数字测量图

数字测量图（通用11篇）

数字测量图 篇1

1 数字测量图的优点

数字测量图以”数字”的形式表达地形特征点, 其实质是一种全解析的计算机制备图。数字测量图的基本原理就是按照实际的测量数据进行数字化编辑, 也就是利用计算机软件进行制作和加工, 如实的反应地质情况的“图纸”。其优点是显而易见的。

1.1 准确性高

数字测量图是仪器测量或者手工测量后, 由电子计算机软件处理绘制成图的煤矿测量结果的汇总“图纸”。利用这样的方法绘制的数字测量图, 准确、标准, 原始测量数据的精度损失小, 而且随着测量仪器的科技化水平不断提高, 数字测量图的精度也越来越高。

1.2 数字化特性明显

数字测量图, 存储了“图纸”特定含义的数字、文字、符号等各类数据信息, 在保存、传输、处理时方便快捷。另外在使用中, 还可以通过软件在计算机上自动提取点位坐标、两点距离、方位以及面积等几何要素, 以备参考。

1.3 资料兼容性强

使用过程中, 工程CAD (计算机辅助设计) ;GIS (地理信息系统) 建库等软件均可依软件的特性, 方便地处理数字测量图, 从而绘制和提取各自需要的专题图 (如地形图、地质图、工程布置图等) , 还可进行局部修测、局部更新。

2 煤矿数字测量图的概念和生成

2.1 概念和用途

煤矿数字测量图是由煤矿井下测量人员, 利用手工或者仪器进行实测后, 经过测量汇总数据, 和CAD平台加工, 形成的数字“图纸”。它以井下巷道导线点为核心, 以导线网为管路, 根据测量数据, 按照1∶1比例绘制的巷道或其他部位的实测图。它的主要功能有: (1) 供测量人员日常工作使用, 核对各项工程的进展和偏差。 (2) 给其工作环节提供基础测量数据, 以便各个作业面协调工作, 避免失误和危险。

2.2 煤矿数字测量图的成图方法

目前, 煤矿井下数字成图有两种方法一是原图数字化;二是现场数字测图。

(1) 原图数字化。

该方法仅需配备计算机、数字化仪、绘图仪。在数字化软件的支持下, 可以在很短的时间内获得数字图纸。具体实现方式有手扶跟踪数字化和扫描矢量化后数字化两种其中后一种要比前一种的精度高、效率高。

但是, 采用该方法所获得的数字地图精度因受原图精度和数字化过程中所产生各种误差的影响, 其精度要比原图差。为了利用该法能得到较为精确的数字地图, 可通过修测、补测等方法, 实测一部分地物点的精确坐标, 再用这些点的坐标代替原来的坐标。这样, 能一定程度地提高原有图的精度。

(2) 现场数字测量图。

井下可直接采用现场数字测图的方法, 该方法也称为内外业一体化数字测图。采用该方法所得到的数字地图特点是精度高, 只要采取一定的措施, 重要地物相对于邻近控制点的精度可以控制在5cm以内。但其人力、物力与财力投入比较大。

3 煤矿测量中数字测量图的应用

3.1 在煤矿测量中数字测量图的数字化应用

(1) 数字测量图可以任意的进行分解和合成, 测量工作人员可以进行动态修图和填图, 减少手工记录和更新的环节, 提高了测量的效率。在数据传输中, 复制和传输图形信息都可以利用网络传递, 实现测量信息资源的共享, 这样在跨部门进行测量工作时为分析数据缩短了时间。

(2) 数字测量图是在计算机屏幕中供测量人员使用, 测量人员只需要进行简单的操作就能够查阅很多的资料和环节, 方便了资料的对比和更新, 增加了测量人员分析的过程, 有利于提高测量工作的针对性。

(3) 在数字测量图中, 导线点和导线网是与真实的情况一一对应的, 工作人员无需到实地就可以查询到更多的信息, 简化了工作的流程。

3.2 数字测量图在煤矿测量中实际操作的应用

(1) 测量图可以使测量人员及时掌握掘进巷道、采煤工作面的施工进度情况。在不同的时间节点进行进尺统计时, 只要根据图中的标记进行电脑操作, 直接从图中量取直巷进尺和剩余进尺, 这样做可以使工作的情况直观且错误少。

(2) 在进行巷道开门标定时可以通过测量图, 直接量取巷道标定几何尺寸。设计人员可以根据巷道施工措施, 直接把设计巷道预先绘制与测量图上, 一方面可以预先模拟巷道的工作进程, 分析设计是否存在错误, 另一方面可以从图中查询或量取标定数据减少了繁琐的计算和手工计算的误差。

(3) 在进行煤矿作业中的贯通设计和计算时, 测量图可以直接提供贯通测量几何数据。在CAD测量图中要查询两个点的距离和方位时, 只需要开启捕捉功能使用直线命令连接两点, 然后使用软件命令查询直线基本数据, 即该线的长度、方位和倾角等几何要素。实践证明, 其查询结果和手工解算结果完全一致甚至精确程度高于手工计算。

3.3 数字测量图在煤矿其它专业工作中的应用

(1) 地质人员直接使用测量图绘制煤层底板等高线图, 和查询其它技术数据。

(2) 储量人员直接使用测量图绘制回采工作面损失量计算图。

(3) 描图人员可以参照测量图进行填图和检查。

(4) 技术科设计人员直接使用测量图进行技术设计。由于测量图是由测量人员根据测量工作情况不断更新, 因此使用它进行技术设计要比使用采工图精确。

(5) 采掘区队可以使用测量图查询已完成的具体工作量及制定下一步工作计划。

4 结语

煤矿测量工作中, 工作人员要随着煤矿生产的进度, 随时测量更新数据, 所以测量图也随矿井的进尺变化而更新。测量图的更新是建立在测量人员实地测量的基础上的, 因此, 数字测量图功能已经超越其他图纸所能反映的内容。

测量图的制作是利用CAD等绘图软件对实际测量数据进行编辑而完成的的电子“图纸”。测量图因为其电子数据的优势而成为测量工作重要工具。而且煤矿生产中其他相关的专业也可以使用测量图, 利用其作为重要的技术参考和设计依据。可见测量图的应用, 使煤矿测量工作更加准确、专业, 并使测量工作成为煤矿生产中不可缺少的重要一环。

摘要：煤矿测量工作是煤矿生产和安全的重要基础。煤矿的测量工作涵盖了开采、安全维护等多个涉及煤矿开采的重要环节, 是基础性工作。在这一过程中, 汇集了各种信息的复杂数据将会被绘制成数字测量图。测量图因其数字化的优点和直观性, 在煤矿测量中应用广泛, 并起到了很好的作用。

关键词：数字测量图的优点,测量图的应用

参考文献

[1]乔德广.测绘新技术在煤矿测量中的应用[J].科技论坛, 2009 (8) .

[2]张国良主编.矿山测量学[M].徐州, 中国矿业大学出版社, 2001.

[3]程绪琦等.AutoCAD2006中文版标准教程[M].北京, 电子工业出版社, 2005.

[4]陈俊杰, 邹友峰.矿山测量在煤矿中的作用及发展趋势[J].中国矿业, 2006 (10) .

[5]李军.煤矿测量新方法的应用研究[J].测绘通报, 2009 (8) .

数字测量图 篇2

测量数字化测图规范

基本信息

【英文名称】Specifications for aerial photogrammetric digital mapping of 1∶500 1∶1 000 1∶2 000 topographic maps 【标准状态】现行 【全文语种】中文简体 【发布日期】1995/12/19 【实施日期】2008/12/1 【修订日期】2008/6/20 【中国标准分类号】A77 【国际标准分类号】07.040

关联标准

【代替标准】GB 15967-1995 【被代替标准】暂无

【引用标准】GB/T 6962,GB/T 7930,GB/T 7931,GB/T 13923,GB/T 17158,GB/T 20257.1,CH/T 1001,CH 1002,CH 1003,CH/T 1004

适用范围&文摘

本标准规定了用解析航空摄影测量方法进行1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图数字化测图作业的基本要求和成果精度要求。

数字化测图技术初探 篇3

关键词：工作流程 控制测量 数字化测图

一、数字化测图的工作流程

数字化测图的基本思想:数字化测图就是利用全站仪、RTK等数字化测量仪器将实地各种有关的地物、地形、地貌通过野外采集转化为数字形式，通过数据接口传输给计算机，利用专业的图形编辑软件进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时，由电子计算机的图形输出设备（如显示器、绘图仪）输出地形图或各种专题地图。

数字化测图工作流程如图1.1所示。

（一）编制技术设计书【1】

当测绘施工单位接受甲方测绘任务后，根据甲方提出的施工技术要求，为保证测绘产品符合技术标准及甲方要求，并获得最佳的社会经济效益，应由负责承担测绘任务的单位或部门的总工程师或技术负责人编写技术设计书，制定出切实可行的技术施工方案，以保证测绘产品或测绘成果符合技术要求。

（二）控制测量【2】

在技术设计书编制完成后，应按照技术设计书的要求，对整个测区进行控制测量工作，对收集到的已有控制点资料的作业单位、施测年代、采用的技术依据和选用基准等情况进行分析和评定，并作出评价和指出其利用的可能性，根据甲方和设计书的要求，对整个测区进行控制测量。对整个测区进行选点、埋石、GPS首级控制网的观测、计算，之后进行导线及水准的观测计算工作，完成测区的控制测量工作。

二、数字化测图

（一）野外数据采集

在完成测区控制测量工作后，即可进行数字化测图的野外数据采集工作。野外数字化外业测图由于作业方法和作业习惯不同，所以作业模式和作业过程也不尽相同，目前主要有以下两种作业方法：

1. 画草图作业方法：野外数据采集时，使用画草图的作业方法，这种作业方法由于用在画草图的时间比较多，所以作业效率比较低，而且在内业处理时，需要按照草图将点位用不同的信息线连起来，工作量比较大，但这种作业方法成图比较直观，不容易出错；

2. 采用全编码法测图：这种作业模式是规定不同的地物使用不同的编码，由跑尺的作业人员把地物编码报给仪器操作员，然后仪器操作员使每个点位都附带有编码信息，在内业处理时根据点位编码信息；使其自动连线、成图，这种作业方法外业工作效率比较高，内业工作量比较少，但对于有方向属性的一些信息线容易出错（例如坎）。

（二）内业数据传输、处理

在外业完成数据点位信息采集后，根据所使用的不同类型的仪器采用不同类型的数据传输软件?，将数据传入电脑中，在数据传输时，也可以使用南方CASS软件自身的数据传输模块进行野外采集数据的数据传输。在数据传输完成后，则需要对数据文件的数据格式利用数据编辑器uedit进行编辑，以适用于不同图形编辑软件对不同展点数据格式的不同要求。在数据传输时，如果利用CASS软件进行的数据传输，则不需要对数据格式进行编辑，直接展点即可。数据展点格式为：

J1,,507837.335,3610130.035,33.608

J2,,507854.474,3610124.861,34.023

1,,507834.450,3610120.564,33.895

2,,507847.790,3610116.534,33.965

…………

（三）展点

在数据格式的编辑完成后，打开CASS，在标题栏中点击绘图处理，在其子目录中点击展野外测点点号，找到CASS坐标文件展点即可。但展上去的为测点点位。用同种方法，在其子目录中找到展高程点，把点的高程也展上。点号、点位、高程CASS默认为红色，为了更醒目，可以把高程点或者点号改变一下颜色，方法如下：点击图层管理，找到测点号或者高程点图层，改变其颜色即可。

（四）连线

点位展到图上以后，即可根据外业草图用CASS工具和符号把相连的点位连接起来，把测区地物、地形、地貌如实地反映出来。在连线过程中应当注意在线的转折处应适当增加节点，以避免出现线划棱角分明，不圆滑和在连线完成后进行线划拟合时，出现线划拟合过度等现象。在进行连线时，应注意围墙、坎子等有方向属性的线型，以免出现坎子等线反向情况的发生。连线时，一定要严格按照CASS规定的线型、图层进行连线，防止发生图层错乱现象。当所有地物线均连接完成后，对于山区则还需要勾绘等高线。勾绘等高线有两种方法：

1．CASS软件根据数据文件或区域范围内高程点自动生成，在山区地貌不是十分复杂，地物不多的情况下比较实用，但是生成等高线后图形文件变得比较大，为后期处理带来许多不便，在微机配置不高的情况下一般不要用。

2．手工绘制等高线。等高线在自动绘制时会自动拟合，线体有很多节点，在修改时非常麻烦。我在绘图中探索出一个比较好的方法，使等高线修改变的非常简单。方法如下：在绘制等高线时不要直接使用绘制等高线工具，而使用复合线工具来绘制等高线，因为复合线非常容易拉动修改。在等高线绘制完后可以批量拟合复合线，然后把拟合后的复合线加注等高线属性即可。这样画出的等高线套合得非常好，非常漂亮。

（五）展绘控制点

根据 CASS 软件中屏幕菜单控制点栏中的各级控制点符号，将测区各级控制点展绘到CASS图形中。

（六）文件保存

CASS软件在图形编辑过程中，有文件自动保存功能，自动保存文件名为*.DWL文件，当CASS软件使用不当，出现致命错误导致文件无法恢复使用时，把自动保存的文件后缀名改为*.DWG文件即可，所以在使用CASS软件进行图形编辑处理时，注意适时保存。

（七）图幅的接边【3】

图幅编辑完成之后，要综合各小组的成果进行图幅的拼接，目的是将其拼成一副完整的地形图，相临图幅应自然接边，图形上的线要素与面要素既要进行几何位置接边，又要进行属性接边，直线地物要素在接边时应保持其直线性。当然在测图分组过程中，可以以路或沟中心为界进行分组，这样在进行图幅接边时，就会减少很多线划的拼接工作，但要注意电杆等地物的接边处理。

（八）成果图输出

数据输出包括纸图输出、电子图输出、表册输出、数据或数据库输出。图形数据可以按各种比例尺显示输出，作业人员可对所需要的图形任意进行开窗、移动、放大、缩小、局部放大或缩小，以取得对所需图形资料的最佳可视效果。

三、数字化测图的优势和发展前景

数字化测图的优势在于以下几个方面：

1. 数字化成果精度高、质量好

数字化测图由于使用全站仪等电子设备，在测量时采用的是极坐标法，测量数据作为电子信息可以自动传输、记录、存储、在全过程中原始数据精度毫无损失，从而获得高精度（与仪器测量同精度）的测量成果。

2. 改进了作业方式，提高了劳动效率

数字化测图使野外测量达到自动记录、处理、自动成图，这样自动化程度比较高，出错(读错、记错、展错)的概率小，已改过去使用小平板结合经纬仪或使用大平板在聚酯薄膜上成图的作业方法，减轻了劳动强度，提高了工作效率和成果精度。

3. 便于图件的更新

城镇的发展加速了城镇建筑物和结构的变化，采用数字化成图能克服大比例尺白纸测图连续更新的困难，在局部区域发生房屋改建扩建或变更地籍或房产时，只需实施局部区域修补测，经过数据处理、图形拼接就能方便地做到更新和修改，始终保持图面整体的可靠性和现势性。

数字化地图具有便于保存、修改、更新和生命力强等特点，其长远的经济效益是很可观的。在数字地图的基础上建立地图数据库、属性库和多媒体信息等地理信息系统，可为领导的宏观决策、经济建设和各级管理部门的需要提供基础地理信息服务，应用前景十分广阔。

參考文献：

[1]测绘技术设计规定CH/T 1004－2005[S].国家测绘局发布，测绘出版社，2006.1

[2]孔祥元、梅是义主编.控制测量学[M].北京：测绘出版社,1998.3

数字测量图 篇4

1.数字化测图的原理与特点

1.1 数字化测图概念:

数字化测图 (Digitized Mapping) , 简要的说就是对数字化的航空像片或直接获取的数字影像进行分析, 采集地图要素并输出数字化测绘产品的测图方法。它主要由数据输入、数据处理和数据输出三部分组成, 它首先将采集的有关地物和地貌的信息转化为数字形式, 通过计算机相应软件的处理, 得到的电子地图, 并可以多种形式进行电子地图的输出。[1]

1.2 数字化测图的特点:

(1) 数字化测图的精度高

数字化测图在300m以内的距离测定地物点的误差约为±0㎜, 测定地形点的高差约为±18㎜。这些远精于传统经纬仪视距法的150m以内误差为±60㎜。同时数字化测图在使用电子速测仪测量数据时, 可作为电子信息在确保精度毫无损失的前提下进行数据的自动传输、记录、储存、处理和成图, 是高精度外业测量的不二选择。[2]

(2) 作业方式得到改进

数字化测图的自动化的程度较高, 可以自行高精度的传输、记录、储存、处理和成图, 其出错概率小, 能够自动提取储存的坐标、距离、方位和面积等信息, 所出的地形图规范、精确、美观。

(3) 便于图件的更新

城镇建筑物和结构的变化随着城市的飞速发展而快速变化, 采用数字化测图可以连续更新实地房屋的改建扩建、地籍变更等信息, 处理方法简单, 只须将相关信息输入, 即可方便地做到更新和修改, 并可以保持图面准确性。

1.3 进行数字化测图时的注意事项

(1) 在测量前要将使用的仪器设备送到具有资格鉴定的部门进行鉴定, 合格后方可使用。

(2) 由于用仪器测的点精度较高, 所以能够测量到的点尽量采用实测, 同时避免用使钢尺进行测量。

(3) 由于数字化测图的很多工作都是利用计算机进行处理的, 所以要加强检核录入计算机的数据, 特别是在测量测区远离内业地点的地物时, 要采取相应的补救措施。

(4) 尽量在测站的可视范围内来采集数据, 在通视不良时, 要引点到附近设站进行采集数据, 避免因支杆偏离地形地物点位而导致的人为误差。

(5) 采集数据的方法选择

通常将资料进行数字化的方法有跟踪数字化和扫描数字化两种。跟踪数字化是指使用数字化仪对原图的地形特征点逐点跟踪采集, 并进行数据录入最终由计算机将其处理成图的过程。使用这种方法最大的不足之处就是精度比较低。扫描数字化是指使用扫描仪对原图进行扫描, 再经过计算机处理进行成图, 这种方法的精度要高于跟踪数字化, 是较为常用的方法。

(6) 设定数据编码规则

使用野外数据采集时, 仅仅使用全站仪等大地测量仪器只能测定碎部点的坐标, 这难以满足计算机自动成图的条件, 这就要求除了碎部点外, 我们还须将地物点的连接关系地物类别信息进行记录, 这就需要一套数据编码, 数据编码是由按一定规则的符号构成, 用以表示地物属性信息和连接信息。它含有地物特征码、连接关系码、面状地物填充码等, 并应含有各连接点相应的连接信息来构成一个地物。

2.数字化测图在地产测量上的应用

在了解了数字化测图的基本方法后, 我将其与常用的地产测量应用相联系, 下面我们就通过对地产测量及成图注意事项这几方面来对其进行介绍。

2.1 地产测量简介

地产测量是某地产受政府或房屋权利相关当事人的委托而从事的专业地产测量活动。它是由地产测量机构依据委托人提供的图件、数据、资料等信息而进行的地产管理服务。地产测量不但可以为评估、征税等活动提供基信息, 还可以为城市规划与建设提供相关资料。

2.2 地产测量的内容

房地产测量包括地产平面控制测量、房地产调查、房地产要素测量、房地产图绘制、房地产面积测量的成果资料的检查与验收。地产调查是地产测量的最重要的内容之一, 它可以通过调查弄清哪些是套内面积、哪些是共有面积, 共有面积分摊的方式等, 它代表了产权人的合法权益。[3]其具体测量内容如下:

(1) 测制分幅图

分幅图是能够全面反映某地点的房屋及其用地位置和权属等状况的基本图, 是掌握该城镇的房屋建设、土地现状及变化情况的图纸。

(2) 测制管理图卡

需要测制的管理图卡包括房地产分丘平面图、房地产分层分户平面图、房产部门直管房屋图卡和房产部门直管土地图卡。

(3) 房地产图的补测与修测

随着地区城市建设的发展, 需要对城镇内改造、新建、扩建、拆除等变更或减少的房屋进行及时的补测与修测工作。

2.3 利用数字化测图进行地产测量时的注意事项

(1) 房地产图形式的选择。房地产图可分为分幅图、分丘图和分户图。这些图即可以是实测成图也可以是编绘成图。实测成图可以是用平板仪测图成图或是用航空摄影测量法测图成图, 对于边远小局域地区还可以用野外数据采集机辅助采集成图。选择一个合适的成图方式成图, 在成图时要遵循先做控制测量, 再进行碎部测量的原则。

(2) 房产图比例尺的选择。为了可以清楚地表示所需内容, 要根据测区内房屋的稠密程度来选择合适的比例尺, 房地产图一般选用较大的比例尺, 常用的比例尺有1:1000、1:500等。

(4) 房地产图的拼接要求。当测区面积较大时, 须将其划分为若干图幅后再进行测量。由于测量误差会导致地物轮廓与等高线在相邻图幅连接处不吻合。因此, 需要用一定的方法进行拼接, 拼接要求保证地物、地貌相互位置和走向的正确。

通过以上对数字化测图技术与地产测量的及相关注意事项的简述, 使读者粗略的了解了数字化测图技术在地产测量过程中的注意事项, 希望可以为初学者们提供参考依据。

摘要：随着测量技术的不断发展, 数字化测图技术逐步代替了传统测图技术。因数字化测图具有较多优势, 如今地产测量也采用了一定的数字化测图技术, 现将数字化测图技术与地产测量的结合使用做以简要论述。

关键词：数字化测图,地产测量,数据采集,分幅图

参考文献

[1]陈树林.《数字化测图的应用与发展》.《西部探矿工程》.2009.21

[2]杨晓明, 王军德, 石东玉.《数字化测图》.测绘出版社.2001.

实习2重砂测量成果图的编制 篇5

二、重砂测量成果图的编制（2学时）

一、实习目的通过本次实习，通过编制1:5万重砂测量成果图，掌握常用的圈式编图方法和程序，学会根据重砂异常点的分布、重砂矿物特征、找矿地质条件、找矿标志、地形地貌特征等圈定重砂异常区，指出寻找砂矿床或原生矿床的方向。

二、实习步骤

1、阅读材料 阅读1：5万重砂测量成果图（实习二附图一），并了解图幅中的地质概况及重砂取样点的分布。★ 图幅内分布的地层、构造 ●岩浆活动和岩体分布 ◆取样点及其编号与分布

2、阅读和分析重砂分析报告表 了解重砂矿物及其含量变化与共生组合特征

3、编制1：5万重砂测量成果图 ★ 将各重砂样品进行重砂矿物含量分级。● 根据各重砂样品中的重矿物含量，按其分级符号，填绘在图幅中各相应取样点位置的圆圈内。● 圈定重砂异常：据各取样点重砂矿物含量，结合找矿地质条件、找矿标志、地形地貌等因素，分析异常的范围。●用双尾空心箭头，指示重砂矿物来源方向，以寻找原生矿床（宽河谷与阶地重砂矿物异常地段，应指出砂矿床的可能存在的位置，但不用箭头指示。

4、分析地质条件、矿化标志、重砂矿物特征及矿物组合，在圈定进一步找矿的远景区中推测矿产种类、矿床类型，分别对各异常区作出相应的地质经济评价。

5、整饰图件，编写说明书，提交实习报告 说明书：★概述1：5万重砂测量成果；★对各异常进行简单的分述，如异常名称、位置、级别、范围、编号及可能找到的矿产种类、矿床类型等，并对其作出简单而相应的评价。

1、阅读材料

2、阅读和分析重砂分析报告表

3、编制1：5万重砂测量成果图

一、实习目的

二、实习步骤 实习

二、重砂测量成果图的编制（2学时）方铅矿 锡石 黑钨矿 〉10g /m3 1g-10g /m3 100粒-1g/m3 1粒-100粒/m3 矿物

用数字测量纽约 篇6

“数码城”任务

若是你想在纽约开一家商铺或餐厅，不需要向地产中介咨询或雇佣一间调查公司，只要登录政府的开放数据平台，就可查到某个街区上具体的人流量。

2002年1月，布隆伯格就任纽约第108任市长时，纽约刚刚经历了“9·11”恐怖袭击，布隆伯格所接手的这座国际头号都市正面临前所未有的危机。不过，经过这十二年，纽约已重新焕发健康的活力。在布隆伯格看来，纽约是最适合运用数据的地方，而管理就是测量……

数字城市的目标是利用科技手段把纽约建设成一座“数码城”——让楼宇更智能，让政府更有效率，让市民更有活力。2013年，对于纽约消防队员来说，除了救火他们多了一项新任务：检验全纽约各栋建筑物的安全性。目前纽约约有100万栋建筑物，平均每年约有3000栋会发生严重级别的大火。是否有方法能够预防悲剧发生呢？纽约消防局的数据分析师说，每栋建筑物拥有独特的属性，他们通过数据分析，为城市中33万栋需要检验的建筑物单独进行打分，得出危险指数高低，消防员每周出勤检验时，数据系统都会列出建筑物的详细资料和危险指数，决定哪些是优先“照顾”的对象。整个纽约城的消防数据因系统的检测和防范得到更新。

此外，纽约还在发起人与政府互动情况的调查，推动私人技术公司参与公共事务，培训政府官员如何使用社交网络，尽量用市民们觉得舒服的方式把信息集中起来，同时推荐官员和市民把视频上传到YouTube，把照片上传到Flickr，把信息和评论上传到WordPress和Tumblr，使沟通起来更方便、更有效。而在过去，纽约各个政府部门需要雇佣约200人来维护他们的独立主页。如今在纽约市政府的网站上，任何人都可下载数据并与他人分享。

打造第二个硅谷

纽约环境部曾一直想找到向下水道非法倾倒食用油的人，因为半数以上下水道堵塞的情况都由这些凝固油脂产生。但问题在于到哪里去找到这些“作恶者”？传统的解决办法是由健康局派出监察员，到各个街区路口守株待兔，期待能正好遇到一个餐馆小工，拿着一盆用过的油向下水道倾倒。但纽约有2.5万个餐馆，这个数字每天都在变化，这样做显然不现实。

于是相关人员先向商业诚信局索取到必要数据——该部门的功能之一是为所有餐馆颁发运送地沟油的许可证，接下来将餐馆名称和拿到许可证的名单进行数据比对，那些不在册的餐馆被列入“重点怀疑对象”。这份可疑名单随后被递给监察员，对方就可以有的放矢地去蹲点，成功率最终高达95%。

数据帮助纽约尊重每个街区的细微差别。通过数据分析找到非法出售香烟的店铺，或是不当售卖处方药的药店，加快转移因飓风倒掉的树木……最重要的是，数据还能帮助城市监察员在面对超过2万幢房屋时，迅速判断哪幢楼可能发生火灾，将资源合理分配以减少伤亡。

从多样化的数据当中洞察到最有价值的信息，让政府和城市运转得更有效率，更加年轻。《纽约邮报》刊登的一长串数字最能说明问题：十二年间，纽约市常住人口增加30万，到访纽约的游客增长54%，犯罪率下降35%，婴儿死亡率降低23%，烟民减少22%……

一份名为《打造数字城市》的报告显示，技术已成为纽约的第二大产业，创造了26.2万个工作机会。纽约技术气氛日渐浓厚，Facebook纽约办公室决定搬到面积两倍于原来的地方——百老汇770号，并签下了十年租约。雅虎在收购Tumblr时，也希望将纽约的人员增加60%，其中大多数是工程师。来得更早的Google在这个城市有3200名员工……纽约已步入真正的信息时代，有望变成第二个硅谷。

厂区现状图测量浅析 篇7

1.1 在新建或扩建的竣工时, 为了检验竣工的正确性, 阐明竣工的最终成果, 作为竣工后的技术资料, 就必须提交处竣工现状图。

如为阶段施工时, 则每一期工程竣工后, 就应作出该期工程的现状图, 以便作为下期工程设计的依据。

1.2 扩建和改建原有工厂时, 必须取得厂区内实际建筑物的平面及工程位置, 为设计提供依据。

1.3 为满足工厂建成投产后进行生产管理和变形观测的需要, 也必须提出厂区现状图。

测量厂区现状图是根据厂方和设计部门提出的任务书进行实测的, 可按不同的用图性质和需要来确定实测内容和方法, 只是一项较为复杂的任务。

2 实测厂区现状图的特点和原则

厂区现状图是对已有工厂和新建工厂阶段竣工或全部竣工投产后进行实测、绘制而成的。它不但与勘查和施工阶段的测量工作有关, 而且与设计、施工和生产管理也有着密切的关系。但也有它自身的特点, 例如, 勘察阶段的大比例尺地形图测量, 其测点的密度、精度及地形地物的取舍等, 是随地形图的比例尺大小而异。一般情况是比例尺愈大, 反映在图上的地形地物越细致, 相应的施测精度也越高。它是以图解误差为依据进行推算的, 其值略小于比例尺的展绘误差。而厂区现状图的施测精度则是以解析数据为依据进行计算的。因为现状图上所有建筑物, 其主要特点均以解析法测其细部坐标来表示他的平面位置, 故现状图的精度应以细部坐标点的测量中误差来确定而不取决于测图比例尺。测图比例尺的大小不仅解决图纸负荷和设计使用方便问题, 不作为测图精度的依据。

此外, 厂区现状图还具有测图内容复杂, 以及根据不同用途而采取不同的技术措施等特点。譬如, 现状图的图上数据有不同的注记要求, 还有各种分图和专业图以及细部点成果资料等。

施测厂区现状图时, 必须考虑以下几个原则:

2.1 厂区控制测量系统应与原有系统保持一致。

进行厂区现状图测量, 首先应考虑使用原有的控制系统, 以便应用原有建设过程中所积累的测量。设计与施工的大量图纸、资料, 保证厂区图纸资料能前后衔接使用, 使生产管理和改建、扩建工程形成统一体。若确实没有条件使用原有控制系统时, 如原有图纸, 资料不能继续使用;厂区原有控制标桩以毁或测量成果无存, 此时应该重新建立新的系统, 重新测量全部现状图, 用于生产管理使用。

2.2 测量控制网必须有一定的精度标准, 从厂区勘察阶段开始, 就要

建立一个符合施测厂区现状图精度标准的控制网, 同时好要考虑到施工放样的要求, 因为它直接影响到建设的质量。这个精度标准在规范上已有规定。但也是可以按建设的实际需要来确定, 按设计与施工的容许误差, 保证在实地放样和实测的准确性。

2.3 充分利用已有的测量和设计的成果资料, 按要求区别对待, 在施

测厂区现状图时, 对已有的测量和设计资料应该充分搜集, 经过分析、检查、整理后加以利用, 如勘察的地形图、控制成果、实测的细部坐标点、高程点以及设计中的各种要素, 均可适当利用。

3 厂区现状图的内容和基本要求

3.1 厂区现状图的内容。

厂区现状图的图面内容相当复杂, 不但要表示出地面、地下和架空的各建筑物的位置和一般地形、地物情况, 而且还要在图上表示出所测细部点的坐标、高程及各种元素。有时1:500比例尺图也难以容下, 必要时, 可做更大比例尺辅助图或分图根据各专业的需要和用途, 厂区现状图分以下几种:3.1.1厂区现状图标准图。它是反映全厂区现状的总图, 包括有全部工业地上原有和新建的厂房、车间、仓库、办公楼、住宅区、食堂等建筑物和各种运输线路、工业及生活管线等的平面和高程位置;并标明用解析法所测的细部点坐标、高程及各种设备元素合特征;还要表示出一般地形地物情况。3.1.2辅助图。是厂区现状图标准图的附件, 它是在厂区局部图面负荷过重, 线条、注记、符号、数据定过多的地方, 为了清晰表示, 才在标准图中以比例尺1:100或1:200来标出。对于1:500比例尺现状图, 一般不做辅助图。3.1.3剖面图。有时为了表示地下管线和一些建筑物的地下埋设部分的情况和实际数据, 应绘制专门的剖面图。它也是现状图标准图的附件。3.1.4专业分图。如:上下水管道图、工业管网图、输电线路图、运输线路图。3.1.5技术总结报告和成果表。厂区现状图测完后还要提出总结报告, 说明施测方法、技术要求和达到的精度标准以及详细程度和分类情况。

3.2 施测厂区现状图的基本要求。

3.2.1图幅。厂区现状图的图幅大小主要取决于实际需要。3.2.2比例尺。决定厂区现状图比例尺, 主要应考虑图面负荷、视读方便及图解精度等。3.2.3坐标和高程系统。厂区现状图的坐标和高程系统, 应保持原有控制系统, 在不得已情况下。可重建控制网的坐标和高程系统。

4 厂区现状图的编测方法

厂区现状图的建立, 对于正在施工的新建厂区工程而言, 可采用编制厂区施工现状总图的过渡办法来实现。而对于将要改、扩建的旧厂区工程, 为取得厂区现状图则需要采用实测的方法来实现。

4.1 利用施工现状总图编测厂区现状图的方法。

在施工期间, 为了掌握施工进度和计划, 经常用设计的、正在建筑的和竣工的建筑物来编测施工现状总图。在施工过程中根据竣工测量资料编制厂区现状图的方法, 比起厂区建成后在实测厂区现状图的方法优越得多。它不但方便经济, 而且又有利于施工管理。从精度上来看, 因是竣工后的实测数据, 经过校核, 故精度高而可靠;从内容上来看, 比较详细, 不易出现遗漏现象, 尤其是地下管线, 在施工后未填土前就对起终点、交叉点、转角点和井位中心等进行实测, 是最为有利和可靠的。在施工过程中编制厂区现状图的具体做法是:4.1.1厂区现状总图的编制。如果有电子版的图直接拷贝就可以了, 没有的哈可以扫描后应用相应的测绘软件进行数字化处理。并且按原图各种元素进行处理。4.1.2厂区现状图的形成。按施工放样总图, 编制施工放样计划, 将设计对象放样于实地。在施工过程中, 通过复测检查, 提交处施工放样检查和竣工资料。依据此资料将各系部点的坐标和高程以及各种必要的元素, 展绘于施工现状图总图上。在编测厂区现状图的同时, 还要必须检查与实测资料进行审核、整理, 并分类编号。提出厂区细部点实测成果一览表, 作为厂区现状图附件存档, 以资利用。

4.2 旧有厂区现状图的测绘。

目前有许多工厂由于缺乏建厂时施工到竣工的测量检查和竣工验收测量成果资料的积累, 或着因年长日久, 厂区面貌发生了较大的变化, 而又不具备厂区施工现状总图时, 为了满足厂区改、扩建工程和管理上的需要, 可直接对旧有厂区进行实测, 取得现有各建、构筑物的细部点坐标和高程, 以及工程的有关元素, 绘出厂区现状图。同时, 在图上标示出有关的地形地物情况。该图施测的原则和要求, 一定符合前面所属的实测平面图和地形图的方法。

结束语

随着全站仪和GPS技术的发展, 各种先进技术的出现厂区现状图测绘也越来越方便了, 而且很容易达到精度标准。

参考文献

[1]邵自修.工程测量[M].北京:冶金工业出版社, 1992.[1]邵自修.工程测量[M].北京:冶金工业出版社, 1992.

数字测量图 篇8

关键词：视差,稀疏,重构,传感压缩

0 引言

在计算机视觉中,有一个十分经典而且重要的研究课题,那就算立体声通信问题。给定两个或更多的对同一场景从不同视觉拍摄的图像,通信问题目的在于确定在不同的图像中,哪些像素点是对同一物理空间的映射。在从本质上讲,立体声通信是通过比较图像强度、特征点或者从图像中随机提取的某一形状时发现的。对这一搜索有一个普遍的简化方法,那就是矫正立体图像,经过转换后,相应的点在同一水平扫描线上,因此搜索空间减少了一维。当所有的像素点建立好对应关系之后,被观察场景的稠密视差图已就建立好了。视差这个术语表示两幅图像之间对应点的坐标的区别,而且是距离的逆向测量。对于诸如3D电视、图像渲染或机器人导航等应用来说视差图是必不可少的。接下来我们将简单地介绍当前用于视差估计的一些概念。

匹配代价函数用于测量图像相似度的,它是寻找对应点需要一个最基本的工具。匹配代价函数应用十分广泛,它是利用图像的绝对值或平方差来比较图像强度的,另外还有一些工具也是用于比较图像强度的。可惜的是,由于图像存在封闭、丢失或重复的纹理的情况,只考虑一个简单的匹配代价太不准确了。为了克服这些不足,过去40年已提出各种立体影像密集法,应对概述和性能比较。一般说来,这些方法可以分为两组:局部法(为每个位置单独分配一个视差)和全局法(在沿单一扫描线方向或者在整个视差图上对图像的能量函数最小化)。

对位于围绕支点q的支持窗口中的所有像素局部法是对匹配代价求总和,以及把视差赋给q,使得总匹配代价是最小。这些方法都需要假定在支持窗口上视差是连续的,但在视差不连续的地方失效,这导致边界膨胀效应。确定的封闭性检测、多窗口以及局部自适应支持加权都可以部分减少但不能完全消除这种效应。

当一个区域出现没有纹理或者是重复纹理的时候,会出现以下更深层次的问题,这是因为许多难以区分的可能匹配存在。全局法主要是通过假设视差大体上十分平滑来解决这些不确定情况,并通过强化使得强度函数最小化。强度函数包含匹配代价以及不连续性补偿。这样一来就为缺少纹理的局部区域提供全局支持。扫描线法利用动态规划分别对每个沿着水平扫描线方向的强度函数进行最小化。在满足平滑假设的地区,这种做法产生精确的视差估计,但同样会导致在不连续点的周围产生横行条纹。不过我们可以在垂直和水平两个方向加强平滑限制就可以解决这一问题。最好的立体算法对于最小化二位代价函数来说是基于置信传播算法[13,17]和图像分割算法[2,17]。

除了上述稠密立体法以外还有其他的用于减少稀疏视差图的算法,这些算法也是较可靠的。然而,据我所知,除了插值法以外,至今为止还没有出现用一些稀疏测量来重构稠密视差图任何技术,插值法特别容易出错,而且在图像的边缘为止用插值法创建的视差图过于庞大。

本文提出一个只需用一个包含可靠支撑点的小集合,就可以重构稠密视差图的方法。它基于压缩传感理论,并结合有关视差图的总体结构以及指定图像的知识,最终形成一个优化方案。我们提出了一个共轭梯度法,放弃使用平滑参数,这使得我们的方案是无偏的。实验证明,我们的方法只需5%的视差就可以产生非常准确的结果,因此该算法在创建和压缩视差图的时是个很适中的方法。接下来在第二部分简单地介绍传感压缩理论以及引入一些所需的数学符号,第三部分阐述随机抽样的不足以及如何克服,第四部分会提出共轭梯度法,它可以有效解决非光滑优化问题。最后会给出模拟结果,用于证明我们的算法是有效地。

1 传感压缩理论

对于多种信号而言都有一个共同点,那就是他们都可以稀疏表示或者在一些变换域内是可压缩的,这意味着许多转换系数都为零或近似等于零。例如我们可以用密集来表示自然图像的强度,而小波基也可以稀疏表示。重要信息都只包含在少量的控制系数中,想要重构完整图像而不严重失真,就必须充分了解这些大幅值的小波基及其位置。如果能够直接在系数域内采样得到重要的系数的话,我们就可以忽略第一次低效的采样过程,进而计算压缩后的稀疏表示。压缩传感理论[4,8]提供了一个联合采样和压缩的机制,它利用信号的稀疏性从少量测试数据中完美地重构该信号。

令s∈Rn是一个列向量,它表示一个不连续N维非稀疏实值信号,我们用x∈Rn表示其Ψ∈Rn×n-稀疏表示,这里k-稀疏意味着只有k<n个非零项。我们将这一线性变换记为

这里Ψ∈Rn×n是Rn的正交基,称为表示基。此外令Φ∈Rm×n为抽样基,它可以将s变换为向量y∈Rm,该向量包含m<n线性测量。

目的是在只给出测量y的情况下,利用公式(2)和x的稀疏性计算出x,从而构造出s。非正式地讲,我们需要找出和已知测量兼容的稀疏度最大的向量x,正式一点的话,那就是最小化问题:

这里‖x‖0是x的伪I0范数,即非零项的个数。

不巧的是,由于公式(3)是一个组合NP-hard问题,因而其解难以计算得到。相反,引文[9]表明,通常情况下,在矩阵ΦΨ上作一般性假设和等价于用I1范数:来替代伪I0范数。从而出现所谓的基追踪[7];

这是一个凸优化问题,可以改写成线性规划,可以在多项式时间内求解。传感压缩理论说明若测量次数m远远大于稀疏因子k的话,公式(4)的解是准确的,因此信号完全可以使用计算得到的x通过求解公式(1)进行重构。

在对同一稀疏基进行信号采样时,重构信号需要很多的样本(因为大多数样本都为零)。因此直观上十分清楚采样和表示基必须尽可能多的不相交,用Φ和Ψ之间的互相干性来衡量:

其中X(i,j)表示矩阵X的第(i,j)项。μ(Φ,Ψ)的值越小,相干性就越高,双基则更有利[10]。对于完整重构所需随机样本数m、相干性、x的稀疏度、以及信号的维数n之间的关系用公式(6)来表示[3]:

其中C为任一正常量。有趣的是随机抽样矩阵需要具有低相干性和高概率的特点[10]。在引文[12]中引入了对相干性稍作修改的方法,通常用于寻找最优抽样矩阵。这里需要强调的是,该方法不适用于我们所遇到的问题,因为我们的抽样空间受到像素基的限制。

2 视差图的采样与表示

设D∈Rh×w是一个视差图,它有n=hw项并且假定m<<n个视差是已知的。与依赖特定相机设置的方法形成鲜明对比的是,视差可以用任何方法计算。我们提出的恢复算法的精确度只取决于采样点。

一般情况下,视差图主要包括大量等视差的同质区域,在区域间转换的时候会产生少量的间断点。正是因为这个原因,可以假设视差图的小波变换也是稀疏的,可以使用小波域代替图像域。

假设s∈Rn是经过矢量化的未知视差图,y∈Rm代表视差测量,此外设Ψ表示Daubechies小波基,因而有s=Ψx(X∈Rn是具有小波系数的稀疏基),每个测量yi所对应的标准基向量为ei∈Rn,可得:

这里(·)T代表转置运算,一般说来我们用v(i)表示向量v的第i项。设p∈Nm代表包含被测视差指数的一个向量。则解决问题的抽样基为:

不过典范基和小波基之间的相互干扰特别强。根据公式(6)可知,需要较多的随机测量。尽管即不符合低干扰性的要求,然而我们仍可以通过选择一些特定的采样点,使之达到用少量测试就可以精确地重构效果。

由于受到小波变换的实质的激发,即相关系数和间断点的位置一一对应,因此那些特殊的采样点正是在间断点处的视差。由于在视差图未知的情况下,我们无法知道间断点的准确位置,因此我们假设视差间断点和图像的边缘强度一致。因此我们将Canny滤波器应用到基准图,并将检测到的图像边缘视为采样点。请注意,这并不意味着无需考虑其他的边缘检测器。此外为了控制最小的采样密度,我们需要将图像分割成一些不重叠的区块并在每个不能精确检测到边缘的区块里面选择一个采样点,图1是一个采样模式的实例。对于这些也选择的采样点,我们需要分别计算出各自的视差,作为重构算法的输入,这部分内容将在以下一节中介绍。

3 稠密视差图的重构

在一些文献中已经提过解决问题(4)的基于二阶法的通用求解器和基于一阶法的算法有很多。由于规模较大的原因,二阶法相对一阶法要准确些,但是计算量太大,因此我们建议用一阶法,思路大致同引文19一样,但是采用了一个新的梯度法。为了增强可读性,我们始终坚持用矩阵向量来表示。然而关于实现我们想提一下,由于涉及的矩阵的尺寸有点大,简单地使用矩阵乘法是不可行的。幸运的是我们可以有效地执行所有的矩阵运算,无需通过图像过滤产生矩阵。

3.1 先决条件

视差图D在(i,j)处的局部变化用公式(9)来衡量:▽D(i,j):=[D(i,j)-D(i,j+1),D(i,j)-D(i+1,j)](9)

由此,我们可以进一步将D的全变差范数定义为:

很多图像重构算法通常都会将全变差范数视为不连续平滑保持的先验条件,在这里我们也将采用这一观点。不难看出借助于两个合适的矩阵Gx,Gy∈Rn×n,可以得出:

可以将问题(4)延伸一下,为小波系数设计一个对称加权矩阵W∈Rn×n,回忆一下,小波系数可分为近似系数和细节系数分别表示低频部分和高频部分。一般说来近似系数比较密集,而细节系数较为稀疏。因而我们可以将矩阵W的对角线上所有符合细节系数的项置1,所有其它的项置0该方案将可以更多地减少基于传感压缩的小波测量次数。此外为了提高算法的鲁棒性,在噪声环境下进行视差测量时,我们会放松对数据的保真度限制。将所有的问题归纳起来就是一个优化问题:

这里A=ΦΨ。参数ε≥0可理解为包含在测量中的噪声能量的一个约束条件,可以把γ≥0看成一个权重参数。在无约束的拉格朗日范式中对目标进行限制有一个共同的方法还可重新表述为:

拉格朗日乘数λ需在约束条件和目标的效用之间进行权衡。

3.2 共轭次梯度法

用一阶法对优化问题(13)的目标的最小化需要计算它的梯度。克服非平滑问题有一个普遍的做法即用一个绝对值去逼近可微的平滑函数,其中v为平滑因子,满足v>0。然而这种做法是一种偏向于稀疏处理的方案,特别是当x1特别小的时候。因此我们提出一个共轭梯度法,这种方法不需要求‖Wx‖1的近似值,于是产生了一个不偏不倚的解决方案。这就是实验的根据,此外可以看出共轭梯度法迭代的次数较少,而且更加准确。

平滑的目标存在一个唯一梯度,相比之下次梯度集合通常含有无限多的元素。我们按照共轭梯度最小化不可微函数法,这种方法表明出于优化目的的最优次梯度具有一个最小的欧几里德范数。

由于W是对称的,故有WT=W,‖Wx‖1的次微分是集合∂‖Wx‖1⊂Rn,满足以下条件:

对于‖ΨX‖TV而言,次梯度的实现是可以计算的,这归功于具有次梯度的最小欧几里德范数。因此我们将使用Huber函数:

对于全变差范数而言,平滑近似满足:

请注意,平滑先验并没有偏向求‖Wx‖1的稀疏解,可以简写为:

因此,修改后的优化目标的次微分为:

是一个集合:

可记为:

很容易验证由公式(22)给出的具有最小欧几里德范数的最终次梯度。

这里有

梯度下降法的初始值为:x0=ATy,并进行如下迭代更新:

标量ai≥0是线性搜索或者是步长,而hi是i第次迭代的此梯度下降方向。计算标量ai的线性搜索方法有很多,我们从中选择了回溯线性搜索,因为这种方法很容易理解而且计算机量不大。考虑到下降方向,我们会用几个对hi进行更新的公式对我们的方案进行测试。实验表明利用Hestenes-Stiefel(HS算法)、Polak-Ribiere(PR算法)和Fletcher-Reeves(FR算法)重构的效果是很好的。就收敛速度而言,HS比其他算法更出色,见表1(测试数据对比)。此外,注意到HS算法的收敛速度几乎独立于所选择的线性搜索参数,然而其他所有的方法都会受到繁琐的参数调整的影响。鉴于此,我们进行HS下降方向更新:(25)

其中gi:=g(xi),初始值h0=-g0。

方程(24)和方程(25)会一直迭代下去直到收敛或者达到最大的迭代次数为止,我们选择gi的范数作为终止条件。通常枪口下,在n此迭代之后,共轭梯度法需要复位,例如当i%n=0时hi=-gi。对于n维空间而言,算法达到收敛的速度更快,因而不会强调n维空间的重置问题。该算法的输出为已重构好的小波系数x,从中我们最终可以用方程(1)计算出稠密视差图。

4 结果分析

本节我们将评估重构算法在标准Middlebury dataset上的精确度。标准Middlebury dataset提供了立体图像以及真实的视差图。通常视差是一个个的单元,的值间于0到255之间,衡量重构质量有两种方法:

I:失效元数量即重构值不同于其真实值的像素点的百分比。

II:平均绝对视差图误差(相对于整个视差图)。

所有的实验设置的参数都是一样的。考虑到计算成本和结果的质量,我们采用Daubechies四抽头小波,它的计算成本很低,而且效果也特别好。相比之下,使用Haar小波在重构视差图的时候会边缘有交叉。我们选择一层小波分解,那是因为重构效果不会随着小波分解的层数的增加而提高。在实验中,当λ=0.01,γ=10以及v=0.01的时候,方程(19)的缩放因子大体可以确定下来。

接下来将三角形法插值重构(RDT)和以下两种方法进行对比:

(1)基于重构算法的传感压缩,这种算法使用了Canny边缘检测器(CSC)。(2)基于重构算法的传感压缩,这种算法使用了随机采样法(CSR)。

RDT和CSC都在相同的位置进行采样,并对重构质量进行比较,结果如表2所示。

每一行的单元格和第一列重构的独立视差图对应。为了表明方法有效性,首先讨论重构的准确性,使用从最佳视差图中提取出的理想视差测试,和b、d两列进行比较后可看出在测量次数比较多的情况下,这三种算法表现得都不错,但是CSC表现总是最好。当测量次数很少的情况下,CSC的优势较其他算法而言表现得尤为突出。CSC还有另外一个优点,在间断点的附近,RDT会产生穗状重建结果,而CSC不会产生这种非常不好的效果,特别是在边缘附近,CSC所重建的视差图十分精确。

为了评估被干扰的测量对重构结果的影响,我们选择了理想情况下的同一采样位置,并在随机抽样得到的25%的数据中加入了均匀分布在区间[-15,15]的噪声,c和d两列表示测试的效果。当干扰测试存在的时候,RDT的性能有显著地降低,然而CSC和CSR这两种方法对干扰测试却有很强的鲁棒性。注意到c列,当测试达到一定数量时,重构误差略有增加,原因在于干扰测试的数量增加了,进而导致重构误差的增加。

最后,使用实测视差对算法进行评估,为了计算实测,我们采用了自适应支持窗口法集合左右一致性检测[19]。研究结果和引文[19中的稠密法以及使用Middlebury标准的RDT法对比的结果参照表2。我们的算法可以和稠密参考法相比,然而RDT结果相当糟糕。回想起来我们并没有实现一个特定的稀疏算法,通过改善视差测量的质量,例如结合诸如SIFT(尺度不变特征变换)这种精确的特征匹配算法,测量的精度会有所提高,进而可以提高视差图重构的质量。

5 结论

数字测量图 篇9

关键词：实时动态技术,城市控制测量,GPS,工程案例

房产图控制测量是城市房产图测量的基础性工作。传统的方法一般采用导线测量, 随着全球卫星定位技术 (GPS) 的飞速发展, 它以高效率、高精度等优点, 迅速在城市控制测量中已被广泛采用。目前GPS实时动态定位技术 (RTK测量模式) , 更是以实时、快速、操作简单而越来越受到城市测绘单位的青睐。

我们采用Topcon Riper双频GPS接收机, 运用RTK模式完成了多个控制测量项目, 取得了良好的效果。本文主要结合工程实践, 就RTK技术在城市控制测量中的运用谈点体会。

1 RTK技术

GPS实时动态测量 (Real-Time Kinematic) 简称RTK, 是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法。具体作业方法是设置GPS基准站一台, 并将一些必要的数据, 如坐标系转换参数、预设精度指标、基准站坐标等输人GPS手簿, 一台或多台GPS流动站在若干个待测点上设站;基准站与流动站同时接收卫星信号;同时基准站通过电台将其观测值和设站信息一起传送给流动站;流动站将接收到的来自基准站的数据及GPS观测数据, 组成差分观测值进行实时处理。

2 工程案例一

2.1 工程概况

测区位于杭州市某开发区, 控制网布设面积约8kmz, 设计点位27座, 起算点采用位于测区南侧、东侧约0.8km的J市四等平面控制点各一座, 测区北侧、西侧边缘四等平面控制点各一座。

2.2 RTK GPS测量

为了保证测量成果的精度及可靠性, 我们在测区北侧及东侧的起算点分别设置基准站, 分别采集起算点空间坐标解算坐标系转换参数;并分别测量待测点平面坐标, 然后取两次测量的平均值作为最终成果;两次测量结果的坐标差值统计见表1。

根据上述两次测量坐差值的统计, 可算得两次测量平均值的点位中误差为±1.25cm。

2.3 RTK成果的外部检验

(1) 相邻点间边长检测。

检测采用TOPCONG TS602全站仪, 以两次测量平均值作为实测边长值, 共检测通视边17条;实测边长与RTK测量成果坐标反算所得边长的差值统计。

根据上述边长差值统计, 可算得相邻点间边长中误差为11.08cma。

(2) 采用导线测量方式的坐标检验。

在测区南测选择待测点6座, 按一级导线测量方式观测, 起算点为以上述J市四等平控制点为起算的按GPS静态方式观测的城市一级控制点;其测量结果与上述RTK测量成果的坐标差值统计。

根据上述坐标差值的统计, 估算RTK测量成果的点位中误差为±1.22cm。

3 工程案例二

测区位于杭州市G区约24km2区域内, 布设城市平面控制点43座, 采用该区域内分布较均匀的原有GPS四等平面控制点5座为起算点, 同样采用上述双基准站方式观测, 其中一次利用原GPS网测量时得到的WGS-84坐标建立坐标转换关系。

根据两次测量坐标差统计, X坐标两次测量最大差值为2.8cm, Y坐标两次测量最大差值为3.3cm, 两次测量平均值的点位中误差为±1.48cm。

本工程中, 我们同样采用TOPCONG TS602全站仪进行边长检测, 共检测边长11条。根据边长差值统计, 估算得相邻点间边长中误差为±1.13cm。

根据对上述工程数据的分析, 可知采用本文所述的双基准站观测方式, 取两次测量平均值的作为最终成果, RTK测量模式完全可替代全站仪导线测量应用于城市一、二级控制测量。

4 建议

(1) RTK测量与静态GPS测量相同, 首先得到的是WGS-84坐标, 必须通过一定的坐标转换关系才能得到用户坐标系坐标, 转换参数的求取精度对测量成果有很大影响, 因此在实际应用中首先应注意起算点精度, 特别应注意采用一定的方法检核起算点的相对精度;同时, 转换参数有一定的区域性, 它仅适用于起算点所圈定的一定区域, 外推精度随距离增加降低明显, 因此在实际工作中应尽量选择能覆盖整个测区且分布均匀的起算点。 (2) 若已知起算点为静态GPS控制网成果, 可利用已有WGS-84坐标及用户坐标建立坐标转换关系, 这样可节省采集起算点WGS-84坐标的时间、提高工作效率;但在利用原有成果时应注意所采用的WGS-84坐标应是在同一网平差中得到的, 因为它是由单点定位的WGS-84坐标推算得到的, 只代表某个特定的坐标对应关系。 (3) 基准站应选择位置较高的点位, 这样可明显扩大流动站作业范围, 但根据笔者对多个工程成果的统计分析, 基准站与流动站间的距离对测量成有一定的影响, 当流动站与基准站间的距离达到5km~6km时, 两次测得的坐标差值及相邻点间距离与全站仪边长测量的成果差值超过5cm的明显增多;笔者建议在采用RTK技术进行控制测量时, 为保证成果的精度及可靠性, 流动站的作业半径应控制在5km以内;

5 结语

利用RTK技术进行城市控制测量操作灵活、简单, 同时减少了大量的观测数据后处理工作, 大大提高了工作效率, 彻底改变了城市控制测量的作业模式;但在实际工作中应充分认识这一技术的特点及其与传统测量模式的区别, 设法提高测量成果的可靠性。

参考文献

[1]城市测量规范CJJ8-99.中国建筑工业出版社.

[2]全球定位系统城市测量技术规程.CJJ73-97.中国建筑工业出版社.

数字测量图 篇10

关键词：GPS,RTK,立面测量

木梯寺位于甘肃省武山县西南30km的马力镇杨坪村的百林山断崖绝壁上。 相传, 自东汉佛教传入中国, 人们就在这里的北山断崖上开凿石窟, 修建寺院, 唐代达到了鼎盛。据《明代重建木梯寺碑记》载:龙川东北有山曰柏林寺, 相传绝壁处安放一数丈木梯、供人们攀登入寺, 木梯寺因而得名。石窟始凿于北魏, 历经隋、唐、宋、元、明、清各代, 现存石窟19个, 有很高的历史价值、社会价值、艺术价值和环境价值, 尤以5号、7号、11号、13号、14号窟价值最高。解放后被列为省级文物保护单位, 近年更成为国家重点文物保护单位。因年代久远, 石窟外部风化、风蚀严重, 山壁陡峭, 常有松动的石头因大风滚落, 存在安全隐患。千百年来流水侵蚀, 岩壁有很多裂缝, 遇雨天时雨水顺裂缝而下, 部分石窟内的塑像损毁较为严重。有鉴于此, 武山县启动了木梯寺文物保护规划, 准备对木梯寺内文物进行修复, 对周边及内部环境进行整治。受武山县政府委托, 甘肃省地矿局测绘勘查院承担了木梯寺19个洞窟的立面图测量工作。

立面图测量, 即是将石窟所在的山体面采用测量方法表示在平面上, 用等值线反映山体面的凹凸, 并将石窟所在的山体面上的裂缝等特征按照图式规定表示出来, 作为下一步文物部门修缮的参考资料。本次立面图测量采用常规测量方法进行, 使用了4台徕卡ATX1230 GPS接收机、宾得R-322M全站仪和索佳水准仪B20II, 采用0.2m等值距。

1 控制测量

1.1 首级平面控制

在测区周围有3个国家四等点, 坐标系统为1954年北京坐标系, 经现场踏勘, 标志保存完好, 可作为本次测绘工程的起算点。在测区范围内布设了4个I级导线点, 组成GPS网, 采用4台徕卡ATX1230GPS接收机, 同步接收GPS数据, 各观测参数设置如下:

卫星高度角:15°;

有效卫星个数:≥5;

有效卫星总数:≥5;

观测时段:1;

时段长度:45min

数据采样间隔:30s。

GPS网的平差处理:

自由平差:计算中首先对GPS网进行三维无约束平差。

平差后:基线向量中误差最大0.0243m。

点位中误差最大0.0236m。

约束平差:在三维无约束平差的基础上进行二维约束平差。

平差后:平面距离中误差最大0.0124m。

相对误差最大4.8万分之一。

最弱点 (A2) 点位中误差0.0124m。

1.2 高程控制

因石窟均位于百林山断崖绝壁之上, 全部控制点施测水准极为困难, 因此, 只是山下的A1施测了四等水准, 以此作为起算点, 其他三个GPS点均采用拟合高程。

1.3 图根控制测量

本次测量, 在测区内共布设了26个图根控制点。因山势陡峭, 道路狭窄 (一般都不超过1m) , 如采用常规方法施测, 受地形限制, 不仅效率低下, 而且架设仪器困难, 存在安全隐患, 加上树木并不太多, 因此采用RTK技术施测图根控制点。本次RTK作业采用徕卡ATX1230RTK基准站双频接收机1台套、徕卡ATX1230RTK流动站双频接收机3台套。图根点之间只需要一个通视点即可, 有利于减少作业量, 减轻劳动强度, 提高作业效率, 同时, 选点灵活, 能保证每个图根点都放在合适位置, 以利于测绘立面图。

因为, 测量石窟立面的需要, 在每一个石窟前都布设了图根点。在确定图根点位置时, 要注意图根点尽可能设置在开阔处, 以利于观测, 同时不能太靠近石窟, 否则在用全站仪测量石窟、石壁上部的细部点时, 仰角会很大, 导致施测非常困难。

2 立面细部测量

2.1 外业数据采集

木梯寺石窟全部在陡峭的石壁上开凿, 作业人员无法在石壁上面立镜观测, 因此, 必须采用具备免棱镜测量功能的全站仪。本次立面细部测量采用的仪器是具备免棱镜功能的PENTAX (宾得) R-322M全站仪。在石窟前的图根点上架好仪器后, 在定向时须测量与定向点之间的距离和高差, 与两点之间反算的距离和高差比较, 以确保图根点的准确无误。因为石窟立面的方向不可能刚好是正北方向, 为了使最终完成的石窟立面图符合人们的观看习惯, 即面对立面图就像面对石窟一样, 必须首先观测石窟垂直方向上的上下两点A和B, 并加以特别编码以方便识别和内业处理。有此两点, 才能在内业过程中将石窟立面调整为正北方向。

在细部测量的过程中, 与常规方法相同, 只是采点密度大大增加, 每隔0.3m左右即采集一个点, 凹凸超过0.2m须增加采集数量, 像裂缝之类的变化作为主要的要素加以表示。采集数据点时, 须输入编码;在连续测量同一个地物时, 只需第一个输入编码, 后面输入+或–号即可, 内业编绘时会自动处理。

2.2 内业数据处理

内业编辑软件采用南方CASS7.1。在将采集的数据按照正常方法通讯完数据后, 展点如图1所示。

以A为基点, 旋转图形, 使AB方向为正北方向, 如图2所示。

在CASS7.1“工程应用”中, 将旋转后的高程点生成数据文件, 将其导入WORD 中, 转换成表格, 将X值与H值互换位置, 然后再转换成文本格式, 在记事本中存盘, 得到生成立面图所需要的数据文件。

打开CASS7.1, 将新生成的数据文件展点、编辑, 在 下拉菜单“等高线”中, 依次执行 “建立DTM→删除三角形→修改结果存盘→绘制等高线”, 即可得到该石窟的立面图, 如图3所示。

3 需要注意的问题

1) 布设图根点时, 注意不要太靠近洞窟和石壁, 以免在用全站仪观测石壁上部时, 因仰角过大导致施测困难, 甚至无法观测。

2) 在图根点上架设仪器并完成定向后, 必须检测两点间的距离和高差, 以避免RTK施测图根点的过程中可能产生的粗差。

3) 在X值与H值互换位置后, 因其位数较多 (一般小数点前最低也有五位) , 可将其大数去掉, 小数点前保留三位即可, 以免图上高程注记占据太多幅面。

4) 在测量过程中, 最好使用高像素的数码相机, 对被测立面拍照, 以便内业编绘时参照检查。

4 结束语

现在, 甘肃省境内很多的名胜古迹因年代久远, 存在很多的隐患, 政府已立项进行整治;在很多的地质灾害防治中, 也需要测绘立面图。在这类地质灾害的防治中, 一般时间紧迫, 要求能在尽可能短的时间内提供图件。仅仅采用常规测量方法, 周期难以保证。采用GPS技术和常规测量相结合的方法进行立面图测绘, 周期短, 投入成本低, 是一种行之有效的方法。

参考文献

[1]国家质量技术监督局.CH2001-92, 全球定位系统 (GPS) 测量规范[S].2001.

数字测量图 篇11

随着测量与通信技术的快速发展和建设智能化电网需求的增长,电力广域测量系统(WAMS)得到了飞速发展,通常情况下以50帧/s或100帧/s的速度上传采集的量测信息,为监控系统动态过程提供了丰富的实测数据。如何利用状态估计方法快速去除大量高速上传数据中的不良数据,为系统监控提供可靠的熟数据成为研究的重要课题[1,2,3,4]。

不良数据辨识方法较多,如基于残差信息辨识不良数据[5,6,7,8],基于神经网络[9]、模糊聚类[10]和模式匹配[11]辨识不良数据等,但受计算速度、拓扑变化、网络规模等因素限制,这些方法能否适用于WAMS,还有待于进一步研究。

新息图辨识不良数据方法[12,13]是近年来提出的一种从量测量在电网中的关联关系入手辨识不良数据的方法,速度快、准确性较高。文献[14]建立了基于相量测量单元(PMU)测量的交流潮流模型下的新息图状态估计方法,利用PMU提供的支路电流矢量检测和辨识不良数据,可完全适用于WAMS,实现在线不良数据辨识等,效果较好。

本文以基于交流潮流模型的新息图法为基础,提出了在新息网络中利用基尔霍夫电压定律(KVL)辨识不良数据的方法,能在拓扑错误、多相关不良数据同时出现的情况下快速辨识不良数据。

1 基于交流潮流模型的新息图建模

利用PMU采集的电压、电流相量,文献[14]给出了交流潮流模型下的新息图建模方法,其一般支路模型如图1所示。

图1中:$\dot{E}{}_{ij}$为等效电势源,支路i-j闭合时$\dot{E}{}_{ij}=0$,支路断开时,$\dot{E}{}_{ij}=\dot{V}{}_i-\dot{V}{}_j\ne 0$;Zij为支路等效阻抗,Zij0,Zji0为π型等效电路中对地支路阻抗;$\dot{{\rm I}}{}_i$和$\dot{{\rm I}}{}_j$为节点注入电流;$\stackrel{\cdot }{{\displaystyle {\rm I}}}{}_{ij-\text{s}}$和$\stackrel{\cdot }{{\displaystyle {\rm I}}}{}_{ji-\text{s}}$为包含对地支路电流的支路总电流;$\dot{{\rm I}}{}_{ij}$和$\dot{{\rm I}}{}_{ji}$为不包含对地支路电流的支路电流;$\dot{{\rm I}}{}_{i\text{d}}$和$\dot{{\rm I}}{}_{j\text{d}}$为对地支路电流。由此可知流经阻抗Zij的电流为:

$\dot{{\rm I}}{}_{ij}=\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{s}}-\frac{\dot{V}{}_i}{{\rm Z}{}_{ij0}}(1)$

若把对地支路的电流归算到节点i的注入电流中,可以得到节点i的注入电流为:

$\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}=\dot{{\rm I}}{}_i+\dot{V}{}_i{\displaystyle \sum _{j=1}^k\frac{1}{{\rm Z}{}_{ij0}}}(2)$

式中:$\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}$为等效节点注入电流;k为与节点i相连的支路数。

交流潮流模型下,新息直接通过电流向量进行计算。在新息图法中,$\dot{{\rm I}}{}_{ij}$和$\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}$即为求取新息向量时所需的电流值。由图1可知,$\dot{E}{}_{ij},\dot{{\rm I}}{}_{ij},\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}$的新息分别为:

$\{\begin{array}{l}\text{Δ}\dot{E}{}_{ij}=\dot{E}{}_{ij}-\dot{E}{}_{ij}´\\ \text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij}=\dot{{\rm I}}{}_{ij}-\dot{{\rm I}}{}_{ij}´\\ \text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}=\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}-\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}´\end{array}(3)$

式中:$\dot{E}{}_{ij}´,\dot{{\rm I}}{}_{ij}´,\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}´$分别为时刻t+1的支路电势、支路电流和节点等效注入电流预报值;$\text{Δ}\dot{E}{}_{ij},\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij},\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{i-\text{e}\text{q}}$分别为支路电势、支路电流和节点等效注入电流在时刻t+1的新息值,若时刻t至时刻t+1支路i-j未发生拓扑变化,则$\text{Δ}\dot{E}{}_{ij}=0$,否则$\text{Δ}\dot{E}{}_{ij}=\dot{E}{}_{ij}\ne 0$或$\text{Δ}\dot{E}{}_{ij}=\dot{E}{}_{ij}´\ne 0$。

根据新息图法建模思想,选择有电流量测的支路作为连支,由连支上的新息可以得到交流潮流模型下新息图法中各支路的连支推算新息如下:

$\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}}=\mathit{C}\text{Δ}\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}+\mathit{D}\text{Δ}\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{i-\text{e}\text{q}}(4)$

式中:$\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}}$为m维连支推算新息向量,m为支路数;$\text{Δ}\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}$为m-n+1维连支支路新息构成的新息向量,n为节点数;$\text{Δ}\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{i-\text{e}\text{q}}$为n维节点注入新息向量;C为m×(m-n+1)阶支路—回路关联矩阵;D为m×n阶树支—节点关联矩阵。

通常情况下,PMU采集上送速度为50帧/s,采样间隔足够短,如果采用时间间隔为秒级的数据形成新息,那么在没有负荷突变的情况下有:

$\text{Δ}\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{i-\text{e}\text{q}}\approx 0(5)$

则式(4)变为:

$\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}}=\mathit{C}\text{Δ}\dot{\mathit{{\rm I}}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}(6)$

2 新息网络中KVL原理的表现形式

文献[15]提出了回路新息相角差的代数和概念,简称为回路新息相角和,用于辨识拓扑错误,实质是借鉴了KVL。在采用交流潮流模型下,新息图法可以直接使用KVL原理,计算无模型误差。由图1和交流潮流下新息图建模原理,可以得到支路在新息网络中的模型,如图2所示。$\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij}$为流过支路i-j的新息电流,$\text{Δ}\dot{E}{}_{ij}$为支路i-j发生拓扑变化产生的新息电势源。

根据图2所示,新息网络中一般支路模型有:

$\text{Δ}\dot{V}{}_{ij}=\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij}{\rm Z}{}_{ij}+\text{Δ}\dot{E}{}_{ij}(7)$

在新息网络中任意选定一个回路,设该回路包含的支路集合为S,根据KVL,回路中支路电流在阻抗上的电压降之和等于回路中电源的电动势之和,有

$\{\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{i-j\in S}\text{Δ}}\dot{V}{}_{ij}={\displaystyle \sum _{i-j\in S}(}\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij}{\rm Z}{}_{ij}+\text{Δ}\dot{E}{}_{ij})=0\\ {\displaystyle \sum _{i-j\in S}\text{Δ}}\dot{{\rm I}}{}_{ij}{\rm Z}{}_{ij}=-{\displaystyle \sum _{i-j\in S}\text{Δ}}\dot{E}{}_{ij}=\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}\end{array}(8)$

式中:i-j为回路S包含的支路;δinnv.s为回路S包含支路的新息电势源之和;如果由时刻t到时刻t+1回路S包含支路发生拓扑变化,则δinnv.s≠0;否则δinnv.s=0。

式(8)即为KVL原理在新息网络中的应用,是在连支量测均为好数据时给出的,本文将根据式(8)进行不良数据辨识。

3 不良数据的辨识

当考虑回路的连支量测可能为不良数据时,其连支电流量测描述如下:

$\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}=\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}^0+\alpha {}_{\text{v}}(9)$

式中:αv为电流量测不良数据带来的较大误差;$\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}^0$为不包含不良数据带来的较大误差αv的连支电流量测值。

因此,连支电流量测新息如下:

$\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}=\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}-\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}´=\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}^0+\alpha {}_{\text{v}}(10)$

式中:$\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}^0$为不包含不良数据带来误差的连支电流量测新息值;$\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}´$为连支电流预报值;$\text{Δ}\dot{{\rm I}}{}_{ij-\text{l}\text{i}\text{n}\text{k}}$为包含不良数据带来误差的连支电流量测新息值。

若连支包含不良数据,则回路S包含的支路i-j的连支推算新息$\dot{{\rm I}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}$如下:

$\dot{{\rm I}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}=\dot{{\rm I}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}^0+\alpha {}_{\text{v}}(11)$

式中:$\dot{{\rm I}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}^0$为支路i-j的连支推算新息真值;αv为回路连支量测不良数据给支路i-j的连支推算新息带来的较大误差。

对于新息网络中的回路S,若其连支电流量测为不良数据,则其回路电压降可表示为:

$\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{i-j\in S}\dot{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}{\rm Z}{}_{ij}={\displaystyle \sum _{i-j\in S}(}\dot{{\rm I}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}^0+\alpha {}_{\text{v}}){\rm Z}{}_{ij}=\\ \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}^0+\alpha {}_{\text{v}}{\displaystyle \sum _{i-j\in S}{\rm Z}}{}_{ij}=\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}(12)\end{array}$

由式(12)可知,当回路S的连支量测为不良数据时,回路S的回路电压降由2部分构成,其中:$\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}^0={\displaystyle \sum _{i-j\in S}\dot{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}^0{\rm Z}{}_{ij}$为回路S包含的支路发生拓扑变化产生的新息电势源之和;$\alpha {}_{\text{v}}{\displaystyle \sum _{i-j\in S}{\rm Z}}{}_{ij}$为连支电流量测不良数据对回路电压降的影响。

回路S的连支不良数据对与回路S存在共用树支支路的其他回路的电压降也存在影响。设回路S1为与回路S存在共用树支支路的回路,定义支路集合C1,令C1=S∩S1,则回路S1的回路电压降如下:

$\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{i-j\in S{}_1}\dot{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}{\rm Z}{}_{ij}={\displaystyle \sum _{\begin{array}{l}i-j\in S{}_1\\ i-j\notin C{}_1\end{array}}\dot{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}^0{\rm Z}{}_{ij}+\\ {\displaystyle \sum _{i-j\in C{}_1}(}\dot{{\rm I}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}^0+\alpha {}_{\text{v}}){\rm Z}{}_{ij}=\\ {\displaystyle \sum _{i-j\in S{}_1}\dot{{\rm I}}}{}_{\text{r}\text{e}\text{c}\text{k}\text{o}\text{n}.ij}^0{\rm Z}{}_{ij}+\alpha {}_{\text{v}}{\displaystyle \sum _{i-j\in C{}_1}{\rm Z}}{}_{ij}=\\ \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}^0+\alpha {}_{\text{v}}{\displaystyle \sum _{i-j\in C{}_1}{\rm Z}}{}_{ij}=\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}(13)\end{array}$

式中:$\alpha {}_{\text{v}}{\displaystyle \sum _{i-j\in C{}_1}{\rm Z}}{}_{ij}$为回路S的连支不良数据对回路S1新息相角和的影响。

设时刻t到时刻t+1,网络中支路i-j发生了拓扑变化,由式(12)、式(13)可知:

1)当回路S的连支量测为好数据时,回路S,S1的回路电压降存在式(14)～式(17)所示的关系。

$\begin{array}{l}\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}=\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}=0i-j\notin S;i-j\notin S{}_1(14)\\ \{\begin{array}{l}\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}=0\\ \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}\ne 0\end{array}i-j\notin S;i-j\in S{}_1(15)\\ \{\begin{array}{l}\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}\ne 0\\ \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}=0\end{array}i-j\in S;i-j\notin S{}_1(16)\\ \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}=\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}\ne 0i-j\in C{}_1(17)\end{array}$

2)当回路S的连支量测为不良数据时,回路S,S1的回路电压降的关系如下:

$\{\begin{array}{l}\delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}\ne \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}\\ \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s{}_1}\ne 0\\ \delta {}_{\text{i}\text{n}\text{n}\text{v}.s}\ne 0\end{array}(18)$

式(14)～式(18)给出了回路S及与其存在共用树支支路的回路S1回路电压降之间可能存在的5种关系。根据式(14)～式(18)可得到辨识回路连支量测数据是否为好数据的方法。

对于回路S,选择一个与回路S存在共用树支支路的回路S1,分别计算回路S和S1的回路电压降,如果回路S和S1的回路电压降满足式(14)～式(17)所示关系中的一种,说明回路S连支电流量测为好数据;如果满足式(18)所示关系,说明回路S连支电流量测为不良数据,此时对回路S采用局部改变生成树的方法[16],将回路S中存在电流量测的树支支路换为连支,其他回路连支均不变,重新计算回路S和S1的回路电压降,并验证是否满足式(14)～式(17)所示关系,直到发现回路S中包含的好数据为止。由于其他所有回路的连支均未发生变化,因此可清晰地看到回路S中连支支路的改变给回路电压降带来的变化,从而确定不良数据位置。

若包含共用树支支路的回路S和S1的连支测量均为不良数据时,同样可以推导出式(14)～式(18)的结论。辨识不良数据也采用同样的方法,这一点在算例分析中可以见到。

这里需要说明一点,考虑到模型误差的原因,在回路连支测量均为好数据时,回路电压降在计算结果中也不会正好为0,但一般会非常小。在实际应用中可以计算各回路的电压降,以确定适合该网络的回路电压降的门限值。

从上述分析可以看出,利用回路电压降辨识不良数据的方法,只采用连支推算新息进行回路电压降的计算,不采用新息差向量判断连支量测是否为不良数据,因此该方法较文献[12]需要的量测量更少,只需要回路包含的支路上存在一个好的量测数据(电流向量)即可。同时,在辨识连支是否为不良数据时,采用了回路包含支路轮换变为连支的方式,因此对不良数据的位置没有要求,适用的测量系统更为广泛。

4 算例分析

在IEEE 30节点系统中,模拟拓扑变化和多相关不良数据同时出现的情况,验证在新息网络中利用KVL原理辨识回路中不良数据的方法。IEEE 30节点系统量测配置及生成树和回路如图3所示。

以潮流数据加入4%以内的随机误差作为量测量。假设时刻t至时刻t+1支路12-14发生拓扑变化,在支路2-4,4-6,6-7的电流量测分别加入0.1+j0,0.2+j0,0.3+j0的不良数据,构成强相关不良数据;回路Ⅰ和Ⅱ同时包含了这些不良数据,这也是利用回路电压降辨识不良数据方法中最复杂的情况,其他情况均比这种情况辨识简单得多。

回路Ⅰ和Ⅱ包含量测的新息差向量见表1。

从表1的新息差向量可以看出,由于不良数据过多,不能发现回路Ⅰ和Ⅱ是否为不良回路,即无法辨识回路Ⅰ和Ⅱ连支量测是否为好数据。利用新息图法中新息差向量的方法无法辨识,同样,其他方法也无法辨识,但依据回路电压降的方法,采用2个回路电压降之间的关联关系可以辨识其中的不良数据。对回路Ⅰ和Ⅱ的连支支路进行组合试验,即采用局部改变生成树的方法,将回路Ⅰ中任意一条支路作为连支的同时,将此时构成回路Ⅱ的每条有电流量测的支路作为一次连支,并分别计算此时回路Ⅰ和Ⅱ的回路电压降,然后分析回路Ⅰ和Ⅱ的回路电压降是否满足式(14)～式(17)关系。结果如表2所示。可以看出,只有当支路2-5作为回路Ⅰ的连支、支路2-6作为回路Ⅱ的连支时,回路Ⅰ和Ⅱ的回路电压降明显小于其他回路的电压降,可认为其近似为0,满足式(14)所示关系。这说明支路2-5和支路2-6上量测为好数据,从而根据新息差可以辨识出支路2-4,4-6,6-7的电流量测为不良数据。

5 结语

随着WAMS的快速建设和智能电网的迅猛发展,快速、简便及有效的不良数据辨识方法是不良数据辨识的主要研究方向。本文提出了基于交流潮流模型的新息图法中利用KVL原理辨识不良数据的方法,可以快速辨识出拓扑变化(拓扑错误)情况下的多相关不良数据,为基于WAMS下的不良数据辨识提供了一种有效方法。同时,可以辨识利用新息差向量不能辨识的不良数据,对新息图法是一个重要的补充。