Cosa2使用说明书.docx
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Cosa2使用说明书
科傻系统系列软件之二
（CODAPS2003）
地面测量工程
控制测量数据处理通用软件包
Version5.0
武地课题组
2003.1．武汉
前言1
第一章概述1
1.1系统简介1
1.2安装及运行2
1.3快速入门3
第二章平差8
2.1控制网观测值文件8
2.2控制网平差18
2.3设置与选项21
2.4生成概算用文件30
2.5附加信息文件31
第三章工具32
3.1平面闭合差计算32
3.2高程闭合差计算34
3.3贯通误差影响值计算34
3.4图形显绘36
3.5斜距化平36
3.6手簿通讯38
3.7格式转换39
3.8叠置分析39
第四章粗差探测、剔除和方差分量估计41
4.1粗差探测与剔除41
4.2方差分量估计46
第五章网的模拟计算和优化设计48
5.1生成正态标准随机数48
5.2网的模拟计算48
5.3平面网优化设计56
第六章报表输出58
6.1原始数据报表58
6.2平差结果报表65
第七章坐标转换68
7.1XYZ-〉BLH68
7.2BLH->XYZ69
7.3XY->BL70
7.4BL->XY71
7.5XY1->XY271
7.6XY1->XY272
附录2CODAPS的文件组织74
1平面控制网74
2水准（高程）网75
3GPS网76
附录3所附实例文件目录78
附录4有关参考文献81
附录5有关获奖情况85
前言
“测量工程控制与施工测量内外业一体化和数据处理自动化系统”简称科傻系统（COSA）,意即用高科技集成的傻瓜式测量数据采集和处理系统。
它将测量学基本原理和现代科技相结合，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的开发，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、预处理到网平差等内业数据处理、成果报表输出的一体化和自动化作业流程。
科傻系统由以下三个子系统组成：
1）“基于掌上型电脑的测量数据采集和处理系统”（简称EREPS或COSA1）,在商品化掌上型电脑PDA上运行,该子系统灵活方便,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，一体化程度高,操作方便。
该子系统具有水准测量、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；具有小规模水准网、二三维工程网的平差功能；具有文件管理和数据通信功能。
可实现从数据采集、质量检核、预处理到网平差等作业流程的一体化和自动化。
2）“地面测量工程控制测量数据处理通用软件包”（简称CODAPS或COSA2）,在便携式或台式微机的WINDOWS环境下运行,既可独立使用,也可与COSA1联合使用。
可对掌上型电脑传输过来的水准测量、二三维控制测量原始观测数据进行转换,完成从概算到高程（水准高程、三角高程）网、平面网平差的自动化数据处理流程,同时具有控制网优化设计、粗差探测与剔除、方差分量估计、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版的改版和WINDOWS版的多次改进、升级,目前已达到炉火纯青的程度。
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的WINDOWS环境下运行,能读取各种GPS接收机的基线向量解算文件，进行网的三维无约束平差和二维约束平差，并具有坐标转换、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、升级的基础上专门为CODAPS用户编写的，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
2003.1．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处理自动化系统”的简称，包括CODAPS、EREPS和COSAGPS三个子系统。
CODAPS在IBM兼容机上运行。
CODAPS系统除具有概算、平差、精度评定及成果输出等功能外，还提供了许多实用的功能，如网的模拟设计、网图显绘、粗差剔除、方差分量估计、贯通误差影响值计算及闭合差计算等。
该系统不同于其它现有控制网平差系统的最大特点是自动化程度高，通用性强，处理速度快，解算容量大。
其自动化表现在通过和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的自动化数据处理流程;其通用性表现在对控制网的网形、等级和网点编号没有任何限制,无须给出冗余的附加信息，就可以处理任意结构的水准网和平面网；其解算速度快，解算容量大表现在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166MHZ的586微机上，解算800个点的平面和水准控制网不到1分钟；在具有30MB剩余硬盘空间的微机上，可以解算多达6000个点的平面控制网。
1.2安装及运行
1.2.1安装
运行CODAPS系统盘上的安装程序SETUP.EXE后，按提示操作即可。
安装程序自动在程序组增加“科傻系统”程序项。
1.2.2运行
在并口上插入加密狗后，点击“开始”菜单栏“程序”组项，会出现“科傻系统”程序组，单击其中程序项“科傻系统”中的“地面控制测量数据处理系统”，进入如图1-1所示的系统界面，所有操作符合WINDOWS操作规范。
系统的功能参见附录一。
1.3快速入门
1.3.1系统菜单
（1）文件
文件菜单的主要功能如图1－2所示：
新建：
新建文本文件，如平面观测值文件等。
打开：
打开任意文件。
打印设置：
打印机设置，单击将打开打印机设置对话框。
（2）平差
平差菜单的主要功能如图1－3所示：
平面网：
对平面网进行平差。
单击将打开“输入平面观测值文件”对话框，选择平面观测值文件进行平面网平差。
高程网：
对水准（高程）网进行平差。
单击将打开“打开”对话框，选择水准（高程）观测值文件进行高程平差。
粗差探测：
自动探测平面网观测值中的粗差，若发现粗差则自动剔除之。
方差分量估计：
对于平面网中一组或多组不同种类或/和精度观测值的情况，通过方差分量估计，可以使各组观测值的精度获得最佳估计，保证平差随机模型的正确性和结果的可靠性。
设置与选项：
在概算、平差、粗差探测以及坐标转换前作相应的设置和选项。
生成概算文件：
作概算时需要调用此项，然后再进行平差。
（3）报表
报表菜单的主要功能如图1－4所示：
平差结果：
根据平面网或高程网平差结果文件自动生成平面或高程平差结果报表。
原始观测值：
将掌上型电脑经数据通信所得到的原始观测值文件自动生成平面高程网或高程网的原始观测值报表。
其详细说明见第六章。
（4）查看
打开或关闭工具栏和状态栏。
（5）工具
工具菜单的主要功能如图1－5所示，其详细说明见第三章。
（6）设计
用于平面网、水准网和GPS
网的模拟计算和优化设计。
功能菜单如图1－6所示，
其详细说明见第五章。
图1-6
（7）坐标转换
主要用于高斯坐标的
正反算、换带计算和
坐标转换。
主要功能
菜单如图1－7所示，
其详细说明见第七章。
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：
文件类：
新建，打开，保存文件。
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（包括图形）。
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．文件命名规则及结构
本系统的文件命名规则及结构，请参见附录2“CODAPS的文件组织”和附录3“所附实例文件目录”。
凡本说明书中所涉及的须人工生成的文件的详细结构，均可从所附实例文件找到；自动
生成的文件的可方便地从程序运行中得到。
1.3.4．算法说明和深层次研究
本说明书在附录4中列出了“有关参考文献”,供深层次研究之用。
第二章平差
使用CODAPS最常用的操作就是进行控制网平差，该菜单下包括平面网、高程网平差，粗差探测，方差分量估计，设置与选项以及生成概算用文件等子菜单。
本章主要介绍平面、高程控制网观测值文件的结构及生成，平面、高程网平差，设置与选项以及生成观测值概算文件等内容。
粗差探测和方差分量估计详见第四章。
2.1控制网观测值文件
在进行平差之前，必须要准备好控制网观测值文件，即平面观测值文件（取名规则为“网名.in2”）和高程观测值文件（取名规则为“网名.in1”）。
观测值文件采用网点数据结构，除包含控制网的所有已知点、未知点和观测值信息外，还隐含了控制网的拓扑信息。
可以使用系统菜单中“文件”栏下拉“新建”子菜单项或单击工具栏左边第一个快捷键建立平面或高程观测值文件。
2.1.1平面观测值文件
平面观测值文件为标准的ASCⅡ码文件，可以使用任何文本编辑器建立编辑和修改。
其结构如下：
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
…，…，…
Ⅱ
测站点点号
照准点点号，观测值类型，观测值[，观测值精度]
…，…，…[，…]
该文件分为两部分：
第一部分为控制网的已知数据，包括先验的方向观测精度，先验测边精度和已知点坐标（见文件的Ⅰ部分）；第二部分为控制网的测站观测数据（见文件的Ⅱ部分），包括方向、边长、方位角观测值。
为了文件的简洁和统一，我们将已知边和已知方位角也放到测站观测数据中，它们和相应的观测边和观测方位角有相同的“观测值类型”，但其精度值赋“0”，即权为无穷大。
第一部分的排列顺序为：
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，这时可输一个默认值“1”。
程序始终将第一行的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，每一个已知点数据占一行。
若有几种测角测边精度，则需按精度分组，组数为测角、测边中最多的精度种类数，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，则应分成三组。
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。
第一行的三个值都必须赋值，对于纯测角网，测边的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）、汉字或它们的组合（测站点，照准点亦然），X、Y坐标以米为单位。
第二部分的排列顺序为：
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。
在同测站上的方向和边长观测值必须按顺时针顺序排列。
边角同测时，边长观测值最好紧放在方向观测值的后面。
每一个有观测值的测站在文件中只能出现一次。
没有设站的已知点（如附和导线的定向点）和未知点（如前方交会点）在第二部分不必也不能给出任何虚拟测站信息。
观测值分三种，分别用一个字符（大小写均可）表示：
L—表示方向，以度分秒为单位。
S—表示边长，以米为单位。
A—表示方位角，以度分秒为单位。
观测值精度与第一部分中的精度号相对应，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对应的精度号（参见表2-2）。
已知边长和已知方位角的精度值一定要输“0”。
如果边长是单向观测，则只需在一个测站上给出其边长观测值。
若是对向观测的边，则按实际观测情况在每一测站上输入相应的边长观测值，程序将自动对往返边长取平均值并作限差检验和超限提示；如果用户已将对向边长取平均值，则可对往返边长均输入其均值，或第一个边长（如往测）输均值，第二个边长输一个负数如“-1”。
对向观测边的精度高于单向观测边的精度，但不增加观测值个数。
平面观测值文件中的测站顺序可以任意排列。
一般来说不会影响平差效率和结果，但本软件包还特意提供了观测值文件排序（网点优化排序）的功能（详见2.3.1）。
通过优化排序，既有利于网点近似坐标的推算，也可提高解算容量和速度，但一般对于200个点以上的大网或一些特殊网才有较明显的效果。
1
6
3
2
5
4
图2-1
图2-1为某一测角网的网图，其相应的平面观测值文件*.IN2”的数据格式见表2-1。
对于有多组测角、测边精度的网，其平面观测值文件如表2-2所示。
表2-1IN2文件示例（仅一组精度的情况）
0.7,3,3
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多组精度情况的IN2文件示例
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高程观测值文件
高程观测值文件也是标准的ASCⅡ码文件，它的结构如下：
Ⅰ
已知点点号，已知点高程值
…，…
Ⅱ
测段起点，终点，高差，距离，测段测站数，精度号
…………[，…]
该文件的内容也分为两部分，第一部分为高程控制网的已知数据，即已知高程点点号及其高程值（见文件的第Ⅰ部分）。
第二部分为高程控制网的观测数据，它包括测段的起点点号，终点点号，测段高差，测段距离、测段测站数和精度号（见文件的第Ⅱ部分）。
第一部分中每一个已知高程点占一行，已知高程以米为单位，其顺序可以任意排列。
第二部分中每一个测段占一行，对于水准测量，两高程点间的水准线路为一测段，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，测段表示每条光电测距边，测段距离为该边的平距（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个负整数如-1。
若输了测站测段数，则平差时自动按测段测站数定权。
该文件中测段的顺序可以任意排列。
当只有一种精度时，精度号可以不输。
对于多种精度（多等级）的水准网，第一部分的前面还要增加几行，每行表示一种精度，有三个数据。
水准等级，每公里精度值（单位mm/km）,精度号。
A2A3
TP1A4
Z5Z6Z7
图2-2
图2-2为某一水准网的水准路线图，其相应的高程观测值文件见表2-3。
表2-3高程观测值文件
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、按测站数定权和多等级水准网的高程观测值文件的数据结构
（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）多等级水准网（-1表示不按测站数定权）
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控制网观测值文件的生成
在CODAPS系统中，控制网观测值文件的生成有四种方法：
一种是利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的情况；另一种是在野外利用COSA系统的子系统EREPS自动采集数据，传输到微机，通过“工具”栏的“格式转换”功能，全自动化地形成相应的平面和高程观测值文件（文件的第Ⅰ部分需要人工编辑）第三种方法是人工建立“*.SV”文件，调用“工具”栏中的斜距化平功能，自动生成平面观测值文件（参见3.5）。
第四种方法是模拟生成平面和高程观测值文件（参见第五章）。
第一种方法一般需要用户对方向、边长观测值作预处理，如方向改化、倾斜改正、归化投影改正等，文件中的观测值必须和已知点坐标协调一致，对应于某一坐标系和投影高程面。
第二种方法中，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的概算功能（参见2.3.1）。
（1）CODAPS系统中文件名的约定规则
CODAPS系统处理对象是控制网，每一个控制网都用一个字符串来作为控制网名。
与某一控制网相关的所有文件，其文件名约定为以控制网名作为主文件名，用不同的后缀来表示该网的不同类型文件。
如对平面控制网的观测值文件，其文件名为“网名.IN2”，对高程网观测值文件，其文件名为“网名.IN1”；对平面网的平差结果文件，其文件名为“网名.OU2”，对高程控制网的平差结果文件，其文件名为“网名.OU1”。
平面网及高程网的模拟观测方案文件、报表输入输出文件以及坐标转换文件的扩展名详见第五、七章。
（2）手工建立控制网观测值文件
在WINDOWS95/98下，启动CODAPS，屏幕窗口弹出如图1-1所示的主窗口。
用鼠标单击“文件”，主菜单中弹出如图1-2所示的下拉菜单。
选择其中的“新建”，主菜单窗口便会弹出一个文本编辑窗口，您可以按照2.1所述的文件格式，输入控制网的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，即完成了控制网观测值文件的建立。
（3）自动建立控制网观测值文件
自动建立控制网观测值文件是建立在外业使用科傻系统的子系统EREPS进行外业观测数据自动采集的基础上，使用CODAPS的“手簿通讯”和“数据转换”功能，直接形成控制网观测值文件，参见3.6和3.7。
2.2控制网平差
准备好控制网观测值文件以后，即可进行平差处理。
但在平差前，一般还需要对平差过程中的某些参数进行设置，如平差迭代限值，边长定权公式；精度评定时是使用先验单位权中误差还是后验中误差；是否作网点优化排序，是否作观测值概算，是否设置用边长交会推算网点近似坐标等。
设置是通过CODAPS的“平差”主菜单下的“设置”来完成，具体操作过程详见2.3。
如果控制网的范围较小，高程变化也较小，且为独立的工程坐标系，已知点的Y坐标值较小，或者平面观测值文件中的观测值已经经过了各种归化改正，则可直接进行平差处理。
如果控制网的已知点坐标是国家54或80坐标系下的坐标，且Y坐标值较大（即测区离中央子午线较远），平面观测值文件中的边长、方向值也没有经过概算，则需要利用CODAPS的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，然后才能进行平差（参见2.2.1,2.4和2.3.1）。
这里需要说明的是，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。
下面我们对平面网和高程网平差进一步予以说明。
2.2.1平面网平差
如果观测值文件中的边长、方向观测值需要进行改化计算，则须先在“平差”栏的“设置与选项”中进行相应选择，并在“平差”栏中激活“生成概算文件”（参见图1-3和2.4）。
形成概算用文件后，用鼠标单击“平差”栏中的“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所示的对话框。
在该对话框中选择并打开要进行平差的平面观测值文件，将自动进行概算、组成并解算法方程、法方程求逆和精度评定及成果输出等工作，平差结果存于平面平差结果文件“网名.OU2”，并自动打开以供查看。
图2-3
在平差过程中若出现迭代次数多且不收敛的情况，或出现其它提示，平差不能继续进行，首先应检查生成的平面观测值文件是否有错误。
若平差结果文件的后验单位权中误差显著偏大（例如是先验单位权中误差的2倍以上），则应怀疑观测值可能含有粗差。
对于观测值粗差，可以查看观测值改正数的大小并调用“工具”栏中“闭合差计算”菜单项，检查闭合差是否超限（参见3.1）。
对于图形结构较好，多余观测数较多的网，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”栏中的“高程网”，或单击工具条中的快捷键，主菜单窗口将弹出如图2-4所示的对话框。
在该对话框中选择并打开要进行平差的高程观测值文件，将自动进行高程网平差、精度评定及成果输出等工作。
平差结果存于高程平差结果文件“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的改正数，可以判断观测值和平差结果的质量；同样也可以调用“工具”栏中“闭合差计算”功能菜单，检查各水准环线的闭合差是否超限
2.3设置与选项
在“平差”菜单栏中选择“设置与选项”，则会弹出如图3-3所示的设置对话框，该设置包括：
平差设置、坐标常数
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