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第三章 水准网平差程序设计


B x l ,式中 l 为误差方程常数项 由此可得误差方程 V n ,t t ,1 n ,1
采用的平差准则为最小二乘法:
V T PV min
不难看出总共有n+t个参数,而所列的误差方 程只有n个,故只采用误差方程是不能解求n+t 个参数的,还需寻找其他的条件。按着最小二 乘法法则,对t个参数求偏导,得出式子 BT PV 0 由误差方程和求偏导后得到的式子,可唯一 确定n+t个待求量。并有这两个 式子可以推 T 出法方程,如为: B PBx BT Pl 0 从而可求得 x ( BT PB)1 BT Pl ,将该式代入到误差 即可求得改正数 v 。
五、待定点近似高程计算
待定点高程计算是为了得到未知点的高程近 似值,在求取未知点近似高程的时候,要注意测 段的方向及相关正负号。既可以进行人工计算后 输入到程序中,也可以直接将原始数据直接读入 到程序中,根据相关算法让程序自动计算。计算 原理如下式:
H近似 H已知 h测段
水网观测数据(测段)的组织:
根据p1、p2得到p1到目标点的路线长度S1和p2到 目标点的长度S2,再结合p1、p2的路线长度S12, 判断p1是否可以作为p2的邻接点,以及p2 是否可 以作为p1的邻接点。 那么p1可作为p2的邻接点的条件为:
S2>S1+S12
S1>S2+S12
…(条件1)
…(条件2)
p2可作为p1的邻接点的条件为: 若条件1成立时,Neighbor(p2)=p1,S(p2)=S1+S12; 若条件2成立时,Neighbor(p1)=p2,S(p2)=S1+S12。
式中,正负号取决于高差起始点到终点的方向与 推算路线是否一致。
闭合差的限差为:
W限 2 S1 S 2 S n
其中,μ 为每千米观测高差中误 差。 假如网中共有m个已知点,将m个已知点两两组 合,计算m(m-1)/2条附合路线的闭合差,每条路 线按最短路线进行计算。
c)环闭合差计算算法 在水准网中,由观测高差相连接可以形成闭 合多边形,理论上构成闭合多边形的各观测高 差之和应该为0,由于观测误差的存在,高差之 和一般不等于0,闭合多边形的观测之和称为环 闭合差。 一般情况下,设构成闭合环的观测高差 h1,h2……hn,环闭合差为 式中,正负号取决于高差起点到终点的方向与推 算路线的方向一致。
b)路线闭合差计算算法 从一个已知点出发用观测高差依次推算其它 各点的高程,最后闭合到另外一个已知点上,闭 合点上推算高程和已知高程值之差称之为附合水 准路线闭合差,简称路线闭合差。设k1、k2为两 个已知点,已知高程值分别为H1、H2,两点之间 的推算路线由高差h1,h2……hn,各测段路线长度 分别为S1,S2 ……Sn,路线闭合差为 W H1 h1 h2 hn H 2
W h1 h2 hn
环闭合差的限差为
W限 2 S1 S 2 S n
其中,μ 为每千米观测高差中误 差。
实际计算时,一般只计算最小独立环的闭合差。 最小闭合环应该满足如下条件: (1)多边形环应该是相互独立(线性无关)的, 即任何一个多变边不能由其它多边形线性组合 而得到。满足独立条件可以避免重复计算,也 可以避免遗漏。 设水准网中有n个观测高差、t个高程点,那么 独立闭合环的个数为r=n-t+1 保证闭合环独立的方法是,每个新环找到的闭 合环都有前面找到的闭合环中不曾使用的观测 值。
0 从而平差值结果为: L L v, X X x
本课程中以未知点高程值作为未知参数,以高 差作为观测值,以观测路线长度的倒数作为观测 值的权,采用间接平差模型进行平差计算。 其平差的一般步骤如下:
1.根据平差问题选定未知参数;
2.根据观测值与未知参数之间的函数关系建立误 差方程式,若误差方程是非线性方程,还要引入 参数近似值,将误差方程线性化; 3.由误差方程组成法方程;
六、误差方程的组成
对于水准网平差,关键就是误差方程 的构建,即相关矩阵的生成,这里所指的 矩阵是误差方程系数矩阵B和常数矩阵L。 如何来组成这两个矩阵呢?还是一个方程 一个方程的建立,最后将相应值存储到矩 阵B和L的对应元素中。
(2)在多边形环独立的情况下,闭合环的边长 最短。 关于最小环问题可以用最短路径的方法解决。 若仅通过一个观测值即可将两个点p1到p2连接 起来,构成一条路线,可把这种路线称为p1到 p2的直接路线。如果直接路线能同别的观测值构 成闭合环,那么从p1到p2应有两条或两条以上 的路线。 如果选定一条直接路线,再从非直接路线中 找到p1到p2的最短路线,把这条最短路线与直 接路线连接起来一定是包含直接路线的最小环。 为保证找到的闭合环是独立的,只能将未参加过 前面环闭合差计算的观测作为直接路线。
2、遍历所有测段(即从第一个测段到最 后一个测段);
a)判断测段中起点为已知点,判断终 点为未知点,若同时成立,则利用公式计 算该测段中未知点的高程,并存储到H() 中;

b)再次遍历测段,找到满足这些条件 的测段 (其起点未知点,终点是已知点), 若同时满足,则进行起点近似高程的计算, 把计算出的近似高程存到H()数组中; 3、判断计算出近似高程的个数是否小于未 知点高程点的个数,若是再次进行循环, 若否,计算完毕(即水准网中未知高程点 的近似高程已全部计算出来),水准网中 所有未知点的高程存放到H()数组中了。
设p1选择p2作为邻接点,P2到目标点的路线长 度为S2, p1到p2的路线长度为S12,则p1到目标点 的路线长度S1为 S1=S2+S12 若还有一点P3也是P1的邻接点,则经由P3到 目标点的路线长度为 S’1=S3+S13 为了寻求最短路线,显然当S1<S’1时,应选p2 作为p1的邻接点,反之应选择p3作为p1的邻接点。 因此寻求最短路线的过程转化为给每个点寻找邻 接点的过程,当每个点都有了邻接点,且这个点 连接的路线又是最短路线时,搜素工作即告结束。
一、水准网间接平差算法概述
该课程中所采用的平差模型为间接平差,即所 选的独立参数的个数等于必要观测数,这样可以 将每个观测值表示成这t个参数的函数,组成观测 方程。 L B X d 间接平差的函数模型: n ,1 n ,t t ,1 n ,1 0 平差时一般对所选参数取近似值 X X x 代入上式 并令 l L ( BX 0 d ) L L0
(4)当水准网的规模较大时,在循环访问每一 个观测值后某些点到目标点的路线还不是最短路 线,甚至有些点还没有找到邻接点,需要转到 (3)继续为寻找路线最短的邻接点,直到所有 的观测边不再满足条件1和条件2,这时表明每个 点都已经找到了到目标点最短的邻接点,搜素工 作结束。
最短路线搜索函数 FindShortPath(p as integer, exclude as integer, neighbor() as integer,diff() as double, S() as double)
4.解算法方程,求取未知参数;
5.精度评定。
平差程序设计不仅仅是“写程序”,测 量程序设计还包括程序功能设计、平差模 型选择、算法选择、数据接口设计等内容。
一般应按数据处理和计算功能的划分,将 网平差程序分为若干独立函数(或过程), 每个函数(或过程)完成特定的计算或操 作,当需进行某种平差时,再调用这些函 数即可。
水准网平差输入界面一
水准网平差输入界面二
水准网平差输入界面三
四、高差闭合差的计算与检查
为了检查水准高差的质量,水准网平差前一般 进行附合水准路线闭合差计算与多边形闭合差计算, 并进行闭合差的检核。 1.附合水准路线高差闭合差的计算 a)最短路线搜索算法 “邻接点”:若一个点借助 另一个点与目标点发生了 联系,称另一个点是这个点 的“邻接点”。 如果一个点与目标点有直接联系,我们也把目标点 称为这个点的邻接点。
水准网平差程序设计中数据的组织是一个关键 问题。文件格式的设计就是规定数据文件中包含 的内容、各类数据的先后顺序以及各种数据的书 写格式。从程序设计者的角度来说,数据文件格 式设计相当于告诉用户应当怎样准备数据文件, 当然,程序中也必须按照约定的格式从文件中读 取数据。数据文件由四个部分组成,其格式如下。
综上所述,设目标点点号为k1,搜索各点到k1的 最短路线的计算过程如下: (1)定义两个数组。一个数组Neighbor用来存储 每个点的邻接点点号;另一数组S用来存储每个点 到目标点的路线长度。 (2)将S(k1)赋值为0,数组的其它元素赋值为 1.0e30(每点到目标点的初始路线长度为无穷 大),Neighbor(k1)赋值k1,Neighbor数组的其 它元素赋值为-1(表示没有邻接点)。 (3)循环访问每一个观测值,取出每个观测值的 起点点号(假定为p1)和终点点号(假定为p2 )
测段号 起点 终点 测段高差(m) 测段长(km) 测站数
1 2 3 4 5 6 7
A E D B A A A
B C C C D C F
5.835 1.006 7.384 3.782 2.270 9.64 0.003
1.5 0.8 2.1 3.2 1.7 1.3 4.1
水准网近似高程计算算法 1、定义存储水准网高程的数组H(),将已 知点(原有高程和计算出的近似高程都可 视为已知点)存到H()数组中;
1)基本信息部分:该部分仅占一行,其内容为
已知点数N1,未知点数N2,高差观测值个数NS。
2)已知点高程信息:该部分占N1行,每行格式为
已知点编号,该点的高程(单位:米)。 注意:在给控制点编号时,先给待定点编号,然后 给已知点编号。编号从1开始顺序编号。 3)高差观测值信息:该部分占NS行,每行格式为 测段编号,测段起点编号,测段终点编号,测段观 测高差(单位:米),测段长度(单位:千米)。 4)点名信息:该部分占N(N=N1+N2)行,每行 格式为 水准点编号,该点名称 其中点名长度不超过8个字符,即4个汉字。但最好 用字符串命名。
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