[工程科技]第四章平面控制網(wǎng)程序設計ppt課件

1、第四章第四章 平面控制網(wǎng)程序設計平面控制網(wǎng)程序設計 本章重點：本章重點：1.1.近似坐標計算近似坐標計算2.2.誤差方程的建立系數(shù)陣誤差方程的建立系數(shù)陣B B及常數(shù)項陣及常數(shù)項陣L L的的生成生成3.3.基于累加性，直接生成法方程系數(shù)陣及常基于累加性，直接生成法方程系數(shù)陣及常數(shù)項陣數(shù)項陣4.4.定權定權一、概述 程度網(wǎng)是指用經(jīng)典的丈量手段測邊、測角等布設的平面控制網(wǎng)，根據(jù)觀測值類型的不同，程度網(wǎng)可分為測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)、導線網(wǎng)等不同的網(wǎng)型。程度網(wǎng)平差的目的主要就是確定未知點的平面坐標以及其精度。1程度網(wǎng)的觀測值 程度網(wǎng)的觀測值可分為方向值、邊長和方位角三類。對于一個詳細的程度網(wǎng)，三類觀測值不一定全

2、部存在。例如，傳統(tǒng)的三角網(wǎng)僅有方向值，導線網(wǎng)既有邊長又有方向值，三邊網(wǎng)僅有邊長觀測值。并假定方向值、邊長、方位角都已歸算到同一投影面的觀測值。2平差方法平差方法 對程度網(wǎng)進展平差時，可根據(jù)實踐情況選擇對程度網(wǎng)進展平差時，可根據(jù)實踐情況選擇不通的平差方法。本課程中，直接選擇間接平差不通的平差方法。本課程中，直接選擇間接平差模型作為平差時所選的函數(shù)模型，即以點的坐標模型作為平差時所選的函數(shù)模型，即以點的坐標作為未知數(shù)。選擇間接平差方法，誤差方程具有作為未知數(shù)。選擇間接平差方法，誤差方程具有一致的方式，便于程序設計。一致的方式，便于程序設計。二、平面控二、平面控制網(wǎng)程序設制網(wǎng)程序設計流程計流程三、原

3、始數(shù)據(jù)文件格式三、原始數(shù)據(jù)文件格式 普通來說，不同的數(shù)據(jù)組織對應不同的數(shù)據(jù)文件，對應不同的讀取數(shù)據(jù)文件的程序。 原始數(shù)據(jù)文件中共有四類數(shù)據(jù)，其順序普通為概略信息、精度目的、知坐標、觀測數(shù)據(jù)方向觀測值、邊長觀測值、方位角觀測值。1概略信息格式概略信息包括總點數(shù)、知點數(shù)、方向觀測值數(shù)、邊長觀測值總數(shù)、方位角觀測值總數(shù)。概略信息普通放在數(shù)據(jù)文件第一行，每個數(shù)據(jù)項都是一個詳細的數(shù)字，不同的數(shù)據(jù)項用分隔符隔開如逗號、空格等。2 精度目的格式精度目的格式 精度目的是各種觀丈量的中誤差，可按照方精度目的是各種觀丈量的中誤差，可按照方位值中誤差、邊長固定中誤差、邊長的比例中誤位值中誤差、邊長固定中誤差、邊長的

4、比例中誤差、方位角中誤差的順序來填寫。不同的數(shù)據(jù)項差、方位角中誤差的順序來填寫。不同的數(shù)據(jù)項用分隔符隔開。用分隔符隔開。3 知坐標格式知坐標格式 一個知點的數(shù)據(jù)格式為：知點號、一個知點的數(shù)據(jù)格式為：知點號、x坐標值、坐標值、y坐標值。坐標值以米為單位。當有多個知點數(shù)坐標值。坐標值以米為單位。當有多個知點數(shù)據(jù)時，順序陳列各知點的點名、據(jù)時，順序陳列各知點的點名、 x坐標值、坐標值、y坐坐標值，每個控制點數(shù)據(jù)占一行。標值，每個控制點數(shù)據(jù)占一行。4 方向觀測值格式方向觀測值格式5 5邊長觀測值格式邊長觀測值格式 一條邊長數(shù)據(jù)的格式為：點名一條邊長數(shù)據(jù)的格式為：點名1 1、點名、點名2 2、邊、邊長觀

5、測值。長觀測值。 當有多條邊時，按一條邊的格式，每個邊長當有多條邊時，按一條邊的格式，每個邊長占一行，依次陳列全部邊長。占一行，依次陳列全部邊長。6 6方位角觀測值格式方位角觀測值格式 一條方位角數(shù)據(jù)格式為：測站點名、照準方一條方位角數(shù)據(jù)格式為：測站點名、照準方向點名、方位角觀測值。方位角的格式為度分秒向點名、方位角觀測值。方位角的格式為度分秒連寫。當有多個方位角數(shù)據(jù)時，每個方位角占一連寫。當有多個方位角數(shù)據(jù)時，每個方位角占一行，依次陳列全部方位角。行，依次陳列全部方位角。 讀入原始數(shù)據(jù)也就是經(jīng)過相應的函數(shù)翻開指定途徑下的文本文件，逐行讀取文本文件中的每行數(shù)據(jù)，在對讀出的每行數(shù)據(jù)進展處置后，將

6、相應的信息存儲到變量、數(shù)組中去，以便后面程序對數(shù)據(jù)進展操作、處置。四、原始數(shù)據(jù)讀入及存儲四、原始數(shù)據(jù)讀入及存儲四、平面控制網(wǎng)界面設計四、平面控制網(wǎng)界面設計 在進展控制網(wǎng)平差程序設計時，首先要對常用的控制網(wǎng)類型及相應的數(shù)據(jù)類型非常熟習；其次還要思索哪些觀測數(shù)據(jù)可經(jīng)過界面控件進展輸入，哪些數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的方式輸入到程序中。 常用的平面控制網(wǎng)類型有：測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)、導線網(wǎng)。而這幾種類型的控制網(wǎng)所涉及的數(shù)據(jù)方式包括：夾角、邊長、邊長約束條件及方位角約束條件。邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入界面一邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入界面一邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入界面二邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入界面二邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入界面三五、平面控制網(wǎng)近似坐標計算五、平面控制網(wǎng)近似坐

7、標計算1、測角網(wǎng)近似坐標計算過程、測角網(wǎng)近似坐標計算過程1定義一數(shù)組定義一數(shù)組a()來存儲控制點點號和坐標；來存儲控制點點號和坐標；定義一數(shù)組定義一數(shù)組GuanCeInFo來存儲夾角包括來存儲夾角包括前視點、測站點、后視點及角度值；前視點、測站點、后視點及角度值；2采用前方交會求待定點的坐標；采用前方交會求待定點的坐標； a、遍歷一切角度信息，找到測站點為知點，且、遍歷一切角度信息，找到測站點為知點，且其前視點為未知點、后視點為知點，用一變量其前視點為未知點、后視點為知點，用一變量i1記下該角度在數(shù)組記下該角度在數(shù)組GuanCeInFo中的位置；中的位置；再在角度信息中找到測站點為再在角度信息

8、中找到測站點為GuanCeInFoi1所在元素的后視點所在元素的后視點 ，且前視點為，且前視點為GuanCeInFoi1所在元素的測站點、后視點為所在元素的測站點、后視點為GuanCeInFoi1的前視點，并記下該角的前視點，并記下該角度在數(shù)組GuanCeInFo中的位置i2；找到i1和i2后，那么由這兩個位置數(shù)組GuanCeInFo元素就構成了一個三角形，且角度是按逆時針； b、遍歷一切角度信息，找到測站為知點，前視點也為知點，且后視點為未知點的角度，并用變量j1記錄此時在GuanCeInFo的位置；再遍歷角度信息，找到測站點為知點，前視點為未知點點號為GuanCeInFoj1元素的后視點點

9、號，且后視點點號為GuanCeInFoj1元素的測站點，并記下此時角度元素在GuanCeInFo中的位置j2；找到了j1和j2，就構成了一個三角形。3按2計算出一切未知點的坐標已求出坐標的點的個數(shù)等于未知點個數(shù)。2、待定點近似坐標的計算1測角網(wǎng)中待定點近似坐標的計算 ABC三角網(wǎng)待定點近似坐標可按余切公式計算，以右圖為例，知A、B兩點的坐標，觀測了3個內(nèi)角，計算待定點C坐標的余切公式為：的角度值。是經(jīng)三角形閉合差分后、式中，XXYYYYYXXXbabacbabaccotcotcotcotcotcotcotcot2測邊網(wǎng)中待定點近似坐標計算 三邊網(wǎng)中待定點近似坐標可按測邊交會計算，BAC在右圖中

10、，知A、B兩點的坐標，觀測了邊長S1 、S2，計算C點的坐標過程如下：由C點向對邊引垂線，垂足為O，AO長度為l，根據(jù)余弦定理可得：22122221:2lShhSSSSlABAB為三角形高OS1S2h 待定點C的近似坐標為ABABAcABABAcThTlYYThTlXXsincossincos00式中：ABABABABABABSYYTSXXT/ )(sin/ )(cos3導線網(wǎng)中待定坐標的計算 1、首先計算待定邊的方位角 2、根據(jù)坐標正算計算出待定點的近似坐標六、平面控制網(wǎng)誤差方程建立六、平面控制網(wǎng)誤差方程建立方法一、直接生成系數(shù)矩陣方法一、直接生成系數(shù)矩陣B和常數(shù)項矩陣和常數(shù)項矩陣L 在基于

11、間接平差的數(shù)學模型來進展程序設計時，在基于間接平差的數(shù)學模型來進展程序設計時，要弄清楚不同的控制網(wǎng)類型，由于不同的控制網(wǎng)要弄清楚不同的控制網(wǎng)類型，由于不同的控制網(wǎng)類型在組建誤差方程的時候是不同的。程序在自類型在組建誤差方程的時候是不同的。程序在自動組建誤差方程時，應該分清類型，再逐個方程動組建誤差方程時，應該分清類型，再逐個方程進展組建。進展組建。1測邊網(wǎng)測邊網(wǎng) 右圖中，測得待定點間的邊長為右圖中，測得待定點間的邊長為Li,設待定點設待定點的坐標平差值的坐標平差值 為參數(shù)，令為參數(shù)，令kkjjYXYX、kkkkkkjjjjjjyYYxXXyYYxXX0000，jkLi由上面可以列出 的平差值方

12、程為：iL22)()(jkjkiiiYYXXvLL按臺勞公式展開，得0200200000000000000)()(,)()(jkiijkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkiiSLlYYXXSYYYXXXyySYxxSXSvL再令：式中： 1由式1可得測邊的誤差方程為：ikjkjkkjkjkjjkjkjjkjkilySYxSXySYxSXv00000000上式中右邊4項之和是由坐標矯正數(shù)引起的邊長矯正數(shù)。上式是測邊坐標平差誤差方程的普通方式，它是在假設兩端都是待定點的情況，詳細運用時需根據(jù)實踐情況來運用。假假設j點為知點：a0 = (GuanceBianData(k4).prN

13、ode.X0 - GuanceBianData(k4).baNode.X0) * 1000 b0 = (GuanceBianData(k4).prNode.Y0 - GuanceBianData(k4).baNode.Y0) * 1000 L(i1 + k4, 1) = GuanceBianData(k4).bLength * 1000 - Sqr(a0 * a0 + b0 * b0) a1 = (GuanceBianData(k4).prNode.X0 - GuanceBianData(k4).baNode.X0) / Sqr(a0 * a0 + b0 * b0) b1 = (GuanceB

14、ianData(k4).prNode.Y0 - GuanceBianData(k4).baNode.Y0) / Sqr(a0 * a0 + b0 * b0 b(i1 + k4, Val(Right(GuanceBianData(k4).prNode.ID, 2) * 2 - 1) = a1 b(i1 + k4, Val(Right(GuanceBianData(k4).prNode.ID, 2) * 2) = b12 2測角網(wǎng)測角網(wǎng) 觀測值為角度，參數(shù)為待定點坐標的平差觀測值為角度，參數(shù)為待定點坐標的平差問題，稱為測角網(wǎng)平差坐標方差。問題，稱為測角網(wǎng)平差坐標方差。jhkLijkjh 在右圖中，

15、觀測角度為Li，設j、h、k均為待定點，參數(shù)為三點的坐標，并令、),(),(),(hhkkjjYXYXYX000000)(,iijhjkiijhjkiiiLLLlvLLyYYxXX代入，并令將為列方程，其觀測方程對角度即觀測角減去其近似角就是常數(shù)，代入上式得：ihjhjhhjhjhkjkjkkjkjkjjkjhjkjkjjhjhjkjkiijhjkilySXxSYySXxSYySXSXxSYSYvlv 200200200200200200200200)()()()()()()()(,平差的誤差方程：以得出測角網(wǎng)坐標表達為坐標改正數(shù)就可再將方位角改正數(shù)表示的誤差方程。我們這就是由方位角改正數(shù)假設

16、以角度列誤差方程，其程序代碼如下： preS = Sqr(OriginalData(k1).PreNode.X0 - OriginalData(k1).traNode.X0) * (OriginalData(k1).PreNode.X0 - OriginalData(k1).traNode.X0) + (OriginalData(k1).PreNode.Y0 - OriginalData(k1).traNode.Y0) * (OriginalData(k1).PreNode.Y0 - OriginalData(k1).traNode.Y0) baS = Sqr(OriginalData(k1)

17、.BackNode.X0 - OriginalData(k1).traNode.X0) * (OriginalData(k1).BackNode.X0 - OriginalData(k1).traNode.X0) + (OriginalData(k1).BackNode.Y0 - OriginalData(k1).traNode.Y0) * (OriginalData(k1).BackNode.Y0 - OriginalData(k1).traNode.Y0) If OriginalData(k1).isEnd = True Then a1 = (-1) * pp * (OriginalDat

18、a(k1).PreNode.Y0 - OriginalData(k1).traNode.Y0) / (preS * preS) a1用來存儲x的系數(shù) b1 = pp * (OriginalData(k1).PreNode.X0 - OriginalData(k1).traNode.X0) / (preS * preS) b1用來存儲y的系數(shù) b(k1, Val(Right(OriginalData(k1).PreNode.ID, 2) = a1 b(k1, Val(Right(OriginalData(k1).PreNode.ID, 2) + 1) = b13導線網(wǎng) 在對導線網(wǎng)進展平差程序設計

19、中，誤差方程的建立經(jīng)常采用邊長和觀測角度分別列誤差方程，其誤差方程的建立方式同測邊網(wǎng)和測角網(wǎng)中誤差方程的建立原理一樣。 總之，對于以上幾種控制網(wǎng)普通都采用待定點的坐標作為平差模型的參數(shù)，將觀測值表示為這些參數(shù)的函數(shù)，并進展線性化。隨后將這些觀測方程組寫成矩陣方式，并進展求解和精度評定。 根據(jù)程序設計時采用間接平差方法的特點，誤差方程中系數(shù)矩陣B和常數(shù)項矩陣L中一行對應一個觀測值角度、邊長、方位角；普通先對平面控制網(wǎng)中一類觀測值列誤差方程，再對另外的觀測值列誤差方程，這樣可以比較方便進展程序設計。誤差方程的建立其實就是取出一個觀測值，根據(jù)與該觀測值直接聯(lián)絡的點類型及信息來計算相應未知參數(shù)前的系數(shù)

20、、常數(shù)項。 遍歷完一切的觀測值后，與系數(shù)矩陣、常數(shù)項矩陣對應的數(shù)組中也有了相應的數(shù)據(jù)。最后假設權陣也計算出來后，根據(jù)矩陣相關運算建立法方程，計算出參數(shù)的矯正值。方法二、基于法方程系數(shù)矩陣及常數(shù)項矩陣的累方法二、基于法方程系數(shù)矩陣及常數(shù)項矩陣的累加性，直接建立法方程加性，直接建立法方程PlBPBXBllllBBBBvvvVlBXVnTTnnn法方程由誤差方程可直接組成式中：個觀測值，誤差方程為設全網(wǎng)共有110110110因程度網(wǎng)平差中觀測值都是獨立觀丈量，權陣P為一對角陣，可得： 從上式可得到，法方程的組成具有累加性；每個累加項僅與一個觀測有關，而與別的觀測值無關。利用這一特性，在組成法方程時，

21、用循環(huán)語句計算每一個觀測的累加項，并將計算結果累加到法方程的系數(shù)矩陣數(shù)組和自在項數(shù)組中，就得到了整個平面控制網(wǎng)的法方程。rrnrTrrrTrTTTrrnrTrrrTrTTTlPBlPBlPBlPBPlBBPBBPBBPBBPBPBB1011100010111000七、權陣的構建七、權陣的構建 平面控制網(wǎng)中各邊長觀測、角度觀測相平面控制網(wǎng)中各邊長觀測、角度觀測相互之間都是獨立的，因此隨機模型互之間都是獨立的，因此隨機模型 12020PQD中的權陣是對角陣。設網(wǎng)中有n1個角度觀測n121，和n2邊長觀測221nSSS，n1+n2=n其權陣為：),(21121,nssnnnpppppdiagP要確定

22、權陣P，必需知先驗方差DD也是對角陣，單位權方差20獨一，但可恣意選取假設D知，那么定權公式為：220220,iiissiiPP定權時普通令220即以測角中誤差為導線網(wǎng)平差的單位權觀測中誤差，由此可得：iSiiiPsP2222, 1為了確定邊、角觀測的權比，必需知22is和 這兩個值在平差前是無法準確知道的，所以采用閱歷定權的方法，即 。is和 采用廠方給定的測角、測距儀器的規(guī)范精度或是閱歷數(shù)據(jù)。邊長定權 。 在邊角同測網(wǎng)中，權比是有單位的，而邊長的權為其單位為秒2/m2。在這種情況下，角度的矯正數(shù)要以秒為單位，而邊長的矯正數(shù)要取米為單位。iSSbai八、平差結果計算八、平差結果計算1坐標平差

23、值的計算坐標平差值的計算 將計算得到的坐標矯正數(shù)將計算得到的坐標矯正數(shù) 加上相應的近似坐加上相應的近似坐標標 ，得出坐標的平差值，得出坐標的平差值 。x0XX2角度和邊長平差值得計算 經(jīng)過計算，可以得到角度的矯正值和邊長的矯正值，將這些矯正值加上對應的近似值，即可以得出角度和邊長的平差值。九、精度評定1單位權中誤差，即測角中誤差為rPVVT02待定點點位中誤差 由 可得未知數(shù)的權倒數(shù)，那么基于上面求得的單位權中誤差，即可獲得點位中誤差。1BBN平面控制網(wǎng)程序設計實現(xiàn)測角網(wǎng)為例平面控制網(wǎng)程序設計實現(xiàn)測角網(wǎng)為例測角網(wǎng)：測角網(wǎng)：4 4個知點，個知點，2 2個待定點，觀測了個待定點，觀測了1818個角

24、度個角度1.1.原始數(shù)據(jù)文件組織原始數(shù)據(jù)文件組織2.2.用來存儲數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)的變量、數(shù)據(jù)的定義用來存儲數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)的變量、數(shù)據(jù)的定義 變量：存儲知點個數(shù)變量：存儲知點個數(shù)m_knPnumberm_knPnumber、網(wǎng)中總、網(wǎng)中總點數(shù)點數(shù)(m_Pnumber)(m_Pnumber)、觀測邊個數(shù)、觀測邊個數(shù)(m_Snumber)(m_Snumber)、觀、觀測角個數(shù)測角個數(shù)(m_Lnumber)(m_Lnumber)、方位角個數(shù)、方位角個數(shù)(m_Tnumber)(m_Tnumber)、驗前中誤差驗前中誤差m m 存儲觀測邊長：存儲觀測邊長： 起點點號數(shù)組起點點號數(shù)組s_dir1()s_dir

25、1()、終點、終點點號數(shù)組點號數(shù)組s_dir2()s_dir2()、觀測邊長數(shù)組、觀測邊長數(shù)組s_L()s_L() 存儲觀測角度：后視點點號數(shù)組存儲觀測角度：后視點點號數(shù)組dir1()dir1()、測站、測站點點號數(shù)組點點號數(shù)組dir2()dir2()、前視點點號數(shù)組、前視點點號數(shù)組dir3()dir3()、觀、觀測角度數(shù)組測角度數(shù)組angle();angle(); 存儲方位角：起點點號數(shù)組存儲方位角：起點點號數(shù)組T_dirl()T_dirl()、終點點、終點點號數(shù)組號數(shù)組T_dir2()T_dir2()、方位角數(shù)組、方位角數(shù)組T_L()T_L()u點名信息：控制點點名數(shù)組點名信息：控制點點名

26、數(shù)組 P_Name() P_Name()u存儲點坐標：網(wǎng)中平面控制點數(shù)組存儲點坐標：網(wǎng)中平面控制點數(shù)組 XY() XY()u方法一存儲系數(shù)矩陣、常數(shù)項矩陣以及權方法一存儲系數(shù)矩陣、常數(shù)項矩陣以及權陣：系數(shù)矩陣數(shù)組陣：系數(shù)矩陣數(shù)組 B() B()、常數(shù)項數(shù)組、常數(shù)項數(shù)組 L() L()、權陣、權陣數(shù)組數(shù)組 P() P()u方法二法方程系數(shù)矩陣、法方程常數(shù)項：方法二法方程系數(shù)矩陣、法方程常數(shù)項：權陣權陣P()P()、系數(shù)矩陣數(shù)組、系數(shù)矩陣數(shù)組 BTPB() BTPB()、常數(shù)項數(shù)組、常數(shù)項數(shù)組 BTPL()BTPL()Function GetstationNumber(name As String

27、)Dim i as IntegerFor i = 0 To m_Pnumber If P_Name(i) Then 將待查點名與曾經(jīng)存入點名數(shù)組的點比較將待查點名與曾經(jīng)存入點名數(shù)組的點比較 If P_Name(i) = name Then GetstationNumber = i Else 待查點是新的點名，將新點名放到待查點是新的點名，將新點名放到 P_Name數(shù)數(shù)組中組中 P_Name(i) = name GetstationNumber = i End IfNext iEnd Function函數(shù)GetstationNumber功能：存儲點名，前往點名對應的點號方法二：法方程系數(shù)項累加程

28、序實現(xiàn)方法二：法方程系數(shù)項累加程序實現(xiàn)Dim t As Integer, i As Integer, j As IntegerDim t As Integer, i As Integer, j As Integert = 2 t = 2 * * m_Pnumber m_PnumberFor i = 0 To tFor i = 0 To t For j = 0 To i For j = 0 To i BTPB(i, j) = BTPB(i, j) + Ar(i) BTPB(i, j) = BTPB(i, j) + Ar(i) * * Ar(j) Ar(j) * * Pr Pr Next j Next jNext iNext i上面即為將上面即為將PrBrTBrPrBrTBr累加到累加到BTPB()BTPB()的程序代碼。的程序代碼。 由于一個誤差方程最多有4個角度誤差方程中非零元素為36個非零元素，Ar中有大量的0元素，PrATrAr中有16個非零元素，其他的都是0，所以上面的程序只需16次累加是有意義的，其他的都是將0累加到法方程中。為此，可思索僅進展非零系數(shù)的累加。 假假設用B 存放A