全站仪测量时已知点坐标输入错误的处理方法

湖北大学本科学年论文题目全站仪测量时已知点坐标输入错误的处理方法专业年级09级地理信息系统院系资源环境学院学号20092211081200XX姓名XX指导教师XXX教授2012年9月17日1全站仪测量时已知点坐标输入错误的处理方法学生：XX，湖北大学资源环境学院指导老师：XXX，湖北大学资源环境学院摘要：测量生产中，由于在野外数据采集过程中操作不当或其他原因，经常会出现设站错误或后视定向错误及其它错误，从而造成采集的数据点坐标错误。给出了当外业操作出现错误时，内业补救改正的方法。关键词：建站错误；平移；旋转correctingtheerrorsledbymistakeoccupiedstationinTotalStationsurveyUndergraduate:LikunSupervisor:WangxinshengAbstract:InTotalStationsurvey,errorsoftenoccurintheaspectsofstationsetting-up,backsightorientationandotherstepsbecauseofimproperoperationorotherreasons,whichwillcausecoordinateerrors.Thispaperdiscussedhowindoorcorrectionshouldbeconductedwhileerrorsoccurinfieldoperation.Keywords:errorsofstationsetting-up;translation;rotation前言在进行全站仪测绘生产中，由于技术人员的操作失误使采集数据出错的情况比较常见。也常出现因外业数据采集过程中出现错误而导致外业返工的现象，浪费的大量的人力物力，也给规划设计带来的严重后果。出错要重新采集，这样费时费力。其实有效的内业处理可以有效改正外业数据采集过程中出现的错误。本文主要讨论外业全站仪测量建站时点位正确而控制点和后视点坐标输入过程中X、Y坐标输入错误的情况。一、测量原理将全站仪安置于测站点A上,选定3维坐标测量模式后,首先输入仪器高i,目标高v以及测站点的3维坐标值(XA,YA,HA),然后照准另一已知点设2定方位角,接着再照准目标点P上的反射棱镜,一按坐标测量键,仪器就会按下式自动计算并实时显示出目标点P的3维坐标值(XP,YP,HP)。XP=XA+Scosαcosθ(1)YP=YA+Scosαsinθ(2)HP=HA+Ssinα+i-v+r(3)式中,S为斜距:α为竖直角；θ为方位角；i为仪器高；v为目标高；r为两差改正。式(3)就是全站仪三角高程测量的基本公式。二、坐标系平移和旋转的数学原理（一）坐标系平移如图1所示，坐标系XOY与坐标系X’O’Y’相应的坐标轴彼此平行，并且具有相同的正向。坐标系X’O’Y’是由坐标系XOY平行移动而得到的。设P点在坐标系XOY中的坐标为(x，y)，在X’O’Y’中坐标为(x’，y’)，而(a，b)是O’在坐标系XOY中的坐标，于是：x=x’+ay=y’+b上式即一点在坐标系平移前后之坐标关系式。图1：坐标平移（二）坐标系旋转如图2所示，如坐标系XOY与坐标系X’O’Y’的原点重合，且对应的两坐标轴夹角为θ，坐标系X’O’Y’是由坐标系XOY以O为中心逆时针旋转θ角后得到的。3x=x’cosθ+y’sinθy=y’cosθ-x’sinθ上式即为经过旋转θ角后的二直角坐标系中某一点坐标的关系式图2：坐标旋转（三）坐标系的平移和旋转如图3所示，坐标系X’O’Y’的原点在坐标系XOY中的坐标为a、b，X轴与X’轴之夹角为θ。可以认为坐标系X’O’Y’原是与坐标系XOY重合，后因为O’分别平移了a、b之距离，并且坐标系二坐标轴O’X’与O’Y’又相对OX与OY逆时针旋转了θ角而得到的。在二坐标系之间引入一个辅助坐标系X”O’Y”，使它的二坐标轴O’X”与O’Y”分别与OX、OY平行。在X”O’Y”系中有一点P，其坐标为(x”，y”)，则由坐标系平移公式与坐标系旋转公式可得：x=x”+ay=y”+b故有x”=x’cosθ+y’sinθy”=y’cosθ-x’sinθ即x=x’cosθ+y’sinθ+ay”=y’cosθ-x’sinθ+b上式即坐标系平移和旋转后新、旧坐标系中某一点坐标之关系式。4图3：坐标平移和旋转基本问题平面直角坐标变换公式是由新坐标系原点在旧坐标系中的坐标与坐标轴的旋转角θ决定的。这里，将错误坐标为新坐标，正确坐标为旧坐标。无论何种错误类型导致的测量坐标错误。归根结底，都要通过平面坐标系的变换来解决。可采用EXCEL、程序设计或图形的批量改正基于AutoCAD平台进行图形变换的处理。三、处理方法通常，在批量处理前，首先求2个平移参数、1个旋转参数，然后编写一个小程序，自动完成地形图错误改正。（一）EXCEL表格处理以南方CASS为例，将扩展名为．dat的CASS原始文件重命名为EXCEL的逗号分割文件．CSV，然后打开该数据文件，并在第一行插入新行。在单元格A1、Bl输入坐标变换后平移基点的参数值，即实际测站的坐标，如AI=144．065，B1=10．000，单元格Cl输入六十进制的旋转角，逆时针旋转为正、顺时针为负，并在D1单元格转换为弧度，D1单元格转换代码为：DI=IF(C10,-RADIANS(INT(ABS(C1))+INT((ABS(C1)-INT(ABS(C1)))*100)/60+(ABS(C1)*100-INT(ABS(C1)*100))/36),RADIANS(INT(C1)+INT((C1-INT(Cl))*100)/60+(C1*100-INT(CI*100))／36))在F2至J2单元格进行以下操作，生成坐标变换后的CASS格式数据。F2=A2；5G2=B2；H2=$A$1+(C2-“X”)*COS($D$1)-(D2-“Y”)*SIN($D$1)；I2=$B$1+(C2-“X”)*SIN($D$1)+(D2-“Y”)*COS($D$1)；J2=E2“X”、“Y”为坐标变换前平移基点的坐标值，即全站仪设置的测站坐标。计算完后，重命名为逗号分割的EXCEL文件．CSV，并删除单元格A～E列的数据。将生成的．CSV文件扩展名改为CASS格式，用于CASS软件批量展点。（二）程序设计处理通过以上分析过程，编制错误处理的程序。采用读入文本的方式获得错误数据，然后依次输入测站设置坐标、后视点设置坐标、测站点实际坐标、后视点实际坐标后，自动完成数据的处理（算法如EXCEL中算法类似），将处理后的数据以文本输出。（三）基于AutoCAD的错误处理测站点坐标设置为S1的坐标。定向点坐标设置为M2的坐标．但实地设站位置为是S2，照准位置为M1。出现图4所示的错误地形图成果。该错误不仅包含坐标系的旋转问题．还包含坐标系的平移．处理步骤大致按两步进行。首先，将以S1为基准的错误测绘信息进行平移，平移至使S1与实际测站S2重合；第二步，以实际测站S2为基准，将错误定向边为准的测绘信息旋转至正确定向边S2M1为准的测绘成果。在AutoCAD平台下的处理步骤为：①用图层将正确信息锁定，用平移命令选取错误测绘信息；②以错误测站S1为平移基点，将错误信息进行平移，使错误测站S1与实际测站S2重合，见图5；③以实际测站S2为基点，以错误定向边的平行线为转轴，将选取的错误信息按参照方式旋转，使错误定向边的平行线与正确定向边S2M1重合，完成错误修正处理，见图6。6图4测站点、后视点错误图5平移图6修正后成果结语内业处理建站错误时，只要求得平移量和旋转角度就可以轻松进行内业改正，不用再进行外业返工。但是求算平移量和旋转角，至少要知道第二个公共点坐标，所以外业过程中，最好能进行必要的重复测量。比如，定向完成即测出后视点坐标，并且重测前一个测站已测过的第二到三个公共点。这样进行内业数据处理时就可以从测量数据中查找出错误的原因，并求算出平移量和旋转角度，从而进行内业改正。内业处理毕竟是一种对外业错误数据的补救措施，而且内业处理大面积错误数据时会出现较大的误差，所以在外业测量时尽量少出错甚至是不出错，不应过于依赖内业的处理。参考文献[1]杨晓明．数字测图（内外业一体化）[M]．北京：测绘出版社，2001．[2]吴向阳．城镇独立坐标系转换方法探讨[J].测绘通报，2000．(1)：33—34．[3]葛蕴珊,陈微．Excel在科研与工程中的应用[M].北京：中国林业出版社．2003．[4]彭维吉，彭秋云，等．AutoCAD平台下不同坐标系图形数据的转换[J].城市勘测，2007，(3)：40-41．