以测绘专业为例简述程序、软件、智能化软件的区别与研究

本文以测绘专业为例浅述程序、软件、智能化软件的一些不同点。

一、关于软件的智能化

《全站仪任意网测量》(简称任意网)软件系统实现了测量平差工作的高度智能化。即，一个软件和一种简单格式的原始观测数据文件就可以满足几乎所有的控制测量工作。只需提交原始观测数据文件即可得到所有平差成果，以及表格化网页报告，期间不需要人工操作。

本软件把全站仪外业定点测量统一看作网，可以满足迄今为止的几乎所有控制测量及精度等级。即，满足包括所有的控制网（三角网、测角网、测边网、边角网以及三角高程网等）、所有的导线网及导线、三角锁、典型图形等的严密平差以及所有的交会计算。还能够满足未来新产生的各种控制测量方案及精度等级。

本软件适合一、二、三、四等及五等以下各等级的平面控制网平差处理，其中还包括附加已知条件的控制网平差、秩亏网平差、拟稳网平差、稳健估计、岭估计、概算、抵偿投影变形和粗差处理等。同时也进行三角高程网平差计算。

本软件在研发过程中，测绘专业方面占10%左右，智能化工作过程方面占90%左右。因为，专业方面基本上都是成熟的专业公式和工程数学方面的计算。如，误差方程系数阵生成以后，其观测值权阵一般相对简单，接着就是一系列的矩阵运算和线性方程组的迭代求解、粗差探测等。因此，本软件的主要开发任务是实现工作过程的智能化，要让计算机尽可能多的代替人的逻辑思维和劳动。而对于生成误差方程方面，平差程序和平差软件相对容易些，而对于智能化平差软件则就增加了不小的难度。其难易程度的区别主要是近似坐标的计算问题。

因此，本软件系统不仅解决专业问题，更重要的是实现了整个有关平差工作过程的智能化，自动完成大量工作内容，凡是计算机能做的事情都交给计算机去做，尽力减轻用户劳动负担，大幅度提高工作效率、降低劳动强度。

本软件在研发过程中的智能化难点之一是，仅用这一个软件和一种简单格式的原始观测数据文件就可以满足几乎所有的控制测量平差工作。因为，从理论上分析是应该能够实现的。即，满足包括所有的控制网（三角网、测角网、测边网、边角网以及三角高程网等）、所有的导线网及导线、三角锁、典型图形等的严密平差以及所有的交会计算。所谓原始观测数据文件是指数据文件中的所有数据都是数据独立的。所谓数据独立是指，观测数据文件中的数据和所有界面上的数据以及软件运行期间所需要的数据等都是独立的，不存在任何函数关系（如等式关系或导出关系或统计数据等）。概括说就是，程序运行期间所需要的所有数据与观测值之间不存在任何函数关系。

由于本软件实现了智能化，因此界面数量很少、界面上的元素少而简洁、操作设置简单，一般情况下用户只需打开浏览器、提交观测数据文件，然后浏览打印获得的各种成果报告。电脑、手机（APP）、虚拟机及全站仪等均可网上操作使用。不需要安装、不存在卸载、不留垃圾信息。

因此，本软件系统的一个显著特点是使工作过程的高度自动化和智能化。

任意网的“任意”二字主要体现在以下这些方面：

1. 不再区分控制测量类型，统一当作网，最简单的网是一个未知点的支导线，复杂网无限制、不封顶。因此，单一导线和交会等可以分别看作是网的特例。也就是说，任意网不需要人工区分是何种网类、导线类、典型图形类、交会类等。用户只需要提交全站仪原始观测数据文件，本软件即可智能化自动识别迄今为止所有能叫上名称的六十多种控制网类型并进行严密平差处理，得到所有表格化网页成果报告（也可以提供Excel表格和Word表格及文本文件）。至于数据文件代表的是那种控制网类型，则由《任意网》软件系统智能判断，不需要测绘工作人员考虑，所以本软件系统对于测绘工作者来说是与平差类型方案无关的，可简称平差方案无关性。

2. 平差结束后将得到两种永久性数据库，SQLServer的MDF数据库和XML数据库，内容完全相同，用户可选择其中之一即可，缺省为XML数据库。数据库中记录了平差前后有保存价值的全过程数据：原始观测数据及其各种专题分析数据、各种成果报告数据、问题处理数据、以及大量有价值的中间成果数据，如每一个点的近似坐标处理过程等。

3. 本软件系统还可以智能化平差处理未来的各种网类、导线类、导线网类、交会类等。即：在实际工作中，测绘科技人员为了解决实际工作中遇到的某些技术难题所设计的一些特殊控制网方案、导线类型以及交会方案等。在这方面，本软件的功能仿佛就像（或形象的描述为）“你只要有我就有，你若尚没有，我就像一个就绪的能量团等待被观察，当你出现时我就会同时迎上去并且没有时间差的起到最好的作用”。

4. 本软件系统能够不间断处理任意复杂的控制网，并且容易掌握，这也为解决外业工作的难度提供了方便。对于本软件系统，全站仪测量人员只需要掌握对每个未知点的平面观测值个数不少于2个（三角高程观测值不少于1个）即可，同时也基本不需要关心通视问题，工作比较省心。外业工作期间阶段性运行本软件，会自动提示哪里缺少必要的基本观测值等相关信息，以随时帮助改善工作。

5. 全站仪原始观测数据文件中只有原始数据，不需要其它与原始数据有关的任何数据，即所有数据之间相互独立。同时，界面上也没有与原始数据函数相关的选项。并且，不论控制网有多复杂，数据文件都是统一简单的格式，很容易阅读检查掌握。

6. 近似坐标计算不需要指定具体计算公式和方法，所有点的近似坐标完全由本软件系统智能化确定。测量人员完全不需要考虑近似坐标是如何计算出来的，一切由任意网系统分析决定而无论控制网有多么复杂。

7. 新建控制点的数量任意，没有限制，只与当今计算机本身的资源能力有关。

8. 已知起算点、已知边（若有）、已知方位角（若有）在网中的位置可以任意随机分布。允许三者互不相邻、互不相关、互相独立。网中的所有已知点之间允许互不通视。

9. 不需要指定导线路线、方向等信息。对于导线、尤其是无定向导线，数据文件中均不需要按导线顺序存放，设站点可以是任意顺序。不需要指定或规定转向角等。不需要提供导线或支导线的连接方向。对于任意网已经不存在控制网类型概念，所以本条所述实际已不存在。

10. 本软件允许在同一设站上有半测回、一测回及多测回的任意测回混合观测，还允许测回内的一些方向不观测，以满足不同精度的定点需要。当然本软件也更适合标准化外业观测，如对于每一个测站的所有方向都有相同的测回数等。

11. 本软件没有零方向的概念，即不需要指定一个测站的水平零方向，更不需要零方向的观测值是0或其它指定值。任意网可以很好的自动解决并智能化处理这个问题。同一个测站上，任意网也没有定向点概念。并且，方向或边长均不需要排序。

12. 利用本软件，外业可同时进行控制测量和碎步点同测，在一个测站上把需要做的外业工作做完，可以不需要先控制后碎步分开两次架设全站仪观测，本软件系统会智能化区分这些观测数据，以减少重复性劳动。

13. 本软件系统，如果需要概算的话，概算趋近次数为3次。平差迭代次数最高为20次。迭代未知数修正值之最大绝对值小于实地0.0001m时迭代正常完成，否则将会给出提示。

14. 提供多种控制网图形：控制网总图、误差椭圆图、相对误差椭圆图、观测边图、观测方向图、垂直角观测图、控制网展点图、控制网DWG格式图（可进行AutoCAD编辑）。

15. 本软件能够对遥远的人不可到达或无法到达或虽可以到达但代价过高的目标进行观测定位，例如测星距、窥测远程敌方目标等。

16. 对于一个具体的大中型工程项目，若利用本软件系统对工作方案布置设计得当，可以大大减少测绘专业人员的投入人数，并实现高速、高效完成规划勘察、设计和长期施工观测、监测方面的有关生产任务。

17. 用户不需要关心的工作。如，用户不需要关心坐标高程如何计算、三角形及点、边和角的编号、顺序、相互关系与数量等、导线点的连接方向和顺序、何种网型以及网的复杂程度等等。本软件系统的后台机器人功能（人工智能）将会自动完成上述这些工作，但不限于这些工作，这里不一一列举。总之，对于控制测量工作中的复杂逻辑，由本软件系统自动负责处理。

18. 精度信息框架。本软件系统的精度信息框架是一种可靠的平差质量保证体系，主要包括以下内容：

1) 验后单位权中误差。

2) 未知点的纵、横坐标中误差和点位中误差、相对点位中误差；

3) 误差椭圆和相对误差椭圆；

4) 观测值改正数；

5) 平面、高程可靠性指标数据：包括统计量、多余分量、内可控性、外可控性；

6) 粗差探测结果与粗差处理。

7) 观测边（平距）中误差。

8) 在测角网和边角网中，任意网会利用完全测角三角形计算测角中误差，并给出完全测角三角形的个数。

19. 科学研究支持：本软件系统，如果平面平差点数不超过10个，可以显示主要最终内部矩阵和向量数据，供测绘科学工作者和在校大学生研究平差学和统计学参考，借助实际生产成果研究平差性质、以便有所发现和创造。方阵对角线数据将以红色高亮显示，便于观察阅读数据。有：

1) 误差方程系数矩阵

2) 误差方程常数项向量

3) 观测值权矩阵

4) 法方程系数矩阵

5) 法方程常数项向量

6) 法方程系数矩阵之逆阵

7) 协因数矩阵

8) 可靠性矩阵

9) 改正数向量

20. 对于容易观测的方向应该增加多余观测，这对提高网的整体精度有益。并且，可以有效弥补和平衡困难地带观测值数量少的问题。而，对于重要的工程部位，为了进一步提高精度和可靠性，可以适当增加若干容易获取的独立观测值。本软件系统支持任意数量的不同观测值自动化处理。

21. 利用本软件能够解决用传统方法难以解决的问题。例如，对存在巨大障碍甚至通视障碍（如大型河流相隔、崇山峻岭阻挡等）的目标以最少的代价进行精确的观测定位。

22. 增加独立观测条件对于提升整个网的精度是明显的，但过多的多余观测却是一种浪费。可以在控制网工作过程中试运行本软件，通过查看日志文件，以了解当前的工作情况、把握工作进度、避免过多的多余观测，以免造成人员和资源浪费等。

23. 全站仪设站点不需要按顺序排序，其顺序可以任意。

24. 不需要平差前先要对原始观测文件进行排序。

25. 不论是平面还是高程均不需要提供测站数，平高网中的三角高程网平差不需要提供边长值。

26. 对于任何复杂网，点的近似坐标计算没有任何问题和影响，完全像简单网的近似坐标计算一样顺利进行，其近似坐标的计算与平差计算的迭代次数、迭代收敛与否不需要特别值得注意，都一样照常进行。也就是说，不论控制网有多么复杂、多么简单，本软件系统对于近似坐标的计算和平差迭代计算都是一样进行的，不需要任何更多的额外考虑和限制，更不需要试算等。

27. 对于纯测边网（现在已很少使用）或个别困难地区观测条件数太少（非不足）时，一部分三角形的近似解不唯一，其中有的三角形本软件可以自动确解，而对于剩下的少数无法自动确解的三角形会让用户帮助确解，用户只需要根据实际情况点击“是”或“否”即可。

28. 本软件中所述的全站仪是测角测距仪器的总代表，并不仅限于全站仪这一种测量仪器本身。

29. 本软件系统能够作为全站仪统一外业定点软件，因其基本上可以满足各种建立控制点的方案，是一种全新概念的测绘工程测量软件系统。

由于本软件系统几乎规避了所有主要方面的诸多限制，大大简化了工作过程，所以使得用户的工作简单化，工作量大幅度减少，实现轻松工作。这就是软件智能化的效果。

二、程序和软件方面

以上是以《全站仪任意网测量》软件系统为例讨论了智能化软件的特点，而平差程序和平差软件则一般只注重解决专业问题，其不同程度的会包含下面的若干限制项：

1. 平差程序和平差软件适应的平差类型比较少，甚至比较单一，因此需要编写多个程序和软件来解决不同的平差类型。

2. 一般需要指定平面近似坐标的计算公式和方法，因此可能会对外业观测方案产生一定限制，以满足指定的近似坐标计算方法。用户可能还需要关心三角形及点、边和角的编号、顺序、相互关系与数量、何种网型以及网的复杂程度、需要指定导线路线、方向等信息。尤其是无定向导线，需要按导线顺序存放，设站点还要排序。有时，还需要指定或规定转向角、并提供导线的连接方向。对新建控制点的数量也可能会有所限制。

3. 已知起算点、已知边（若有）、已知方位角（若有）在网中的位置可能会有不同程度的限制，以及对网中的已知点通视问题也会有不同程度的限制。

4. 需要指定一个测站的水平零方向，需要零方向的观测值是指定值。有的程序和软件还需要对观测方向和观测边长排序。

5. 全站仪设站点需要排序。需要提供测站数。

6. 有的需要在平差前先要对原始观测文件进行排序。

7. 对于复杂网，所有点的近似坐标计算会大大受到影响，尤其对于观测困难的地区，只有增加规定措施，这会给外业观测工作带来极大的不方便和加大外业工作量，还可能会影响到迭代计算次数甚至迭代不收敛，还要另外采取额外措施和诸多限制，比如需要试算等。

8. 有的程序还需要预先在数据文件中或在界面上提供误差方程个数、法方程阶数、总点数、已知点数、方向值组数、方向值总数、边数总数等。

9. 大多数平差程序和平差软件是不写永久保存数据库的，也不考虑网络传输和软件的在线使用等。

10. 有的程序和软件可能数据文件是原始的，但与数据文件相关的数据却放在界面上共用户选择、考虑，界面上的操作元素也因此多而繁杂，这同样认为不是真正意义上的原始观测数据文件，只是换了一种形式。

然而，智能化软件完全不存在上述这些限制项，只需要提交原始观测数据文件即可，因此智能化软件会给工作带来很大方便。