误差理论与测量平差课程设计.docx

课程设计报告

设计题目：
“误差理论与测量平差基础”课程设计
专 业：
测绘工程
班级学号：

姓 名：

指导教师：

起屹日期：
20XX年X月XX日～20XX年XX月XX日

南京工业大学测绘科学与技术学院

1.概述..........................................................
（1）课程设计名称、目的和要求。
（2）工程和作业区概况、平面控制网布设情况和已有资料的利用情况。
（3）课程设计完成情况。
2.平差方案的技术设计............................................
（1）平差原理。
（2）技术要求。
（3）平差模型的选择和探讨。
（4）计算方案的确定及依据。
（5）计算方法和程序设计。
3.平差计算的过程和质量评价......................................
（1）平差方案执行情况。
（2）计算过程说明。
（3）计算过程出现的问题、处理方法和效果。
（4）控制网测量数据的质量评价。
4.课程设计成果及体会...........................................

一、 概述：
（1） 课程设计名称、
南京工业大学校园数字化测图项目平面控制网的平差计算。
（2） 课程设计目的
误差理论与测量平差是一门理论与实践并重的课程。该课程设计是测量数据处理理论学习的一个重要的实践环节，它是在学生学习了专业基础课“误差理论与测量平差基础”课程后进行的一门实践课。其目的是增强我对误差理论与测量平差基础理论的理解，牢固掌握测量平差的基本原理和基本公式，熟悉测量数据处理的基本技能和计算方法，灵活准确的应用于解决各类数据处理的实际问题，并能用所学的计算机理论知识，编制简单的计算程序。误差理论与测量平差课程设计是测量平差和计算机程序设计等课程的综合实践与应用，同时也为我们今后步入工作岗位打下了一定基础。
（3） 课程设计要求。
这次课程设计我们在误差理论与测量平差课程中所学的数学模型和计算方法，手工解算具有一定规模的平面控制网或高程控制网，再用计算机（平差软件）进行检核计算，最后编写课程设计报告。
（4） 工程和作业区概况、平面控制网布设情况和已有资料的利用情况。
南京工业大学校园数字化测图项目按城市测量规范（CJJ/T8-2011）布设一个一级导线网作为首级平面控制网，主要技术要求为：平均边长300 m，测角中误差≤±5”，测距中误差≤15mm，导线全长相对闭合差≤1/14000,最弱点的点位中误差不得大于5 cm。南京工业大学地形比较复杂，地形路段坡度较大，人流量与车流量也很大，对整个地形的测量工作都有很大的影响。为此我们依据已有的控制点设计了新的控制网，利用已知点A、B、C、D布设了新的3条附合导线，完成了对整个校区地形的测量。并且利用所学习的平差理论对其进行了平差，确定了待测点的坐标。
（5） 课程设计完成情况。
利用所学习的平差原理与测量学的基本内容，在为期有一周的时间内完成了南京工业大学校区的地形测量，对待测点的坐标进行计算。并对其精度进行了评定，符合项目的要求。
二、 平差方案的技术设计
（1） 平差原理。
平面控制网平差处理及精度评定 
平差模型：间接平差
平差值方程：
观测值平差值：
未知参数平差值：
误差方程：
常数项：
平差准则：
边角网的条件平差过程： 
①观测值平差值方程、误差方程、法方程测值；
②利用自编计算程序解算基础方程，求出观测值的平差值、待定点的坐标平差值； 
③评定观测值平差值的精度和坐标平差值的精度。
④进行平差模型正确性的假设检验。 
⑤计算最弱点误差椭圆参数，绘制点位误差椭圆，图解求该点至已知点的边长平差值中误差、方位角平差值中误差。 
⑥计算相对误差椭圆参数，绘相对误差椭圆并图解求最弱边边长相对中误差、最弱边方位角中误差。
（2） 技术要求。
1. 理解平差理论。
2. 会利用平差理论计算相关问题。
3. 会利用excel或其他程序对其进行编程计算。
4. 熟练运用excel和matlab。
5. 平均边长300 m，测角中误差≤±5”，测距中误差≤15mm，导线全长相对闭合差≤1/14000,最弱点的点位中误差不得大于5 cm。
（3） 平差模型的选择和探讨。
测量平差中常用的函数模型包括：条件平差模型、附有参数的条件平差模型、间接平差模型、附有限制条件的间接平差模型。其中：
条件平差问题：就是利用观测值之间存在的数学关系列出条件方程，再加入最小二乘原理进行约束，求出各观测值的平差值及观测值函数的估值，并评定出这些估值的精度。
间接平差问题：在一个多余观测值的平差问题中，通过选定t个参数的函数，建立函数模型，再利用最小二乘原理，求出参数的最佳估值及消除观测间的不符值。并进行精度评定。
（4） 计算方案的确定及依据。
计算方案：最终我选择间接平差。利用间接平差原理，可以直接以带定点的坐标为参数，编写程序比较容易，对工程的要求有很好的保证。间接平差方法中的误差方程，形式统一，规律性较强，便于计算机的程序设计与运算；所选参数是平差后所需要的最后成果。
依据：间接平差原理。
（5） 计算方法和程序设计。
计算方法：利用excel对观测数据进行分析，处理，计算平差是所需要的B,P,l等；然后在将计算好的B,P,l等数据录入MATLAB中进行相关的平差计算。得到QXX、NBB等，为计算精度评定做好相关数据准备。
程序设计：在excel中，所用到的程序有方位角的计算，角度值的转换，矩阵的转换，等等。方位角计算运用ATAN（）函数，角度值计算利用单元格格式进行转换，矩阵转换运用excel进行转换。
三、 平差计算的过程和质量评价
（1） 平差方案执行情况。
间接平差运用熟练；对该项目的成果进行了计算，成果符合要求。
（2） 计算过程说明。
1. 利用给定的原始数据和测量数据，对导线网进行相应的计算，计算待定点的粗略坐标。
2. 对平差所需的系数进行计算，计算出a,b, ∆X°(jk), ∆Y°(jk)等等，计算出反算角度值L°计算出反算边长S°,l等等，并且依据这些数据列出系数表。
3. 然后计算矩阵B,l,P等，
4. 将计算的矩阵B,l,P导入MATLAB中计算相关的数据。
5. 然后根据计算的数据进行精度计算和误差椭圆相关系数的计算。
（3） 计算过程出现的问题、处理方法和效果。
1. 方位角的计算显示为负值时不能正确显示；
解决办法：重新对其进行程序编辑加上IF(DEGREES(ATAN((I38-E38)/G38))<0,180,0)。
2. Excel中角度输入时不能显示为73°10′56″；
解决办法：将其格式设置为[h]"°"mm"′"ss"″"。
3. 将一个行矩阵转换为对角矩阵；
解决办法：假设是7个数据,形成7行的列向量,则在B2中输入公式:=$A1:$A7*(ROW(1:7)=COLUMN(A:G)),然后从B2拉倒H7即可。
4. Excel数据导入MATLAB；
解决办法：将excel数据另存为文本格式，加入【】：再将其复制粘贴到MATLAB中。
（4） 控制网测量数据的质量评价。
计算后得到：单位权中误差σ0=4.3275 <5符合要求。
点位坐标为：
最终点位坐标值
坐标中误差
点位编号
X坐标
Y坐标
P1
3801.997844
2629.698327
4.4376
P2
3553.258141
2559.474739
5.0044
P3
3215.158523
2573.620337
5.3886
P4
3024.788896
2835.283001
4.3199
P5
2867.916283
2557.346788
3.6671
P6
3752.473845
3006.007648
3.5990
P7
3528.968987
2863.681953
4.8475
P8
3266.687413
2953.786015
5.0080
P9
3488.547658
3243.398094
5.1745
P10
3110.271697
3296.178842
5.1911
P11
2851.319847
3014.815964
4.2780
P12
2601.296628
2912.836987
3.6752
P13
2825.381490
3520.860212
6.0449
P14
2552.980261
3252.995164
5.3787

四、 课程设计成果及体会
（1）平差成果。
南京工业大学校园数字化测图工程平面控制网平差成果表
点名
坐标（m）
点位中误差 mm
点位误差椭圆元素

X
Y
M
E
F
ψE(度)1
ψE(度)2
P1
3801.997844
2629.698327
4.4376
3.81318
2.26986
140°29′22″
320°29′22″
P2
3553.258141
2559.474739
5.0044
4.40301
3.06530
124°00′42″
304°00′42″
P3
3215.158523
2573.620337
5.3886
4.16412
3.42004
114°17′39″
294°17′39″
P4
3024.788896
2835.283001
4.3199
3.63673
2.33151
111°03′34″
291°03′34″
P5
2867.916283
2557.346788
3.6671
3.04043
2.05024
87°05′51″
267°05′51″
P6
3752.473845
3006.007648
3.5990
2.96316
2.04265
80°42′58″
260°42′58″
P7
3528.968987
2863.681953
4.8475
3.90545
2.87149
111°09′20″
291°09′20″
P8
3266.687413
2953.786015
5.0080
4.21068
2.71115
109°13′42″
289°13′42″
P9
3488.547658
3243.398094
5.1745
4.12852
3.11942
71°36′49″
251°36′49″
P10
3110.271697
3296.178842
5.1911
4.05705
3.23843
119°18′21″
299°18′21″
P11
2851.319847
3014.815964
4.2780
3.24526
2.78733
119°26′54″
299°26′54″
P12
2601.296628
2912.836987
3.6752
2.93450
2.21268
172°52′01″
352°52′01″
P13
2825.381490
3520.860212
6.0449
3.69930
2.20908
95°13′54″
275°13′54″
P14
2552.980261
3252.995164
5.3787
4.35396
3.15812
11°36′07″
191°36′07″
（2）课程设计效果、经验、体会、设想和建议。
这次课程设计对我来说意义很大，通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关平差计算方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。同时，对整本书有了一个更为深的理解。 
为期一周的课程设计虽很繁琐，却加深了自己对理论知识的进一步理解，能够应用测量平差原理对测量数据进行处理、计算和分析也令人欣喜，理论与实际的统一，感性与理性的结合，让自己也初步体会到学有所用的自豪感。通过这次课程设计增强了团队之间的协同合作，培养了处理问题时的恒心、耐心和细心。另外，面对困难时的信心、勇气与毅力也更为坚实。 
在这次实习过程中也遇到了许多问题，在水准网观测精度设计任务中，再算求矩阵逆的时候，有很多行和列，这就需要我们用到matlab软件来计算，但我发现很多同学都不会用这个软件，我感觉这一块是我们需要学习的。更注意的是要看准起始点和终止点，不要把方向弄反了。 
这次实习使我深刻的认识到学习测量平差的重要性。作为一个大三的大学生即将要走上社会的，所以每一次的实习我们都要认真的完成，因为在以后工作中，没有人来帮助你，都是你自己来完成的，所以在学校我们要多学，多问，多掌握专业知识。作为一名测绘人，我们更要学会不怕吃苦，不怕累的精神。
看到自己一周的实习成果，我的心里就有种说不出来的感受，一周的实践，其中的开心，失望，苦恼等等都尝过，但是这些都不重要，重要的是我完成了我的课程设计，看到它我的求知欲又上升一个台阶。
这就是我这几天的学习和体会，珍惜我们的每一次实习。 
对于这次课程设计起初我们还是遇到了很多问题，开始时看到那张平面控制网时，都无从下手，都不知道到底该分成几条附和导线更简单，更合理。之后通过查阅资料，询问同学之后，就知道该怎么做了。说明虽然课本上学了平差的内容，但平时理论并没有付诸于实践，所以建议学院和老师们多提供这种实践的机会，毕竟，只有多加实践才能更熟练的学好平差课，这就是我这次课程设计的总结。 
（3）上交成果和资料的主要内容、形式和清单。
1) 计算excel表格；
2) MATLAB计算数据文件；
3) 课程设计报告；
4) 成果表。
五、 南京工业大学校园数字化测图工程平面控制网略图