圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差軟件設(shè)計及實現(xiàn)

羅峰,歐海平,李長輝,邢漢發(fā)

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院,廣東廣州 510060)

圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差軟件設(shè)計及實現(xiàn)

羅峰?,歐海平,李長輝,邢漢發(fā)

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院,廣東廣州 510060)

隨著GPS-RTK測量技術(shù)的普及，針對“RTK+全站儀”的圖根控制網(wǎng)測量模式測設(shè)的導(dǎo)線控制網(wǎng)靈活多變。采用“結(jié)點法分別平差”數(shù)學(xué)模型，基于Visual Studio 2005平臺的Visual C++語言進(jìn)行軟件編碼，借助Microsoft Office Word 2003的OLE組件實現(xiàn)資料輸出形成Word文檔，形成了圖根結(jié)點導(dǎo)線網(wǎng)平差軟件，通過工程實例驗證了程序算法的可靠性和可行性。

圖根導(dǎo)線網(wǎng)；結(jié)點法分別平差；軟件設(shè)計與實現(xiàn)

1 引 言

隨著GPS-RTK測量技術(shù)的普及,大大提高了控制點測量的效率,相比傳統(tǒng)的三角測量、GPS靜態(tài)測量等方式更加輕松、迅捷。同時,隨著城市的發(fā)展,高樓大廈越來越多,衛(wèi)星信號的遮擋也影響了GPS-RTK的測量,因此“RTK+全站儀”的測量模式很好地解決了數(shù)字化地形圖測量中圖根控制網(wǎng)的測繪工作,采用上述測量模式測設(shè)的導(dǎo)線控制網(wǎng)靈活多變,為了對圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)的成果計算,編寫了一套自動化高的平差處理程序。

2 軟件設(shè)計及實現(xiàn)

2.1 軟件設(shè)計

圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差的方法選擇了由顧孝烈等編著的《城市導(dǎo)線測量》[1]中介紹的“結(jié)點法分別平差”數(shù)學(xué)模型進(jìn)行編制。該模型的主要思路為:①首先按間接平差以結(jié)邊的方向角為未知數(shù),以每條線路推算該結(jié)邊的方向角為觀測值,平差計算得到結(jié)邊的方向角,然后進(jìn)行單條線路的角度閉合差分配；②以改正后的角度及邊長觀測值計算各邊的坐標(biāo)增量與各條線路的坐標(biāo)增量；③把各條線路的坐標(biāo)增量作為觀測值,以結(jié)點的坐標(biāo)作為未知數(shù),分別按間接平差計算結(jié)點的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)；④最后對于各條線路按照單導(dǎo)線附合線路的簡略平差法進(jìn)行計算得到導(dǎo)線點平差后的坐標(biāo)。

2.2 軟件實現(xiàn)

采用基于Visual Studio 2005平臺的Visual C++語言進(jìn)行軟件編碼[3],借助Microsoft Office Word 2003的 OLE組件實現(xiàn)資料輸出形成Word文檔。編制的圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差程序能對角度閉合差、坐標(biāo)閉合差、高程閉合差進(jìn)行計算檢驗,合格后通過平差計算,最后按要求輸出平差結(jié)果文本,其計算流程如圖1所示。

圖1 軟件的算法流程圖

軟件的功能主要包括數(shù)據(jù)的讀取、線路的搜索、閉合差的檢核,結(jié)邊方位角平差計算、結(jié)點坐標(biāo)平差計算、結(jié)點高程平差和資料的輸出,

(1)線路的搜索功能

通過給定結(jié)點信息,起算點信息,在觀測數(shù)據(jù)中搜索起算點到結(jié)點、結(jié)點到結(jié)點的導(dǎo)線線路。

(2)閉合差檢核功能

閉合差的檢核主要包括三個方面:角度閉合差、坐標(biāo)閉合差、高程閉合差檢查。通過閉合環(huán)或附合線路來計算三個項閉合差的大小,并且判斷是否超過限差。另外,需要檢查線路長度是否超過規(guī)定限差。

(3)角度平差計算功能

由各條線路的起始方向角和觀測的導(dǎo)線轉(zhuǎn)角都可以推算結(jié)邊的方位角。由于導(dǎo)線轉(zhuǎn)角中含有觀測誤差,每條線路都需要加改正數(shù)?？梢粤谐雒織l線路的角度誤差方程。各條線路推算方向角的權(quán)用測站數(shù)的倒數(shù)來確定。由誤差方程式列出法方程通過最小二乘法則平差計算出每個結(jié)邊的方位角。

(4)結(jié)點坐標(biāo)平差功能

得到結(jié)邊方向角的平差值后,各條線路的兩端均有已知方向角,因此可以計算各條線路的角度閉合差,改正其轉(zhuǎn)折角,并推算各邊的方向角。各條線路可以根據(jù)各邊的方向角和觀測邊長,計算各邊的坐標(biāo)增量及各條線路的坐標(biāo)增量,從而推算結(jié)點坐標(biāo)。由于觀測邊長和角度存在誤差,因此各線路的坐標(biāo)增量需要加改正數(shù)?？梢粤谐龈鳁l線路的結(jié)點縱、橫坐標(biāo)誤差方程。各條線路推算坐標(biāo)誤差與線路長度成正比,確定權(quán)為線路長度的倒數(shù)(長度以公路為單位)。由誤差方程式列出法方程通過最小二乘法則平差計算出每個結(jié)點的坐標(biāo)。

(5)結(jié)點高程平差功能

各條線路可以根據(jù)各邊的高度角和觀測邊長,計算測站間的高差值及各條線路的高程值,從而推算結(jié)點高程。由于觀測邊長和高度角存在誤差,因此推算的結(jié)點高程需要加改正數(shù)。這樣可以列出各條線路的結(jié)點高程誤差方程。各條線路推算高程誤差與線路長度成正比,確定權(quán)為線路長度的倒數(shù)(長度以公路為單位)。由誤差方程式列出法方程通過最小二乘法則平差計算出每個結(jié)點的高程。

(6)結(jié)果輸出功能

借助Microsoft Office Word 2003的OLE組件實現(xiàn)資料輸出形成Word文檔。輸出支線線路情況、閉合差檢驗情況、結(jié)點坐標(biāo)等情況。

3 算例驗證

測量計算軟件以精度為本,因此測量計算結(jié)果正確與否是軟件是否可用的判斷標(biāo)準(zhǔn)。為了測試軟件的可靠性,本文以“圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差軟件”與清華三維平差數(shù)據(jù)處理軟件計算成果(清華三維平差軟件采用嚴(yán)密平差模型,其計算結(jié)果精確可靠,以其為真值)進(jìn)行比較,以廣州地區(qū)某測量工程的圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)為例子,如圖2所示,進(jìn)行了測試分析。導(dǎo)線控制網(wǎng)中R951、R952、R953、R956為RTK測量得到的三級起算點,4989、4996、4999、5為結(jié)點,4974、4977為支線點。

圖2 某測量工程圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)

結(jié)點計算輸出資料如表1、表2所示?！皥D根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差軟件”與清華三維平差軟件計算結(jié)果比較如表3所示。

搜索結(jié)點線路狀況 表1

閉合差檢核 表2

“圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差軟件”與清華三維平差軟件計算結(jié)果比較 表3

由表1、表2、表3可以看出:使用“圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差軟件”計算實測算例與清華三維平差軟件計算結(jié)果比較理想,平面坐標(biāo)和高程較差都在1 cm左右,其中4996最大較差為16 mm,究其原因,兩種軟件采用的模型算法不同會導(dǎo)致差異是正常的,并且其較差的平均值在1 cm內(nèi)驗證了程序算法的可靠性。

4 總 結(jié)

圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)網(wǎng)形靈活多變,在城市測量中應(yīng)用非常廣泛。通常情況下,其外業(yè)觀測數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)處理過程中大多涉及矩陣的計算。且由于導(dǎo)線網(wǎng)網(wǎng)形的不確定性,因此其程序設(shè)計非常復(fù)雜。“圖根導(dǎo)線結(jié)點網(wǎng)平差程序”以“結(jié)點法分別平差”數(shù)學(xué)模型進(jìn)行編制導(dǎo)線網(wǎng)的計算程序。其計算精度滿足圖根導(dǎo)線的測圖精度要求。平差模型適應(yīng)于一般結(jié)點導(dǎo)線網(wǎng)測量模式,通過工程實例驗證了程序算法的可靠性和可行性。

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Luo Feng,Ou Haiping,Li Changhui,Xing Hanfa
(Guangzhou Urban Planning＆Design Survey Research Institute,Guangzhou 510060,China)

With the GPS-RTK measurement technology popularization,In order to deal with the“RTK+total station”mapping control network measurementmode,using the“nodemethod respectively adjustment”mathematicalmodel,carries on the software code Visual Studio Visual 2005 platform based on the C++language,using Microsoft Office Word 2003 an OLE component implements data output form Word document.form the root node traverse network adjustment software,Projects verified the reliability and feasibility of the program algorithm.

traverse network；nodes respectively adjustment；designing and implementation of program

1672-8262(2013)06-143-04

P209

B

2013—06—28

羅峰(1984—),男,工程師,現(xiàn)從事GPS數(shù)據(jù)處理及工程測量等工作。

廣州市科技計劃項目資助(12C43071597；2012Y2-00035；2013Y2-00031)；廣州市測繪與地理信息重點工程技術(shù)研究開發(fā)中心項目(11G0041)