水準(zhǔn)網(wǎng)平差程序的設(shè)計實現(xiàn)課程設(shè)計書.[77頁]

1、中國礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與測繪軟件開發(fā)課程設(shè)計姓 名：王世達(dá)班 級：測繪123班學(xué) 號：07122950指導(dǎo)教師：王永波中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院2019-06-27設(shè)計一：水準(zhǔn)網(wǎng)平差程序的設(shè)計與實現(xiàn)一、設(shè)計目的我們學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與測繪軟件開發(fā)的課堂教學(xué)及其實驗課程設(shè)計，為了提高學(xué)生訟 算機能力以更好地切實解決工程實際問題的能力，通過本次實習(xí)設(shè)計，可以使使學(xué)生深入了解 并鞏固課堂所學(xué)知識，也可以通過實跋學(xué)握測繪行業(yè)軟件設(shè)計與開發(fā)的基本方法，深刻掌握矩 陣運算、曲線/曲面擬合的數(shù)值解法，掌握不同類型的典型測繪軟件設(shè)計方

2、法，使得學(xué)生初步具 備編寫測繪軟件常用算法的能力以及開發(fā)中小規(guī)模測繪專業(yè)軟件的能力。二、設(shè)計內(nèi)容如圖所示水準(zhǔn)網(wǎng)，/和B是已知高程的水準(zhǔn)點，并設(shè)這些點的已知高程無誤差。圖中P1 和P2點是待定點。/和3點高程、觀測高差和相應(yīng)的水準(zhǔn)路線長度見表4-3。試妝間接平差法 求各個待定點的平差高程。表】觀測值與起始數(shù)據(jù)線路號觀測高差(m)水準(zhǔn)路線長度(km)已知髙程(m)+1.3591HA=35.000+2.0091HB=36.000+0.363-0.640+0.657+1.000+1.650三、關(guān)鍵問題描述(要求：對程序?qū)崿F(xiàn)過程中所涉及的關(guān)鍵問題，請給出詳細(xì)的求解與算法實現(xiàn)模型。)3.1未知點近似高程計

3、算Xl=HA+hl=36.359;X2=HA+h2=37.OO9;X3=HB+h4=35.360;3.2誤差方程列立Vl=xl-(hl-Xl+HA)=xl-O;V2=x2-(h2-X2+HA)=x2-0;V3=-xl-(h3-Xl+HB)=-xl-4;V4=x3-(h4-X3+HB)=x3-0;V5=-xl+x2-(h5-X2+Xl)=-xl+x2-7;V6=xl-x3-(h6-Xl+X3)=xl-x3-l;V7=x2-x3-(h7-X2+X3)=x2-x3-l;注意：(x和X的區(qū)別)3.3法方程構(gòu)建與解算由上式可得：B=l. 0,0L=0P=210. 1.002-1. 0,0410, 0,1

4、01-I, 1, 00, 1, -1法方程：BTPBx-BTPL=O 注(BT指的是B的轉(zhuǎn)3.4精度估計由法方程得出的x回代到V中，得到V的值。再利用oo=JVTPV/(nt)得出中誤差, 再由oi=ooJQXiXi,可得各個點位中誤差。其中QXX是BTPB的逆。3.5程序設(shè)計流程圖四、算法運行結(jié)果與分析由所給數(shù)據(jù)和所得到的中誤差以及其他測址平差值，這個結(jié)果還比較合適Lj迅審下裁shuncBrtOebugsbunon.exe諦對已知點和未知點進(jìn)行編號，注已知點的編號應(yīng)小于未知點的編號!WWW請舖入樂展就瀾食的高差值單位米八1.359 113請輸入第2段觀測段的高差值 單位米、2 009 115

5、潔輸入第3段觀測段的高差值 單位米、0.363 223請輸入第4段觀測段的高差值 單位米、-0.640 224請輸入第S段觀測段的高差值 單位米、0.657 1 3 S請輸入第6段觀測段的高差值 單位米、1.HHH 143請輸入第7段觀測段的高差值 單位米、1.650 245第3個點的區(qū)彈返似，堇4個點的高*呈煽嘆和已知點數(shù) S 236.MKH長度 單位千米、 長度 單位千米、 長度 單位千米、 長度 單位千米、 長度 單位千米、 長度 單位千米、 長度 單位千米、起始點編號和終點編號: 起始點編號和終點編號: 起始點編號和終點編號, 起始點編號和終點編號, 起始點:編號和終點編號, 起始點編

6、號和終點編號, 起始點編號和終點編號:：；錢蠱S翔髓36.35935.36 37.00936.3587, .1 35.3599 .1 37 0121 久3S869米 2.01206 刃.3586913( 一叭 640143| 65336?3|0.9988314|Pi*ess any key to cont inue哼王IT5ETiEZV 12:亦 1.6S22 來S： 一4.12432亳米五、小結(jié)通過水準(zhǔn)網(wǎng)程序設(shè)計，我知道加深了我對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這一門課的知識的掌握。特別是對我測 繪專業(yè)的內(nèi)容自所聯(lián)系，更加激發(fā)我去學(xué)習(xí)它的動力。在這次設(shè)計中.我遇到了不少問題，例 如，在對誤差方程的編寫中，不懂得如何

7、把其系數(shù)矩陣提取出來，通過向同學(xué)咨詢我終于悽了。 我對C+中類的設(shè)計不熟練.導(dǎo)致很多次程序沒法運行。不過，通過査找書籍材料，我還是把它 設(shè)計好了。雖然設(shè)計略微簡單，但是原理我已經(jīng)了解，我相信，以后即使做更復(fù)雜的設(shè)計，只 要給我足夠的時間，我可以做岀更好地設(shè)計。六、附錄（完整代碼）（要求：按照代碼所屈文件不同分別附上，且代碼須有完整注釋。）include# indude#include# include片define max SOclass CMatrixpublic:CMatrix()row=0; column=0; / 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)CMatrix(int i, int j)row=i;col

8、umn=j; 構(gòu)造函數(shù)一CMatrix(const CMatrix& m);/ 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)-CMatrix(void)/*coutM謝謝使用，矩陣所占空間以釋放！ endl;/欽認(rèn)析構(gòu)函數(shù)CMatrix& operator=(const CMatrix& m); / 賦值運算符bool operator=(const CMatrix& m);/ 比括較運算符bool operator!=(const CMatrix& m); / 比括較運算符CMatrix operator+(const CMatrix& m);/ 加運算符CMatrix operator-(const CMatrix& m

9、);/ 減運算符CMatrix& operator+=(const CMatrix& m);/ fl 加運算符CMatrix& operator-=(const CMatrix& m); / 門減運算符CMatrix operator-();/ 取負(fù)數(shù)CMatrix& operator*(const CMatrix& m); / 乘法運算符void inputf); 輸入矩陣void outputMatrix(); / 輸出該矩陣void setValue(int row, int column, double value) Arow-l(column-l = value;/ 設(shè)邊(i,j)的

10、值 double getValue(int row, int column) const return Arow-l)column-l; / 設(shè)置行、列的值void setRow(const int i) row = i;int getRow() const return row;void setColunm(const int i) column = i;int getColumn() const return column;CMatrix& change(int i, int j);交換矩陣的行CMatrix& transpose(); / 矩陣轉(zhuǎn)迓CMatrix& inverse。;/

11、矩陣求逆void find(int& f)const;/判斷該矩陣是否可用于迭代求解friend void jocabi(const CMatrix& a);迭代求解void lzys(); 列主元素法求解void solve(); 可逆線性矩陣求解void qxnh(); 曲線擬合private:/ 員變雖double Amaxmax;int row;/ 行int column;/ 列；void CMatrix:input() 輸入cout開始輸入矩陣值：endl;intdouble z;for(i=0;irow;i+) coutB請輸入第i+l行的值:endl;for(j=0;jcolum

12、n;j+) cinz;A(ij=z;coutendl;；CMatrix:CMatrix(const CMatrix& m)/ 復(fù)制構(gòu)造函數(shù) int i, j;for(i=0;im.row;i+)forG=0;jAij=m.Ai(j;；CMatrix& CMatrix:operator=(const CMatrix& m) / 賦值運算符 int i,j;for(i=0;irow;i+)for(j=0;jcolumn;j+)A(ij=m.Aij;return *this;；bool CMatrix:operator =(const CMatrix& m) / 比括較運算符 int i,j,k；f

13、or(i=0;im.row;i+)for(j=0;jAij=m.Aij) k=l;else k=0;if(k=l) return true;else return false;；bool CMatrix:operator !=(const CMatrix& m) / 比括較運算符 intfor(i=0;im.row;i+)for(j=0;jAij=m.AiJj) k=l;else k=0;if(k=O) return true;else return false;；CMatrix CMatrix:operator+(const CMatrix& m)/ 加運算符 int i,j;if(this

14、-row=m.row )&(this-column=m.column) for(i=0;im.row;i+)for(j=0;jAij+=m.Aij;else cout此兩矩陣不能相加，請檢査！ *endl; return *this;；CMatrix CMatrix:operator-(const CMatrix& m) 減運算符 int i,j;if(this-row=m.row )&(this-column=m.column) for(i=0;im.row;i+)for(j=0;jAi(j-=m.A(i(j);else cout此兩矩陣不能相加，請檢査！ endl; return *thi

15、s;；CMatrix& CMatrix:operator+=(const CMatrix& m) / 門加運算符 int i,j;for(i=0;im.row;i+)for(j=0;jAi(j=2*m.Aij;return *this;；CMatrix& CMatrix:operator-=(const CMatrix& m)f|減運算符 int i,j;for(i=0;im.row;i+)for(j=0;jAiHj=m.A(ij-m.AiHj;11return *this;；void CMatrix:find(int& f)const nt i;for(i=0;irow;i+)if(this

16、-Ai(i!=O) f=l; else f=0;；CMatrix CMatrix:operator-()取負(fù)數(shù) nt i,j;for(i=0;irow;i+) for(j=0;jcolumn;j+) return *this;；CMatrix& CMatrix:operator*(const CMatrix& m)/ 乘法運算符 int i,j,t;CMatrix n;if(this-column=m.row)Apuavvlnoo=vv?二?_vvlno。(+EUJno0=:vrEOJ)(+kmo=:vxi.)oj:i?l 注畏耶獰塞、()xel/Mn2-n=xhew。POAcuns)七xa=

17、6uavv= ss .咪驥遐蠱按醫(yī)邑=vvaoTsaiflsxs二 wu蘭Ewzr一=column,this-row);for(i=0;irow;i+) for(j=0;jcolumn;j+)m.A(j(i=this-Aij;return m;；void jocabi(const CMatrix & a)高斯迭代求解 int f=l;Hendl; exit(l);a.find(f);if(f=O) cerr該矩陣不滿足迭代求解條件!elseCMatrix x,w;x.setColunm(l);x.setRow(a.getColumn();w.setColunm(l);w.setRow(a.ge

18、tColumn();int i;double z;14-for(i=l;i=x.row;i+)cout請輸入等式右側(cè)的第i個值：； cinz;w.Ai-l(O=z;for(i=l;i=x.row;i+)cout請輸入Xi的近似值：；cinz;x. setValue(i, 1, z);i=l；while(i=20) intj, k;for(j=l;j=x.row;j+) double sum=O.O;for(k=l;kj;k+)sum=sum-(a.A(j-lk-l)*(x.Ak-lO); for(k=j+l;k=x.row;k+)sum=sum-(a.A(j-lk-l)*(x.Ak-lO);

19、sum+=w.Aj-lO;x.A(j-lKO=sum/a.Aj-l(j-l;9TfszrEmal宀N-扌=工77,蘭工龍=1丄leUJno0A 叢 IPUVJIHgJOJNa-qnopP壬&S蠱畏探靛、=-U 二 luTaue-5屏 XEelAOoaxwero 上 J- unlaasai umal (O.OAe)*:)迺友專二(e a_qnop)z2 a_qnop=puavvo?_v H =vvvv=x=vxno。(+=MO.X=:V=I.)OJ 亠 +void CMatrix:lzys()列主元素法求解 CMatrix x,w;x.setColunm(l);x.setRow(getColum

20、n();w.setColunm(l);w.setRow(getColumn();int i;double z;for(i=0;irow;i+)for(int j=0;jrow; j+)w.A(i(j=O.O;for(i=l;i=x.row;i+)x.setValue(i, 1,0.0);for(i=l;i=x.row;i+)cout請輸入等式右側(cè)的第個值：; cinz;w.Ai-l0=z;i=0；while(ix.row-l) int j,t,h=i;for(j=i;jx.row-l;j+)(tlkttH二 JOJblasnop )(l=o&TnoOJ(OA)里言TuulnoM(0I,UEno

21、0=I,MO)*=Aozvfosv.帶os;(+*tul.un-oovtlHl)OJpalqnop )t+kmojv+hojojer占.)aauelp.MAEJ+TQOuevxszl(hHv 三三 T+=ZPX=SZPDJ 二A(jt=Aj(t-k*A(it; w.A(j(O=w.A(jO-k*w.Ai(O;Hint j;for(j=0;jAjj;for(i=l;irow!=this-column) cerr該矩陣不符合求逆條件！ getRow();w.setRow(getColumn();int i;for(i=0;irow;i+)for(int j=0;jrow; j+)w.Ai(j=O.

22、O;w.A(ii=l;i=0;while(icolumn-l) int j,t,h=i;for(j=i;jrow-l;j+) if(jdz(AUi)change(i+l,h+l);w.change(i+l,h+l);for(j=i+l;jrow;j+) double k;k=A0i/Aii；for(t=i;tA(row-l(column-l)=0)cerr此矩陣求逆不成功，其所對應(yīng)的方程組有無窮解！ 0)forO=i-l;j=0;j-) double k;k=Aji/Ai(iJ;for(t=i;tj;t-)for(t=column-l;t=0;t-)w.A(jt=w.AQ(t-k*w.Ait;

23、Hnt j,k;for(j=0;jrow;j+) for(k=0;kAjj; this-Aj(j=this-AjHj/this-Ajlj;return w;21;void CMatrix:solve() 可逆線性矩陣求解CMatrix x,w,c;x.setColunm(l);x.setRow(getColumn();w.setColunm(l);w.setRow(getColumn();c.setColunm(getColumn();c.setRow(getRow();int i;double z;for(i=l;i=x.row;i+)cout請輸入等式右側(cè)的第iinverse();x. o

24、perator =(c.operator *(w);cout求解結(jié)果：endl;for(i=l;i=x.row;i+)coutXi = ,x.Ai-l(Oendl;；void CMatrix:qxnh()曲線擬合cout用矩陣曲線擬合：endl;int i, j,k,t;double x, y;cout-i?f輸入已知坐標(biāo)點的個數(shù)：；cini;CMatrix a(i,l), g(i,i), w(i,l),c(i,i),q(i,i),p(i,i);for(j=l;j=i;j+) cout請輸入第j個已知點坐標(biāo)洗橫坐標(biāo)后縱坐標(biāo))：; cinxy;w.A(j-l(O=y;g.Aj-lKO=l.O;f

25、or(k=l;ki;k+) g.setValue(j,k+l,l.O);for(t=l;t=k;t+)g.A(j-lkl*=x;c=g.transpose();q=c*g;p=q.inverse();w=c*w;a=p*w;23cout,Y=,a.A00;forG=l;ji;j+)cout,+,(a.A(j0,);for(k=0;kj;k+)cout,*xH;coutendl;cout-l.求取其它點坐標(biāo)0.退出endl;while(l) coutH 請選擇：；cink;switch(k) case 1: double x, y,sum; coutHin輸入待求點的橫坐標(biāo)(x)：; cinx;

26、y=a.AOKO;forG=l;ji;j+) sum=a.AjO;for(k=0;klpVeci-l.eleValue; /獲得高程值long getindex(int i)return lpVeci-l.index; 返回高程點編號void seteleValue(int i, double value)lpVeci-l.eleValue+=value; 修改高程值void setdvfint i,double value)this-lpVec(i-l.dv=value; 修改改正數(shù)double getdv(int i)return lpVeci-l.dv; 返回改正數(shù)friend void

27、 xishu(CMatrix& B, CMatrix& X,CEIevationNet A); 求取系數(shù)矩陣和未知點高程矩陣friend void quanzhenfCMatrix& Q CEIevationNet A);求取權(quán)陣friend void l_zhen( CMatrix& I ,CMatrix& L, CEIevationNet A); 求取觀測值 L 矩陣和 I 陣 private: 成員變雖int numElvDif; / 高差總數(shù)intnumPoints;/控制網(wǎng)中點的總數(shù)目int numKnPoint;控制網(wǎng)中已知點的數(shù)目CEIvDifedVecmax;/ 觀測值數(shù)組CL

28、evelPoint lpVecmax;/ 高程值數(shù)組；void CEIevationNet:input() int a,b,c,i;double z,l,g;cout請對已知點和未知點進(jìn)行編號，注意已知點的編號應(yīng)小于未知點的編號！endlendl;cout請輸入控制網(wǎng)中水準(zhǔn)點總數(shù)和已知點數(shù)：；cinab;numPoints=a;numKnPoint=b;for(i=0;inumPoints;i+)lpVeci.index=i+l;lpVeci.eleValue=O.O;lpVeci.dv=O.O;lpVeci.isKnown=0;for(i=0;inumKnPoint;i+)cout請輸入第個

29、已知點高程值：；cinz;lpVeci.eleValue=z;lpVec(i.isKnown=l;cout請輸入觀測值個數(shù)：；cinc;numElvDif=c;for(i=0;inumElvDif;i+)cout請輸入第段觀測段的高差值(單位米)、長度(單位千米)、起始點編號和終點編號:endl;cinglab;edVeci.value=g;edVeci.weight=l;edVeci.startPoint=a;edVeci.endPoint=b;；void CEIevationNet:output() int i;for(i=0;inumPoints;i+)cout編號為this-lpVec

30、i.index的點的高程值為:this-lpVec(i.eleValueendl;for(i=0;inumElvDif;i+)cout觀測段i+ledVec(i.valueendl；void CEIevationNet:jsgc() nt i,j;for(i=0;inumElvDif;i+) if(lpVec(edVeci.startPoint-l.eleValue!=0.0)&(lpVecedVeci.endPoint-l.eleValue=0.0)lpVecedVeci.endPoint-l.eleValue=(lpVecedVeci.startPoint-l.eleValue)+(edV

31、eci.value);elseif(lpVec(edVec(i.startPoint-lJ.eleValue=0.0&lpVecedVeci.endPoint-l.eleValue!=O.O)lpVecedVeci.startPoint-l.eleValue=(lpVecedVeci.endPoint-l.eleValue)-(edVeci.value);for(j=numKnPoint;jnumPoints;j+)if(this-lpVecj.eleValue=O.O)for(i=0;inumElvDif;i+)if(this-edVec(i.startPoint=lpVecj.index&

32、this-lpVecthis-edVeci.endPoint-l.eleValue!=O.O)this-lpVecj.eleValue=this-lpVecthis-edVeci.endPoint-lJ.eleValue-this-edVeci.value;elseif(this-edVeci.endPoint=lpVecj.index&this-lpVecthis-edVeci.startPoint-l.eleValue!=0.0)this-lpVecj.eleValue=this-lpVecthis-edVeci.startPoint-l.eleValue+this-edVec(i.val

33、ue;coutlpVec|.index個點的高程近似值：this-lpVecj.eleValueendl;；void xishu(CMatrix& B, CMatrix& X,CEIevationNet A) int i,j；for(i=l;i=B.getRow();i+)for(j=l;j=B.getColumn();j+)B.setValue(i,j,O);for(i=0;iA.numElvDif;i+) if(A.lpVecA.edVeci.startPoint-l.isKnown=l&A.lpVecA.edVeci.endPoint-l.isKnown=0)B.setValue(i+l

34、/A.edVeci.endPoint-A.numKnPoint,l);elseif(A.lpVecA.edVec(i.startPoint-l.isKnown=0&A.lpVecA.edVeci.endPoint-l.isKnown=l) B.setValue(i+l,A.edVeci.startPoint-A.numKnPoint,-l)；else if(A.lpVecA.edVeci.startPoint-l.isKnown=0&A.lpVecA.edVeci.endPoint-l.isKnown=0)B.setValue(i+l,A.edVeci.endPoint-A.numKnPoin

35、t,l);B.setValue(i+l ,A.edVec(i.startPoint-A.numKnPoint,-l);for(i=0;iX.getRow();i+)X.setValue(i+l,l,AJpVec(A.numKnPoint+i.eleValue);；void quanzhen(CMatrix& Q CEIevationNet A) int i,j；double sum=O.O;for(i=0;iA.numElvDif;i+)sum+=A.edVec(i.weight;sum=sum/A.numElvDif;for(i=l;i=Q.getRow();i+)for(j=l;j=Q.g

36、etColumn();j+)Q.setValue(i,j,O);for(i=l;i=Q.getRow();i+)Q.setValue(i,i,sum/A.edVeci-l.weight);；void l_zhen( CMatrix& I ,CMatrix& L, CEIevationNet A) int i；double m;for(i=0;iA.numElvDif;i+)L. setValue(i+l,l” A.edVeci.value);for(i=0;il.getRow();i+)m=(A.lpVecA.edVec(iJ.startPoint-l.eleValue+A.edVeci.va

37、lue-A.lpVecA.edVeci.endPoint-l.eleValue)*1000;l.setValue(i+l,l,m);；int main()CEIevationNet A;A.input();A.jsgc();CMatrixB(A.getgz(),A.getws(),Q(A.getgz() Agetgz(),X(A.getws(),l),l(A.getgz(),：l),b(A.getws()Agetgz(),V(A.get gz(LD；CMatrixNBB(A.getws() Agetws(),x(A.getws(),l),N(A.getws() Agetws(),L(A.get

38、gz(),l),M(A.getws() Agetgz(),R(A.getws(),A.getgz(),W(A.getws(),A.getgz();CMatrix vz( 1, A.getgz(), vp( l,A.getgz (), p( 1,1 )；xishu(B,X,A);quanzhen(QA);l_zhen(l,L,A);b.operator =(B.transpose();M.operator =(b.operator *(Q);NBB.operator =(M.operator *(B);N.operator =(NBB.inverse();R.operator =(N.opera

39、tor *(b);W.operator =(R.operator *(Q);x.operator =(W.operator *(l);int i,j;for(i=A.getys()+l;i=A.getzs();i+) A.setdv(i,(x.getValue(i-A.getys(),l)/1000);A.seteleValue(i,A.getdv(i);cout平差后編號為A.getindex(i)的點高程值:A.geteleValue(i)*咪endl;V.operator =(B.operator *(x);V.operator -(I)；for(j=0;jV.getRow();j+)8ut第j+l段觀測高差平差值為:(L.getValue(j+l,l)+V.getValue(j+l/l)/1000)米 endl;vz.operator =(V.transpose();vp=(vz.operator *(Q);p=(vp.operator *(V);cout平差后單位權(quán)中誤差為:+-sqrt(p.getValue(l,l)/A.getws()毫米 督8霍 青青4青尢hMH *C：UsesVMieb 101,540.1818 秒 .27651 分53.1B18秒8657117548