水准网测量平差软件的设计

邓晟

摘要：本文设计了一种采用多种网型相结合的程序，计算时间段，使用方便、直观，精度高，计算速度快，平差计算一步完成，平差结果可靠。

关键词：平差模型；平差基准；外业测量

1 引言

当前市场上存在种类较多的平差软件，处理问题的方式普遍采用传统的平差模型。因此在一般情况下是不能够完全满足用户需求的，特别是在一些特殊的工程数据处理过程中更能体现出来。现在测绘仪器上的标出精度相比以往有了很大的提高，如果起算点位因为外界的因素而发生变动或由于起算数据本身的精度不高，再采用传统的平差模型将会造成平差结果与实际的点位或高程产生较大的扭曲。再如在一些变形工程中只有通过不同时期的观测数据处理，才能够最终确定在一段时间内是否存在一定的变形量发生，因而据此评定此工程本身的稳定性和可靠性。当前的软件设计必须要有效地满足这种需求。测量平差的方法及基准的选取将会影响各期所测观测值的平差结果，进而影响到位移的分析结果。测量平差方法最优化选取取决于方法中定义的基准是否和实际的情况相符合。因此，在监测网进行稳定性分析结果的基础上选择测量平差方法，确定一种相比较有利的基准，是一项重要环节。

2 软件设计原则

2.1 平差软件设计的基本要求

测量平差软件设计中，应当满足一定的要求，这样设计出的软件适应性才比较强。

（1）程序逻辑结构简单，清晰易读，用分层次抽象的办法控制软件开发过程中的复杂性，利于软件的可理解性和开发过程中的管理；

（2）运算速度要快，占用内存要小，内外存之间的交换不宜过于频繁；

（3）数学模型及计算方法正确、先进，计算结果精度高；

（4）适应性强，逻辑上相对独立的成份，应具有良好的接口定义，便于移植，充分考虑各种可能形式，尽量满足不同要求与需要；

（5）方便用户，操作简便。数据输入与用户作业方式与习惯相统一，输出明了、齐全；尽量减少手工处理工作量，操作简便，人机交互性要强；

（6）软件系统不丢失任何重要成份，完全实现系统所需功能的程度；在形式化开发方法中，按照给出的公理行为，描述行为的充分性；当系统出错开非预期状态时，系统行为保持正常的能力；

（7）开发时需要对软件过程逐步分解，以便保证软件系统的正确性。

上述要求，既体现在总体设计之中，也贯穿于在设计的每个环节内。同时软件应该具有一定的安全性，对数据和相关信息等重要资源有保护性。在一定情况下能够稳定的运行。能够与其它软硬件有良好的兼容。

2.2平差软件计算特点

相对于手工的计算方式，用平差软件计算的主要特点是速度快、精度高、数据处理自动化，进而把人从重复而又繁重的计算工作中解放出来，去完成其他工作。从软件设计的角度来观看，软件设计与平差计算是相对独立的。在手工平差计算时，总是会面对这样或那样需要计算的具体问题，所以它的数据是特定的，整个计算过程是由人实时控制；在用计算机软件进行计算中，软件设计时的数据是抽象的，必须时刻考虑到实际计算中问题存在的多样性，以及数据在计算过程时的自动化，所以在程序设计过程中必须考虑所需处理的问题的普遍性和规律性。此外，相比较于手工计算，在平差软件计算时，所选择得平差方法依据可以不同。手工计算时，我们总是希望尽量的降低计算工作量。当必要的观测数t大于多余的观测数r时，就可以选择条件平差；而当必要观测数t小于多余的观测数r的时候，我们就可以选间接平差方法，这样选择，就可以降低平差的计算量，但是平差的精度可能无法保证。在平差软件设计当中，间接平差的使用，对于一般的控制网，误差方程形式比较统一、规律性比较强，是便于编写设计实现的；而条件平差，它的误差方程形式就很多样，规律性较差，不适合编写设计。所以，软件编写主要使用间接平差方法。

3软件功能

以下为软件设计流程图。

3.1 数据采集

数据采集功能常用的有两种方式。

（1）用户直接输入数据。用户直接输入数据必须要方便易用，软件数据采集的界面应展现有关用户输入部分的所有信息，以便用户能够正确地输入数据。如果用户输入的数据格式与软件设计的不附合或是数据本身存在问题不符合水准测量的有关规定，则程序应能够及时地提醒用户，并提出适当的见意信息，提供给用户以便正确地更改输入。

⑵用文本文件形式以标准格式导入。如果水准网中网点的数量众多，观测数据量很大。再由用户使用数据采集窗口输入是很不方便的而且输入的效率也不高，这时用户就可以用标准文件格式导入数据。目前各大测绘仪器厂商的软件产品，数据的导出部分、记录文件都是以文本文件为主要形式，所有软件设计也应这样以文本文件的方式记录观测数据，这样就可免掉不必要的数据格式的转换过程，同时提高用户及软件的工作效率。针对不同的工程数据量或个人习惯的方式不同，用户也可以将两种方式结合起来运用，如果使用标准文件数据中存在错误，则用户可以在直接输入窗口中加以改正。

3.2数据处理

⑴矩阵运算。作为测量中的平差问题，数据处理部分要涉及到大量的数学运算。而其中最为基本的是矩阵运算，因此，软件必须要编写数据处理所涉及到的主要的矩阵运算模块。这些模块有矩阵加、矩阵乘、矩阵求逆、矩阵的转置、矩阵与常数的乘积等。

⑵B阵（网形的构建）。在测量平差中B阵是与控制网的形状相关的，不同的控制网形状建立起的B阵也是不同的。水准控制网中B阵是与水准路线前进的方向相关的。

⑶近似高程阵场。软件对不同的工程水准控制网，提供了固定基准、重心基准和拟稳基准三种不同的平差基准。

⑷L阵、权阵P。有了 B阵、近似高程和从输入数据中获取的观测高差后就可以计算L阵；权阵P的建立取决于用户在设置选项中的选择。选择及设置将会影响到平差后单位权中误差。

（5）迭代计算为了取得更精准的平差结果，軟件在设计中加入了迭代选项，在给予一定的迭代精度后，软件通过调整平差中的L阵，从而达到获取高精度水准网网点高程数据的目的。本软件在设计时釆用的迭代精度设为≤0.0000001。

3.3 数据输出

软件设计中数据输出通过两种方式实现。

（1）表格形式。通过软件输入数据界面的表格可以直观的看到平差结果。缺点是不能完整显示平差结果、平差精度分析成果。

⑵平差成果报告文件。软件设计中平差成果输出为平差后提示用户可以生成平差报告。平差报告是以TXT文档形式显示的。文件生成目录为当前的应用程序所在目录下的Report文件夹内，文件名以平差报告的时间来命名。报告中包括平差所采用的基准、平差的后验方差、观测值的平差值、平差参数的协因数阵、平差后各网点的高程和其对应的中误差。

4 结语

软件的发展是要伴随着硬件的不断改善才能迅速地改变，尤其显著的就是计算机操作系统的不断更新，从完全命令行形式的DOS到现如今的人机交互可视化操作系统。

参考文献：

[1]葛永慧.测量平差[M].中国矿业大学出版社，2005.

[2]徐文.导线网平差系统的设计与实现[D].西安：西安科技学，2011