大地测量计算与实习报告

课程编号：20132024093 课程性质：必修大地测量计算与实习实 习 报 告学 院： 测绘学院 专业方向： 测绘工程（C组） 实习地点： 武汉大学 班级组号： 六班第2组 学生姓名： 谭攀攀 学 号： 2012301610278 指导教师：丁士俊、刘宗泉、苏新洲、史俊波 2014年6月 17日 至 2014年 7月9日目录一 二等精密水准测量31.1实习目的及意义31.2实习任务.31.3已知高程31.4作业依据31.5测区概况及踏勘、选点41.6使用的仪器和检验51.7 精密二等水准数据采集与数据概算5二 大地测量计算62.1 实习目的62.2.具体要求62.3 程序编程思想与基本框图62.4 大地测量计算成果汇总12三 实习总结15四 附录15附录1 数字水准仪的i角检验结果表15附录2 数字水准尺的零点差检验结果表15附录3 水准点点之记15附录4 精密水准测量外业观测高差与高程概算成果表15五 实习成绩评定表16一、二等精密水准测量1.1实习目的及意义了解水准路线的布设和点的位置，介绍水准点位置的选择方法。每人完成水准仪 i 角测定，一对水准标尺零点差及基辅差常数的测定，一个水准点点之记的绘制。除此之外，按二等水准测量的精度要求，每人完成一个闭合环观测的水准测量观测。每人轮流进行测量中的各种工作，并且对自己观测的成果进行百分之百的检查，同时完成全组的外业高差与概略高程表的计算一份。在进行测量的同时，每组应同时记录当日日程安排及工作量完成情况登记表。通过完成水准仪有关仪器检验和二等水准测量，我们锻炼并提高了仪器操作能力、实际动手能力和团队协作能力，同时巩固了在课堂上学到理论知识。在后期的编程计算过程中，提升了我们实际解决问题的能力，将学到的知识进一步发散，锻炼了编程能力，为后期的工作打下基础。1.2 实习任务二等精密水准测量外业观测与概算的实习任务有以下几点：踏勘测区：了解水准路线的布设和点的位置，介绍水准点位置的选择方法；填写水准点之记：每人完成一个水准点点之记的绘制；仪器检验：每人完成水准仪i角测定成果和一对水准尺零点差及基辅差常数的测定各一份；水准观测：按二等水准测量的精度要求，每人使用数字水准仪至少完成80站的观测和记簿，每个班级按照指定闭合环进行观测。每人轮流进行观测、记录、扶尺、量距、打伞等工作，并按各组记录登；每人使用光学精密水准仪至少完成10站的观测和记簿，每组构成闭合环；每人完成全组的外业高差与概略高程表的计算一份；在进行测量的同时，每组应同时记录当日日程安排及工作量完成情况登记表。1.3已知高程各个闭合环的高程已知点如下：点名已知高程（m）备注郑汉85133.040郑汉85（BM1）未名湖（BM8）未名湖119.888但是环三内没有已知高程点，所以测的时候，设起始点B01高程为100.0m。1.4作业依据国家测绘局，国家一、二等水准测量规范2006-05-24，测绘出版社，2010.其各项限差： (1)水准仪的i角限差为15； (2)标尺的零点不等差为0.10mm； (3)仪器类型光学水准仪数字水准仪备注前后视距差1.0m1.5m任一测站前后视距累积差3.0m6.0m视线长度50.0m3m且50m视线高度0.3m2.80m且0.55m光学为下丝读数测站观测顺序和方法奇数站：后前前后奇数站：后前前后左边表格均为往测，光学仪器返测时与往测相反，数字水准仪返测与往测相同偶数站：前后后前偶数站：前后后前闭合差往返高差不符值 4kmm ( k为测段长度，单位为km,0.1km按0,1km算)环闭合差 4Fmm ( F为环线长度，单位为km )1.5测区概况及踏勘、选点数字水准仪测区：光学水准仪测区：本次数字水准仪实习的路线已经确定为环三，所以踏勘选点十分简单，仅在教务部门口找了一个水准点作为过渡点。1.6使用的仪器和检验本次实习本组使用的仪器是南方的电子水准仪DL-2007和007自动安平水准仪以及配套水准尺，精度较高。我们按照附录的方法求对电子水准仪进行了两项检验（1）数字水准仪的i角检验；（2）数字水准尺的零点差检验，完全符合测量规范要求。（结果另附）下面将检测方法列出：（1）数字水准仪的i角检验方法在一处平坦的场地上用皮尺依次量取一条直线AI1I2B，其中I1，I2为安置仪器处，A，B为立标尺处，在线段AI1I2B上使得AI1=I2B，在I1，I2处先后安置仪器，仔细整平仪器后分别在A,B标尺上各照准读数基本分划四次。将仪器温度与环境温度充分平衡，并开机预热后方可进行检测。（2）数字水准尺的零点差检验方法在距水准仪20至30米的地方依次打三个尺桩，使两桩之间高差约20cm。此项检验需进行3个测回，每一个测回分别在3个桩上安置一对标尺，每测回每桩连续观测4次。1.7 精密二等水准数据采集与数据概算 小组观测日期：6月28号 年7月6号数字水准仪的i角检验时间：6月29号早上8点到12点数字水准尺的零点差检验时间：6月29号下午14点到17点往返测时间： （1）数字二等精密水准：武大樱园环：6月30号、7月2号7月6号（2）光学二等水准 ：7月1号数据概算时间：7月7号7月9号二、大地测量计算2.1 实习目的与要求通过大地测量计算的课程设计，特别是根据数学模型公式，自己动手编程，计算出结果，从而对大地测量中主要计算公式有更深入的了解和掌握。2.2 实习任务（1）每人完成实高斯投影正反算程序编制，并计算结果；（2）每人完成大地主题正反算公式的计算程序编制，并计算出正确的结果；（3）每人完成不同平面之间的坐标系之间转换程序编制；（4）根据提供数据进行二等精密水准外业概算的计算工作，并与其他组的数据进行平差计算。2.3 大地测量计算编程思想与基本框图 高斯投影正反算和大地主题正反算编程，采用的是C#语言，该程序共有2个窗体组成， 第一个窗体为总窗体,其余的分别是高斯正反算和大地主题解算。不同平面坐标系之间的转换编程，我采用的是Matlab编程。Matlab对矩阵计算具有得天独厚的优势，仅需几十行代码即可完成矩阵运算。（1）高斯投影正反算正算是指：由大地坐标（L,B）求得高斯平面坐标（x,y）的过程。反算是指：由高斯平面坐标（x,y）求得大地坐标（L,B）的过程。将克拉索夫斯基椭球带入计算式，可得到正算公式： 式中各系数l，N，a0，a3，a4，a5,，a6的计算公式可参照大地测量学基础。反算相应计算公式： 式中各系数Bf，Z，Nf，b2，b3，b4，b5的计算公式可参照大地测量学基础。程序结构图： 开始 反算 正算K=1；2 1 1 2选择椭球参数：e,a等；分带方法：3或6带输入大地元素：B, L选择椭球参数：e,a等；分带方法：3或6带 输入坐标元素：X, Y 由的前两位（带号）计算中央子午线经度计算中央子午线经度；所在带号；经差计算，关于x,y的级数展开系数：n1, n2, n3等。 P 170 （4381）计算x,y关于经差的级数展开系数：P168（4363）（4365）计算：； ；P 171 （4382）计算：x; y;P168 （4366）计算并输出：、计算并输出：X=x;Y=带号(y+500000)程序思想：这个程序是要我们输入已知量，求解并给出答案。所以最直观明了的就是窗体程序。但是C+的MFC程序比较复杂繁琐，没有C#的windows窗体应用程序那么简单易用，其他语言我也不会，所以就用了C#写这个程序。创建好了C#的windows窗体应用程序，就可以开始做程序了。既然是窗体程序，就得有窗体结构。对于高斯投影正反算，都是输入两个已知量，并选择椭球体参数和投影分带，然后计算输出两个值。两个已知量各用一个TextBox控件，两个选择项各用一个ComboBox控件，对于输出量，可以用一个RichTextBox控件输出。此外，还需要五个Label控件为其他控件提供说明性文字（其中一个文字太多，就将它换成了RichTextBox控件）以及一个Button控件来引发计算。为了避免误填，我用了GroupBox容器将正算反算分开归类。托好窗体以后，就是在Button控件的响应函数中添加代码了。按照程序流程图，先编写正算的。首先，定义各个参数和变量。接着编写选择椭球参数和投影分带的代码，每个选项对应相应的参数值。然后是调用输入值的代码编写。应为输入的是度数，所以需要将度数转化为弧度后再赋予B，L。由L，可以求出中央子午线经度L0，所在带号和经差l。然后编写各个系数的计算公式，计算出各项系数，进而编写x，y计算公式。因为是照公式计算，一步一步往下写代码就可以了。计算出的y并不是国家大地坐标，还需要加上500km，然后再在前面加上带号。最后，就是国家大地坐标的输出代码的编写了。反算的基本过程与正算类似，都是按照公式一步步计算。由于输入的是国家大地坐标，所以需要将y的前两位提取出来作为带号，剩下部分减去500km后再参与计算。反算代码与正算的代码差不多，用的公式不同而已。计算出经纬度后，由于是弧度，需要将其转换为角度后再输出。在托窗体的时候，最好按照一定的顺序放置控件，这样可以减少调用Name值时的错误调用。也可以将Name值改为自己需要的名字再调用。（2）大地主题解算 大地主题解算：知道某些大地元素推求另一些大地元素的过程。 正算：已知某点P1的大地坐标（L1,B1），且知该点到另一点P2(L2,B2)的大地线长及其大地方位角A12，计算P2点的大地坐标（L2,B2）和大地线在P2点的反方位角A21的过程。 反算：已知P1和P2的大地坐标（L1,B1）和P2（L2,B2）计算P1至P2的大地线长，正反方位角A12、A21的过程。 高斯平均引数算法基本思想：首先把勒让德级数在P1点展开改在大地线长度中点M展开，以使级数公式项数减少，收敛块，精度高，其次将M点用大地线两端平均纬度及平均方位角相对应的m点代替，并迭代计算，直到限差小于规定值。 白塞尔方法基本思想：将椭球面上的大地元素按照白塞尔投影条件投影到辅助球面上，继而在球面上进行大地主题解算，最后在将球面上的计算结果换算到椭球面上。其关键问题是找出椭球面上的大地元素与球面上相应元素之间的关系式，同时解决在球面上进行大地主题解算的方法。白塞尔大地主题解算的步骤：（1）按椭球面上的已知值计算球面相应值，即实现椭球面向球面的过渡；（2）在球面上解算大地问题；（3）按球面上得到的数值计算椭球面上的相应数值，即实现从圆球向椭球的过渡。程序结构图：采用高斯平均引数算法 开始反算K=1；2正算 1 2选择椭球参数：；大地元素：选择椭球参数：；大地元素：计算：计算：P 136 (4221）计算： P137(4226)(4228)计算：否计算：；P137（4230）计算：P 136(4218）（4-210）计算：T； P138(4234）Am； (4235)计算并输出：计算并输出：P138 (4231)程序思想：和高斯投影正反算一样，大地主题解算也适宜用C#编程。与高斯投影正反算相比较，大地主题解算的已知量和需要输出的量更多了，所以控件的个数也多了很多，排版时需要注意控件的布局，控件类型与高斯投影正反算基本一致。托放控件的过程和高斯投影正反算基本一样。Button控件响应函数的代码编写，首先是定义变量，接着是选择椭球参数的代码和调用输入值的代码，依然是要注意将度数转化为弧度后再赋予相应的变量。接着是公式的代码编写。高斯平均引数正算的计算公式比较简单，精度比较高（具体计算公式见实习任务书）。从公式可知，欲求、，必先有、。但由于B2和A21未知，故精确值尚不知，为此需要用逐次趋近的迭代方法进行公式的计算。过程大体分为6个步骤：1、计算辅助量；2、计算、 的初值；3、计算、；4、再次计算、；5、重复计算步骤3,直到计算满足限差；6、计算、 的最后值。反算就是正算的逆过程，由于经差L，纬差B及平均纬度均为已知，故可依正算公式很容易的到处反算公式（具体公式见实习任务书）。正算要用条件语句进行步骤3的重复计算，直到计算结果满足限差条件，而反算需要用条件语句判定Am的象限。最后是输出计算结果的代码编写，依然需要将弧度化为角度后再输出。（3）坐标系之间转换的转换参数和转换精度 计算模型如下： 编程思想： 由于是矩阵运算，所以采用Matlab来进行编程。不同坐标系之间的转换的转换参数即平差参数，计算公式可参照误差理论与测量平差基础第7章第2小节。而转换精度则由转换参数求出，计算公式可参照误差理论与测量平差基础第7章第3小节。程序结构图： 开始 输入已知坐标数据构建向量：X= a b c da=x 、b=yc=(1+m)cosd=(1+m)sin 由已知数据得到：采用间接平差方法：定权：P=E；计算：计算 由计算并输出转换参数的内容：2.4 大地测量计算成果（1） 高斯投影正反算计算结果：参考基准：克拉索夫斯基椭球 采用3带，第42带投影 采用的是第二组第4号数据。 已知数据x = 4585822.5452y = 425000L0=126正算x = 4585822.5464y = 42500.3050反算B = 41.24115693L = 125.06112054（2）大地主题解算计算结果采用高斯平均引数算参考椭球为克拉索夫斯基椭球 采用56班第2组第4号数据。正算反算已知数据计算结果已知数据计算结果B1 = 43.18356874B2= 44.35140096B1 = 43.18356874S=142000.0004L1 = 132.10122676L2= 132.13376639L1= 132.10122676A12=1.49430007A12 = 1.4943A21= 181.52055565B2 = 44.35140096A21=181.52055543S = 142000L2 = 132.13376639（3）不同平面坐标系之间的转换，计算四个转换参数，评定转换精度结果如下表：x-2465704.050499y-433212.253161m-5.398267e-008(度）-0.978640(弧度)-0.017080转换精度3.959472e-004与检核点x坐标之差0.0000与检核点y坐标之差0.0030（4）实测数据外业高差与概略高程表计算结果：每公里往返高差中数的偶然中误差 M = 0.12532mm，各个小测段的概略高程结果见附录。水准测量平差计算结果三、实习总结见手写附件实习心得。四、附录附录 测段高差计算与平差计算成果；附录 i角测定成果；附录 水准点点之记；附录 一对水准标尺零点差的检定成果大地测量计算与实习成绩评定表考核项目考 核 内 容分值计分平 时 成 绩考勤（迟到、早退、旷课、病假）。10实习过程中实习态度的总体评价。10外业记簿的工整性与完整性。10考 核 成 绩操作仪器的熟练程度。10大地测量计算结果准确性的评价。10是否出现仪器与其他安全事故。10报 告 成 绩实习报告的内容的完整性与工整性评价。15各种图表是否规范符合要求。10水准测量数据处理的准确性评价。10个人总结是否深刻、认真、全面。5总 分综上所述，大地测量计算与实习总成绩。100指导教师： 年 月 日16