大地测量计算与实习报告.doc

课程编号：20132024093 课程性质：必修大地测量计算与实习实 习 报 告学 院： 测绘学院 专业方向： 测绘工程（C组） 实习地点： 武汉大学 班级组号： 六班第2组 学生姓名： 学 号： 指导教师：丁士俊、刘宗泉、苏新洲、史俊波 2014年6月 17日 至 2014年 7月9日目录一 二等精密水准测量31.1实习目的及意义31.2实习任务.31.3已知高程31.4作业依据31.5测区概况及踏勘、选点41.6使用的仪器和检验51.7 精密二等水准数据采集与数据概算5二 大地测量计算62.1 实习目的62.2.具体要求62.3 程序编程思想与基本框图62.4 大地测量计算成果汇总14三 实习总结14四 附录16附录1 数字水准仪的i角检验结果表16附录2 数字水准尺的零点差检验结果表16附录3 水准点点之记16附录4 自测二等水准测量外业观测高差与高程概算成果表16附录5 精密水准测量外业观测高差与高程概算成果表16五 实习成绩评定表17一、二等精密水准测量1.1实习目的及意义了解水准路线的布设和点的位置，介绍水准点位置的选择方法。每人完成水准仪 i 角测定；一对水准标尺零点差及基辅差常数的测定；一个水准点点之记的绘制。除此之外，按二等水准测量的精度要求，每人完成一个闭合环观测的水准测量观测。每人轮流进行测量中的各种工作，并且对自己观测的成果进行百分之百的检查，同时完成全组的外业高差与概略高程表的计算一份。在进行测量的同时，每组应同时记录当日日程安排及工作量完成情况登记表。本次大地测量计算与实习是在我们完成大地测量学基础课程的基础上进行的，通过完成水准仪有关仪器检验和二等水准测量，我们锻炼并提高了仪器操作能力、实际动手能力和团队协作能力，同时巩固了在课堂上学到理论知识。在后期的编程计算过程中，提升了我们实际解决问题的能力，将学到的知识进一步发散，锻炼了编程能力，为后期的工作打下基础。1.2 实习任务二等精密水准测量外业观测与概算的实习任务具体来说，有以下几点：踏勘测区：了解水准路线的布设和点的位置，介绍水准点位置的选择方法；填写水准点之记：每人完成一个水准点点之记的绘制；仪器检验：每人完成水准仪i角测定成果和一对水准尺零点差及基辅差常数的测定各一份；水准观测：按二等水准测量的精度要求，每人使用数字水准仪至少完成80站的观测和记簿，每个班级按照指定闭合环进行观测。每人轮流进行观测、记录、扶尺、量距、打伞等工作，并按各组记录登；每人使用光学精密水准仪至少完成10站的观测和记簿，每组构成闭合环；每人完成全组的外业高差与概略高程表的计算一份；在进行测量的同时，每组应同时记录当日日程安排及工作量完成情况登记表。1.3已知高程各个闭合环的高程已知点如下：点名已知高程（m）备注郑汉85133.040郑汉85（BM1）未名湖（BM8）未名湖119.888但是环三内没有已知高程点，所以测的时候，设起始点B01高程为100.0m。1.4作业依据国家测绘局，国家一，二等水准测量规范2006-05-24，测绘出版社，2010.各项限差： (1)水准仪的i角限差为15； (2)标尺的零点不等差为0.10mm； (3)仪器类型光学水准仪数字水准仪备注前后视距差1.0m1.5m任一测站前后视距累积差3.0m6.0m视线长度50.0m3m且50m视线高度0.3m2.80m且0.55m光学为下丝读数测站观测顺序和方法奇数站：后前前后奇数站：后前前后左边表格均为往测，光学仪器返测时与往测相反，数字水准仪返测与往测相同偶数站：前后后前偶数站：前后后前闭合差往返高差不符值 4kmm ( k为测段长度，单位为km,0.1km按0,1km算)环闭合差 4Fmm ( F为环线长度，单位为km )1.5测区概况及踏勘、选点数字水准仪测区：光学水准仪测区：本次实习的路线已经确定为环三，踏勘选点的过程比较简单。此次二等水准精密测量在樱园环（环3）和信息学部进行，路上车辆较多，所以测量过程中要特别注意仪器安全。测量时经常经过马路，较危险，需要兼顾人身和仪器安全。樱园环距离长，上下坡较多，并且人流量与车流量大，容易对实习中的人员和仪器造成干扰。选点时，我们尽量选在道路两旁，通视较好，地面状况良好，距离适当的地方。1.6使用的仪器和检验本次我组使用的仪器是南方的电子水准仪DL-2007和007自动安平水准仪以及配套水准尺，精度较高。我们按照附录的方法求对电子水准仪进行了两项检验（1）数字水准仪的i角检验；（2）数字水准尺的零点差检验，完全符合测量规范要求。（结果另附）下面将检测方法列出：（1）数字水准仪的i角检验方法在一平坦的场地上用钢卷尺依次量取一直线AI1I2B，其中I1，I2为安置仪器处，A，B为立标尺处，在线段AI1I2B上使得AI1=I2B，在I1，I2处先后安置仪器，仔细整平仪器后分别在A,B标尺上各照准读数基本分划四次。将仪器温度与环境温度充分平衡，并开机预热后方可进行检测。（2）数字水准尺的零点差检验方法在距水准仪20至30米的地方依次打三个尺桩，使桩顶间高差约20cm。此项检验共进行3个测回，每一个测回分别在3个桩上安置一对标尺，每测回每桩连续观测4次。1.7 精密二等水准数据采集与数据概算 小组观测日期：2014年6月28号 2012年7月9号仪器检验时间：数字水准仪的i角检验（2014年6月29号早上8点到12点） 数字水准尺的零点差检验（2014年6月29号下午14点到17点）往返测时段： （1）数字二等精密水准： 往测：武大樱园环（2014年6月30号） 返测：武大樱园环（2014年7月2号） 往测：武大樱园环（2014年7月3号） 返测：武大樱园环（2014年7月6号）（2）光学二等水准 （2014年7月1号）二、大地测量计算2.1 实习目的与要求通过大地测量计算的课程设计，特别是根据数学模型公式，自己动手编程，计算出正确结果，从而对大地测量中主要计算公式有更深入的了解和掌握。2.2 实习任务（1）每人完成实高斯投影正反算程序编制，并计算结果；（2）每人完成大地主题正反算公式的计算程序编制，并计算出正确的结果；（3）每人完成不同平面之间的坐标系之间转换程序编制；（4）根据提供数据进行二等精密水准外业概算的计算工作，并与其他组的数据进行平差计算。2.3 大地测量计算编程思想与基本框图 高斯投影正反算和大地主题正反算编程，我采用的是C#语言，C#是一种安全的、稳定的语言，设计窗体程序特别方便简单。它在继承C和C+强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性。与C+不一样的是C#不支持对指针的访问，保证了程序的健壮性，但是不适应于对于指针的操作。该程序共有2个窗体组成， 第一个窗体为总窗体,其余的分别是高斯正反算和大地主题解算。不同平面坐标系之间的转换编程，我采用的是Matlab编程。Matlab对矩阵计算具有得天独厚的优势，仅需几十行代码即可完成矩阵运算。窗体截图 （1）高斯投影正反算正算是指：由大地坐标（L,B）求得高斯平面坐标（x,y）的过程。反算是指：由高斯平面坐标（x,y）求得大地坐标（L,B）的过程。将克拉索夫斯基椭球带入计算式，可得到正算公式： 其中： 反算相应计算公式：其中：程序结构图： 开始 反算 正算K=1；2 1 1 2选择椭球参数：e,a等；分带方法：3或6带输入大地元素：B, L选择椭球参数：e,a等；分带方法：3或6带 输入坐标元素：X, Y 由的前两位（带号）计算中央子午线经度计算中央子午线经度；所在带号；经差计算，关于x,y的级数展开系数：n1, n2, n3等。 P 170 （4381）计算x,y关于经差的级数展开系数：P168（4363）（4365）计算：； ；P 171 （4382）计算：x; y;P168 （4366）计算并输出：、计算并输出：X=x;Y=带号(y+500000)（2）大地主题解算 大地主题解算：知道某些大地元素推求另一些大地元素的过程。 正算：已知某点P1的大地坐标（L2,B2），且知该点到另一点P2(L2,B2)的大地线长及其大地方位角A12，计算P2点的大地坐标（L2,B2）和大地线在P2点的反方位角A21.的过程。 反算：已知P1和P2的大地坐标（L1,B1）和P2（L2,B2）计算P1至P2的大地线长，正反方位角A12、A21的过程。 高斯平均引数算法基本思想：首先把勒让德级数在P1点展开改在大地线长度中点M展开，以使级数公式项数减少，收敛块，精度高，其次将M点用大地线两端平均纬度及平均方位角相对应的m点代替，并迭代计算，直到限差小于规定值。 白塞尔方法基本思想：将椭球面上的大地元素按照白塞尔投影条件投影到辅助球面上，继而在球面上进行大地主题解算，最后在将球面上的计算结果换算到椭球面上。其关键问题是找出椭球面上的大地元素与球面上相应元素之间的关系式，同时解决在球面上进行大地主题解算的方法。 白塞尔大地主题解算的步骤：（1）按椭球面上的已知值计算球面相应值，即实现椭球面向球面的过渡；（2）在球面上解算大地问题；（3）按球面上得到的数值计算椭球面上的相应数值，即实现从圆球向椭球的过渡。大地主题解算的数学模型请参照大地测量学基础教材（1)高斯平均引数正算计算公式（km）（1）计算辅助量公式 （2) 计算、 的初值 （3）计算、 （4）再次计算、 （5）重复计算（3）,直到计算满足 如按弧度计算可取，按角度计算可取。（6）计算、 的最后值 2) 高斯平均引数反算公式（km）（1） （2） 式中各系数： 注：这里对教材公式中相应系数进行了修正与改进。（3）（4） （5） 或 ，程序结构图：采用高斯平均引数算法 开始反算K=1；2正算 1 2选择椭球参数：；大地元素：选择椭球参数：；大地元素：计算：计算：P 136 (4221）计算： P137(4226)(4228)计算：否计算：；P137（4230）计算：P 136(4218）（4-210）计算：T； P138(4234）Am； (4235)计算并输出：计算并输出：P138 (4231)（3）坐标系之间转换的转换参数和转换精度 计算模型如下： 开始 输入已知坐标数据构建向量：X= a b c da=x 、b=yc=(1+m)cosd=(1+m)sin 由已知数据得到：采用间接平差方法：定权：P=E；计算：计算 由计算并输出转换参数的内容：2.4 大地测量计算成果（1） 高斯投影正反算计算结果：参考基准：克拉索夫斯基椭球 采用3带，第42带投影 采用的是第二组第4号数据。 已知数据x = 4585822.5452y = 425000L0=126正算x = 4585822.5464y = 42500.3050反算B = 41.24115693L = 125.06112054（2）大地主题解算计算结果采用高斯平均引数算参考椭球为克拉索夫斯基椭球 采用56班第2组第4号数据。正算反算已知数据计算结果已知数据计算结果B1 = 43.18356874B2= 44.35140096B1 = 43.18356874S=142000.0004L1 = 132.10122676L2= 132.13376639L1= 132.10122676A12=1.49430007A12= 1.4943A21= 181.52055565B2 = 44.35140096A21=181.52055543S = 142000L2 = 132.13376639（3）不同平面坐标系之间的转换，计算四个转换参数，评定转换精度采用Matlab进行编程计算，结果见下图。x-2465704.050499y-433212.253161m-5.398267e-008(度）-0.978640(弧度)-0.017080转换精度3.959472e-004与检核点x坐标之差0.0000与检核点y坐标之差0.0030（4）实测数据外业高差与概略高程表计算结果：每公里往返高差中数的偶然中误差 M = 0.12532mm，各个小测段的概略高程结果见附录。水准测量平差计算结果三、实习总结见手写附件实习心得。四、附录附录 测段高差计算与平差计算成果；附录 i角测定成果；附录 水准点点之记；附