大地实习报告.docx
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大地实习报告
课程编号：
课程性质：
必修
大地测量计算与实习
实习报告
学院：
测绘学院
专业方向：
测绘工程
实习地点：
武汉大学
班级组号：
4班第3小组
学生姓名：
学号：
2009301610
指导教师：
向东
2012年4月15日至2012年5月4日
封面1
技术报告3
1.实习目的和意义3
2.实习任务3
3.测区概况4
4.已知高程5
5.作业依据（包括各种限差和要求）5
6.踏勘、选点7
7.使用的仪器和仪器检验8
8.精密二等水准数据采集和外业概算过程中的有关情况8
9.精密二等水准测量外业高程概算成果8
10.大地测量计算所采用的编程语言、各个任务的框图和编程思想以及基本数学模型等10
11.大地测量计算成果汇总14
附录…………………………………………………………20
封底…………………………………………………………43
实习报告
1.1技术报告
1.1.1实习的目的和意义
本次《大地测量计算与实习》课程是在我们完成《大地测量学》课程的基础上进行的，这次实习，主要是为了提高我们同学对仪器操作能力、实际动手能力以及小组成员之间的团队协作能力，巩固在课堂上学到理论知识。
在后期的编程计算过程中，提升了我们发现问题、提出问题、解决问题的能力，将学到的知识进一步扩展与发散，加强自己的计算机编程能力，提升创新能力，为以后同学们以后参加工作以及生产打下坚实的基础。
本次实习要求学生提高认识，加强纪律，保证安全，培养团队精神，听从指挥，严守规范，认真操作，增强实践能力。
1.1.2实习任务
本次实习共有两项任务
一．二等精密水准测量外业观测与概算
（1）踏勘测区：
了解水准路线的布设和点的位置和水准点位置的选择方法。
（2）填写水准点之记：
每人完成一个水准点点之记的绘制。
（3）仪器检验：
每人完成水准仪i角测定成果和一对水准标尺零点差及基辅差常数的测定各一份。
（4）水准观测：
每人使用数字水准仪至少完成80站的观测和记簿，每小组完成珞珈山环，樱园环和武测环3个闭合水准环中的2个环线；
（5）每人使用光学水准仪至少完成8站的观测和记簿，每组构成闭合环。
（6）外业观测数据检查与概算。
二．大地测量计算
（1）高斯投影正反算的计算程序编制及计算结果；
（2）实测斜距化算至高斯投影平面边长的边长改正的程序编制及计算结果；
（3）大地主题正反算的计算程序编制及计算结果；
（4）实测数据进行外业高差与概略高程表的编制。
1.1.3测区概况
本次我们四班第三小组获得测区是樱园测区和武测测区，两个测区都位于湖北省武汉市，位于中国腹地中心、长江与汉江交汇处，是湖北省的省会，全国重要的交通枢纽。
在平面直角坐标上，武汉市东西最大横距134公里，南北最大纵距约155公里，位于江汉平原东部，地处东经113°41′-115°05′，北纬29°58′-31°22′，四五月多为阴雨天气。
樱园环大约有3000多米自未名湖，经教一，行政楼，理学楼，狮子山，工学部小观园，桂园，到生科院，然后回到未名湖。
该线路包括部分武汉大学文理学部，以及武汉大学工学部，测区内几乎包含武汉大学所有的主要建筑物以及整个狮子山，整个测段起伏较高，特别在未名湖到教务部，武大标本馆到工学部网球场，以及桂园食堂到武大正门地质为混凝土和柏油马路，由于部分测段在居民生活区，来往车辆较多，道路为典型的上下坡公路。
对于武测测区，大约共有1500米，相对与樱园环而言，武测环较为平坦，高差较小，在一定程度上减小了观测难度。
下图中白色标记是我负责的测段：
1.1.4已知高程
武测环：
郑汉85，高程为133.040m
樱园环：
未名湖，119.888m
珞珈山环：
教务部，126.157m
本次我组使用的已知高程点为未名湖高程点，高程为119.888m
1.1.5作业依据
国家测绘局，国家一、二等水准测量规范2006-05-24测绘出版社，2010仪器的检验
A：
限差：
1水准仪的i角限差为15″
2标尺的零点不等差为0.10mm。
仪器类型
光学水准仪
数字水准仪
备注
前后视距差
≤1.0m
≤1.5m
任一测站前后视距累积差
≤3.0m
≤6.0m
测站观测顺序和方法
奇数站
后前前后
奇数站
后前前后
左边表格均为往测，光学仪器返测时与往测相反，数字水准仪返测与往测相同
偶数站
前后后前
偶数站
前后后前
闭合差
往返高差不符值4
mm（k为测段长度，单位为km,≤0.1km按0,1km算）
环闭合差4
mm（F为环线长度，单位为km）
B：
要求：
1.仪器保护问题：
在实习过程中中，测量人员应做到，人不离仪器太远，一般人应在仪器旁一米左右的范围；
2.保持后尺尺垫不动，扶后尺的同学应注意保证其尺垫不动。
由于尺垫起着传递高程的作用因此在测量的过程中如果后尺的尺垫移动将会影响整个测量的精度，应从固定点重新测起；
3.记录人应时刻注意前后视距差，以便在测量的过程中及时的进行调整；
4.注意各个值得限差，如果超限就及时进行重测；
5.注意奇数站和偶数站时观测尺的顺序，返测时进行刚好相反或交换前后尺；
6.抚尺同学如果在观测过程中移动了标尺应及时报告读数的人员，进行重读；
7.在老师给我们分配的路线中进行选点，尽量应选固定水准点。
在进行测量前利用测绳量取大约相等的两段距离，然后利用油漆或其他标记物记下点的位置，以便以后测量时进行利用。
在画仪器点和架尺点是建议用不同的符号，最好写上点号，以便掌握奇偶数站；
8.在提前画好的点上架尺，固定点不要尺垫，而在自己选取的点上放尺垫，然后架尺。
架尺时首先将两根竹竿交叉顶在尺上，然后调整竹竿让标尺上的圆水准器的水泡居中；
9.在提前画好的点上架仪器，首先大体上整平仪器底座，然后调整脚架，使圆水准器上的水泡大体居中，然后利用微调螺旋使水泡居中；
10.架好仪器后让望远镜对准尺子，调好视线和焦距进行测量。
在往测中按照奇数站后前前后，偶数站前后后前的顺序进行测量；而返测时刚好相反或交换前后尺按照往测得顺序进行测量；
1.1.6踏勘、选点
因为实习的路线已经确定，我们经过比较和筛选，最后选取了未名湖、生科院、自强超市、政治与管理学院以及信息学部二食堂，星湖园，信息学部大活后，校医院八个点。
1.1.7使用的仪器和检验
本次我组使用的仪器是科力达-201/2007电子水准仪以及配套铟钢水准尺，精度很高。
我们进行了水准仪i角检验和水准尺零点差检验（结果另附），完全符合测量规范要求。
1.1.8精密二等水准数据采集与数据概算
水准线路图已在测绘概况中绘出，观测日期与观测时段在观测记录薄中记载详细，数据记录规范、清晰。
1.1.9精密二等水准测量外业高程概算结果详见附录
1.1.10人员组成及职务
姓名
性别
职务
1.1.11仪器及设备清单
数字水准仪一台，电缆一根，充电器一个，脚架一套，水准标尺两根，尺垫两个，测绳一根，背包一个，记录板一个，竹竿四根等。
1.1.12程序部分
编程思想：
1.高斯投影正反算
正算是指：
由大地坐标（L,B）求得高斯平面坐标（x,y）的过程。
反算是指：
由高斯平面坐标（x,y）求得大地坐标（L,B）的过程。
正算：
高斯投影必须满足的三个条件：
（1）中央子午线投影后为直线；
（2）中央子午线投影后长度不变；
（3）投影具有正性性质，即正性投影条件。
由第一个条件可知，中央子午线东西两侧的投影必然对称于中央子午线。
设在托球面上有P1，P2，且对称于中央子午线。
其大地坐标为（l,B）,（-l,B）则投影后的平面坐标一定为P1·（x,y）,P2·（x,-y）由第二个条件可知，位于中央子午线上的点，投影后的纵坐标x应该等于投影前从赤道量至该点的子午弧长。
相应计算公式：
X=6367558.496*B1/ρ-{a0-[0.5+（a4+a6*l*l）*l*l*N]*sinB*cosB
Y=[1+（a3+a5*l*l）*l*l]*l*N*cosB
式中
l=（L-L0）”/ρ”
N=6399698.902-[21562.267-（108.973-0.612*cosB*cosB）*cosB*cosB]*cosB*cosB
a0=32.140.404-[135.3302-（0.7092-0.0040*cosB*cosB）*cosB*cosB]*cosB*cosB
a4=（0.25+0.00252*cosB*cosB）*cosB*cosB-0.04166
a6=（0.166*cosB*cosB-0.084）*cosB*cosB
a3=（0.3333333+0.001123*cosB*cosB）*cosB*cosB-0.1666667
a5=0.0083-[0.1667-（0.1968+0.0040*cosB*cosB）*cosB*cosB-0.1666667
反算：
在高斯投影坐标反算时，原面是高斯平面，投影面是椭球面，则有如下三个条件：
（1）x坐标轴投影成中央子午线，是投影的对称轴；
（2）x轴上的长度投影保持不变;
（3）正性投影条件。
相应计算公式：
B=Bf-[1-（b4-0.12*Z*Z）*Z*Z]*Z*Z*b2*ρ”
l=[1-（b3-b5*Z*Z）*Z*Z]*Z*ρ”
L=L0+l
式中
Bf=β+{50221746+[293622+（2350+22*cosβ*cosβ）*cosβ*cosβ]*cosβ*cosβ}*（10+e-10）sinβ*cosβ*ρ”
β=x/6367558.4969*ρ”
Z=y/（Nf*cosBf）
Nf=6399698.902-[20562.267-（108.973-0.612*cosBf*cosBf）*cosBf*cosBf]*cosBf*cosBf
b2=（0.5+0.003369**cosBf*cosBf）*sinBf*cosBf
b3=0.333333-（0.166667-0.001123*cosBf*cosBf）*cosBf*cosBf
b4=0.25+（0.16161+0.00562*cosBf*cosBf）*cosBf*cosBf
b5=0.2-（0.1667-0.0088*cosBf*cosBf）*cosBf*cosBf
2.实测斜距化算到高斯平面距离
假设两个大地点在椭球面上沿法线的投影点间的大地线的长度为S由于在椭球面上两点间大地线长度与相应法截线长度之差是极微小的，可以忽略不计，则可以将两点间的发截线长度认为是该两点间的大地线长度。
并且，两点间的发截线的长度与半径等于其起始点曲率半径的圆弧长相差也很小，则所求的大地线长度可以认为是半径。
本题的思路是，先将斜距归算成为大地线长，再将大地线长归算为高斯平面投影，但是若要计算出大地线的前提是要知道两点间的大地方位角，大地方位角与坐标方位角，子午线收敛角以及方向改化角之间有一定的数量关系，后三个角均可以由已知条件求出。
所用到的计算公式如下：
A12=apha12+r1-delta12;
S=S0*sqrt（（（1-（H2-H1）/S0*（H2-H1）/S0）/（（1+H1/RA）*（1+H2/RA））））
D=（1+ym*ym/2/Rm/Rm）*S
3.大地主题正反算
大地主题解算：
知道某些大地元素推求另一些大地元素的过程。
正解是指：
已知某点P1的大地坐标（L2,B2），且知该点到另一点P2（L2,B2）的大地线长及其大地方位角A12，计算P2点的大地坐标（L2,B2）和大地线在P2点的反方位角A21的过程。
反解是指：
已知P1和P2的大地坐标（L1,B1）和P2（L2,B2）计算P1至P2的大地线长，正反方位角A12、A21的过程。
大地主题解算的基本思想：
将椭球面上的大地元素按照高斯平均引数条件投影到辅助球面上，继而在球面上进行大地主题解算，最后在将球面上的计算结果换算到椭球面上。
其关键问题是找出椭球面上的大地元素与球面上相应元素之间的关系式，同时解决在球面上进行大地主题解算的方法。
正算思路，通过已知条件首先求出各辅助量，然后计算deltaB,deltaL,deltaA的初值，再由初值算出Bm,Lm,Am,再通过以上三值重新计算deltaB,deltaL,deltaA,将这三个数值与之间序列的三个数值求差，再一定的限差要求范围内进行迭代，直到满足限差条件，最后求出B2,L2,A2
所用到的计算公式：
deltaB=S*Cos（A）/M;
deltaL0=S*Sin（A）/（N*Cos（B））;
deltaA0=S*Sin（A）*Tan（B）/N;
Bm=B+deltaB0/2;
Lm=L+deltaL0/2;
Am=A+deltaA0/2;
deltaB=S*Cos（Am）*（1+S*S*（Sin（Am）*Sin（Am）*（2+3*tm*tm+2*gm2）+3*Cos（Am）*Cos（Am）*gm2*（tm*tm-1-gm2-4*gm2*tm*tm））/24/Nm/Nm）/Mm;
deltaL=S*Sin（Am）*（1+S*S*（tm*tm*Sin（Am）*Sin（Am）-Cos（Am）*Cos（Am）*（1+gm2-9*gm2*tm*tm））/24/Nm/Nm）/Nm/Cos（Bm）;
deltaA=S*Sin（Am）*tm*（1+S*S*（Cos（Am）*Cos（Am）*（2+7*gm2+9*gm2*tm*tm+5*gm2*gm2）+Sin（Am）*Sin（Am）*（2+tm*tm+2*gm2））/24/Nm/Nm）/Nm;
B2=B+deltaB;
L2=L+deltaL;
A2=A+deltaA0+PI（或者A+deltaA0-PI）
反算思路：
与正算类似，通过已知条件先算出中间要用的一些辅助量，此处，用U和V来表示S*SIN（Am）和S*COS（Am）的数值，最终可解算出Am。
具体步骤是：
先求出r01,r21,r03,s10,s12,s30,t01,t21,t03这些系数，再代入到UV的表达式中，求出UV，再通过判断条件判断T与Am取值，最后即可求出S与A1，A2的值。
所用到的公式：
r01=Nm*Cos（Bm）;
r21=Nm*Cos（Bm）*（1+gm2-9*gm2*tm*tm+gm2*gm2）/24/Pow（Vm,4）;
r03=-Nm*Pow（Cos（Bm）,3）*tm*tm;
s01=Nm/Vm/Vm;
s12=-Nm*Pow（Cos（Bm）,2）*（2+3*tm*tm+2*gm2）/24/Vm/Vm;
s30=Nm*（gm2-tm*tm*gm2）/8/Pow（Vm,6）;
t01=tm*Cos（Bm）;
t21=Cos（Bm）*tm*（2+7*gm2+9*tm*tm*gm2）/24/Pow（Vm,4）;
t03=Pow（Cos（Bm）,3）*tm*（2+tm*tm+2*gm2）/24;
V=s01*deltaB+s12*deltaB*Pow（deltaL,2）+s30*Pow（deltaB,3）;
U=r01*deltaL+r21*deltaB*deltaB*deltaL+r03*Pow（deltaL,3）;
deltaA=t01*deltaB+t21*Pow（deltaB,2）*deltaL+t03*Pow（deltaL,3）;
C=Abs（V/U）;
S=U/Sin（Am）;
A1=Am-deltaA/2;
A2=Am+deltaA/2+PI;
程序框图
高斯
正算框图：
高斯反算框图：
实测斜距化算至高斯平面边长计算框图
大地
正算计算框图：
大地反算计算框图：
计算截图，计算结果及计算表格
图1
图2
图3
图4
图5
附录（程序源代码）
namespace高斯投影正反算设计
{
partialclassForm1
{
///
///必需的设计器变量。
///
privateSystem.ComponentModel.IContainercomponents=null;
///
///清理所有正在使用的资源。
///
///如果应释放托管资源，为true；否则为false。
protectedoverridevoidDispose（booldisposing）
{
if（disposing&&（components!
=null））
{
components.Dispose（）;
}
base.Dispose（disposing）;
}
#regionWindows窗体设计器生成的代码
///
///设计器支持所需的方法
///
privatevoidInitializeComponent（）
{
this.label1=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label2=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox1=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox2=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox3=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label3=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox4=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox5=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox6=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label5=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label6=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.button1=newSystem.Windows.Forms.Button（）;
this.textBox9=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox10=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label7=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label8=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.button2=newSystem.Windows.Forms.Button（）;
this.label4=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label9=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label10=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label11=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label12=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label13=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label18=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label14=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label15=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox7=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label16=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox8=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label17=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox11=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox12=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label19=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.label20=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox13=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox14=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.textBox15=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label21=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox16=newSystem.Windows.Forms.TextBox（）;
this.label22=newSystem.Windows.Forms.Label（）;
this.textBox17=newSystem.Windows.Forms
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