大地测量计算与实习

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（B组）实习地点：武汉大学班级组号：四班第4小组学生姓名：学号：指导教师：丁士俊、刘宗泉苏新洲、史俊波2014年6月16日至2014年7月9日程序目录一、技术报告21）实习的目的和意义22）实习任务23）测区概况24）已知高程45）作业依据（包括各种限差和要求）46）勘探、选点47）使用的仪器和仪器检验48）精密二等水准数据和外业概算过程中的有关情况59）精密二等水准测量外业高程概算成果510）大地测量计算所采用的编程语言、各个任务的框图和编程思想以及基本数学模型等511）大地测量计算成果汇总13二、实习总结17三、附录191）附录1数字水准仪的i角检验结果表192）附录2数字水准尺的零点差检验结果表203）附录3水准点点之记214）附录4二等水准测量外业观测高差与高程概算成果表22四、实习成绩评定表232一、技术报告1）实习的目的和意义本次《大地测量计算与实习》课程是在我们完成《大地测量学》课程的基础上进行的，这次实习，主要是为了提高我们同学对仪器操作能力、实际动手能力以及小组成员之间的团队协作能力，巩固在课堂上学到理论知识。在后期的编程计算过程中，提升了我们发现问题、提出问题、解决问题的能力，将学到的知识进一步扩展与发散，加强自己的计算机编程能力，提升创新能力，为以后同学们以后参加工作以及生产打下坚实的基础。本次实习要求学生提高认识，加强纪律，保证安全，培养团队精神，听从指挥，严守规范，认真操作，增强实践能力。（1）二等精密水准测量外业观测与概算的目的和意义：1、巩固加深所学理论知识，培养理论联系实际、实际动手能力；2、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，记录计算和高差计算等工作；3、熟练掌握常用水准测量仪器；4、熟练掌握高程概算的相关计算及其改正。（2）大地测量计算课程设计的目的和意义：在学生自主编程计算的过程中，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力；开拓视野，把基本理论与实践紧密的结合在一起，对理论知识进一步消化与吸收，激发和培养学生创新思维的能力。2）实习任务主要完成两大项实习任务：(1)二等精密水准测量外业观测与概算（1.5周）；（1）探勘和选点：了解水准路线的布设和水准点位置的选择方法，根据安排的水准路线各组完成本组的选点工作。（2）填写水准点之记：每人完成一个水准点之记的绘制，且每个组员之间的水准点不相同。（3）仪器检验：每人使用数字水准仪完成水准仪i角测定成果和一对水准标尺零点差的测定各一份。（4）水准观测：①每人使用数字水准仪至少完成80站的观测数据和记录，每个小组完成珞珈山环或樱园环的往返闭合水准环线，如测完一个换线后本组学生测站数不够，可重复测量，不许为了刻意追求测战数而缩短视距。②每人使用光学精密水准仪至少完成10个测站的观测和记录，每组构成一个闭合环。（5）外业观测数据检查和概算。3注：上交的成果清单如下水准测量观测手簿、水准测量电子记录结果、测段高差高差计算、i角测定成果和一对水准尺零点差的鉴定结果、水准点之记、水准测量每日安排日程及工作量情况登记表。(2)大地测量计算课程设计（1.5周）；3）测区概况本次我们小组的测区是信息学部测区和文理学部部分测区，这段水准线路环绕武汉大学信息学部和文理学部，整个测段除了从校医院至枫园绕珞珈山这段地势起伏较大外，其余测段都较为平坦，地质为混凝土和柏油马路。此外，为了完成规定的每人八十站的任务，在测完规定的测区外，另在信息学部内围绕信息学部操场增设一段闭合水准路线（如下图）。测区概况图如下：1.精密数字水准测量珞珈山环2.精密光学水准测量信息学部环44）已知高程（1）采用独立高程系统（2）按照《国家一、二等水准测量规范》要求完成。各个闭合环的高程已知点如下环名点名已知高程（m）备注珞珈山环工会十字路口115.453各小组只需其中一个点作为起算高程点信息学部环15、16栋学生宿舍楼门口102.3355）作业依据依据：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。施测方法及使用的仪器：二等水准测量中使用了两种仪器，一是DS05自动安平水准仪，二是KELIDA—DL—2007电子水准仪。按照国家二等水准测量技术要求并参照《城市测量规范》CJJ8-9进行施测。各项限差：（1）：水准仪的i角限差为15″。（2）：一对标尺的零点不等差为0.10mm。（3）：视线高：S20m时，≥0.5m;S20m时，≥0.3m.(4):基辅差≤0.4mm;基辅高差之差≤0.6mm.观测方式。仪器类型光学水准仪数字水准仪备注前后视距差≤1.0m≤1.5m任一测站前后视距累积差≤3.0m≤6.0m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4mm(k为测段长度，单位为km,≤0.1km按0,1km算)环闭合差4mm(F为环线长度，单位为km)56）踏勘、选点本次实习二等水准精密测量在樱园环和武测校区进行。校内环车辆较多，所以测量过程中要特别注意仪器安全。武测两环相接处要经过马路，较危险，需要兼顾人身和仪器安全。本次实习的路线已经确定，踏勘选点的过程比较简单，最后我们组选取了校医院门口、幼儿园（BM2）、自强超市路口、党员群众服务中心、家属楼、9区3栋、S27、外招餐厅、枫园教学楼、（BM4）、枫14门前、马克思主义学院（BM8）、梅园3舍、梅园6舍。7）使用的仪器和仪器检验本次我组使用的仪器是Trimble的DiNi电子水准仪以及配套水准尺，007光学水准仪以及配套水准尺，精度很高。我们按照国家一.二等水准测量规范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。（结果见附录1、附录2）下面将检测方法列出：（1）数字水准仪的i角检验方法使用的仪器：水准仪（DiNiNO.708173和007）及脚架一套、水准标尺2根、尺垫2个、测绳一根、背包一个、记录板一个、竹竿四根，水准测量观测手簿、i角检测表格、水准点之记、一对水准尺零点差及基辅差常数的测定表格，铅笔、小刀、油漆等仪器检验：1、在一平坦场地上用钢尺依次量取一直线ABCD，其中AD为安置仪器处，BC为立标标尺处。在线段ABCD上使AB=CD。量取仪器和近标尺距离约为5~7m，远标尺为40~50m。2、观测方法：在AD处安置仪器，仔细整平仪器后，分别在BC标尺上各照准读数基本分划四次。3、计算方法：2/)()(1122baba)(1061.1)/(21512DDDDi6（2）一对水准标尺零点不等差及基、辅分划读数差的测定1、在距离水准仪约20~30米的等距离处打下三个尺桩使庒顶间高差20cm.2、此项检验应进行三个测回。每一测回中，分别在三个桩上安置一对标尺，每次用光学测微器按基、辅分划各读数三次，且望远镜的视准轴位置应保持不变，测回间应变换仪器高。3、计算方法：分别计算每根标尺基、辅分划所有读数的中数。两标尺基本分划读数的中数的差，即作为一对标尺零点不等不差。每根标尺基本分划读的中数与辅尺读的中数的差，即作为每根标尺基辅分划读数差常数。8）精密二等水准数据采集与外业概算过程中的有关情况水准线路图已在测区概况中绘出，观测日期与观测时段在观测记录薄中记载详细，数据记录规范、清晰。1.观测方式二等水准测量采用单路线往返观测。一条路线的往返测，须用同一类型的仪器和转点尺承，沿同一路线进行。在每一区段内，先连续进行所有测段的往测（或返测）随后再连续进行该区段的返测测（或往测）。同一测段的往返测应分别在上午很下午进行。在日间气温变化不大的阴天和观测条件较好时，若干里程的往返测可同在上午或下午进行。但这种里程的总测站数不应超过该测区总测站数的30%。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仪器类型光学水准仪数字水准仪备注前后视距差≤1.0m≤1.5m下丝读数大于或者等于0.3mm任一测站前后视距累积差≤3.0m≤6.0m72.人员安排本小组共有成员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，两人负责量距，另外一人负责给仪器打伞。3.具体作业方法在选取了合适的水准路线和固定点之后，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，水准仪放置杂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，则与按照奇数站“前后后前”，偶数站则按照“后前前后”。在该测站完毕后，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。9）精密二等水准测量外业高程概算成果见附录410）大地测量计算所采用的编程语言、各个任务的框图和编程思想以及基本数学模型等（1）大地测量计算所采用的编程语言简介本次大地测量采用的是C#语言，C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的语言，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。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。（2）完成各个任务的设计框图和编程思想一、高斯投影正反算编程思想：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。正算中，高斯投影必须满足的三个条件：8（1），中央子午线投影后为直线。（2），中央子午线投影后长度不变。（3），投影具有正性性质，即正性投影条件。由第一个条件可知，中央子午线东西两侧的投影必然对称于中央子午线。设在椭球面上有P1，P2，且对称于中央子午线。其大地坐标为（l,B）,(-l,B)则投影后的平面坐标一定为P1（x,y）,P2（x,-y）.由第二个条件可知，位于中央子午线上的点，投影后的纵坐标x应该等于投影前从赤道量至该点的子午弧长。反算：在高斯投影坐标反算时，原面是高斯平面，投影面是椭球面，则有如下的投影方程：则其的三个条件：（1），x坐标轴投影成中央子午线，是投影的对称轴；（2），x轴上的长度投影保持不变;（3），正性投影条件。设计框图：采用的基本数学模型：1.当将克拉索夫斯基椭球带入计算式，可得到正算公式：其中：相应计算公式：其中：输入P点大地坐标（BL）求出P点的经度与中央子午线的经度差和N求出5个参数a0,a3,a4,a5,a6根据以上算出的各个参数算出高斯平面坐标（x，y）9相应计算公式：其中：二、大地主题正反算编程思想：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。正解是指：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。反解是指：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。大地主题解算的基本思想：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。白塞尔的三个投影条件：（1）椭球面大地线投影到球面上为大圆弧；（2）大地线和大圆弧上相应点的方位角相等；（3）球面上任意一点