大地测量学技术报告.doc

目录第一章 概论31.1 实习目的31.2 实习任务31.3 实习进度3第二章 二等精密水准测量外业观测与概算42.1 实习目的42.2 实习任务42.3 测区概况42.4 已知高程62.5作业依据62.6 踏勘、选点72.7 使用的仪器和仪器检验72.8 相关情况72.9 外业高程概算成果8第三章 大地测量计算课程设计93.1 课程设计目的93.2 课程设计主要内容93.3 编程语言简介93.4 设计框图93.41 高斯投影坐标正反算93.42实测斜距化算至高斯平面边长103.43大地测量主题正反算113.5计算成果汇总（表格形式）123.6源代码：18附录281数字水准仪的i角检验结果表282数字水准尺的零点差检验结果表283水准点点之记284自测二等水准测量外业观测高差与高程概算成果表285国测精密水准测量外业观测高差与高程概算成果表28第一章 概论1.1 实习目的本次大地测量计算与实习，是在完成大地测量学基础课程的基础上的后续课程，是一次集中教学实习。通过集中教学实习，巩固在课程上学到的理论知识，加深对理论的理解与应用，锻炼和提高我仪器操作能力和实习动手能力，增强综合运用所学知识，灵活运用知识的能力；在自主编程计算的过程中，提高发现问题、分析问题、解决相关问题的对策与方法的能力；加强团结协作精神，互相帮助，共同提高；增强组织纪律性，做到一切行动听指挥；开拓视野，把基本理论与实践紧密地结合在一起，对理论知识进一步消化与吸收，激发和培养创新思维的能力，为今后走上工作岗位打下较为扎实的专业基础。1.2 实习任务（1）二等精密水准测量外业观测与概算。精度达到0.1mm。（2）大地测量计算。1.3 实习进度6月27日：上午借用仪器，老师讲解。下午实习动员6月28日：上午进行i角检测，发现数字仪器出问题。6月29日：数字仪器检修，进行光学仪器观测。6月30日：进行数字仪器i角检测，进行武测校内试测。7月1日至7月4日：完成数字仪器观测，三个单珞珈山环路。7月5日：武测内利用数字水准仪进行补测。7月6日至7月7日：外业观测成果检查和概算，绘制水准点点之记。7月8日：实习仪器操作考试。7月9日至7月14日：大地测量计算课程设计及实习报告撰写。第二章 二等精密水准测量外业观测与概算2.1 实习目的通过完成水准仪有关仪器检验和二等水准测量，初步掌握精密水准仪仪器主要检验方法和精密水准测量的观测程序、记录计算和外业概算等工作，提高实际动手能力。2.2 实习任务踏勘测区：了解水准路线的布设和点的位置和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标尺零点差及基辅差常数的测定各一份。水准观测：每人使用数字水准仪至少完成100站的观测和记簿，构成珞珈山环线。每人轮流进行观测、记录、扶尺、量距、打伞等工作，并按各组记录登记。每人使用光学水准仪至少完成8站的观测和记簿，在武测构成一个闭合环。外业观测数据检查与概算。每人对自己观测的成果进行百分之百的检查，并完成全组的外业高差与概略高程表的计算。2.3 测区概况数字水准仪的观测围绕珞珈山环路，补测站数在武测校园内进行。二等水准测量在武汉大学本部进行，我们主要测量珞珈山环路。往测从教务部门口开始，途径梅园食堂、校医一分院、珈园小观园、家属区、枫园山庄、留学生院、行政楼，回到教务部构成环路。该环路部分地区起伏较大，前后视距相对较小。我们主要选在道路一侧进行测量，并且部分测区在山路汇总，相对车流量较少，除了几个路口车流量较大，对实习中的人员和仪器安全带来的干扰或危险相对较少。在行政楼附近的侧段，由于车流量相对较大，车辆路过时，仪器会产生振动，误差相对较大。路线图如下：补测的一圈我们选在了武测内。围绕一食堂、校医院和十一到十四栋宿舍楼构成环路。该环路距离不是很长，地势相对较平缓，完成了一百站左右的观测。因为不是主干道，车流量不大，实习中的人员和仪器安全系数很高。路线图如下：光学水准仪的观测在武测校园内进行。围绕宿舍楼11栋到14栋构成环路。该环路距离不长，地势也相对平缓，进行了往返测一次，即2个单环，单圈站数30站左右，完成了每人至少8站的任务。路线图如下：2.4 已知高程珞珈山环：教务部点126.157m两个武测环起始高程自定。2.5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水准测量方法：使用水准仪和水准尺，根据水平视线确定两点之间的高差，从而由已知点的高程推求未知点的高程。各类测站的选择：在所选择的闭合环路上选择已有的普通水准标石作为固定点，将整个闭合环路分为多个侧段，每个侧段中设置偶数个测站，站与站之间距离适中。施测方法及使用的仪器：使用数字水准仪DL201。按照国家一、二等水准测量规范的技术要求进行施测。二等水准测量各项限差：一对标尺零点不等差：0.1mm标尺基辅分划常数偏差：0.05mmi角：15.0测站高差观测中误差：0.15mm数字水准仪视距测量误差：10cm2cm视线长度：光学50；数字3且50前后视距差：光学1.0；数字1.5任一测站上前后视距差累加：光学3.0；数字6.0视线高度（下丝读数）：光学0.3；数字2.80且0.55基辅分划读数的差：0.4基辅分划所测高差的差：0.6环闭合差：4F F为环线长度，单位为千米2.6 踏勘、选点根据相关资料进行踏勘选点。在已有控制点基础上，根据水准点间距离和站数，决定控制点的取舍，大致控制在两水准点间站数二十站左右。在地势平坦处，水准点间距离较长，在地势起伏大的地方，水准点间距离较短。2.7 使用的仪器和仪器检验主要仪器：数字水准仪：科利达水准仪DL201仪器及设备：数字水准仪、电缆、充电器及脚架1套，水准标尺2根，尺垫2个，测绳1根，背包1个，记录板1个，测伞1把，竹竿4根等。007光学水准仪及脚架1套，水准标尺2根。仪器的检验：按照国家一、二等水准测量规范附录的方法完成两项检验：（1）数字水准仪的i角检验（2）水准水准尺的零点差检验2.8 相关情况本小组共有成员6人，在施测水准测量的时候，人员分配情况是：两人为跑尺员（前、后尺各一人），一人观测，一人记录，另外两人复杂量距、后勤和适当轮换跑尺。在老师的分配下，我们测量珞珈山环路。往测从教务部门口开始，途径梅园食堂、校医一分院、珈园小观园、家属区、枫园山庄、留学生院、行政楼，回到教务部构成环路。该环路部分地区起伏较大，前后视距相对较小。我们进行了3个单圈的观测，平均单圈160多站，完成了每人至少80多站的观测。剩下一百多站的观测，我们选在了武测包括11栋和一食堂的环路，完成了一个单圈的测量，大约一百多站。最终完成了每人至少100站的任务。具体作业方法：在选取了合适的水准路线和固定点后，开始进行第一测站的观测。将水准尺立于固定点上作为后视，水准仪放置在水准路线附近合适位置，然后在施测路径前进方向上取仪器与后尺大致相等距离放置尺垫，在尺垫上树立前尺。随后观测员对水准仪进行整平。观测过程为往测时，奇数站按“后前前后”的顺序对后尺前尺进行读数；偶数站则按照“前后后前”读数；返测时，则按照奇数站“前后后前”，偶数站“后前前后”顺序读数。在一测站完毕后，通知后尺移站，此时前一站的前视点变为后一站的后视点，按照奇偶工作程序完成该站的测量，直到完成该测段为止。本次实习记簿方式分为电子和手工两种。往测时采用手工记簿，返测时采用电子记簿。i角检验方法：采用AI1BI2的方法，其中I1、I2为安置仪器处，A、B为立标尺处。在AI1BI2线段上，使AI1=BI1，约为25m。I2在B的外侧，距离稍近，约6m。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，进行观察。一对水准标尺零点不等差测定：利用楼梯的不同阶梯进行检测。距阶梯20m处安置仪器，在楼梯的三个阶梯上安放尺垫。此项检验进行三个测回。每一测回中，分别在三个尺垫上依次安置一对标尺，重复观测四次。在进行数字和光学观测时，由于单次、累加视距差超限和单站高差超限等原因，进行过几次重测，但基本在观测前期不太熟悉仪器的时候，后期出现的较少。2.9 外业高程概算成果计算成果见附表，包括测段高差计算、i角测定成果表、水准尺零点差及基辅差常数的测定成果表、水准点点之记。第三章 大地测量计算课程设计3.1 课程设计目的通过编程计算，较熟练掌握大地测量数据处理的理论与方法。在自主编程计算的过程中，通过发现问题与分析问题的过程，提出解决相应问题的对策与方法；开拓视野，把基本理论与实践紧密地结合在一起，对理论知识进行进一步消化与吸收，以提高学生掌握知识，灵活的运用知识的能力，激发和培养创新思维的能力。3.2 课程设计主要内容高斯投影正反算的计算程序编制及计算结果；实测斜距化算至高斯投影平面边长的边长改正的程序编制及计算结果；大地主题正反算的计算程序编制及计算结果；实测数据进行外业高差与概略高程表的编制3.3 编程语言简介本次大地实习编程采用C+编写，用MFC形成界面，使得程序更具有可看性。C+语言是一种优秀的面向对象程序设计语言，它在C语言的基础上发展而来，但它比C语言更容易为人们学习和掌握。C+以其独特的语言机制在计算机科学的各个领域中得到了广泛的应用。面向对象的设计思想是在原来结构化程序设计方法基础上的一个质的飞跃，C+完美地体现了面向对象的各种特性。C+的设计目标，就是要让C+既具有适合于系统程序设计的C语言所具有的可适应性和高效性，又能在其程序组织结构方面具有像Simula那样的语言设施（Simula所支持的这种程序组织结构通常被称为面向对象程序设计风格）。在设计的时候，还做了很大的努力，使得引借自Simula的高层次的程序设计技术能够应用于系统程序设计之中。这即是说，C+所提供的抽象机制能够被应用于那些对效率和可适应性具有极高要求的程序设计任务之中。3.4 设计框图3.41 高斯投影坐标正反算程序框图：开始选择正反算判断正反算选择投影带（3,6），输入中央子午线，平面坐标X，Y选择坐标系统（WGS-84，BJ-54），投影带（3,6），输入中央子午线，经纬度B，L得到平面坐标X，Y得到经纬度X，Y结束结束编程思想：采用MFC进行编程，通过选择不同的投影带，坐标系统得到不同的结果。基本数学模型：见大地测量学基础3.42实测斜距化算至高斯平面边长程序框图：开始选择斜距归算选择椭球，输入边L1，L2的经纬度及正常高，输入高程异常及边S12的实测斜距。计算BM，Wm，Hm并得到Ra。得到高斯投影平面边长S结束编程思想：采用MFC进行编程，通过选择不同的投影椭球得到不同的结果。基本数学模型：见大地测量学基础3.43大地测量主题正反算程序框图：开始选择正反算开始反算开始正算将椭球面元素投影到球面上，即由B得到u由B1得到u1并计算辅助量Ao和1，同时由S得到通过迭代由经差I得到计算球面三角形即求解A2, u2,以及。将球面元素换算到椭球面上，即由，u得到A1，A2及S将球面元素换算到椭球面上，即由u2得到B2，由得到L2判断象限并得到结果判断象限并得到结果结束结束编程思想：采用MFC进行编程，通过选择不同的投影椭球得到不同的结果。基本数学模型：见大地测量学基础3.5计算成果汇总（表格形式）整个编制程序使用MFC界面方式，所有的功能包括大地正算，反算，斜距归算，大地主题正算，反算均集成在工具一栏中，程序界面如下图：图1一、大地正反算大地反算采用实习任务书中给出的正反算数据的第42组数据进行。 反算时采用3带，以克拉索夫斯基椭球为投影椭球，中央子午线选取第37带，即中央子午线经度为111。点号第42号点第42号点X4608877.8814B41.5146608931467Y399408.2038L115.783869393816 界面如下图：图2作为验算，将反算得到的数据再利用高斯正算，得到下表：点号第42号点第42号点B41.5146608931467X4608877.89402984L115.783869393816Y399408.213023333界面如下图：图3二、斜距归算至高斯平面 斜距归算结果点号X Y大地纬度B正常高H(m)14615500.3119393289.153041 40 002002461967.7804393630.487841 40 16230归算前斜距579.5888归算后斜距578.7882结果界面如下图：图4三、大地主题正反算1、大地主题正算：采用实习任务书中第5组第一个数据，得出结果表格如下：B1L1A12S12B2L2A2142.01356874130.101226761.49438000042.73350810130.12670053181.51146867902图52、大地主题反算：B1L1B2L2S12A12A2141.30356784130.1012262741.45479027131.3201104103335.85847706980.243746834261.0494948图63.6源代码：一、高斯正算/ TODO: Add your control notification handler code here UpdateData(TRUE);if (m_n3OR6TYD=3)/3带投影m_nCenterL=3*m_nTYD;if (m_n3OR6TYD=6)/6带投影m_nCenterL=6*m_nTYD-3;/ Gz(m_nGause_B,m_nGause_L,m_nCenterL);/ m_nGause_X=X;/ m_nGause_Y=Y;doubleB2=m_nGause_B*3600+m_nGause_Bm*60+m_nGause_Bs;doubleb=B2/p;doubleL =m_nGause_L*3600+m_nGause_Lm*60+m_nGause_Ls;m_nCenterL=m_nCenterL*3600;doublel0=L-m_nCenterL;doublel=l0/p;doubleB_r=m_nGause_B+m_nGause_Bm/60+m_nGause_Bs/3600;B_r=B_r*PI/180;doubleN=6399698.902-(21562.267-(108.973-0.612*pow(cos(B_r),2)*pow(cos(B_r),2)*pow(cos(B_r),2);doublea0=32140.404-(135.3302-(0.7092-0.0040*pow(cos(B_r),2)*cos(B_r)*cos(B_r)*pow(cos(B_r),2);doublea4=(0.25+0.00252*pow(cos(B_r),2)*pow(cos(B_r),2)-0.04166;doublea6=(0.166*pow(cos(B_r),2)-0.084)*pow(cos(B_r),2);doublea3=(0.3333333+0.001123*cos(B_r)*cos(B_r)*pow(cos(B_r),2)-0.1666667;doublea5=0.0083-(0.1667-(0.1968+0.0040*pow(cos(B_r),2)*pow(cos(B_r),2)*pow(cos(B_r),2); m_nGause_X=6367558.4969*b-(a0-(0.5+(a4+a6*l*l)*pow(l,2)*pow(l,2)*N)*sin(B_r)*cos(B_r);doublez=1+(a3+a5*pow(l,2)*pow(l,2);doubleh=l*N*cos(B_r); m_nGause_Y=(1+(a3+a5*pow(l,2)*pow(l,2)*l*N*cos(B_r);UpdateData(FALSE);高斯反算void GAUSE_FANDLG:OnGauseFS() / TODO: Add your control notification handler code hereUpdateData(TRUE);if (m_n3OR6TYD=3)/3带投影m_nCenterL=3*m_nGausefsTYD;if (m_n3OR6TYD=6)/6带投影m_nCenterL=6*m_nGausefsTYD-3;double beita=m_nGause_X*p/6367558.4969;beita=beita/3600*PI/180;double Bf=beita+(50221746+(293622+(2350+22*pow(cos(beita),2)*pow(cos(beita),2)*pow(cos(beita),2)*1.0e-10*sin(beita)*cos(beita)*p)/3600*PI/180;double Nf=6399698.902-(21562.267-(108.973-0.612*pow(cos(Bf),2)*pow(cos(Bf),2)*pow(cos(Bf),2);double Z=m_nGause_Y/Nf/cos(Bf);double b2=(0.5+0.003369*pow(cos(Bf),2)*sin(Bf)*cos(Bf);double b3=0.333333-(0.166667-0.001123*pow(cos(Bf),2)*pow(cos(Bf),2);double b4=0.25+(0.16161+0.00562*pow(cos(Bf),2)*pow(cos(Bf),2);double b5=0.2-(0.1667-0.0088*pow(cos(Bf),2)*pow(cos(Bf),2);double B=Bf-(1-(b4-0.12*pow(Z,2)*pow(Z,2)*pow(Z,2)*b2*p/3600/180*PI;m_nGause_B=B*180/PI;double l=(1-(b3-b5*pow(Z,2)*pow(Z,2)*Z*p;l=l/3600;m_nGause_L=m_nCenterL+l;UpdateData(FALSE);二、斜距归算void SLNATSTAGEDlg:OnSLANTSTAGECHANGE() / TODO: Add your control notification handler code hereUpdateData(TRUE);double Bm=(m_nSB1+m_nSB2)/2;/转化为弧度double BM=Bm*PI/180;double Wm=sqrt(1-e2*sin(BM)*sin(BM);double Real_H1=m_nH1+m_nEkxH;double Real_H2=m_nH2+m_nEkxH;double Hm=(Real_H1+Real_H2)/2;/极曲率半径double Ra=a*(1-e2)/(Wm*Wm*Wm);/double S=m_nDistance*sqrt(1-pow(Real_H1-Real_H2)/m_nDistance),2)/(1+Real_H1/Ra)*(1+Real_H2/Ra)+pow(m_nDistance,3)/(24*Ra*Ra);double S=m_nDistance-(Real_H1-Real_H2)*(Real_H1-Real_H2)/(2*m_nDistance)-m_nDistance*Hm/Ra+pow(m_nDistance,3)/(24*Ra*Ra); m_nS=S;/ double S=Ra*m_nDistance/(Ra+Hm);UpdateData(FALSE);三、大地主题正算void BAISAIERZSDlg:OnBAISAIERZS() / TODO: Add your control notification handler code here UpdateData(TRUE);/角度转换弧度double Real_B1=(m_nB1d*3600+m_nB1m*60+m_nB1s)/p;double Real_L1=(m_nL1d*3600+m_nL1m*60+m_nL1s)/p;double Real_A1=m_nFWJA1*PI/180;/计算起点归化纬度double W1=sqrt(1-e2*sin(Real_B1)*sin(Real_B1);double sin_u1=sqrt(1-e2)*sin(Real_B1)/W1;double cos_u1=cos(Real_B1)/W1;/计算辅助函数值double sin_A0=cos_u1*sin(Real_A1);double cot_Q1=cos_u1*cos(Real_A1)/sin_u1;double sin_2Q1=2*cot_Q1/(cot_Q1*cot_Q1+1);double cos_2Q1=(cot_Q1*cot_Q1-1)/(cot_Q1*cot_Q1+1);/计算A,B,C,ALFA,BEITAdouble cos_A02=(1-sin_A0*sin_A0);double A=6356863.020+(10708.949-13.474*cos_A02)*cos_A02;double B=(5354.469-8.978*cos_A02)*cos_A02;double C=2.238*cos_A02*cos_A02+0.006; double ALFA=691.46768-(0.58143-0.00144*cos_A02)*cos_A02;/double ALFA=(33523299-(28189-70*cos_A02)*cos_A02)/pow(10,10);double BEITA=(0.2907-0.001*cos_A02)*cos_A02;/计算球面长度double Q0=(m_nDDXS-(B+C*cos_2Q1)*sin_2Q1)/A;double cos_2Q0=cos(2*Q0);double sin_2Q0=sin(2*Q0);double sin_2QQ=sin_2Q1*cos_2Q0+cos_2Q1*sin_2Q0;double cos_2QQ=cos_2Q1*cos_2Q0-sin_2Q1*sin_2Q0;double Q=Q0+(B+5*C*cos_2QQ)*sin_2QQ/A;/计算经差改正数double ELXL=(ALFA*Q+BEITA*(sin_2QQ-sin_2Q1)*sin_A0;/计算终点大地坐标及大地方位角 double sin_u2=sin_u1*cos(Q)+cos_u1*cos(Real_A1)*sin(Q);m_nB2=atan(sin_u2/(sqrt(1-e2)*sqrt(1-sin_u2*sin_u2)*180/PI;double tan_LENDA=sin(Real_A1)*sin(Q)/(cos_u1*cos(Q)-sin_u1*sin(Q)*cos(Real_A1);double LENDA=atan(tan_LENDA);/判断象限if (sin(Real_A1)0&tan_LENDA0)LENDA=fabs(LENDA);elseif (sin(Real_A1)0&tan_LENDA0)LENDA=180-fabs(LENDA);elseif (sin(Real_A1)0&tan_LENDA0)LENDA=-fabs(LENDA);elseif (sin(Real_A1)0)LENDA=fabs(LENDA)-180; m_nL2=m_nL1d+m_nL1m/60+m_nL1s/3600+LENDA*180/PI-ELXL/3600;/再一次判断象限 doubletan_A2=cos_u1*sin(Real_A1)/(cos_u1*cos(Q)*cos(Real_A1)-sin_u1*sin(Q); double _A2=atan(tan_A2);if (sin(Real_A1)0) _A2=fabs(_A2); else if (sin(Real_