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基于MATLAB的改进导线网平差程序设计

2020-07-29 来源:星星旅游
第37卷第4期 测绘与空间地理信息 Vo1.37,No.4 2014年4月 GEoMATlCS&SPATlAL lNFORMAlTloN TECHNoLoGY Apr.,2014 基于MATLAB的改进导线网平差程序设计 王鹏磊 (西安科技大学,陕西西安710054) 摘要:随着现代社会的快速发展,各项建设工程越来越向大型化发展,导线网的布设与施测也越来越复杂,其 精度要求也越来越高。但是,传统的导线网平差程序难以解算一些特殊的导线网数据,如导线网中加测陀螺定 向边、导线网中部分点位只有距离观测或角度观测值等。本文鉴于MATLAB在处理数据方面的优势,基于间接 平差和附有限制条件的间接平差两种平差模型,实现了对各种类型导线网的平差处理。 关键词:MATLAB;导线网;间接平差 中图分类号:P207 文献标识码:B 文章编号:1672—5867(2014)04—0198—04 Improved Program Design of Traverse Network Adjustment Based on MATLAB WANG Peng—lei (Xi an University of Science And Technology,Xi an 710054,China) Abstract:With the rapid development of the modern society,the various construction projects more and more to the large—scale de— velopment,the layout of and construction survey of traverse network is also more and more complex,its accuracy requirements also getting higher and higher.However,the traditional traverse network adjustment program can not calculate some special traverse net— work data,such as traverse network by measuring the gyroscopic directed edge,traverse network in which some points only from dis— tance or angle of observations.In this paper,in view of the advantages of MATLAB in the processing of data,I used MATLAB to com— plete the adjustment of traverse network based on indirect adjustment and indirect adjustment with restirctions. Key words:L MATLAB;traverse network;indirect adjustment 0引言 1・1 间接平差 间接平差的基础方程为:V= 一z;B PV=0; MATLAB是近年来发展起来的大型科技应用软件, 若令N BB:BTPB t W:BTPl 以矩阵为运算单元,有强大的矩阵计算能力。一般情况 解算此基础方程,消去 ,得法方程Ⅳ 一W=0。 下,导线网网形布设灵活多变,观测数据量较大,且数据 将上式求解 =(口 尸B) 曰 P2,进而可求观测值改 处理过程中涉及大量的矩阵运算,相比传统的VB,VC等 正数并进行相关精度评定。 语言,用MATLAB平台进行导线网平差程序设计具有很 1.2 附有限制条件的间接平差 大优势。本文基于MATLAB平台,认真分析了导线网网 随着各项建设工程的大型化,导线网的长度也越来 型的各种情况,改进了导线网平差程序的算法,提高了程 越长,这时为了进一步提高精度,往往会在某个或某些边 序的普遍适用性,实现了导线网平差的程序设计。 上加测方位角,形成方向附和条件,参与平差解算。这 1 平差原理 里,将加测方位角作为限制条件,采用附有限制条件的间 接平差模型来进行程序中的数据处理。 平差计算有间接平差法和条件平差法,但对于程序 附有限制条件的间接平差的基础方程为: 设计而言,间接平差的方法具有编程模型简单,易于计算 V= 一Z; + =0;B JP +C =0; 机程序实现等优点,故本文采用间接平差的模型来实现 其法方程为:B P +G —Brp1=0; + =0; 程序设计。 收稿日期:2013—05—14 作者简介:王鹏磊(1989一),男,山东菏泽人,测绘工程专业硕士研究生,主要研究方向为大地测量学与测量工程。 第4期 王鹏磊:基于MATLAB的改进导线网平差程序设计 l99 若令NBB:BTPB W=BTPl;Ncc=CN CT o 经整理计算可得: =( W一^ c Ⅳ -。1 ,一 -1c CNs- ̄) 进而可求观测值改正数并进行相关精 度评定。 2数学模型 2.1 角度观测误差方程 如图1所示,观测角度为厶,设 ,h,k均为待定点。 则对于角度厶有: 观i贝4方程: + =& 一&m; 由方位角改正数表示的误差方程: =融 一6 — ; 其中,z =L 一( 一 )=L — 。 图1角度观测示意图 Fig.1 Angle observations diagram 将方位角改正数表达为坐标改正数后代入由改正数 表示的误差方程,即得测角网坐标平差的误差方程: p”c 一 p”c 一 p p” p ; 当 ,h,k中有已知点时,只需令其对应的坐标改正数 ,|,为0即可。 2.2边长观测误差方程 如图2所示,观测边长为 ,两端待定点为 ,k。则对 于观测边长 。有观钡0值平差方程为:L =L。+ =  ̄/(免一互 +( 一 ) 。 将上式按泰勒公式展开得: ¨ + 一毛)+ ( 一 ) 其中,△ = 一 ,△ = — , =  ̄/( 一 ) +( 一 ) 令l =L 一 ,代入泰勒展开式得: 一筹 一筹 + _fl 当_『,k中有已知点时,只需令其对应的坐标改正数 , 为0即可。 2.3限制条件方程 当导线网中某条或某些边加测定向方位角后,将该 图2边长观测示意图 Fig.2 Schematic diagram of side length measurement 方位角条件作为限制条件参与平差。 如图3所示,加测方位角为‰,两端点为待定点 ,k。 则对于加测方位角有: tan( )= 将坐标改正数代入,即得限制条件方程: 一tan( ) tan(8 ) +|,一 +w/=0 其中, =tan( )(霹一 )一( — ) 当 , 中有已知点时,只需令其对应的坐标改正数 , 为0即可。 j 图3方向观测示意图 Fig.3 Schematic diagram of direction observation 3导线网平差程序设计思路及关键程序 3.1 程序设计流程 程序设计具体流程示意图,如图4所示。 3.2关键程序 1)近似坐标解算 推算导线网中各个未知点的近似坐标,这是导线网 平差程序设计需要解决的第一个问题,也是一个难点。 传统的导线网平差程序所采用的近似坐标解算方法是, 先利用已知数据推算未知边方位角,进而利用极条件计 算未知点近似坐标。然而,由于现代社会工程建设大型 化,导线网往往比较大,在观测时难免会出现一些特殊情 况,如网中某个或某些点仅有角度或距离观测数据等,这 时传统近似坐标解算方法就不能适用了。 要想设计一个普遍适用的导线网平差程序,就必须 仔细分析导线网中未知点可能满足解算的观测条件。通 过分析发现,虽然导线网网型布设复杂多样,但是待定点 满足解算近似坐标的观测条件主要有:极坐标、前方交 200 测绘与空间地理信息 2014牟 按指定格式编辑导线网观测数捌表 输入已知点数、未知点数、先骑巾谋差等已知数据 读取戚测数据史竹 终止程序井提示用户榆蠢 已知数据 = —一  l是  I......................... jI...................一 来朋蜊有限制条件的 间接 蛰模型 计算 燕后坐标.进行 符项政 输出搬表 图4程序设计流程图 Fig.4 Flow chart of program design 会、测边交会、后方交会,设计程序时只要能检验所有待 定点是否满足以上观测条件即可。本文中所设计的程 序,会自动对每个待定点进行判断,若待定点满足其中一 个观、坝0条件,便解算其近似坐标并保存,然后判断下一个 待定点;若待定点不满足任何一个条件,则跳过该点,先 解算以后可以解算的待定点,之后再对其进行判断。最 后,若能解算出全部待定点近似坐标,则程序进行后续数 据处理;若仍有部分待定点未能解算出近似坐标,则提示 用户“请检查已知数据,未知点近似坐标不能完全解算!” 并终止程序。 2)平差解算 %建立权阵P pJiao=ones(nb,1); ps=zeros(118,1); ro=180/pi 3600: for k=1:ns ps(k)=(detjiao. 2)/((detifxs+detscales¥s(k,3)/ 1000). ); end P=diag([pjiao;ps]); %建立系数阵B和常数项l B=zeros(nb+ns,dd 2); l=zeros(nb+n8,1); for k=1:nb xuh(k)m-b(k,1); xuj(k)=b(k,2); xuk(k)=b(k,3); jinsijiao(k)=jiaojk(k)一jiaojh(k); ifjinsijiao(k)<0 jinsijiao(k)=jinsijiao(k)+2 pi; end l(k)=ro (b(k,4)一jinsijiao(k)); ajh(k):ro sin(jiaojh(k))/(sjh(k)); bjh(k)=一ro¥eos(jiaojh(k))/(sjh(k)); ajk(k)=ro sin(jiaojk(k))/(sjk(k)); bjk(k)=一ro cos(jiaojk(k))/(wk(k)); if xuh(k >ed B(k,(xuh(k)一ed) 2—1)=ajh(k); B(k,(xuh(k)一ed) 2)=bjh(k); end if xuj(k)>ed B(k,(xuj(k)一ed) 2—1)=ajk(k)一ajh(k); B(k,(xuj(k)一ed) 2)=bjk(k)一bjh(k); end if xuk(k)>ed B(k,(xuk(k)一ed) 2—1)=一ajk(k); B(k,(xuk(k)一ed) 2)=一bjk(k); end end for k=1:ns xusj(k)=s(k,1); xusk(k)=s(k,2); l(k+nb)=(s(k,3)一jinsis(k)); detxjk(k)=x0(xusk(k))一x0(xusj(k)); detyjk(k)=yO(xusk(k))一yO(xusj(k)); if xusj(k)>ed B(k+nb,(XUSj(k)一ed) 2—1)=一detxjk(k)/jin— sis(k); B(k+nb,(xusj(k)一ed)¥2)=一detyjk(k)/jinsis (k); end if xusk(k)>ed B(k+nb,(xusk(k)一ed) 2—1)=detxjk(k)/jinsis (k); B(k+nb,(xusk(k)一ed) 2)=detyjk(k)/jinsis (k); end end %建立限制条件方程 C=zeros(na,dd 2); for k=1:na if a(k,1)>ed C(k,(a(k,1)一ed) 2—1)=tan(a(k,3)); C(k,(a(k,1)一ed)¥2)=一1; W(k,1)=tan(a(k,3))¥(x0(a(k,1))一x0(a(k, 2)))一(yO(a(k,1))一yO(a(k,2))); else W(k,1)=tan(a(k,3)) (x0(a(k,1))一x0(a(k, 2)))一(yO(a(k,1))一yO(a(k,2))); end if a(k,2)>ed 204 测绘与空间地理信息 2014卑 表1控制点数与精度的关系表 选在靠近测区边缘时要低。同样,4个点位于4个角落的 Tab.1 Relationship between control 平差比较中,其余点相对集中的精度比相对均匀分布的 points and the accuracy of 精度要低。所以,在选择控制点进行整体平差时,要尽可 能地把控制点选在测区的边缘地带且内部点要均匀分 布,这样所得的平差精度相对较高。 3结束语 本文对近景摄影测量制作地面模型的试验过程和成 果精度进行了介绍及分析,对于影响近景摄影测量的精 度因子,也分别进行了试验。从控制点的分布上看,在数 据处理时,应该优先选择测区的4个角点,然后酌情在测 区内设点,且使控制点分布尽可能均匀。根据成果精度 通过分析表1中的实验数据可以得出:控制点数量的 的需要,适当增加控制点数目以提高测量后的数据解算 增加会提高目标物体的坐标解算精度,但也可以看出,随 精度。 着控制点数量的增多,所得精度有降低趋势。由此可推 想,当达到一定精度时,再增加控制点数量,精度反而降 参考文献: 低。从表1可以看出,在我们当前试验的情况下,控制点 [1]石栓虎.近景摄影测量精度影响因素分析[J].交通科 的最佳数目为7。所以,在进行摄影测量外业操作时,要 技,2009(3):63—65. 选择适当的控制点数量。 [2]柯涛,张祖勋,张剑清.旋转多基线数字近景摄影测量 2.3控制点分布的影响 [J].武汉大学学报:信息科学版,2009,34(1):44—47. 本试验用4个摄站进行旋转摄影所得到的像片数据, [3] 张慧鑫,李非粟,雷巨光.基于普通数码相机的近景摄影 进行三次不同的平差。第一次选择了7个控制点,这7个 测量方法与精度的试验研究[J].北京测绘,2008(4):4 —7. 控制点有4个分布在测区的角落上,另外3个均匀分布在 [4] 项鑫.利用数码相机进行近景摄影测量试验及精度探讨 测区中;第二次选择了7个控制点,这7个控制点都集中 [J].中州煤炭,2010(6):50—52. 在测区中,无角落点;第三次有4个分布在角落处,另外3 [5] 张建霞,蒋金豹,张健雄.数字近景摄影测量在建筑物变 个集中于中央位置,三次平差后的结果如下: 形观测中的应用[J].焦作工学院学报:自然科学版, 1)rrus of observation value and re—projection: 2004,23(5):356—358. 0.002 172 m: [6] 程晓军,罗成.基于非量测数字相机的近景摄影测量 2)rIBS of observation value and re—projrction: [J].铁路航测,2002(1):9—11. 0.002 286 in; [7] 王文颖.工程与近景摄影测量[M].北京:地质出版 3)rms of observ ̄ion value and re—projrction: 社,1994. 0.002 262 m。 [8] 冯文灏.近景摄影测量[M].武汉:武汉大学出版社, 由此3组数据我们可以得出,对同一测区,如果把控 2002. 制点都选在相对测区的中央,所得的平差精度比控制点 [编辑:王丽欣] (上接第201页) MATLAB也有方便的数据可视化功能,以及与其他编程 刘文龙,王坚,赵小平.利用MATLAB处理测绘数据的 语言相结合,格式化输入、输出等优势,使其已在测绘领 优越性分析[J].海洋测绘,2003,23(4):4—7. 域得到了广泛关注。随着MATLAB软件的普及,它必会 周圣君,王坚.利用MATLAB进行测绘数据处理和分 在测绘领域发挥更大的作用。 析[J].矿山测量,2004(1):18—20. 高宁,高彩云.MATLAB在测绘领域中的应用[J].平 参考文献: 顶山工学院学报,2008,17(1):28—31. [1]王玉磊,邱罡.从零开始学MATLAB[M].北京:中国铁 朱永松,程曦.导线网平差算法程序设计与实现[J].湖 道出版社,2011. 北工业大学学报,2005,20(4):71—75. [2] 董春来.MATLAB语言及测绘数据处理应用[M].成 张春,刘晓峰.MATLAB在测绘工作中的应用[J].华北 都:西南交通大学出版社。2008. 国土资源,2011(42):61—62. [3] 周小平,姚连壁.基于MATLAB的控制网平差程序设 赵亚红,郝延锦,徐明侠.MATLAB在测绘工程领域中 计[M].上海:同济大学出版社,2006. 的几点应用[J].地矿测绘,2011,27(1):38—4O. [4] 崔利,武文波.测绘领域中MATLAB的应用[J].辽宁 [编辑:王丽欣] 工程技术大学学报:自然科学版,2005(zu:47—49. 

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