图根导线结点网平差软件设计及实现

罗峰,欧海平,李长辉,邢汉发

(广州市城市规划勘测设计研究院,广东广州 510060)

图根导线结点网平差软件设计及实现

罗峰∗,欧海平,李长辉,邢汉发

(广州市城市规划勘测设计研究院,广东广州 510060)

随着GPS-RTK测量技术的普及，针对“RTK+全站仪”的图根控制网测量模式测设的导线控制网灵活多变。采用“结点法分别平差”数学模型，基于Visual Studio 2005平台的Visual C++语言进行软件编码，借助Microsoft Office Word 2003的OLE组件实现资料输出形成Word文档，形成了图根结点导线网平差软件，通过工程实例验证了程序算法的可靠性和可行性。

图根导线网；结点法分别平差；软件设计与实现

1 引 言

随着GPS-RTK测量技术的普及,大大提高了控制点测量的效率,相比传统的三角测量、GPS静态测量等方式更加轻松、迅捷。同时,随着城市的发展,高楼大厦越来越多,卫星信号的遮挡也影响了GPS-RTK的测量,因此“RTK+全站仪”的测量模式很好地解决了数字化地形图测量中图根控制网的测绘工作,采用上述测量模式测设的导线控制网灵活多变,为了对图根导线结点网的成果计算,编写了一套自动化高的平差处理程序。

2 软件设计及实现

2.1 软件设计

图根导线结点网平差的方法选择了由顾孝烈等编著的《城市导线测量》[1]中介绍的“结点法分别平差”数学模型进行编制。该模型的主要思路为:①首先按间接平差以结边的方向角为未知数,以每条线路推算该结边的方向角为观测值,平差计算得到结边的方向角,然后进行单条线路的角度闭合差分配；②以改正后的角度及边长观测值计算各边的坐标增量与各条线路的坐标增量；③把各条线路的坐标增量作为观测值,以结点的坐标作为未知数,分别按间接平差计算结点的纵坐标和横坐标；④最后对于各条线路按照单导线附合线路的简略平差法进行计算得到导线点平差后的坐标。

2.2 软件实现

采用基于Visual Studio 2005平台的Visual C++语言进行软件编码[3],借助Microsoft Office Word 2003的 OLE组件实现资料输出形成Word文档。编制的图根导线结点网平差程序能对角度闭合差、坐标闭合差、高程闭合差进行计算检验,合格后通过平差计算,最后按要求输出平差结果文本,其计算流程如图1所示。

图1 软件的算法流程图

软件的功能主要包括数据的读取、线路的搜索、闭合差的检核,结边方位角平差计算、结点坐标平差计算、结点高程平差和资料的输出,

(1)线路的搜索功能

通过给定结点信息,起算点信息,在观测数据中搜索起算点到结点、结点到结点的导线线路。

(2)闭合差检核功能

闭合差的检核主要包括三个方面:角度闭合差、坐标闭合差、高程闭合差检查。通过闭合环或附合线路来计算三个项闭合差的大小,并且判断是否超过限差。另外,需要检查线路长度是否超过规定限差。

(3)角度平差计算功能

由各条线路的起始方向角和观测的导线转角都可以推算结边的方位角。由于导线转角中含有观测误差,每条线路都需要加改正数。可以列出每条线路的角度误差方程。各条线路推算方向角的权用测站数的倒数来确定。由误差方程式列出法方程通过最小二乘法则平差计算出每个结边的方位角。

(4)结点坐标平差功能

得到结边方向角的平差值后,各条线路的两端均有已知方向角,因此可以计算各条线路的角度闭合差,改正其转折角,并推算各边的方向角。各条线路可以根据各边的方向角和观测边长,计算各边的坐标增量及各条线路的坐标增量,从而推算结点坐标。由于观测边长和角度存在误差,因此各线路的坐标增量需要加改正数。可以列出各条线路的结点纵、横坐标误差方程。各条线路推算坐标误差与线路长度成正比,确定权为线路长度的倒数(长度以公路为单位)。由误差方程式列出法方程通过最小二乘法则平差计算出每个结点的坐标。

(5)结点高程平差功能

各条线路可以根据各边的高度角和观测边长,计算测站间的高差值及各条线路的高程值,从而推算结点高程。由于观测边长和高度角存在误差,因此推算的结点高程需要加改正数。这样可以列出各条线路的结点高程误差方程。各条线路推算高程误差与线路长度成正比,确定权为线路长度的倒数(长度以公路为单位)。由误差方程式列出法方程通过最小二乘法则平差计算出每个结点的高程。

(6)结果输出功能

借助Microsoft Office Word 2003的OLE组件实现资料输出形成Word文档。输出支线线路情况、闭合差检验情况、结点坐标等情况。

3 算例验证

测量计算软件以精度为本,因此测量计算结果正确与否是软件是否可用的判断标准。为了测试软件的可靠性,本文以“图根导线结点网平差软件”与清华三维平差数据处理软件计算成果(清华三维平差软件采用严密平差模型,其计算结果精确可靠,以其为真值)进行比较,以广州地区某测量工程的图根导线结点网为例子,如图2所示,进行了测试分析。导线控制网中R951、R952、R953、R956为RTK测量得到的三级起算点,4989、4996、4999、5为结点,4974、4977为支线点。

图2 某测量工程图根导线结点网

结点计算输出资料如表1、表2所示。“图根导线结点网平差软件”与清华三维平差软件计算结果比较如表3所示。

搜索结点线路状况 表1

闭合差检核 表2

“图根导线结点网平差软件”与清华三维平差软件计算结果比较 表3

由表1、表2、表3可以看出:使用“图根导线结点网平差软件”计算实测算例与清华三维平差软件计算结果比较理想,平面坐标和高程较差都在1 cm左右,其中4996最大较差为16 mm,究其原因,两种软件采用的模型算法不同会导致差异是正常的,并且其较差的平均值在1 cm内验证了程序算法的可靠性。

4 总 结

图根导线结点网网形灵活多变,在城市测量中应用非常广泛。通常情况下,其外业观测数据量大、数据处理过程中大多涉及矩阵的计算。且由于导线网网形的不确定性,因此其程序设计非常复杂。“图根导线结点网平差程序”以“结点法分别平差”数学模型进行编制导线网的计算程序。其计算精度满足图根导线的测图精度要求。平差模型适应于一般结点导线网测量模式,通过工程实例验证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

罗峰(1984—),男,工程师,现从事GPS数据处理及工程测量等工作。

广州市科技计划项目资助(12C43071597；2012Y2-00035；2013Y2-00031)；广州市测绘与地理信息重点工程技术研究开发中心项目(11G0041)