导线平差的程序设计与实现毕业论文

1、导线平差的程序设计与实现-毕业论文 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计 姓 名： 向 东 学 号： 07083040 学 院： 环境与测绘学院 专 业： 测绘工程 题 目： 导线平差的程序设计与实现 指导教师： 向 东 职 称： 2021 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院：环境与测绘学院 专业年级：测绘工程2021 学生姓名： 向 东 任务下达日期：2021 年 2 月 20 日 毕业设计日期： 2021 年 3 月 12 日至 2021 年 6 月 13 日 毕业设计题目： 导线平差的程序设计与实现 毕业设计主要内容和要求： 主要内容： 1测量平差的研究背景及意义； 2

2、测量平差概述； 3Excel在单一附和导线近似平差中的应用； 4Excel在单一附和导线条件平差中的应用； 5导线网的间接平差理论； 6导线网平差的结构和函数设计与实现。 设计要求： 1毕业设计要充分发挥主观能动性，积极思考，主动实践； 2毕业设计撰写结构要严整，表达清楚，理论分析适当，数据可靠，研究方法合理，结论正确，论文格式符合标准； 3研究成果要有一定的实用或参考价值。 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语根底理论及根本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存

3、在问题；是否同意辩论等： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语选题的意义；根底理论及根本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的标准程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意辩论等： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计辩论及综合成绩 摘 要 随着测绘科学技术的不断开展，在测量数据的处理中产生很多种平差的方法。在本文中，导线网的近似平差和条件平差的一些简单计算可通过Excel表编制计算公式和编程实现，我们只需在已编好的Excel表中稍作调整和公式修改，并输入数据，最终就

4、可得到所需的平差结果，这为测量的内业工作提供了效劳和参考；导线网的间接平差程序是利用C+编程实现的，我们需要将导线网的数据信息按照特定的规那么输入到dat文本中，利用C+程序读取文本数据信息后，对其进行一系列的平差计算，最终获得平差后的结果，并以dat文本的形式输出且保存，这样就可为测量工作提供一定的参考，还能为测绘数据的管理带来帮助。 关键词： 导线平差；Excel；C+；程序 ABSTRACT With the continuous development of surveying and mapping science and technology, processing a varie

5、ty of method for adjustment in the measurement data. In this paper, a simple calculation of the approximate adjustment and the adjustment of condition equations of the wire network through Excel table prepared formula and programming to achieve, we only need to make some adjustments and formula modi

6、fications has been compiled in good Excel table, and enter the known data, and ultimately we can get the necessary adjustment results, which provides services and reference for measurement within the industry; indirect adjustment Program of the wire network is implemented with using C+ programming,

7、we need to enter traverse networks known data and information in accordance with specific rules to the dat text, then use C+ program to read texts data and information, it can conduct calculation of adjustment, the final results of adjustment can output and save in the form of the dat text, so that

8、it can provide some reference for the measurements, also for the management of the mapping data. Key words: adjustment of traverse; Excel; C+; Program 目 录 1 绪论 . 1研究背景及意义 . 1国内外研究状况 . 2本文研究的具体内容 . 2平差程序相关说明 . 3平差程序计算特点 . 3平差程序的根本要求 . 3平差程序的结构化设计 . 3平差程序模块化 . 4平差程序的数据结构 . 4 2 测量平差 . 5测量平差概述 . 5测量平差 .

9、 5测量平差的函数模型 . 5最小二乘原理 . 5条件平差原理 . 6条件平差的数学模型 . 6条件平差原理 . 6条件平差的计算步骤 . 8精度评定 . 8间接平差原理 . 10间接平差的数学模型 . 10间接平差的的一般原理 . 11按间接平差法求平差值的计算步骤 . 12精度评定 . 12 3 Excel在导线平差中的应用 . 15 3.1 Excel在平差中的应用根底 . 15 3.1.1 引言 . 15 3.1.2 Excel在平差中的根本应用操作函数 . 15 3.1.3 核心问题的解决及技巧 . 17 3.1.4 三角函数在Excel中的处理方法 . 17 3.1.5 小结 .

10、18 3.2 Excel在附和导线近似平差中的应用 . 19 3.2.1 单一附和导线近似平差 . 19单一附和导线近似平差实例 . 20 3.3 Excel在导线网条件平差中的应用 . 23单一附合导线条件平差 . 23边角权确实定及单位权中误差 . 26单一附和导线条件平差实例 . 26 4 导线网的间接平差程序设计与实现 . 31矩阵的相关函数 . 31矩阵相乘 . 31矩阵转置 . 32矩阵求逆 . 33矩阵输出 . 33设置实数输出精度 . 33平差中的重要函数 . 33角度制与弧度制的相互转化 . 33测量正反算函数 . 34近似坐标计算 . 34导线网的平差理论 . 36平差概述

11、 . 36边角网的最小二乘平差 . 37间接平差的结构与函数设计 . 39间接平差 . 39结构与函数设计 . 41导线网平差的程序应用 . 43平面网数据的输入格式 . 43导线网平差程序应用实例 . 44 5 结论与展望 . 50 5.1 Excel在导线平差中的应用 . 50 5.1.1 Excel在导线近似平差中的应用 . 50 5.1.2 Excel在导线网条件平差中的应用 . 50 5.2 C+在导线平差中的应用 . 51 5.3 测量平差的展望 . 51 参考文献 . 52 附录 . 53 翻译局部 . 59 英文原文 . 59 中文译文 . 64 致 谢 . 68 中国矿业大学

12、2021届本科生毕业设计 1 绪论研究背景及意义 测量工作是工程施工非常根底、重要的环节，对工程设计、工程施工、工程的验收都发挥着指导性、不可替代的作用。国家等级控制网的数据采集与更新，全国土地调查，铁路公路的施工，隧道的贯穿，地震的预报，建筑物的施工放样和形变监测等工程，都离不开测绘行业。测绘学科在国民经济规划，国防建设，环境和资源管理，城乡建设等领域得到广泛的应用。可见，测绘行业的重要性，根底性地位，同样随着施工工程的增多也促进了整个测绘行业的需求增加，给测绘行业带来迅猛的开展。 对于不同的测量任务常常需要布设相应的控制网以满足精度需要，测量控制网的开展由早期的测角三角网、测边三角网、水准

13、网，到现在的导线网、三维网和GPS控制网。其中导线网是特殊的边角网，导线网相对测角网和测边网网形灵活任意，数据采集工作相对少了很多，并且可以根据需要自由伸展。通常测量控制网中全部边和方向构成自身闭合或附和条件即可，在测量条件相对困难的地区，常常用相当等级的导线网来代替，导线控制网的应用现在已非常广泛，测角网和测边网已逐渐退出历史舞台。 测量控制网的精度是测量任务中的关键、最重要的方面，外业采集的数据能否满足施工工程的具体要求，测量数据处理显得尤为重要，也是指导外业测量的关键所在。如隧道的贯穿精度控制，桥梁的形变控制，铁路、公路路线的带状控制，都需要很高的外业测量经验和数据处理知识。从施工行业和

14、测绘行业的整个控制测量工作流程来讲，工作人员获得了外业测量采集的数据后，还需进行测量内业的数据处理内业工作。不同的工程、不同的行业要求控制网满足的测量精度也各不相同，使用的仪器精度也不同，最终能否到达工程的要求，必须通过测量控制网数据处理来进行检验，指导控制网施工。七八十年代的老一辈的测绘工作者数据处理只能采用手计算的方式，计算工作量相当繁重，占用大量的时间，测量人员必须具备很高的外业测量经验和平差数据处理知识才能完成。九十年代早期出现了测量平差程序，仍需经过记录数据的打印、绘制计算略图、编号编码、数据摘抄、严格顺序数据录入等繁琐工作，影响了数据处理的效率，浪费了珍贵的时间，严重阻碍了测量数据

15、处理自动化的开展。 随着计算机技术的开展和普及，以及矩阵代数、最优化理论和概率统计在测量平差中的广泛应用，对测量平差理论产生了深刻的影响，是测量平差从经典平差理论到现在的近代平差理论，推动了测量平差理论知识的开展，扩展了经典平差理论的数学模型，提出了一些近代平差数据处理的新方法，如相关平差、秩亏平差方法、随机模型的验后估计、有偏估计等。近几年国内外已有多个版本的导线网平差程序，这些平差程序有其各自的优点并存在缺乏。近期开发的平差程序大局部已有了改善，智能化自动解算水平在提高，功能在日趋完善，但总存在着缺乏，功能仍然需要完善。利用现代科学技术手顿结合测量数据处理的专业知识，编写新一代的导线网平差

16、软件，实现导线网平差数据处理的计算机自动解算，智能化的完成繁重的数据处理任务，图形化的操作界面，可大大提高工作的效率，同时减轻内业工作负担，缩短工程的工期，降低了数据处理人员对平差专业知识的依赖， 中国矿业大学2021届本科生毕业设计 指导测量任务能够正确进行，完成预期的精度指标，并提高测量数据处理效率以准确方便的为测量人员效劳，指导测量施工。取代了在计算机技术水平不兴旺的时代里繁重的、刻板的工作流程，比方绘制计算略图、编号编码、数据摘录等等，而且，计算结果比以前更加准确，防止了人为出现的错误时机，减少了人力、物力，财力的本钱，同时也为测绘工作者带来了极大的方便。国内外研究状况 计算机编程技术

17、的开展推动了测绘行业软件的开展，测量的数据处理技术已走向了数字化，智能化，越来越多的测绘类软件层出不穷。通过行业调查和市场调查，国内外大型测绘仪器公司都研发了测绘相应领域的数据处理软件，但软件质量差异较大、层次不齐，只能根本满足测量生产任务的需要，对与一些比拟深入的数据处理功能任务并不能很好的完成，或者存在错误、不合理的地方，等各种各样的问题，比方数据录入繁琐复杂，功能不完善，缺乏友好的软件操作界面，而且软件开发人员也并非测量数据处理的专业人员，专业水平值得疑心，具体使用的平差算法不明确，平差计算结果的精度值得质疑，而且各个平差程序的平差结果都不同。目前应用较为广泛的，口碑较好的平差软件有：南

18、方平差易、清华三维、科傻适普数据处理软件，但都能发现或多或少的问题或错误。 国外的平差软件规模都相比照拟庞大，涵盖内容比拟广，但是软件难以操作，不容易掌握，对于国内的用户而言，在实际需求上也并不是非常实用，对用户的专业水平要求较高，软件使用习惯上和具体测量数据处理流程上，解决的实际问题上和国内也有很大的差异，目前市场上还没有国外专门针对国内适合的控制网测量平差软件。 导线网平差软件的程序实现涉及到多个算法，测量平差的数学算法和数据结构中图论的一系列算法，国内很多专家学者致力于其中难点问题的研究，比方近似坐标的自动推算，无定向导线网的自动推算，自由网平差算法，拟稳平差算法，最小独立闭合环的搜索，

19、控制网图形显示，算法的效率优化问题等方面的内容。目前，已取得了一定的研究成果，并具有多种算法实现形式。从这些已有的研究成果中，比拟算法的优劣，找到最高效，最简便的算法，或者进行更深入的研究，提出更优秀的算法。本文研究的具体内容 结合已学的平差理论根底，本文重在研究平差程序的设计与实现，其中包括： 1测量平差的函数模型 2Excel在平差中的应用根底 3Excel在附和导线近似平差中的应用 4Excel在导线网条件平差的应用 5矩阵的相关函数 6平差中的重要函数 7导线网的平差理论 8间接平差的结构与函数设计 9导线网平差的程序应用 中国矿业大学2021届本科生毕业设计平差程序相关说明平差程序计

20、算特点 相对于手工计算，平差程序计算的主要特点是计算速度快、精度高、数据处理自动化，从而把人从繁重的计算工作中解放出来。 从程序设计的角度看，程序设计与平差计算相对独立。在平差手工计算时，我们总是面对需要计算的具体问题，所以其数据是特定的，计算过程由人实时控制；在计算机程序计算中，在程序设计时数据是抽象的，必须考虑到实际计算中问题的多样性，以及数据计算过程的自动化，所以在程序设计时必须考虑需要处理的所有问题的普遍性和规律性。 另外，相对于手工计算，在程序计算时，选择平差方法的依据不同。在手工计算时，我们通常希望尽量降低计算工作量。当必要观测数t>多余观测数r时，我们可以选择条件平

21、差；当必要观测数t<多余观测数r时，我们可以选择间接平差，这样，可以降低平差计算量。然而，在计算机程序计算时，由于计算机计算的快速高效性，我们不是很关心计算量的问题，而把主要精力集中于方法实现的现实性方面，也就是要求该方法具有较强的规律性，便于程序设计的技术实现。 在平差程序设计中，使用间接平差，对于一般控制网，误差方程形式统一、规律性强、便于程序设计；而使用条件平差，误差方程形式多样，规律性差，不利于程序设计。所以，在本文中，我们主要使用间接平差方法进行程序设计。 总之，我们在选择数学模型的时候，一定要考虑算法同计算机程序设计的特点相统一。平差程序的根本要求 平差程序设计与其它

22、程序设计相同，应当满足一定的要求。 1程序逻辑结构简单，清晰易读，符合结构化程序设计要求，便于扩展； 2运算速度快，占用内存小，内外存之间的交换不宜过于频繁； 3数学模型及计算方法正确、先进，计算结果精度高； 4适应性强，便于移植，充分考虑各种可能形式，尽量满足不同要求与需要； 5方便用户，操作简便。数据输入与用户作业方式与习惯相统一，输出明了、齐全；尽量减少手工处理工作量，操作简便；人机交互性要强。 上述要求，既表达在平差程序的总体设计中，也贯穿于平差程序设计的各个环节中。平差程序的结构化设计 结构化程序设计是计算机软件技术高度开展的产物，是大规模、工业化软件开发的根底。C语言是结构化程序设

23、计思想成熟与完善的标志，至今，仍然是计算机软件开发的主要语言之一。模块的概念是软件工程的根本概念之一。 1模块化程序设计相关概念 模块执行某一特定任务的数据结构和程序代码。 中国矿业大学2021届本科生毕业设计 ?模块的局部数据内部特征?实现模块功能的程序代码模块的性质? ?模块接口输入、输出，引用的全局变量，调用的其他模块?外部特征?模块的功能? 在C语言中，每个模块与一个函数function相对应。 模块化将待开发的软件分解成假设干个小的模块，以使每个模块可以独立地开发、测试，最后组装成完整的软件。软件模块化的目的在于使软件的结构清晰，降低软件开发难度、容易阅读理解、测试和修改。 2划分模

24、块的原那么： 1按功能划分模块，要求每个模块包含单一、具体的功能 2使每个模块独立性好，这就要求一个模块具有较强的内聚性和较弱的耦合性。方便于模块的独立开发、调试，同时，使模块具有很好的移植性。平差程序模块化 图1.1 平差程序模块化平差程序的数据结构 测量平差程序处理的对象是程序所适应的各种测量控制网问题。因此，这类程序总是同一定的网形相联系的。一个具体的控制网通常是以图形方式直接绘出的，为了用计算机进行控制网的平差计算，就需要将具体的网形转化为一系列的数据，然后才能输入计算机进行处理。这种将网形转化为一系列数据的工作和过程称为“网形数字化。网形数字化所得到的一组数据就是控制网的数据结构。

25、数据结构所涉及的范围是广泛的。在每个具体问题中，数据元素及其关系是确定的，而且都有其特定的含义。对测量平差而言，其数据结构就是表达一个控制网的全部数据的集合，包括数据、观测数据、网形数据网图数据及其关系。 中国矿业大学2021届本科生毕业设计 2 测量平差测量平差概述测量平差 由于测量仪器的精度不完善和人为因素及外界条件的影响，测量误差总是不可防止的。为了提高成果的质量，处理好这些测量中存在的误差问题，观测值的个数往往要多于确定未知量所必须观测的个数，也就是要进行多余观测。有了多余观测，势必在观测结果之间产生矛盾，测量平差的目的就在于消除这些矛盾而求得观测量的最可靠结果并评定测量成果的精度。测

26、量平差采用的原理就是“最小二乘法。测量平差的函数模型 在科学技术领域，通常对研究对象进行抽象概括，用数学关系式来描述它的某种特征或内在的联系，这种数学关系式就称为数学模型。 在测量工作中，涉及的是通过观测量确定某些几何量的大小等有关数量问题，因此，常考虑如何建立相应的数学模型及如何解算这些模型。由于测量观测值是一种随机变量，所以，平差的数学模型与传统数学上的模型不同，它不仅要考虑描述量与待求量之间的函数模型，还要考虑随机模型，在研究任何平差方法时，函数模型和随机模型必须同时予以考虑。常见的平差函数模型有条件平差法、附有参数的条件平差、间接平差法参数平差法、附有限制条件的间接平差等。 1.函数模

27、型 函数模型是描述观测量与待求量之间的数学函数关系的模型。对于一个平差问题，建立函数模型是测量平差中最根本、最重要的问题，模型的建立方法不同，与之相应就产生了不同的平差方法。 2.平差的随机模型 对于我们已学的根本平差方法，最根本的数据就是观测值向量L，进行平差时除建立n?1其函数模型外，还要同时考虑到它的随机模型，亦即观测向量的协方差阵： n?n22D?0Q?0P?1 n?nn?n 2式中D为L的协方差阵，Q为L的协因数阵，P为L的权阵，?0为单位权方差。 函数模型连同随机模型，就称为平差的数学模型。在进行平差计算前，函数模型和随机模型必须首先被确定，前者按上面介绍的方法建立，后者须知道P、Q、D其中之一。 222?0?0可以通过平差计算求出?0的估值确?，然后根据公式 DQ求得D的估值。最小二乘原理 在测量工作及其它科学工程领域，应用最早也最广泛的就是所谓的“最小二乘准那么： ?TP?min 中国矿业大学2021届本科