控制测量学优秀课程设计.docx

控 制 测 量 学 课 程 设 计

学 校： 河 南 城 建 学 院
班 级： 测 绘 工 程 （1） 班
姓 名： 刘 英 坤
学 号：
组 别： 第 一 组
指导老师： 张 杰
实习时间： .05.11--.05.23
目 录
一、实习目标及意义 1
1.1 实习目标 1
1.2 实际意义 1
三、实习过程 2
3.1 手算结果 2
3.2 Excel表格程序设计 2
3.2.1 总体计划设计 2
3.2.2 具体过程 3
3.2.3 程序调试和运行结果 5
3.3 MATLAB程序设计 5
3.3.1 总体计划设计 5
3.3.2 具体过程 6
3.3.3 程序调试和运行结果 6
四、实习总结和结论 7
五、参考文件 8
附 录 9

一、实习目标及意义
1.1 实习目标
《控制测量学》是测绘学中一门关键基础学科，控制测量关键服务对象包含多种工程建设，城镇建设和土地计划和管理等工作。在控制测量中内业包含数据处理、控制网布设技术设计等工作，外业包含控制点布设工作。
控制测量学课程设计意在经过Excel表格、C/C++或MATLAB等汇编语言编写测量学或测量平差中部分基础公式程序，巩固和掌握测量学或测量平差中基础概念和基础技能，提升实际动手能力，并经过实际编程加深对控制测量学了解和掌握。
1.2 实际意义
测量数据处理是测量工作中一项关键内容，在实际工作中，面对上百点水准网或导线网，经过手工计算不仅需要很大人力和时间，而且在平差过程中牵扯到几何、三角函数运算，大大增加了平差难度和精度，将相同规模网型平差数据放到电脑上，只需几分钟便能够完成全部计算，极大提升了工作效率，更是测量数据处理肯定趋势。
二、实习任务
经过Excel和其它编程语言，以小组为单位，以抽签方法对下列选题进行程序设计：
任务1：测量学教材P193附合导线（第9题）平差计算；
任务2：附合导线平差计算；（图2.1）；
任务3：测量学教材P193闭合导线（第8题）平差计算；
图2.1 附和导线计算算例
图2.2 闭合导线计算算例
任务4：闭合导线平差计算（图2.2）；

任务5：坐标正反算P13 ；测边交会P171测角交会P172;
任务6：坐标正反算P13 ；边角交会P174;
任务7：测量平差教材P99水准网（条件平差）平差计算；(要求MATLAB调用EXCEL或文本）
任务8：测量平差教材P99水准网（间接平差）平差计算； (要求MATLAB调用EXCEL或文本）
三、实习过程
3.1 手算结果
经过手动推算该闭合导线，首先是为了重新理清闭合导线近似坐标平差方法基础方法和公式，其次经过计算结果，能够检验程序运行结果是否正确。计算结果以下：

图3.1 手动计算结果
3.2 Excel表格程序设计
3.2.1 总体计划设计
（1）程序设计步骤图

图3.2.1 Excel程序设计步骤图

（2）数据结构设计

图3.2.2 Excel表格结构设计
3.2.2 具体过程
（1）数据输入
将已知数据和观察数据以此输入到表格对应位置。
（2）公式编制
1）观察角度之和
B22=INT(SUM(B8:B20)+SUM(C8:C20)/60+INT(SUM(D8:D20)/3600))
C22=IF((SUM(C8:C16)+INT(SUM(D8:D16)/60))<60,(SUM(C8:C16)+INT(SUM(D8:D16)/60)),SUM(C8:C16)+INT(SUM(D8:D16)/60)，INT(SUM(C8:C16)+INT(SUM(D8:
D16)/60)))
D22=IF(SUM(D8:D16)<60,SUM(D8:D16),SUM(D8:D16)-(INT(SUM(D8:D16)/60))*60)
2）角度闭合差计算
E25=SUM(B22*3600,C22*60,D22)-(C2-2)*180*3600;
3）角度更正数计算
E8,E10,E12,E14==IF(MOD(540*3600-B22*3600-C22*60D22,C2)=0,(540*3600*B22*3600-C22*60-D22)/C2);
4）坐标方位角计算
坐标方位角计算比较复杂，首先判定S2输入是左角还是右角，以左角为例，方位角计算公式为：α后=α前+β测-180°，假如计算结果大于或等于360°，应减去360*n（n表示计算结果整除360°值），假如计算结果小于0，应加360°。这是需要用到IF（）函数，具体公式以下：
I9=IF(INT((SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)180*3600)/3600)>360,INT((SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)-180*3600)/3600)-INT(INT
((SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)-180*3600)/3600)/360),
IF(INT((SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)-180*3600)/3600)<0,
INT((SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)-180*3600)/3600)+360,
INT((SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)-180*3600)/3600)));
J9=INT((INT(SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)-180*3600)-I9*3600)/60);
K9==(INT(SUM(I7*3600+J7*60+K7,F8*3600+G8*60+H8)-180*3600)-I9*3600-J9*60);
I11,I13,I15计算公式和I9雷同；J11,J13,J15计算公式和J9雷同；K11,K13,
K15和K9计算公式雷同；只需改变计算公式中对应表格行号即可。
5）纵横坐标增量计算
依据平差后坐标方位角可计算出坐标增量。
纵坐标增量（ΔX）计算公式为：M7=L7*COS((I7+J7/60+K7/3600)*PI()/180);
M9,M11，M13，M15和M7计算公式类似。
横坐标增量（ΔY）计算公式为：N7=L7*SIN((I7+J7/60+K7/3600)*PI()/180);
N9,N11,N13,N15和N7计算公式类似。
6）辅助计算
边长之和计算公式：L22 =SUM(L7:L19);
纵坐标闭合差fx计算公式：M22= SUM(M7:M19);
横坐标闭合差fy计算公式：N22 =SUM(N7:N19);
导线全长闭合差f计算公式：J29=SQRT(SUM(POWER(ABS(M22),2),
POWER(ABS(N22),2)));
导线全长相对闭合差T计算公式：导线全长相对闭合差T为分子为1分式所以只需计算分母即可，计算公式为：O27==INT(L22/J29);
7）更正后纵横坐标增量计算
纵坐标增量更正数计算：O7 =IF(M22<=0,ABS(M22)*L7/L22,-M22*L7/L22);
更正后纵坐标增量计算：O8 =M7+O7；O9,O11,O13,O15计算公式和O7相同；O10,O12,O14,O16计算公式和O8相同。
横坐标增量更正数计算：P7 =IF(N22<=0,ABS(N22)*L7/L22,-N22*L7/L22);
更正后纵坐标增量计算：P8 =N7+P7;P9,P11,P13,P15计算公式和P7相同；P10,P12,P14,P16计算公式和O8相同。
8）导线纵横坐标计算
导线纵坐标计算：Q8 =SUM(Q6,O8);
导线横坐标计算：R8==SUM(P8,R6);
3.2.3 程序调试和运行结果
图3.2.3 Excel程序调试结果
3.3 MATLAB程序设计
3.3.1 总体计划设计
（1）程序设计步骤图

图3.3.1 MATLAB程序设计步骤图

（2）数据结构设计
图3.3.2 MATLAB程序设计起算数据设计
经过Excel表格制作起算数据（图所表示）：
3.3.2 具体过程
（1）读取数据
MATLAB内置xlsread函数，能够读取Excel表格中数据，但对于闭合导线网型不一样，数据格式略有改变，大致分为三种情况：已知一点坐标和一个起算方位角、已知两点坐标且全部在网型内、已知两点坐标且有连接角，对应三种情况，闭合环模式以此为0、1、2,对于任务四属于第一个模式：Model=0。
（2） 数据计算
在闭合导线网近似坐标推算过程中，能够分为七项工作包含角度闭合差、坐标方位角、坐标增量计算及闭合差调整、坐标计算等，关键计算公式能够参考[5]，在此不过多赘述。
在角度闭合差调整过程中，根据“反其符号，平均分配”标准对个导线转折角观察值进行更正。
在MATLAB中，角度闭合差计算较为简单，首先需要将角度观察值转化为以度为单位值，因为转化后观察值为一行（或列）矩阵，可直接利用sum()函数将其求和，然后判定角度闭合差是否大于限差，假如小于限差实施更正观察值，不然退出退出程序。上述具体代码见附录Angelsure子函数。
式𝑖𝑛(o888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888
因为坐标方位角起算数据为度分秒格式，所以需要将其转化为十进制度形式，此时需要用到fix（）取整函数，经过Inputdlg输入对话框，提醒输入左角（“L/l”）或右角（“R/r”），经过判定左角还是右角调用对应计算公式。具体代码见附录renum子函数和主程序代码。
式𝑖𝑛(o888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888
因为MATLAB能够直接进行矩阵运算，根据上述公式直接编写代码，省去了过多循环语句，然后判定导线全长相对闭合差是否小于限差，当导线相对闭合差在许可范围以内时，可将坐标增量依据“反其符号，按百分比分配”标准对纵、横坐标增量进行更正。上述具体代码见附录CoordValue子函数。
式𝑖𝑛(o888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888
（3）数据输出
在MATLAB中，plot函数能够将计算数据图形形式输出，fprintf函数能够将计算数据文本文件格式输出。
在图形输出编辑中，首先建立一个figure界面，然后经过plot函数经过设置其中参数，改变点、线显示情况。比如在测绘标准中，已知点通常见正上三角形表示，能够经过”^”参数改变该点视图。具体代码见附录drawskhMap子函数。
式𝑖𝑛(o888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888
3.3.3 程序调试和运行结果
（1）程序调试及更正
坐标方位角计算错误：在坐标方位角推算过程中，对应内角进行计算，而在起算数据中观察角是从第一个或第二个一直进行输入，所以需要将观察角数据第一行移至最终一行。
图3.3.3 MATLAB程序设计结果
（2）程序运行结果
四、实习总结和结论
导线平差计算是测绘专业技术人员必需含有能力，Excel是一款优异电子表格软件，几乎在每一台电脑全部有安装该办公软件，同时在科学计算中，作为专业电子表格Excel，也常被用作数据处理，它能够实现制表、计算、统计、逻辑分析等强大功效，不管闭合导线，还是附和导线网平差计算，需要正是这种信息化电子产品。在利用Excel进行导线网平差过程中，它提供给了数据和公式自动填充、表格格式自动套用、自动求和、自动计算、记忆式输入、选择列表、自动更正、拼写检验、审核、排序和筛选等众多功效。经过Excel进行闭合导线处理，能够制作出和手工计算一样表格，能够清楚、直观显示计算全部过程，而且便于检核和修改。在Excel中进行控制网平差处理，不依靠于计算机语言，也不需要任何汇编语言，在运算时间上不逊于编程上计算，经过该课程设计，意识到曾经被我们忽略Excel，竟有如此强大功效，所以以后不管对那款软件，其功效全部不不可小觑。。
MATLAB是一个解释实施语言，灵活方便，且比Visual Basic和C/C++语言愈加靠近我们平时书写计算公式思维方法，用MATLAB语言编写程序如同在演算纸上排列出公式并求解问题，以此，MATLAB易学易懂，编程效率高。在控制网平差中，以模块形式编写代码，不仅能够使用和任何网型，而且能够反复调用，省去了大量时间。经过该课程设计，全方面系统了解了编译原理程序结构通常原理和基础实现方法。把学过计算机平差原理和相关课程知识强化，能够把课堂上学知识经过自己设计程序表示出来，加深了对理论知识了解和对自己动手能力提升。以前对和计算机平差系统概念上认识是模糊，现在经过自己动手做试验，从实践上认识了操作系统是怎样处理命令，怎样协调计算机内部各个部件运行记忆是怎么运行，对计算机平差原理认识愈加深刻。在这次课程设计中，经过自己动手，加深了解编程系统内部功效及内部实现，培养实践动手能力和程序开发能力目标。把死板书本知识变得生动有趣，激发了学习主动性。
经过两周时间，我们分别利用Excel表格和MATLAB编程方法，对任务四中闭合导线网平差算例进行平差处理，其中我们发觉不管那种方法，首先需要掌握牢靠理论知识外，其次需要一定工作经验，更需要有耐心调试代码，并仔细排查错误。比较两种平差方法，各有千秋，在将该参与工作以后，全部能够依据工作情况稍作修改，便可利用到实际工作中去。
五、参考文件
[1] 董云.在Excel表中进行单一导线简易平差方法[J].地矿测绘.2月，第20卷第2期:21-25
[2] 王芳.Excel在控制测量学中应用[J]. 内江师范学院学报，8月，第28卷第8期：96-100
[3] 杨冲.怎样用EXCEL进行附和导线近似平差计算[J].山西建筑.5月，第38卷第14期：238-239
[4] 董春来.《MATLAB语言及测绘数据处理应用》[M].成全部：西南交通大学出版社，8月:161-175
[5] 顾孝烈等.《测量学（第四版）》[M].上海：同济大学出版社，2月：151-169
[6] **.《基于MATLAB导线网坐标计算》[D].江西抚州：东华理工大学长江学院

附 录
%主函数--------------------------------------
function Closenetwork
[Angle,Disnce,Coord,Azimu,Model,SideNum] = Getdata;
prompt = { '请输入观察角方向：'};
Title = '参数输入';
Line = 1;
type = char(inputdlg(prompt,Title,Line));
[rAzimu rAngel disAngel] = Angelsure(Angle,Model,Azimu,Coord,type);
[rCoordX rCoordY] = CoordValue(Disnce,rAzimu,Coord,Model);
rCoord = [rCoordX rCoordY];
FigTitle = '闭合导线网概略图';
hWnd = drawskhMap(rCoordX,rCoordY,FigTitle,Model);
pause(0.6);
ButtonName = questdlg('请问是否需要导出所算数据！', '系统提醒', ...
'导 出', '取 消','导 出');
switch ButtonName
case '导 出',
[filename pathname] = uiputfile({'*.txt','文本文档(*.txt)';...
'*.xls','Excel(*.xls)'},' 导出平差后数据');
if isequal(filename,0) || isequal(pathname,0)
return
end
pathfilename = strcat(pathname,filename);
Preser(rAzimu,rAngel, disAngel,rCoord,pathfilename);
close(hWnd);
case '取 消',
close(hWnd);
end
------------------------------------------------------------------
%读取数据
function [Angle,Disnce,Coord,Azimu,Model,SideNum] = Getdata
[FileName PathName] = uigetfile({'*.pnw','闭合网数据(*.pnw）';'*.xls','Excel(*.xls)'},' 读取数据');
format long
fid = fopen (strcat(PathName,FileName),'r+');
if fid ==0
return;
end
SideNum = xlsread(FileName,1,'A2:A2');
Model = xlsread(FileName,1,'B2:B2');
Angle = xlsread(FileName,1,strcat('C2:',['E',num2str(SideNum+1)]));
if Model ==0
Coord = xlsread(FileName,1,'G2:H2');
Azimu = xlsread(FileName,1,'I2:I2');
Disnce = xlsread(FileName,1,strcat('F2:',['F',num2str(SideNum+1)]));
elseif Model ==1
Coord = xlsread(FileName,1,'G2:H3');
Disnce = xlsread(FileName,1,strcat('F2:',['F',num2str(SideNum)]));
Azimu = 0;
else
Coord = xlsread(FileName,1,'G2:H3');
Disnce = xlsread(FileName,1,strcat('F2:',['F',num2str(SideNum+1)]));
Azimu = 0;
end
---------------------------------------------------------------------
%角度闭合差计算、角度更正和坐标方位角计算
function [rAzimu rAngel disAngel] = Angelsure(Angle,Model,Azimu,Coord,type)
%format long
[row col] = size(Angle);
cAngle = Angle(1,:);
Angle(1,:) = [];
Angle(row,:) = cAngle;
cAngel = Angle(1:row,1) + Angle(1:row,2)./60 + Angle(1:row,3)./3600;
disAngel = sum(cAngel)- 180*(row-2);
if abs(disAngel) >= (40*sqrt(row))
msgbox('角度闭合差超限,请重新测量！');
return;
end
rAngel = cAngel - disAngel/row;
if Model ==0
Azimulen = length(Azimu);
for i=1:Azimulen
dAzimu(i) = fix(Azimu(i));
mAzimu(i) = fix((Azimu(i)-dAzimu(i))*100);
sAzimu(i) = ((Azimu(i)-dAzimu(i))*100-mAzimu(i))*100;
cAzimu(i) = dAzimu(i)+mAzimu(i)/60+sAzimu(i)/3600;
end
%rAzimu=Azimusure(cAzimu);
else
cAzimu =zeros(1,row+1);
cdCoord = Coord(1,1)- Coord(2,1);
clCoord = Coord(1,2)-Coord(2,2);
if cdCoord ==0 && clCoord >0
cAzimu(1) = 90;
elseif cdCoord ==0 && clCoord <0
cAzimu(1) = 270;
end
if cdCoord >0 && clCoord >=0
cAzimu(1) = atan(abs(clCoord/cdCoord));
elseif cdCoord <0 && clCoord >0
cdCoord = abs(cdCoord);
cAzimu(1) =(pi-atan(abs(clCoord/cdCoord)))*180/pi;
elseif cdCoord <0 && clCoord <=0
cdCoord = abs(cdCoord);
clCoord = abs(clCoord);
cAzimu(1) =(pi+atan(abs(clCoord/cdCoord)))*180/pi;
elseif cdCoord >0 && clCoord <0
clCoord = abs(clCoord);
cAzimu(1) =(2*pi-atan(abs(clCoord/cdCoord)))*180/pi;
end
cAzimu(1) = cAzimu(1)+180;
end
if strcmp(type,'L') || strcmp(type,'l')
for i=1:row
cAzimu(i+1) = cAzimu(i) +rAngel(i)-180;
if cAzimu(i+1)>=360
cAzimu(i+1) = cAzimu(i+1)-fix(cAzimu(i+1)/360)*360;
elseif cAzimu(i+1)< 0
cAzimu(i+1) =360 + cAzimu(i+1);
end
end
end
if strcmp(type,'R') || strcmp(type,'r')
for i=1: row
cAzimu(i+1) = cAzimu(i) -rAngel(i) +180;
if cAzimu(i+1)>=360
cAzimu(i+1) = cAzimu(i+1)-fix(cAzimu(i+1)/360)*360;
elseif cAzimu(i+1)< 0
cAzimu(i+1) =360 + cAzimu(i+1);
end
end
end
rAzimu =cAzimu;
SECode = abs(rAzimu(1)-rAzimu(row+1));
if abs(SECode)/3600 > 0.00001
errordlg('计算坐标方位角未闭合，请检验数据是否存在粗差！','系统提醒','on');
end
rAzimu(row+1) =[];
----------------------------------------------------------------------
%坐标增量计算及调整
function [rCoordX rCoordY] = CoordValue(Disnce,rAzimu,Coord,Model)
%format long
len = length(Disnce);
if Model==0 || Model==2
for i=1:len
cIncrenX(i) = Disnce(i)*cos(rAzimu(i)*pi/180);
cIncrenY(i) = Disnce(i)*sin(rAzimu(i)*pi/180);
end
Disncesure = sqrt((sum(cIncrenX))^2 + (sum(cIncrenY))^2);
if Disncesure/sum(Disnce) > 1/
msgbox('距离闭合差超限，请重新测量距离！');
return
end
[row col] =size(Disnce);
rCoordX = Coord(:,1);
rCoordY = Coord(:,2);
for i=1:row
rIncrenX(i)=vpa(cIncrenX(i)-sum(cIncrenX)*Disnce(i)/sum(Disnce),6);
rCoordX(i+1)=rIncrenX(i) + rCoordX(i);
rIncrenY(i)= vpa(cIncrenY(i)-sum(cIncrenY)*Disnce(i)/sum(Disnce),6);
rCoordY(i+1) = rCoordY(i) + rIncrenY(i);
end
end
if Model==1
for i=1:len
cIncrenX(i) = Disnce(i)*cos(rAzimu(i+1)*pi/180);
cIncrenY(i) = Disnce(i)*sin(rAzimu(i+1)*pi/180);
end
sum(cIncrenX)
sum(cIncrenY)
Disncesure = sqrt((sum(cIncrenX))^2 + (sum(cIncrenY))^2);
if Disncesure/sum(Disnce) > 1/
msgbox('距离闭合差超限，请重新测量距离！');
return
end
[row col] =size(Disnce);
rCoordX(1,1:col) = Coord(:,1);
rCoordY(1,1:col) = Coord(:,2);
for i=1:col
rIncrenX(i)=vpa(cIncrenX(i)-sum(cIncrenX)*Disnce(i)/sum(Disnce),6);
rCoordX(i+1)=rIncrenX(i) + rCoordX(i);
rIncrenY(i)= vpa(cIncrenY(i)-sum(cIncrenY)*Disnce(i)/sum(Disnce),6);
rCoordY(i+1) = rCoordY(i) + rIncrenY(i);
end
end
----------------------------------------------------------------------
%导线概略图显示
function hWnd=drawskhMap (x,y,Title,Model)
ScreenSize = get(0,'ScreenSize');
len = length(x);
hWnd = figure('Color',[1,1,0.5]',...
'Position',[(ScreenSize(3)-650)/2,(ScreenSize(4)-500)/2,650,500],...
'Menu','none',...
'NumberTitle','off',...
'Name',Title);
if Model ==0
h=plot(y(1),x(1),'^',y(2:len-1),x(2:len-1),'o',y(len),x(len),y,x,'Color','g','LineWidth',2,'MarkerSize',12);
else
h=plot(y(1:2),x(1:2),'^',y(3:len-1),x(3:len-1),'o',y(len),x(len),y,x,'Color','g','LineWidth',2,'MarkerSize',12);
end
pause(0.2);
----------------------------------------------------------------------
%计算结果保留
function Preser(rAzimu,rAngel,disAngel,rCoord,pathfilename)
if ~ischar(pathfilename)
error('该参数为字符串，请输入字符串！');
end
filelen = length(pathfilename);
str = pathfilename(filelen-3:filelen);
%dstr = length(data);
fid = fopen(pathfilename,'w+');
len = length(rCoord);
reCoord = reshape(rCoord,len/2,2);
r=length(rAngel);
if strcmp(str,'.txt')
fprintf(fid,'观察更正后值为：\r\n');
fprintf(fid,' %5f \r\n',rAngel);
fprintf(fid,'角度闭合差为：\n');
fprintf(fid, [num2str(3600*disAngel),'″']);
fprintf(fid,' 角度闭合差限差为：\n');
fprintf(fid,[num2str(40*sqrt(r)),' ″\r\n']);
fprintf(fid,'坐标方位角为：\r\n');
fprintf(fid,' %5f \r\n',rAzimu);
fprintf(fid,'待定点坐标为：\r\n');
fprintf(fid,' 横坐标（X/m） 纵坐标（Y/m）\r\n');
fprintf(fid,' %3f %3f\r\n',reCoord');
end
if strcmp(str,'.xls')
xlswrite(pathfilename,'观察更正后值','A1:A1');
xlswrite(pathfilename,rAngel,['A2:A',num2str(r+2)]);
PA = ['A',num2str(r+4),':A',num2str(r+4)];
xlswrite(pathfilename,'角度闭合差',PA);
PB = ['B',num2str(r+4),':B',num2str(r+4)];
xlswrite(pathfilename,num2str(3600*disAngel),PB);
PB = ['C',num2str(r+4),':C',num2str(r+4)];
xlswrite(pathfilename,'角度闭合差限差',PC);
PD =['D',num2str(r+4),':D',num2str(r+4)];
xlswrite(pathfilename,num2str(40*sqrt(r)),PD);
xlswrite(pathfilename,'坐标方位角','B1:B1');
xlswrite(pathfilename,rAzimu,['B2:B',num2str((dstr-1)/3)]);
xlswrite(pathfilename,'待定点坐标','D1:D1');
xlswrite(pathfilename,reCoord',['D2:F',num2str((dstr-1)/3)]);
end
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%转化十进制角度
function