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科傻说明指导书
科傻系统系列软件之二
(CODAPS)
地面测量工程
控制测量数据解决通用软件包
Version5.0
武地课题组
.1.武汉
前言
“测量工程控制与施工测量内外业一体化和数据解决自动化系统”简称科傻系统(COSA),意即用高科技集成傻瓜式测量数据采集和解决系统。
它将测量学基本原理和当代科技相结合,对电子全站仪(TPS)、电子水准仪(ELI)、全球定位系统(GPS)以及常规地面测量仪器进行了系统开发,以工程控制测量、施工测量和碎部测量等测量工程为对象,实现了从外业数据采集、质量检核、预解决到网平差等内业数据解决、成果报表输出一体化和自动化作业流程。
科傻系统由如下三个子系统构成:
1)“基于掌上型电脑测量数据采集和解决系统”(简称EREPS或COSA1),在商品化掌上型电脑PDA上运营,该子系统灵活以便,适合外业环境。
它能自动控制和引导整个作业过程并进行质量检测,一体化限度高,操作以便。
该子系统具备水准测量、二三维控制测量、碎部测量、断面测量、道路和桥梁测设、工程放样等外业测量作业模块;具备小规模水准网、二三维工程网平差功能;具备文献管理和数据通信功能。
可实现从数据采集、质量检核、预解决到网平差等作业流程一体化和自动化。
2)“地面测量工程控制测量数据解决通用软件包”(简称CODAPS或COSA2),在便携式或台式微机WINDOWS环境下运营,既可独立使用,也可与COSA1联合使用。
可对掌上型电脑传播过来水准测量、二三维控制测量原始观测数据进行转换,完毕从概算到高程(水准高程、三角高程)网、平面网平差自动化数据解决流程,同步具备控制网优化设计、粗差探测与剔除、方差分量预计、闭合差计算、贯通误差影响值估算、坐标转换、换带计算、网图显绘、报表打印以及叠置分析等功能。
该子系统经历了从DOS版到WINDOWS版改版和WINDOWS版多次改进、升级,当前已达到炉火纯青限度。
3)“GPS工程测量控制网通用平差软件包”(简称COSAGPS),在便携式或台式微机WINDOWS环境下运营,能读取各种GPS接受机基线向量解算文献,进行网三维无约束平差和二维约束平差,并具备坐标转换、网图显绘、报表打印以及与地面观测边长联合平差等功能。
本手册是在对WINDOWS版作多次改进、升级基本上专门为CODAPS顾客编写,若仍有疏漏和不当之处,敬请读者提出宝贵意见和批评指正。
武地课题组
.1.武汉
第一章概述
1.1系统简介
科傻系统(COSA)是“测量工程控制与施工测量内外业一体化和数据解决自动化系统”简称,涉及CODAPS、EREPS和COSAGPS三个子系统。
CODAPS在IBM兼容机上运营。
CODAPS系统除具备概算、平差、精度评估及成果输出等功能外,还提供了许多实用功能,如网模仿设计、网图显绘、粗差剔除、方差分量预计、贯通误差影响值计算及闭合差计算等。
该系统不同于其他既有控制网平差系统最大特点是自动化限度高,通用性强,解决速度快,解算容量大。
其自动化体当前通过和COSA子系统EREPS相配合,可以做到由外业数据采集、检查到内业概算、平差和成果报表输出自动化数据解决流程;其通用性体当前对控制网网形、级别和网点编号没有任何限制,不必给出冗余附加信息,就可以解决任意构造水准网和平面网;其解算速度快,解算容量大体当前采用稀疏矩阵压缩存储、网点优化排序和虚拟内存等技术,在主频166MHZ586微机上,解算800个点平面和水准控制网不到1分钟;在具备30MB剩余硬盘空间微机上,可以解算多达6000个点平面控制网。
1.2安装及运营
1.2.1安装
运营CODAPS系统盘上安装程序SETUP.EXE后,按提示操作即可。
安装程序自动在程序组增长“科傻系统”程序项。
1.2.2运营
在并口上插入加密狗后,点击“开始”菜单栏“程序”组项,会浮现“科傻系统”程序组,单击其中程序项“科傻系统”中“地面控制测量数据解决系统”,进入如图1-1所示系统界面,所有操作符合WINDOWS操作规范。
系统功能参见附录一。
1.3迅速入门
1.3.1系统菜单
(1)文献
文献菜单重要功能如图1-2所示:
新建:
新建文本文献,如平面观测值文献等。
打开:
打开任意文献。
打印设立:
打印机设立,单击将打开打印机设立对话框。
(2)平差
平差菜单重要功能如图1-3所示:
平面网:
对平面网进行平差。
单击将打开“输入平面观测值文献”对话框,选取平面观测值文献进行平面网平差。
高程网:
对水准(高程)网进行平差。
单击将打开“打开”对话框,选取水准(高程)观测值文献进行高程平差。
粗差探测:
自动探测平面网观测值中粗差,若发现粗差则自动剔除之。
方差分量预计:
对于平面网中一组或多组不同种类或/和精度观测值状况,通过方差分量预计,可以使各组观测值精度获得最佳预计,保证平差随机模型对的性和成果可靠性。
设立与选项:
在概算、平差、粗差探测以及坐标转换前作相应设立和选项。
生成概算文献:
作概算时需要调用此项,然后再进行平差。
(3)报表
报表菜单重要功能如图1-4所示:
平差成果:
依照平面网或高程网平差成果文献自动生成平面或高程平差成果报表。
原始观测值:
将掌上型电脑经数据通信所得到原始观测值文献自动生成平面高程网或高程网原始观测值报表。
其详细阐明见第六章。
(4)查看
打开或关闭工具栏和状态栏。
(5)工具
工具菜单重要功能如图1-5所示,其详细阐明见第三章。
(6)设计
用于平面网、水准网和GPS
网模仿计算和优化设计。
功能菜单如图1-6所示,
其详细阐明见第五章。
图1-6
(7)坐标转换
重要用于高斯坐标
正反算、换带计算和
坐标转换。
重要功能
菜单如图1-7所示,
其详细阐明见第七章。
图1-7
1.3.2.工具条
快捷按钮
工具条快捷按钮如图1-8所示,共有6类共18个快捷按钮,即:
文献类:
新建,打开,保存文献。
编辑类:
剪切,复制,粘贴功能(对活动文档有效)。
打印类:
打印当前活动文档(涉及图形)。
平差类:
平面网平差,高程网平差。
平面网网图显绘类:
图形放大、缩小,开窗放大,返回前级,切换误差椭圆、点名和比例显示。
关于类:
显示系统关于信息。
1.3.3.文献命名规则及构造
本系统文献命名规则及构造,请参见附录2“CODAPS文献组织”和附录3“所附实例文献目录”。
凡本阐明书中所涉及须人工生成文献详细构造,均可从所附实例文献找到;自动
生成文献可以便地从程序运营中得到。
1.3.4.算法阐明和深层次研究
本阐明书在附录4中列出了“关于参照文献”,供深层次研究之用。
第二章平差
使用CODAPS最惯用操作就是进行控制网平差,该菜单下涉及平面网、高程网平差,粗差探测,方差分量预计,设立与选项以及生成概算用文献等子菜单。
本章重要简介平面、高程控制网观测值文献构造及生成,平面、高程网平差,设立与选项以及生成观测值概算文献等内容。
粗差探测和方差分量预计详见第四章。
2.1控制网观测值文献
在进行平差之前,必要要准备好控制网观测值文献,即平面观测值文献(取名规则为“网名.in2”)和高程观测值文献(取名规则为“网名.in1”)。
观测值文献采用网点数据构造,除包括控制网所有已知点、未知点和观测值信息外,还隐含了控制网拓扑信息。
可以使用系统菜单中“文献”栏下拉“新建”子菜单项或单击工具栏左边第一种快捷键建立平面或高程观测值文献。
2.1.1平面观测值文献
平面观测值文献为原则ASCⅡ码文献,可以使用任何文本编辑器建立编辑和修改。
其构造如下:
方向中误差1,测边固定误差1,比例误差1[,精度号1]
方向中误差2,测边固定误差2,比例误差2,精度号2
…,…,…,…
方向中误差n,测边固定误差n,比例误差n,精度号n
已知点点号,X坐标,Y坐标
…,…,…
测站点点号
照准点点号,观测值类型,观测值[,观测值精度]
…,…,…[,…]
该文献分为两某些:
第一某些为控制网已知数据,涉及先验方向观测精度,先验测边精度和已知点坐标(见文献Ⅰ某些);第二某些为控制网测站观测数据(见文献Ⅱ某些),涉及方向、边长、方位角观测值。
为了文献简洁和统一,咱们将已知边和已知方位角也放到测站观测数据中,它们和相应观测边和观测方位角有相似“观测值类型”,但其精度值赋“0”,即权为无穷大。
第一某些排列顺序为:
第一行为方向中误差,测边固定误差,测边比例误差。
若为纯测角网,则测边固定误差和比例误差不起作用;若为纯测边网,方向误差也不起作用,这时可输一种默认值“1”。
程序始终将第一行方向中误差值作为单位权中误差。
若只有一种(或称为一组)测角、测边精度,则可不输入精度号。
这时,从第二行开始为已知点点号及其坐标值,每一种已知点数据占一行。
若有几种测角测边精度,则需按精度分组,组数为测角、测边中最多精度种类数,每一组占一行,精度号输1、2、...(参见表2-2)。
如两种测角精度,三种测边精度,则应提成三组。
方向中误差单位为秒,测边固定误差单位为毫米,测边比例误差单位为ppm。
第一行三个值都必要赋值,对于纯测角网,测边固定误差和比例误差可输任意两个数值,如5,3;对于纯测边网,方向中误差赋为1.0。
已知点点号(或点名,下同)为字符型数据,可以是数字、英文字母(大小写均可)、中文或它们组合(测站点,照准点亦然),X、Y坐标以米为单位。
第二某些排列顺序为:
第一行为测站点点号,从第二行开始为照准点点号,观测值类型,观测值和观测值精度。
在同测站上方向和边长观测值必要按顺时针顺序排列。
边角同测时,边长观测值最佳紧放在方向观测值背面。
每一种有观测值测站在文献中只能浮现一次。
没有设站已知点(如附和导线定向点)和未知点(如前方交会点)在第二某些不必也不能给出任何虚拟测站信息。
观测值分三种,分别用一种字符(大小写均可)表达:
L—表达方向,以度分秒为单位。
S—表达边长,以米为单位。
A—表达方位角,以度分秒为单位。
观测值精度与第一某些中精度号相相应,若只有一组观测精度,则可省略;否则在观测值精度一栏中须输入与该观测值相应精度号(参见表2-2)。
已知边长和已知方位角精度值一定要输“0”。
如果边长是单向观测,则只需在一种测站上给出其边长观测值。
若是对向观测边,则按实际观测状况在每一测站上输入相应边长观测值,程序将自动对来回边长取平均值并作限差检查和超限提示;如果顾客已将对向边长取平均值,则可对来回边长均输入其均值,或第一种边长(如往测)输均值,第二个边长输一种负数如“-1”。
对向观测边精度高于单向观测边精度,但不增长观测值个数。
平面观测值文献中测站顺序可以任意排列。
普通来说不会影响平差效率和成果,但本软件包还特意提供了观测值文献排序(网点优化排序)功能(详见2.3.1)。
通过优化排序,既有助于网点近似坐标推算,也可提高解算容量和速度,但普通对于200个点以上大网或某些特殊网才有较明显效果。
1
6
3
2
5
4
图2-1
图2-1为某一测角网网图,其相应平面观测值文献*.IN2”数据格式见表2-1。
对于有多组测角、测边精度网,其平面观测值文献如表2-2所示。
表2-1IN2文献示例(仅一组精度状况)
2,3,3
1,3730958.610,264342.591
2,3714636.8876,276866.0832
1
2,L,0
3,L,27.362557
6,L,83.435791
2
4,L,0
3,L,74.593577
1,L,105.481560
4
5,L,0
3,L,41.334905
2,L,77.283653
5
6,L,0
3,L,58.405347
4,L,155.514999
6
1,L,0
3,L,57.240198
5,L,117.072390
3
1,L,0
2,L,121.345421
4,L,190.403024
5,L,231.554475
6,L,293.313088
表2-2多组精度状况IN2文献示例
1.800,3.000,2.000,1
3.000,5.000,3.000,2
5.000,5.000,5.000,3
k1,2800.000000,2400.000000
k4,2400.000000,3200.000000
……
k1
k2,L,0.0000,1
k5,L,44.595993,1
k6,L,89.595993,1
k7,L,135.000120,1
k4
p5,L,0.0000,2
p5,S,200.004728,2
p3,L,90.000031,2
……
2.1.2高程观测值文献
高程观测值文献也是原则ASCⅡ码文献,它构造如下:
已知点点号,已知点高程值
…,…
测段起点,终点,高差,距离,测段测站数,精度号
…………[,…]
该文献内容也分为两某些,第一某些为高程控制网已知数据,即已知高程点点号及其高程值(见文献第Ⅰ某些)。
第二某些为高程控制网观测数据,它涉及测段起点点号,终点点号,测段高差,测段距离、测段测站数和精度号(见文献第Ⅱ某些)。
第一某些中每一种已知高程点占一行,已知高程以米为单位,其顺序可以任意排列。
第二某些中每一种测段占一行,对于水准测量,两高程点间水准线路为一测段,测段高差以米为单位,测段距离以公里为单位。
对于光电测距三角高程网,测段表达每条光电测距边,测段距离为该边平距(单位公里)。
如果平差时每一测段观测按距离定权,则“测段测站数”这一项不要输入或输入一种负整数如-1。
若输了测站测段数,则平差时自动按测段测站数定权。
该文献中测段顺序可以任意排列。
当只有一种精度时,精度号可以不输。
对于各种精度(多级别)水准网,第一某些前面还要增长几行,每行表达一种精度,有三个数据。
水准级别,精度号,每公里精度值(单位mm/km)。
A2A3
TP1A4
Z5Z6Z7
图2-2
图2-2为某一水准网水准路线图,其相应高程观测值文献见表2-3。
表2-3高程观测值文献
TP1100
Z5TP10.05851.000
Z5,Z6,0.0683,1.000
Z6,Z5,0.0634,1.000
Z6,A4,0.0683,1.000
Z6,Z7,0.0489,1.000
TP1,A2,0.0320,1.000
TP1,A3,40.1607,1.415
TP1,A4,0.0562,1.000
A3,TP1,-39.8801,1.415
A2,TP1,0.0732,1.000
A4,Z6,0.0780,1.000
A4,TP1,0.0683,1.000
下面给出按距离定权、按测站数定权和多级别水准网高程观测值文献数据构造
(1)按距离定权
S0,219.9592
N2,212.5328
N1,S246,24.8433,0.612
N1,S0,62.8298,0.858
N1,N0,50.7066,0.525
N0,S2,34.7798,0.690
N0,N2,4.6745,0.183
......
(2)按测站数定权
9568,30
9584,9568,-1.96985,0.10670,4
9568,9567,3.02405,0.07920,2
9567,9566,-0.29515,0.05200,2
9568,9584,1.97090,0.10480,4
9584,9585,1.63340,0.10280,2
......
(3)多级别水准网(-1表达不按测站数定权)
1,1.000,1
2,2.000,2
3,3.000,3
BM1,120.000000
BM3,140.000000
BM1,BM2,-19.9942,20.000,-1,1
BM2,BM3,40.0073,24.000,-1,1
BM3,BM4,10.0314,30.000,-1,2
BM2,BM5,30.0088,23.000,-1,2
BM3,BM5,-10.0314,27.000,-1,3
......
2.1.3控制网观测值文献生成
在CODAPS系统中,控制网观测值文献生成有四种办法:
一种是运用通用文本编辑软件人工建立,这适合手工记录野外观测数据状况;另一种是在野外运用COSA系统子系统EREPS自动采集数据,传播到微机,通过“工具”栏“格式转换”功能,全自动化地形成相应平面和高程观测值文献(文献第Ⅰ某些需要人工编辑)第三种办法是人工建立“*.SV”文献,调用“工具”栏中斜距化平功能,自动生成平面观测值文献(参见3.5)。
第四种办法是模仿生成平面和高程观测值文献(参见第五章)。
第一种办法普通需要顾客对方向、边长观测值作预解决,如方向改化、倾斜改正、归化投影改正等,文献中观测值必要和已知点坐标协调一致,相应于某一坐标系和投影高程面。
第二种办法中,EREPS已对边长作气象改正、仪器常数改正和倾斜改正,对高差已作曲率和折光改正,但未作方向改化、边长归化及投影改正。
如需要进行上述改正计算,可使用本程序所提供概算功能(参见2.3.1)。
(1)CODAPS系统中文献名商定规则
CODAPS系统解决对象是控制网,每一种控制网都用一种字符串来作为控制网名。
与某一控制网有关所有文献,其文献名商定为以控制网名作为主文献名,用不同后缀来表达该网不同类型文献。
如对平面控制网观测值文献,其文献名为“网名.IN2”,对高程网观测值文献,其文献名为“网名.IN1”;对平面网平差成果文献,其文献名为“网名.OU2”,对高程控制网平差成果文献,其文献名为“网名.OU1”。
平面网及高程网模仿观测方案文献、报表输入输出文献以及坐标转换文献扩展名详见第五、七章。
(2)手工建立控制网观测值文献
在WINDOWS95/98下,启动CODAPS,屏幕窗口弹出如图1-1所示主窗口。
用鼠标单击“文献”,主菜单中弹出如图1-2所示下拉菜单。
选取其中“新建”,主菜单窗口便会弹出一种文本编辑窗口,您可以按照2.1所述文献格式,输入控制网起算数据和观测数据。
输完各种数据后,存盘关闭文本编辑窗口,即完毕了控制网观测值文献建立。
(3)自动建立控制网观测值文献
自动建立控制网观测值文献是建立在外业使用科傻系统子系统EREPS进行外业观测数据自动采集基本上,使用CODAPS“手簿通讯”和“数据转换”功能,直接形成控制网观测值文献,参见3.6和3.7。
2.2控制网平差
准备好控制网观测值文献后来,即可进行平差解决。
但在平差前,普通还需要对平差过程中某些参数进行设立,如平差迭代限值,边长定权公式;精度评估时是使用先验单位权中误差还是后验中误差;与否作网点优化排序,与否作观测值概算,与否设立用边长交会推算网点近似坐标等。
设立是通过CODAPS“平差”主菜单下“设立”来完毕,详细操作过程详见2.3。
如果控制网范畴较小,高程变化也较小,且为独立工程坐标系,已知点Y坐标值较小,或者平面观测值文献中观测值已经通过了各种归化改正,则可直接进行平差解决。
如果控制网已知点坐标是国家54或80坐标系下坐标,且Y坐标值较大(即测区离中央子午线较远),平面观测值文献中边长、方向值也没有通过概算,则需要运用CODAPS概算功能对方向和边长观测值进行三差改正以及归化和投影改正计算,然后才干进行平差(参见2.2.1,2.4和2.3.1)。
这里需要阐明是,EREPS子系统已对边长观测值作了加乘常数改正、气象改正以及斜距化平计算。
平差时,只需在主菜单中用鼠标单击“平差”,则会弹出下拉菜单,如图1-3所示。
下面咱们对平面网和高程网平差进一步予以阐明。
2.2.1平面网平差
如果观测值文献中边长、方向观测值需要进行改化计算,则须先在“平差”栏“设立与选项”中进行相应选取,并在“平差”栏中激活“生成概算文献”(参见图1-3和2.4)。
形成概算用文献后,用鼠标单击“平差”栏中“平面网”或单击工具条中平差快捷键,主菜单窗口弹出如图2-3所示对话框。
在该对话框中选取并打开要进行平差平面观测值文献,将自动进行概算、构成并解算法方程、法方程求逆和精度评估及成果输出等工作,平差成果存于平面平差成果文献“网名.OU2”,并自动打开以供查看。
图2-3
在平差过程中若浮现迭代次数多且不收敛状况,或浮现其他提示,平差不能继续进行,一方面应检查生成平面观测值文献与否有错误。
若平差成果文献后验单位权中误差明显偏大(例如是先验单位权中误差2倍以上),则应怀疑观测值也许具有粗差。
对于观测值粗差,可以查看观测值改正数大小并调用“工具”栏中“闭合差计算”菜单项,检查闭合差与否超限(参见3.1)。
对于图形构造较好,多余观测数较多网,还可调用“粗差探测”功能,探测和剔除粗差(参见4.1)。
2.2.2高程网平差
用鼠标单击“平差”栏中“高程网”,或单击工具条中快捷键,主菜单窗口将弹出如图2-4所示对话框。
在该对话框中选取并打开要进行平差高程观测值文献,将自动进行高程网平差、精度评估及成果输出等工作。
平差成果存于高程平差成果文献“网名.OU1”中,并自动打开以供查看。
通过查看和分析后验单位权中误差值以及高差观测值改正数,可以判断观测值和平差成果质量;同样也可以调用“工具”栏中“闭合差计算”功能菜单,检查各水准环线闭合差与否超限
2.3设立与选项
在“平差”菜单栏中选取“设立与选项”,则会弹出如图3-3所示设立对话框,该设立涉及:
平差设立、坐标常数和改正数、坐标系统设立以及粗差剔除设立,下面分别予以简介。
2.3.1平差设立
平差设立界面如图2-5所示,涉及了三个开关选取框、两组单选按钮设立框和一种编辑框。
开关选取框用来拟定某项功能开或关,用鼠标单击左边方框可以设立开关选取框开关状态,当方框中有“√”标记符时,则表达该选取框处在“开”状态,否则为“关”状态。
对于一组单选按钮设立框,一次只能选中其中某一项,选中项左侧圆圈中会浮现一种黑点。
(1)观测值文献排序
当该选项处在选中(开)状态时,则表达平差前先要对原始观测值文献进行优化排序,否则表达平差前不排序。
这项选取普通适合于大网(点数>500)或特殊网。
对于大型网,观测值文献优化排序后,可以提高平差计算速度。
此外,通过该项选取,对于较复杂网,点近似坐标计算会有影响,如增减迭代计算次数,迭代收敛或不收敛等。
因而与否选取此项,可通过试算拟定。
(2)观测值概算
当该选项处在“开”状态时,则表达在平差前一方面要对原始观测值进行概算。
若要进行概算,需要一方面在“平差”栏中点激“生成概算文献”,并对该文献作必要编辑。
若不进行概算,则关闭该项。
(3)近似坐标用边长交会
当该选项处在“开”状态时,表达推算近似坐标用边长前方交会,否则在推算近似坐标时不使用边长交会。
这项选取合用于只有少量方向边角网或混合网,对于单纯测边网,必要打开该项,否则网点近似坐标推算将不能进行。
这里需要阐明是:
由于边长交会二义性,当交会某一点边只有两条时,交会出点也许是错误,这时可以采用两种办法加以解决,一是建立一种网形信息文献,文献名为“网名.NET”,该文献为原则ASCII文献,可以使用任意文本编辑器形成,其格式为:
点名1,点名2,点名3
点名1、点名2、点名3为边长交会三角形三个顶点,按逆时针方向排列,每一种三角形组合占一行。
二是建立一种交会点概略坐标文献,文献名为“网名.XYO”,其格式为:
点名概略坐标X0概略坐标Y0
概略坐标可以很粗糙,且只需要
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