1、1 主要架構(gòu)和功能圖1 ECNAS的核心架構(gòu)1.1 項(xiàng)目設(shè)置圖2 ECNAS參數(shù)設(shè)置對(duì)話框1.2 水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理圖3 導(dǎo)入數(shù)據(jù)對(duì)話框圖4 高差顯示圖5 水準(zhǔn)測(cè)量Excel電子手薄圖6 往返測(cè)高差計(jì)算示意圖圖7 高差閉合差計(jì)算示意圖圖8 高程網(wǎng)平差示意圖圖9 高差控制網(wǎng)的方差一致性檢驗(yàn)1.3 平面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理圖10 打開(kāi)采集軟件原始文件圖11 全站儀外業(yè)測(cè)量Excel電子手薄（3）讀取平差文件：讀取平面網(wǎng)通用格式的平差文件，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)往返測(cè)邊長(zhǎng)較差，并自動(dòng)計(jì)算規(guī)范要求的“一次測(cè)距中誤差”，如下圖12所示。圖12往返測(cè)邊長(zhǎng)較差統(tǒng)計(jì)結(jié)果（4）閉合環(huán)搜索：根據(jù)“深度優(yōu)先和廣度優(yōu)先”相結(jié)合的算法，搜索平面網(wǎng)

2、內(nèi)的附合與閉合路線閉合差，并根據(jù)菲列羅公式自動(dòng)計(jì)算控制網(wǎng)的實(shí)際測(cè)角中誤差，如下圖13和14所示。圖13 閉合路線閉合差圖14 附合路線閉合差（5）近似坐標(biāo)計(jì)算：可以自動(dòng)推算常規(guī)平面控制網(wǎng)的近似坐標(biāo)，對(duì)于不能計(jì)算近似坐標(biāo)的特殊網(wǎng)，提供用戶自動(dòng)輸入近似坐標(biāo)對(duì)話框，為后續(xù)平差計(jì)算提供便利。ECNAS不會(huì)出現(xiàn)“武大科傻”軟件由于無(wú)法推算近似坐標(biāo)，不能進(jìn)行下一步平差計(jì)算的問(wèn)題，也不會(huì)出現(xiàn)推算錯(cuò)誤的近似坐標(biāo)，而導(dǎo)致平差錯(cuò)誤的問(wèn)題。（6）經(jīng)驗(yàn)定權(quán)平差：根據(jù)用戶輸入的儀器測(cè)邊測(cè)方向的先驗(yàn)精度定邊長(zhǎng)和方向的權(quán)，按“最小二乘”原理進(jìn)行平面控制網(wǎng)的嚴(yán)密平差計(jì)算，并自動(dòng)將平差結(jié)果生成Word文檔，極大方便用戶的數(shù)據(jù)使

3、用，如下圖15所示。圖15 平面網(wǎng)平差結(jié)果的Word輸出文檔（7）方差分量估計(jì)：為解決經(jīng)驗(yàn)定權(quán)中不同類觀測(cè)值權(quán)的匹配不合理的問(wèn)題，根據(jù)赫爾默特方差分量估計(jì)原理，迭代計(jì)算觀測(cè)值的合理權(quán)，并平差計(jì)算。（8）網(wǎng)圖顯示：ECNAS具有精致的圖形界面，不僅提供控制網(wǎng)圖的顯示功能，還提供縮放、平移、量距和基本屬性查詢等功能，如下圖16所示。圖16 網(wǎng)圖顯繪（9）平差結(jié)果的統(tǒng)計(jì)與方差一致性檢驗(yàn)：對(duì)平面控制網(wǎng)的總體信息、坐標(biāo)中誤差、點(diǎn)位中誤差、方向改正數(shù)、方向中誤差、邊長(zhǎng)改正數(shù)、邊長(zhǎng)中誤差和相對(duì)中誤差進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)；此外ECNAS還具有方差一致性檢驗(yàn)功能，方便用戶選擇最優(yōu)的定權(quán)方案，如下圖17所示。圖17 平

4、差結(jié)果的統(tǒng)計(jì)及方差一致性檢驗(yàn)1.4 全站儀三維網(wǎng)數(shù)據(jù)處理能進(jìn)行全站儀三維網(wǎng)的嚴(yán)密平差計(jì)算，提供控制點(diǎn)可靠的三維坐標(biāo)平差結(jié)果及其精度。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)可以證明在小范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量機(jī)器人所采集的斜距、天頂距和水平方向等觀測(cè)量進(jìn)行三維平差，其平面精度可以達(dá)到變形觀測(cè)二級(jí)以上精度要求；高程精度可以到達(dá)二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。因此，在保證測(cè)量精度的情況下，用三維測(cè)量技術(shù)代替“平面測(cè)量+水準(zhǔn)測(cè)量”的傳統(tǒng)“2+1”模式，大大的節(jié)約測(cè)量成本、提高測(cè)量效率。如下圖18所示。圖18 全站儀三維網(wǎng)平差1.5 工程GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理（1）讀取同步基線：讀取主流軟件（如：Trimble TBC和Leica LGO）所解算的基線文件。（

5、2）重復(fù)基線較差統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)控制網(wǎng)內(nèi)重復(fù)基線較差，并根據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求判定基線質(zhì)量，如下圖19所示。圖19 重復(fù)基線較差（3）異（同）步環(huán)搜索：搜索控制網(wǎng)的環(huán)閉合差，并根據(jù)相應(yīng)規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)要求判定基線質(zhì)量，如圖20所示。圖20 GPS網(wǎng)閉合環(huán)搜索（4）三維無(wú)約束平差：在WGS-84空間直角坐標(biāo)系下，進(jìn)行三維無(wú)約束平差，如下圖21所示。圖21 三維無(wú)約束平差（5）工程GPS網(wǎng)一點(diǎn)一方向平差：對(duì)于帶狀獨(dú)立控制網(wǎng)的建立，工程GPS網(wǎng)一點(diǎn)一方向平差具有高精度性、靈活性、實(shí)用性等諸多優(yōu)點(diǎn)，如下圖22所示。圖22 GPS網(wǎng)一點(diǎn)一方向平差（6）工程GPS網(wǎng)二維約束平差：將空間三維基線轉(zhuǎn)換為平面二維基線，在平面

6、獨(dú)立坐標(biāo)系下進(jìn)行GPS網(wǎng)二維約束嚴(yán)密平差計(jì)算，如下圖23所示。圖23 GPS網(wǎng)二維約束平差1.6 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換ECNAS提供大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換、空間三維坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換、高斯正算、高斯反算、平面三參數(shù)和四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等功能，如下圖24所示。圖24 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖2 軟件的對(duì)比測(cè)試 借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)，將人工腦力勞動(dòng)從復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算中解放出來(lái)，并能在較短的時(shí)間內(nèi)得到理想的計(jì)算結(jié)果是數(shù)據(jù)處理軟件的最大貢獻(xiàn)。因此，可從軟件的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、高效性等方面對(duì)ECNAS進(jìn)行測(cè)試。2.1 軟件的穩(wěn)定性測(cè)試ECNAS能在裝有.Net 3.5框架下的Windows XP/Vista/7/8等32位(

7、或64位)操作系統(tǒng)下流暢運(yùn)行。對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求是：內(nèi)存512MB，CPU主頻1GHz。筆者任意選擇76套數(shù)據(jù)(包括水準(zhǔn)網(wǎng)26套、邊角網(wǎng)23套、全站儀三維網(wǎng)6套和GPS網(wǎng)21套)分別重復(fù)進(jìn)行3次完整的數(shù)據(jù)處理，出現(xiàn)異常的情況如表1所示。表1 ECNAS使用異常情況統(tǒng)計(jì)表異常類型文件讀取數(shù)據(jù)預(yù)處理平差計(jì)算成果輸出未知異常出現(xiàn)次數(shù)00001由此可見(jiàn)程序出現(xiàn)異常的情況不到0.5%，說(shuō)明ECNAS具有良好的穩(wěn)定性，能滿足一般工程的應(yīng)用要求。2.2 計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性驗(yàn)證 為了驗(yàn)證ECNAS平差計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，下文選擇成熟的商用軟件CPIII DAS和COSA GPS分別對(duì)ECNAS的傳統(tǒng)定權(quán)方法的計(jì)算結(jié)

8、果進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。（1）水準(zhǔn)網(wǎng)平差準(zhǔn)確性的驗(yàn)證選取某客運(yùn)專線包含1469個(gè)未知點(diǎn)的CPIII高程網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別采用CPIII DAS和ECNAS平差，比較高程平差值、高差平差值、高程中誤差、高差中誤差和驗(yàn)后單位權(quán)中誤差如下表2表4所示。表2 高程、高差平差結(jié)果差異統(tǒng)計(jì)表(單位：mm)項(xiàng)目高程平差值差異高差平差值差異測(cè)站數(shù)定權(quán)距離定權(quán)測(cè)站數(shù)定權(quán)距離定權(quán)最大值0.010.010.010.01平均值0.000.000.000.00注：表中差異均為絕對(duì)值，后表亦同。表3 高程中誤差、高差中誤差對(duì)比統(tǒng)計(jì)表(單位：mm)項(xiàng)目高程中誤差差異高差中誤差差異測(cè)站數(shù)定權(quán)距離定權(quán)測(cè)站數(shù)定權(quán)距離定權(quán)最大值0.000.

9、000.000.00平均值0.000.000.000.00表4 水準(zhǔn)網(wǎng)平差驗(yàn)后單位權(quán)中誤差比較表(單位：mm)軟件名稱驗(yàn)后單位權(quán)中誤差測(cè)站數(shù)定權(quán)距離定權(quán)CPIII DAS0.630.14ECNAS0.630.14由此可見(jiàn)，在水準(zhǔn)網(wǎng)平差中，ECNAS和CPIII DAS的計(jì)算結(jié)果幾乎完全一致。CPIII DAS是西南交通大學(xué)專門為高速鐵路CPIII控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理而研制的應(yīng)用軟件，能對(duì)任意水準(zhǔn)網(wǎng)、CPIII平面網(wǎng)和常規(guī)導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高鐵建設(shè)、隧道工程建設(shè)與監(jiān)測(cè)和基坑監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，是一款成熟的數(shù)據(jù)處理軟件，通過(guò)以上對(duì)比計(jì)算結(jié)果可證明ECNAS水準(zhǔn)平差計(jì)算的準(zhǔn)確性。（2）邊角網(wǎng)平差準(zhǔn)

10、確性的驗(yàn)證對(duì)包含535個(gè)未知點(diǎn)的CPIII平面網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和包含196個(gè)未知點(diǎn)的隧道洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并分別采用CPIII DAS和ECNAS進(jìn)行約束平差，二者在坐標(biāo)平差值、方向平差值、邊長(zhǎng)平差值、點(diǎn)位中誤差和后驗(yàn)單位權(quán)中誤差的差異如下表5表9所示。表5 坐標(biāo)平差值差異統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間(mm)0.00,0.01(0.01,0.02(0.02, +)經(jīng)驗(yàn)公式法X坐標(biāo)較差比例98.23%1.77%0.00%Y坐標(biāo)較差比例98.75%1.25%0.00%赫爾默特法X坐標(biāo)較差比例99.10%0.90%0.00%Y坐標(biāo)較差比例99.27%0.73%0.00%表6 邊長(zhǎng)平差值差異統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間(mm)0.0

11、0,0.01(0.01,0.02(0.02, +)經(jīng)驗(yàn)公式法-邊長(zhǎng)平差值較差比例99.45%0.55%0.00%赫爾默特法-邊長(zhǎng)平差值較差比例99.67%0.33%0.00%表7 方向平差值差異統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間()0.00,0.01(0.01,0.02(0.02, +)經(jīng)驗(yàn)公式法-方向平差值較差比例 100.00%0.00%0.00%赫爾默特法-方向平差值較差比例99.99%0.01%0.00%表8點(diǎn)位中誤差差異統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間(mm)0.00,0.01(0.01,0.02(0.02, +)經(jīng)驗(yàn)公式法-點(diǎn)位中誤差較差比例 100.00%0.00%0.00%赫爾默特法-點(diǎn)位中誤差較差比例99.98%

12、0.02%0.00%表9 驗(yàn)后單位權(quán)中誤差比較表軟件名稱經(jīng)驗(yàn)公式法()赫爾默特法()CPIII網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)CPIII網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)CPIII DAS1.210.591.070.99ECNAS1.210.591.070.99由此可見(jiàn)，在平面網(wǎng)平差中，ECNAS和CPIII DAS的計(jì)算結(jié)果也幾乎完全一致，驗(yàn)證了ECNAS的平面網(wǎng)平差計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。（3）工程GPS網(wǎng)平差準(zhǔn)確性的驗(yàn)證選擇3套隧道洞外GPS控制網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和7套橋梁變形觀測(cè)首級(jí)GPS控制網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(共96個(gè)未知點(diǎn))，并分別采用COSA GPS和ECNAS平差計(jì)算，并從以下幾方面進(jìn)行對(duì)比：1、三維無(wú)約束平差后的空間三維坐標(biāo)平差值；2、三維無(wú)約束

13、平差后基線分量改正數(shù)的絕對(duì)值；3、在工程獨(dú)立坐標(biāo)系下二維約束平差的坐標(biāo)；4、“一點(diǎn)一方向”平差后的平面坐標(biāo)； 5、二維約束平差后的點(diǎn)位中誤差及單位權(quán)中誤差；6、“一點(diǎn)一方向”平差后的點(diǎn)位中誤差和單位權(quán)中誤差。上述對(duì)比計(jì)算的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表2-10表2-15所示。表10 三維無(wú)約束平差的坐標(biāo)平差值較差統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間(mm)0.0,0.1(0.1,0.2(0.2, +)X坐標(biāo)較差比例99.97%0.03%0.00%Y坐標(biāo)較差比例99.89%0.11%0.00%Z坐標(biāo)較差比例100.00%0.00%0.00%需要說(shuō)明的是，由于COSA GPS數(shù)值取位到0.1mm，關(guān)于GPS網(wǎng)平差的對(duì)比差異也僅取位到0

14、.1mm。表11 三維無(wú)約束平差后基線分量改正數(shù)的絕對(duì)值較差統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間(mm)0.0,0.1(0.1,0.3(0.3, +)X坐標(biāo)殘差較差比例98.12%1.88%0.00%Y坐標(biāo)殘差較差比例98.37%1.63%0.00%Z坐標(biāo)殘差較差比例97.69%2.31%0.00%表12 二維無(wú)約束平差的坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間(mm)0.0,0.1(0.1,0.2(0.2, +)X坐標(biāo)較差比例98.34%1.66%0.00%Y坐標(biāo)較差比例99.69%0.31%0.00%表13 一點(diǎn)一方向平差的坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間(mm)0.0,0.1(0.1,0.2(0.2, +)X坐標(biāo)較差比例99.71%0.

15、29%0.00%Y坐標(biāo)較差比例99.57%0.43%0.00%表14 二維約束平差后點(diǎn)位中誤差較差和單位權(quán)中誤差較差統(tǒng)計(jì)表軟件名稱點(diǎn)位中誤差單位權(quán)中誤差最大差異(mm)0.10.0平均差異(mm)0.00.0表15 一點(diǎn)一方向平差后點(diǎn)位中誤差較差和單位權(quán)中誤差較差統(tǒng)計(jì)表軟件名稱點(diǎn)位中誤差單位權(quán)中誤差最大差異(mm)0.10.0平均差異(mm)0.00.0通過(guò)以上對(duì)比測(cè)試，在工程GPS網(wǎng)平差中，ECNAS和COSA GPS的計(jì)算結(jié)果的差異極小，是數(shù)據(jù)取位和舍入造成的。而COSA GPS是由武漢大學(xué)研制的一款非常成熟的GPS網(wǎng)平差的商用軟件，廣泛應(yīng)用于各種工程GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中。由對(duì)比結(jié)果可驗(yàn)證

16、ECNAS的GPS網(wǎng)平差計(jì)算結(jié)果是準(zhǔn)確的。3 軟件的主要優(yōu)勢(shì)3.1 水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)（1）能讀取主流電子水準(zhǔn)儀的原始數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成excel觀測(cè)手簿，并能同時(shí)生成按測(cè)站數(shù)和按路線長(zhǎng)度兩種格式的平差文件。（2）能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)平差文件的往返測(cè)高差較差，并按相應(yīng)的規(guī)范要求進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量判定，并能根據(jù)高差較差計(jì)算每千米（測(cè)站）水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差。（3）能自動(dòng)搜索附合與閉合路線閉合差，并能根據(jù)閉合路線閉合差自動(dòng)計(jì)算每千米水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差。（4）水準(zhǔn)網(wǎng)的平差成果除了用文本文檔自動(dòng)保存外，還可以自動(dòng)以excel的形式進(jìn)行保存，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。（5）提供方差一致性檢驗(yàn)?zāi)K，方便用戶對(duì)定權(quán)方法的選擇。3.

17、2 平面網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)（1）根據(jù)平面網(wǎng)的平差文件，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)往返測(cè)邊長(zhǎng)較差，并根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范要求，判定邊長(zhǎng)質(zhì)量，并計(jì)算“一次距離測(cè)量中誤差”。（2）能進(jìn)行平面網(wǎng)的閉合環(huán)搜索，并根據(jù)角度閉合差，由菲列羅公式自動(dòng)計(jì)算實(shí)際的測(cè)角中誤差。（3）經(jīng)驗(yàn)定權(quán)平差和方差分量估計(jì)平差的平差結(jié)果均分別按文本文檔形式和Word形式保存，方便數(shù)據(jù)提取。（4）提供方差一致性檢驗(yàn)?zāi)K，方便用戶對(duì)平差方法的選擇。（5）數(shù)據(jù)輸出清晰可見(jiàn)，工整對(duì)齊。（6）網(wǎng)圖顯示清晰，可對(duì)控制網(wǎng)圖進(jìn)行任意的放大、縮小、平移、量距、量方位角，這都是傳統(tǒng)軟件不具有的。（7）本軟件的平面控制網(wǎng)平差模塊計(jì)算準(zhǔn)確，結(jié)果可靠，計(jì)算速率優(yōu)于CPIII DA

18、S和優(yōu)于COSA。3.3 全站儀三維網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)在保證測(cè)量精度的情況下，用三維測(cè)量技術(shù)代替“平面測(cè)量+水準(zhǔn)測(cè)量”的傳統(tǒng)“2+1”模式，大大的節(jié)約測(cè)量成本、提高測(cè)量效率。常見(jiàn)工程控制網(wǎng)平差軟件均無(wú)此功能。3.4 工程GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)（1）能實(shí)現(xiàn)真正的同步環(huán)和異步環(huán)搜索。（2）能根據(jù)常見(jiàn)GPS測(cè)量規(guī)范要求，判定基線解算質(zhì)量。（3）網(wǎng)平差功能完備，GPS三維平差既能在地心坐標(biāo)系下進(jìn)行，又能在參心坐標(biāo)系下進(jìn)行；工程GPS網(wǎng)二維平差包括約束平差和“一點(diǎn)一方向”兩種平差模式。3.5 友好的人機(jī)交互界面人性化的圖形顯示和量測(cè)功能；數(shù)據(jù)顯示界面規(guī)范、整潔、富有層次感，如下圖25所示。圖25 ECNAS人機(jī)對(duì)話界面3.6 程式化的文件管理設(shè)計(jì)為了有序存儲(chǔ)和管理各類控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理成果，本文把對(duì)ECNAS的所有操作設(shè)計(jì)在固定的工程項(xiàng)目集里。ECNAS啟動(dòng)后，用戶必須首先建立和打開(kāi)相應(yīng)的“工程”，然后