строительных работах) и назначению (1 – ВИГР – наблюдения за осадками и деформациями, строительство уникальных сооружений; 2 – «массовые» ИГР – строительство и все, что с ним связано (исполнительная съемка); 3 – топографические работы – создание геод. сетей сгущения, полигонометрия IV класса, 1, 2 разряда, планово-высотные опознаки). Конструктивный тахеометр состоит из трех частей: система вертикальной оси, корпус зрительной трубы, колонки. Колонки помещаются в строенное микро ЭВМ, датчики горизонтальных и вертикальных углов, компенсатор углов наклона. Управление микро ЭВМ выполняется с помощью клавиш панели управления. Основу датчиков горизонтальных и вертикальных углов составляют угловые преобразователи накопительного кодового круга. В качестве лимба используется кодовый круг на стеклянной подложке. Точность измерения углов во многом зависит от конструкции осевой системы. При изготовлении современных осевых систем стремятся их сделать простыми и нечувствительными к изменению температур. В корпусе зрительной трубы расположены визирная и приемно-передающая системы светодальномера. Оптическая система: объектив, фокусирующее устройство, оборачивающая система, сетка нитей, окуляр. Световой поток от полупроводникового лазера, расположенного на визирной оси прибора, проходя через оптическую систему зрительной трубы, уходит на призменный отражатель, отраженный второй пучок, попав в зрительную трубу, регистрируется приемником излучения.

Основные компоненты электронного тахеометра

1 Оптический визир

2 Встроенная система наведения ЕGL-маячок (опция)

З Винт наведения по высоте

4 Аккумуляторная батарея

5 Панель для аккумуляторной батареи GЕВ111

б Крышка аккумуляторного отсека

7 Окуляр; кольцо фокусировки сетки

8 Кольцо фокусировки изображения

9 Съемная ручка для переноски с винтами крепления

10 Последовательный порт RS232

11 Подъемный винт

12 Объектив со встроенным электронным дальномером (ЕDМ)

13 Дисплей

14 Клавиатура

15 Круглый уровень

16 Кнопка включения

17 Клавиша триггера

18 Винт наведения по азимуту

Элект. тахеометр содержит угломерную часть, сконструированную на базе кодового теодолита, светодальномер и встроенную ЭВМ. С помощью угломерной части определяются горизонтальные и вертикальные углы, светодальномера - расстояния, А ЭВМ решает различные геодезические задачи, обеспечивает управление прибором, контроль результатов измерений и их хранение. Прибор может работать в 4-х режимах: разделённом, полуавтоматическом, автоматиче­ском и в режиме слежения. Геодезические задачи решаются с учётом поправок на кривизну Земли, рефракцию атмосферы, температуру и давление, разность высот штативов прибора и отражателя. В комплект тахеометра входят отражатели, штативы, источники питания, разрядно-зарядное устройство, принадлежности для юстировки прибора и ухода за ним, программное обеспечение. Программное обеспечение ЭТ предназначено для: ввода необходимых установок, обеспечения работы прибора в следящем режиме, обеспечения работы в режиме измерения расстояния, обеспечения передачи данных на ПЭВМ, сообщений об ошибках и неисправностей прибора, обеспечения сервиса-функций – установка новых программ, окладка генератора и т.д. Встроенное программное обеспечение построено по принципу отдельных модулей, связанных между собой. Порядок работы с отдельными модулями произвольный. Существуют роботизированные элект. тахеометры 640» фирмы, который по задан­ной программе сам находит положение отражателей, измеряет расстояние до них, горизонтальные и вертикальные углы и вычисляет координаты каждого отражате­ля. В карьерах с помощью такого прибора определяют деформации бортов карьера. При работе электр. тахеометр устанавливается на съёмочных точках, а на пикетных точках - специальные вешки с отражателями, входящими в комплект тахеометра. При наведении на отражатели вешки в автома­тическом режиме определяются гориз. и вертик. углы, а также расстояние до смежных съёмочных и пикетных точек. С помощью микро ЭВМ тахеометра производят обработку результатов измерений и в итоге получают приращения Δх и Δу координат и превышения h на смежные съёмочные и пикетные точки. При этом автоматически учитываются все поправки в измеряемые расстояния и за наклон вертикальной оси прибора в измеряемые углы. Результаты измерений могут быть введены в специальное запоминающее устройство (накопитель информации). Затем из накопителя информация поступает в ЭВМ, которая по специальной программе произ­водит окончательную обработку результатов измерений, включающую вычисление координат точек, уравнивание хода и другие вычисления, необходимые для графического построения топографического плана или ЦММ. Результаты выполнения внешнего осмотра и проверки взаимодействия сборочных единиц электронного тахеометра:

1. Внешний осмотр тахеометра заключается в проверке:

- Наличие пломб

- Комплектности

- Отсутствия механических повреждений

- Правильность работы фокусирующего устройства

- Чистота поля зрения

- Качество штрихов на сетках

2. Проверка взаимодействия сборочных единиц электронного тахеометра заключается в опробовании плавности вращения зрительной трубы, винтов, проверке работы закрепительных винтов, проверке подвижности маятникового компенсатора.

Перед включением прибора необходимо внимательно прочитать руководство по эксплуатации, которое содержит основные указания по технике безопасности и описание последовательности действий при настройке прибора и работе с ним. Электронный тахеометр представляет собой многоканальную систему получения и обработки информации о линейных измерениях, горизонтальных углах и зенитных расстояниях. Обработка информации осуществляется с помощью встроенной микро-ЭВМ. В настоящее время на российском рынке геодезических приборов присутствуют как отечественные марки тахеометров, так и приборы всех ведущих зарубежных фирм. Во всех современных тахеометрах присутствует примерно одинаковых набор стандартных функций по измерению углов и расстояний и их обработки. Программное обеспечение, поставляемое как в комплекте, так и по дополнительному заказу, значительно расширяет стандартные возможности электронных тахеометров. Конструктивно тахеометр состоит из трёх частей (рисунок 2): колонки, системы вертикальной оси, корпуса зрительной трубы. В колонке тахеометра помещается встроенная микро-ЭВМ, датчики горизонтального и вертикальных углов, компенсатор углов наклона.