基于Andriod在工程测量中的分析与设计

摘要：随着通信设备的快速发展，应用软件已在各个领域被广泛应用，测绘技术智能化时代步伐也在不断加快，各种测量应用软件应运而生，可以实时有效的进行测量、计算和矫正工程测量原始数据，为一线测绘人员提供了便捷的工作方式。通過对工程测量的研究与分析，针对实际工程中的数据量大、计算复杂、时效性差等问题，本设计以带号计算、前后方交会、距离交会、高斯正反算和导线平差算法为依据，基于Andriod语占搭建了一系列的工程测算程序界面，来提高工程测算的精度与效率。实验证明，本设计程序具有良好的鲁棒性，能够快速精准的测算出数据结果，为工程测量提供了一条新的研究思路。

关键词：工程测量;算法;设计;软件

中图分类号：P221

文献标志码：A

0引言

随着科技的不断发展，测绘技术的更新换代速度也越来越快，基于Andriod系统开发的APP软件种类也越来越多，技术也逐渐成熟[1]，由于测量信息行业在国家土地规划、城市勘测和市政道路规划等部门需求日益增大，传统的测绘方式已不适应时代发展的要求，具有全球定位系统的手机无疑成为一种新的开发途径，智能手机不仅具有体积小、便于携带和成本低的优势，而且可以实时测量、记录和计算工程数据。目前测绘数据计算仍存在计算量大、公式多而复杂的现象，若能将测绘数据实时导入Andriod系统的移动端;[2]，必然为外业工作人员带来极大方便，提高工作效率和测算精度。本设计基于Andriod系统的开源程序，设计开发了代号、前方交会、后方交会、距离交会、高斯正反算、导线平差和计算器等八种工程测量计算软件，实现了外业测量的便捷性和协同计算功能。

1实例验证

1.1带号

高斯-克吕格投影按经度分为三度带和六度带，六度带自零度子午线按六度带自西向东依次分带，带号按1、2…60带依次编号;三度带在六度带的基础上，将六度带一分为二，三度带的中央子午线重合于六度带的中央子午线和分带子午线，三度带从1.5°子午线起算，每隔3°经差自西向东依次分带，带号按1、2...120带依次编号。

已知当地巾央经线l0，三度带和六度带计算公式：

3°=l0/3，

6°=（l0+3）/6

6°=（l0+3）/6。

已知三度带和六度带的代号，可以通过以下公式计算当地中央经线l0：

l0= 30·3，

l0= 3°·6-3，

1.2前方交会

从相邻的两控制点AB向待定点P观测水平角a、b，以计算待定点P的坐标，称为前方交会[3]。首先根据待定边的边长和坐标方位角，按照坐标正算公式，分别计算已知点AB至待定点P的坐标增量，然后分别从已知点AB计算待定点P的坐标：

xp=xA+△xAP

yP=yA+△yAP。

1.3后方交会

从某一待定点P向三个已知点A、B、C观测水平方向值RA、RB、RC，以计算P点的坐标，称为后方交会[4]。PABC中，与定点4、B、C所对应的内角分别设为A、B、C角，在P点对A、B、C三点观测的水平方向值RA、RB、RC也构成三个水平角α、β、γ，后方交会汁算待定点坐标的公式如下：

x=PAxA+PBxB+PCxc/PA+PB+PC

y=PAyA+PByB+PcYc/PA+PB+PC。

1.4距离交会

以两个已知控制点为中心，分别以目标点与两已知控制点的距离为半径画圆，交会点即为要求目标点[5]。距离交会汁算待定点坐标的公式如下：

xp=xA+γ·cosα-H·sinα，

yp= yA+γ·cosα-H·sinα。

1.5高斯正算

高斯投影正算公式就是由大地坐标（L，B）求解高斯平面坐标（x，y），投影变换必须满足的条件：（1）中央子午线投影后为直线;（2）中央子午线投影后长度不变;（3）投影具有正形性质，即正形投影条件[6]。计算公式如下：

x=。

1.6高斯反算

高斯投影反算公式则是由高斯平面坐标（x，y），求解大地坐标（L，B）[7]，计算公式如下：

B=。

1.7导线平差

导线的内业计算，就是根据起始点的坐标和起始边的坐标方位角，以及所观测的导线边长和转折角，计算各导线点的坐标，按附合导线的要求，各边坐标增量代数和的理论值，应等于终、起两点的已知坐标值之差[8]。

导线的布设形式有下述几种：

（1）闭合导线：闭合导线是从一个已知点出发，最后仍回到这个已知点。由已知控制点1出发，经过2、3、4、5、6点最后仍闭合到1点，形成一个闭合多边形，如图1（a）。

（2）附合导线：布设在两个已知点之间的导线，称为附合导线。如图1（b）所示，由已知点B和已知方向αAB出发，经过导线点1、2、3、4点最后附合到已知点C和已知方向αCD。

（3）支导线：支导线也称自由导线，它是由一个已知点出发，既不回到原出发点又不附合到另外已知点上。如果测量发生粗差，这种导线无法检核。因此，布设时一般不得超过二条边。具体如图1（c）所示。

导线内业计算步骤：

1.7.1 角度闭合差计算和调整

（1）计算角度闭合差fβ。

（2）计算角度闭合差允许值fβ允。

（3）判断精度：当fβ≤fβ允时，满足精度要求，超过则重测。

（4）计算角度改正数的方法：闭合差按相反符号平均分配到各角上;当fβ不能整除时，余数分在短边两侧的角上。

1.7.2导线方位角计算

可根据第一条边的方位角和调整后的内角（左角），推算其他各边的方位角。

1.7.3坐标增量计算及坐标增量闭合差调整

按坐标正算公式计算各边的坐标增量，计算坐标增量闭合差、導线全长闭合差、导线相对闭合差及坐标增量改正值。

fx=∑△x测-（x终-x起），

fy=∑△y测-（y终-y起）。

1.7.4计算导线点坐标

根据起点的已知坐标及调整后的坐标增量，逐一推求。算完最后一点，再推算起点坐标以验核。

2结果验证

2.1开发环境

本程序设计是基于Android操作平台实现的，通过Android中SDK软件开发包进行程序搭建，SDK选择Android4.2的API开发版本，搭建代号、前方交会、后方交会、距离交会、高斯正反算、导线平差和计算器等八种工程测量计算软件，运行环境为Winclows7。

2.2界面设计

为了便于工程测算，本设计建立一个程序软件，此软件设计主要包括带号、前方交会、后方交会、距离交会、高斯正算、高斯反算、导线平差和计算器等八个测算界面，如图1所示。

2.3实例验证

将基于Andriod搭建的前方交会、高斯正算、高斯反算和导线平差进行实例验证，前方交会输入A（36，48）、B（25，50）和C（10，20）三点坐标，输入置角A点、置角B点和置角C点的角度分别为30°、45°和60°，按下计算按钮，得到检核偏差d为0，P点的X坐标为28.294，P点的Y坐标为45.242，如图3（a）所示;高斯正算在西安80坐标系、北京54坐标系和2000国家大地坐标系三种坐标系中选择2000国家大地坐标系进行计算，设定投影面高程为450m，加常数x设定为1000，y设定为500000，输入点号1经度为45°20′10″、维度为60°45′20″，高斯正算计算结果带号为15，中央子午线的经度为45°，高斯平面坐标为（6739778.1301，518326.9465），如图3（b）所示;高斯反算在西安80坐标系、北京54坐标系和2000国家大地坐标系三种坐标系巾选择2000国家大地坐标系进行计算，设定投影面高程为450m，加常数x设定为1000，y设定为500000，输入带号为3度带，中央子午线经度设定为9°，输入起点坐标（112233，24680），通过按下计算按钮，得到高斯反算的计算结果，获得此点的大地坐标系经度为4°44′1″、维度为1°0′11″，子午线收敛角为0.0748°，如图3（c）所示;导线平差按起始边计算分为左角观测和右角观测，导线是一系列折线组成的，相邻两条边组成转折角。测量导线时，要观测角，此时，要设置一个前进方向，然后面向前进方向，左手侧的角度是（前进方向）左角;面向前进方向，右手侧的角度是（前进方向）全局方向左角，然后进行导线计算，导线计算是按顺时针或者逆时针计算，计算或推算的方向，这个角在左侧就是左角，右侧是右角。根据测量夹角和边长，推算出平面坐标的测量称为导线测量，常用的导线测量还包括附和导线和支导线。闭合导线就是已知一条边，测量若干个边长和夹角后又闭合到已知边的导线测量方法。通过计算平差后，可计算得到经过的未知点的平面坐标，精度分为一等、二等、三等、四等和图根计算方法，选择五种任意一种精度都可以导出算数据结果，为Excel格式导出，设定起始边首端点A和末端点B，输入A点的坐标为（6，12），输入B点的坐标为（10，20），设定终始边首端点C和末端点D，输入C点的坐标为（24，48），输入D点的坐标为（18，36），导出最后测算数据，如图3（d）所示。

3结束语

本设计依据Andriod程序代码对前后方交会、距离交会、高斯正反算和导线平差进行自动化解算，其结果主要体现在以下几个方面。

（1）针对测算公式的复杂性，传统的计算方法需要进行大量的单独测算，在其过程中会出现一定的偏差，解算需要耗费大量时间，且解算效率低，本设计基于Andriod程序代码进行图形用户界面设计，能够快速实现工程测量自动解算，提高了实际工程测量中的工作效率。

（2）针对测算数据的数量大和时效性，为得到精确的解算结果，需要三个点甚至多个点，增加了解算时的难度，也可能出现更大的解算偏差，本设计Andriod程序代码可实时进行数据解算，并进行自动检核，提高了工程测量解算中的鲁棒性。

参考文献：

[1]李仲缘，王铭海.基于Andriod技术的远程教育系统设计与实现[J].信息化建设，2016（5）：96.

[2]李昭彤.基于Android手机的空间前方交会定位方法设计与实现[D].长春：吉林大学，2017.

[3]杨彬，丁婷.前方交会法在基坑水平位移测量中的应用[J].世界有色金属，2013（S1）：78-80.

[4]鲍瑶.一个后方交会测量问题的三种解算比较[J].山西建筑，2019.45（2）： 196-197.

[5]李建豪.距离交会的误差估算及应用[J].城市勘测，2011（3）：119-121.

[6]岳江潮，欧阳永龙，靳宝.高斯投影计算Vlisp程序开发[J].北京测绘，2018，32（9）：1059-1063.

[7]郭鑫.1954北京坐标系与1980西安坐标系高斯投影正算、反算、换带计算及坐标转换[J].建材与装饰，2017（19）：227-228.

[8]冯大福，金辉.全站仪坐标导线简易平差方法探讨[J].矿山测量，2019，47（1）：101-104.

收稿日期：2020-06-12

作者简介：孙成（1992-），男，汉族，山东德州人，硕士，主要从事大地测量和工程测量工作。