ВВЕДЕНИЕ 13
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 17
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 19
2.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 19
2.2 ИСТОЧНИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ 21
2.3 СВОЙСТВА ОЦЕНОК ПОГРЕШНОСТИ 22
2.4 ЧИСЛО ОБУСЛОВЛЕННОСТИ МАТРИЦЫ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИ РЕШЕНИИ
ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ 22
2.5 РАЗРЕЖЕННЫЕ МАТРИЦЫ 24
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕДИНОГО ПОДХОДА К РЕШЕНИЮ
ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ 39
3.1 РАСЧЕТ КООРДИНАТ НЕИЗВЕСТНОЙ ТОЧКИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИРЕКЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ 39
3.2 РАСЧЕТ КООРДИНАТ НЕИЗВЕСТНОЙ ТОЧКИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ 44
3.3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ 46
3.4 ВЫБОР ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ 50
4 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 53
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 58
5.1 ОРГАНИЗАЦИЯ И ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТ 58
5.1.1 Продолжительность этапов работ 59
5.1.2 Расчет накопления готовности проекта 64
5.2 РАСЧЕТ СМЕТЫ ЗАТРАТ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА 65
5.2.1 Расчет затрат на материалы 65
5.2.2 Расчет заработной платы 66
5.2.3 Расчет затрат на социальный налог 67
5.2.4 Расчет затрат на электроэнергию 67
5.2.5 Расчет амортизационных расходов 68
5.2.6 Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе платежных (расчетных)
документов (кроме суточных) 69
5.2.7 Расчет прочих расходов 69
5.2.8 Расчет общей себестоимости разработки 69
5.2.9 Расчет прибыли 70
5.2.10 Расчет НДС 70
5.2.11 Цена разработки НИР 70
5.3 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА 70
5.4 ОЦЕНКА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ НИР 70
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 74
6.1 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 74
6.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на рабочем месте при
проведении исследований 75
6.1.2 Анализ опасных факторов при проведении исследований 78
6.2 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 78
6.3 БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 78
6.4 ПРАВОВЫЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ 81
6.4.1 Эргономические требования к рабочему месту 81
6.4.2 Режим труда 83
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 87
ПРИЛОЖЕНИЕ A 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 105
ПРИЛОЖЕНИЕ В 107
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 113
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 119
Реферат
Выпускная квалификационная работа 121 с., 17 рис., 17 табл., 33 источника, 5 прил.
Ключевые слова: геодезия, маркшейдерия, метод, погрешность, угол, точка, расстояние, координата, обусловленность.
Объектом исследования являются новые подходы к решению классических задач геодезии и их свойства.
Цель работы - разработать единый подход к решению задач по определению координат неизвестных точек по результатам геодезических измерений. Изучить свойства и особенности нового метода решения таких задач. Реализовать полученную методику в виде программного продукта в макетном варианте.
В процессе исследования проводилось изучение методов и инструментов проведения геодезических измерений, стандартных методологий обработки геодезических данных, разработка и реализация новых алгоритмов обработки, разработка и тестирование программного приложения.
В результате исследования разработан новый единый подход к решению геодезических задач. Реализованы и апробированы предложенные методы в математическом пакете, а также написана программа в среде визуального программирования на языке высокого уровня.
Основные конструктивные, технологические и техникоэксплуатационные характеристики: высокий современный научный уровень, высокая степень новизны и оригинальности, снижение ручного труда.
Степень внедрения: работа выполнена на актуальную тему. Планируется внедрение в организации, выполняющие геодезические и маркшейдерские работы.
Область применения: обработка геодезических данных в
промышленных масштабах.
Экономическая эффективность/значимость работы заключается в повышении скорости выполнения работ, повышение точности результата, снижение ручного труда.
В будущем планируется разработка современного программного продукта пригодного для внедрения в промышленную эксплуатацию.
Введение
Важный вклад геодезии в технологические процессы заключается в обеспечении координатными основами и системами отсчета различные сферы человеческой деятельности. Методы, используемые в геодезии, опираются на широкий спектр достижений математики и физики, обеспечивающих изучение геометрических, кинематических и динамических свойств Земли в целом и отдельных ее участков [1]. Одним из разделов геодезии является маркшейдерия, в круг задач которой входит определение пространственно-геометрического положения объектов и осуществление необходимых геодезических и маркшейдерских измерений, обработка и интерпретирование их результатов на различных этапах строительства и эксплуатации открытых и подземных объектов.
Важнейшими задачами для горной технологии являются: рациональное использование богатств недр, уменьшение потерь полезных ископаемых, комплексное использование полезных ископаемых при добыче и переработке, а также последующее использование проведенных при разработке месторождений горных выработок.
В связи с этим основными задачами маркшейдерской службы являются:
• маркшейдерско-геодезическое обеспечение работ при разведке, проектировании, строительстве, реконструкции горных предприятий и контроль за правильным проведением горных выработок, разработкой месторождений полезных ископаемых открытым, подземным, подводным и скважинным методами;
• сбор, хранение и оперативная обработка многочисленной исходной информации с применением компьютерной технологии, множительной и копировальной техники, с оценкой точности получаемых результатов, с выявлением закономерностей изменения различных показателей и отражением их на горной графической документации;
• выполнение с участием геологической службы работ, связанных с геометризацией месторождений полезных ископаемых и составление прогнозов горно-геологических условий для планирования развития и эффективного ведения горных работ, нормирования технологических процессов горного производства.
Г еодезическо-маркшейдерские работы являются ответственным процессом на всех этапах строительства метрополитенов, тоннельных путепроводов, карьеров по добыче полезного ископаемого и многих других крупных строительных объектов. Залогом качественного и эффективного маркшейдерского обеспечения является использование геодезических приборов, обеспечивающих необходимую точность и оперативность получения результатов измерения, а также качественное выполнение вычислений этих результатов, в том числе и уравнительных.
Все больше внимания уделяется созданию локальных геодезических построений, автономному развитию геодезических сетей с применением спутниковых, инерциальных и других систем. В ряде случаев строятся, так называемые свободные геодезические сети, в которых имеется минимум исходных данных или их вообще нет, т.е. когда все без исключения пункты являются определяемыми. Такие построения используются, например, в качестве геодезической основы для производства инженерно-геодезических работ на строительных площадках, для выполнения кадастровых съемок, для наблюдения за деформациями и осадками зданий и уникальных сооружений, для наблюдений за современными вертикальными и горизонтальными движениями земной поверхности.
Цель данной работы: разработать единый подход к решению задач по определению координат неизвестных точек по результатам геодезических измерений. Изучить свойства и особенности нового метода решения таких задач. Реализовать полученную методику в виде программного продукта в макетном варианте.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• изучить приемы и методы проведения геодезических работ; изучить виды измерений и типы данных, используемых в геодезии;
• разработать другие способы решения некоторых типовых задач геодезии и реализовать алгоритмы в математических пакетах;
• разработать программу на языке программирования высокого уровня (например, C++) с элементами графического интерфейса.
Измерением называется процесс сравнения некоторой физической величины с другой одноименной величиной, принятой за единицу меры. Единица меры - значение физической величины, принятой для количественной оценки величины того же рода. Результат измерений - это число, равное отношению измеряемой величины к единице меры. Различают следующие виды геодезических измерений:
1. Линейные, в результате, которых получают иррациональные расстояния между заданными точками. Для этой цели применяют ленты, рулетки, проволоки, оптические свето- и радиодальномеры.
2. Угловые, определяющие величины горизонтальных углов. Для выполнения таких измерений применяют теодолит, буссоли, эклиметры.
3. Высотные, в результате, которых получают разности высот отдельных точек [4]. Для этой цели применяют нивелиры, теодолиты-тахеометры, барометры.
Различают два метода геодезических измерений: непосредственные и посредственные (косвенные).
Непосредственные - измерения, при которых определяемые величины получают в результате непосредственного сравнения с единицей измерения.
Косвенные - измерения, при которых определяемые величины получаются как функции других непосредственно измеренных величин.
Процесс измерения включает:
• Объект - свойства которого, например, размер характеризуют результат измерения.
• Техническое средство - получать результат в заданных единицах.
• Метод измерений - обусловлен теорией практических действий и приёмов технических средств.
• Исполнитель измерений - регистрирующее устройство.
• Внешняя среда, в которой происходит процесс измерений.
Измерения также различают равноточные и неравноточные.
Равноточные - это результаты измерений однородных величин, выполняемые с помощью приборов одного класса, одним и тем же методом, одним исполнителем при одних и тех же условиях. Если хотя бы один из элементов, составляющий совокупность, меняется, то результат измерений неравноточный.
Заключение
В результате выполнения магистерской диссертации в основной части:
• рассмотрены задачи, возникающие при обработке геодезических данных - угловых и дистанционных измерений;
• предложены алгоритмы единого подхода к решению типовых геодезических задач;
• предложены несколько вариантов формирования СЛАУ;
• для случая с двумя угловыми измерениями найдено аналитическое решение;
• показано, что такие СЛАУ могут формироваться автоматически программными средствами;
• показано, что на точность измерений влияют погрешности данных измерений, обусловленность матриц и свойства разреженных матриц;
• спроектирована структура файлов для хранения исходных и расчетных данных;
• реализованы алгоритмы решения геодезических задач с помощью предложенного подхода как в математическом пакете;
• смоделирована работа геодезиста в части выполнения расчетов по средствам программы; построены диаграммы на унифицированном языке моделирования;
• спроектирована и разработана программа на языке высокого уровня.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение», подтверждается, что данный проект предполагает получение народнохозяйственного эффекта. Внедрение единого подхода решения задач повысит результативность процесса обработки данных: обеспечивается более высокое качество полученных измерений из-за дополнительной их обработки, называемой уравнительными вычислениями.
Ускоряется процесс обработки геодезических данных, уменьшается риск возникновения ошибок при обработке результатов.
В разделе «Социальная ответственность» были изложены требования к рабочему месту математика-программиста, выполняющего работу. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме были указаны оптимальное расположение элементов рабочего места. Соблюдение вышеуказанных условий позволит сохранить хорошую работоспособность и производительность труда программиста.
Результаты работы докладывались на следующих конференциях:
а) XI Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии». - Томск: ТПУ, 2013.
б) XII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии». - Томск: ТПУ, 2014.
в) XIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии». - Томск: ТПУ, 2015.
г) III Международная конференция «Информационные технологии в науке, управлении, социальной сфере и медицине». - Томск: ТПУ, 2016.
1. Попов В.Н., Букринский В.А Геодезия и маркшейдерия. - М.: изд-во «Горная книга», 2007. - 453 с.
2. Пучков Л.А. Маркшейдерская энциклопедия. - М.: Мир горной книги, 2006.
- 605 с.
3. Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Теория математической обработки геодезических измерений. - М.: Академический проект, 2010. - 247 с.
4. Гайдаев П.А., Большаков В.Д. Теория математической обработки геодезических измерений. - М.: Недра, 1969. - 400 с.
5. Зданович В.Г. Высшая геодезия. - М.: Недра, 1970. - 512 с.
6. Нестеренок М.С. Геодезия. - Минск, 2008. - 296 с.
7. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Уравнивание геодезических построений. - М.: Недра, 1989. - 413 с.
8. Медведев П.А. Теория и методология повышения эффективности и точности решения главных геодезических задач на поверхности эллипсоида и в пространстве - Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat, 2010 - Режим доступа: http://www.dissercat.com/content/teoriva-i- metodologiva-povysheniva-effektivnosti-i-tochnosti-resheniva-glavnvkh- geodezicheks#ixzz45DTJFcZK - свободный
9. Основы геодезических измерений. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.2vg.ru/geologiva gidrologiva i geodeziva/osnovv geodezicheskix i zmerenij i4.html, свободный
10. Ильин В. А., Позняк Э. Г. Линейная алгебра: Учебник для вузов. - М.: Физматлит, 2004. - 280 с.
11. Вержбицкий В. М. Основы численных методов. - М.: Высшая школа, 2009.
- 840 с.
12. .Линник Ю. В. Метод наименьших квадратов и основы математикостатистической теории обработки наблюдений. - М. : Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1962. - 349 с.
13. Погрешности вычислений. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://pandia.ru/text/78/403/78506.php, свободный
14. Статистическое оценивание. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.machinelearning.ru/wiki/index.php?title=%D0%9D%D0%B5%D1% 81%D0%BC%D0%B5%D 1 %89%D 1 %91 %D0%BD%D0%BD%D0%BE%D 1% 81%D 1 %82%D 1 %8C, свободный
15. Цей Р., Шумафов М. Число обусловленности матрицы как показатель устойчивости при решении прикладных задач. - Труды ФОРА, 2011. - 7с.
16. Тьюарсон Р. Разреженные матрицы. - М.: Мир, 1977. - 191 с.
17. Задача Потенота [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87% D0%B0 %D0%9F%D0%BE%D 1 %82%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D 1 %82 %D0%B0, свободный ресурс
18. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных: справочное издание. - М.: Финансы и статистика, 1983. - 471 с.
19. Амосов A.A. Численные методы для инженеров. - М.: Высшая школа, 1994. - 544 с.
20. Глинский С.П., Гречанинова Г.И., Данилевич В.М. Геодезия. - М.: «Картгеоцентр» - «Геодезиздат»,1995. - 488 с.
21. Мурашкина Т.И., Мещеряков В.А., Бадеева Е.А. и др. Теория измерений. - М.: Высш.шк., 2007. - 151 с.
22. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений : пер. с англ. / Т. Павлидис. - М.: Радио и связь, 1986. - 399 с.
23. Роджерс Д. Математические основы машинной графики : пер. с англ. / Д. Роджерс, Дж. Адамс. - М.: Мир, 2001. - 604 с.
24. Применение маркшейдерии. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.trimble-ts635 .ru/Mark, свободный
25. Mathcad [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https: //ru.wikipedia. org/wiki/Mathcad, свободный
26. Визуальная среда математического моделирования MathCAD [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://bourabai.ru/einf/mathcad/. свободный
27. Мудров В. И., Кушко В. Л., Метод наименьших модулей. - М.: Знание, 1971. - 64 с.
28. ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.
29. СанПиН 2.2.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
30. СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение.
31. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории застройки.
32. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 Санитарно-эпидемиологические правила и
нормативы «Гигиенические требования к персональным электронновычислительным машинам и организации работы». - М.:
Госкомсанэпиднадзор, 2003.
33. СНиП 23-05-95 Нормы освещенности помещений.