基于水准路线自动平差的原始数据反求系统

金忠诚

摘    要：在测绘学多门课程的教学过程中，教师必须给学生布置习题和考试题。出题过程中，需要有测绘数据作为原始资料。如果使用真实的测绘数据，就需要由很多人在现场长时间地采集才能得到，费时费力。而手工自编测绘数据，对于教师的经验和知识要求都很高，需要长时间反复计算，还容易产生错误。本文研究了由计算机替代人工自动生成水准数据的方法，介绍了基于该方法编写的计算机程序。

关键词：水准路线;自动平差;原始数据;反求系统

1  水准测量

1.1   水准测量原理

水准测量是测定地面点高程的主要方法之一。水准测量是使用水准仪和水准尺，根据水平视线测定两点之间的高差，从而由已知点的高程推出未知点的高程。

若已知A点的高程[HA]，求未知点B的高程[HB] 。首先A点与B点之间的高差[hAB]，于是B点的高程为[HB] 为：

由此计算出B点的高程。

测量高差hAB的原理：在A、B两点上各竖立一根水准尺，并在A、B两点之间安置一架水准仪，根据水准仪提供的水平视线在水准尺上读数。设水准测量的前进方向是由A点向B点，则规定A点为后视点，其水准尺读数为a，称为后视读数;B点为前视点，其水准尺读数为b，称之为前视读数。则A、B两点之间的高差为：

于是B点的高程HB可按下式计算：

为了避免计算高差时发生正、负号的错误，在书写高差[hAB]时必须注意h下标的写法。例如，[hAB]是表示有A点至B点的高差;而[hAB]表示由B点至A点的高差，即

当安置一次水准仪根据一个已知高程的后视点，需求出若干个未知点的高程时，用上式计算较为方便，此法称之为视线高法，在建筑工程中经常应用。

1.2  水准测量方法

水准测量是当A、B两点相距不远的情况，这时通过水准仪可以直接在水准尺上读数，且能保证一定的读数精度。如果两点之间的距离较远或者高差较大时，仅安置一次仪器便不能测得它们的高差，这时需要若干个临时的立尺点，作为传递高程的过渡点，成为转点。

欲求出A点至B点的高差[hAB]，选择一条施测路线，用水准仪依次测出A1的高差hA1、12的高差h12等，直到最后测出 [nB]的高差[hnB]，每安置一次仪器，称为一个测站，而1，2，3，……n等点即为转点。高差[hAB]由下式算得：

在实际作业中可先算出各测站的高差，然后去他们的总和而得[hAB]，检核计算是否正确。

1.3   电子水准仪测量方法

用电子水准仪进行水准测量时，仪器的安置、整平、照准、调焦等步骤与光学水准仪一样。测量时，选取好测量模式，瞄准标尺，点击测量键开始测量，仪器将同时测量距离和标尺上的读数。测量完成后，距离和高差等结果就显示在屏幕上，并可按记录键保存测量结果结果。

2  基于水准路线自动平差的原始数据反求系统

Visual Basic，简称VB，是当今世界上使用最廣泛的编程语言之一，它也被公认为是编程效率最高的一种编程方法。无论是开发功能强大、性能可靠的商务软件，还是编写能处理实际问题的实用小程序，VB都是相对比较快速、简便的方法。

在VB程序语言环境下编写软件包括两个方面，即窗体设计和代码编写。窗体即为软件的操作中界面，是程序设计中极为重要的一环， 程序操作界面和数据输入窗口，利用简单的VB窗体设计来实现，通过文本框来读取需要的起始数据、展示并记录运算结果，设置对应的按钮来触发不同运算要求索需要运行的程序;代码的编写需要依据不同水准仪数据的特点和不同等级水准测量限差要求，分别设计编写了光学和电子水准仪原始数据反求程序软件。

该程序只需根据情况输入起始高程，键入所要的测量等级、需要的测站数和高差闭合差，输入完成控制条件后，点击运行按钮，随机产生各点高程和距离，自动计算闭合差限差判断闭合差时都超限。

然后根据个点高程，运用随机数产生各个测站的水准尺读数，自动记录并计算填写外业手簿。并把整个手簿按照正确格式记录在程序自动创建的EXCEL表格内，表格文件位置可以自己手动保存。

3   数据结果的比较与精度分析

通过运行程序所得到的观测数据，是根据所输入起始数据在随机数基础上生成的一组随机数，这样的一组数据是否符合相应等级水准测量数据的各项限差要求是评判该程序可行性的唯一标准。在此分别对一组光学和电子水准仪的数据进行平差计算，来验证反求程序所得观测数据数据是否满足测量的各项指标：

按照程序界面提示输入相应的数据，求算8测站四等闭合水准路线的观测数据，起点高程为2.813m，高差闭合差为15mm，数据录入完成后点击“开始计算闭合路线数据”按钮，开始运行程序，反求闭合水准路线原始数据，根据输入的已知条件，计算一组随机观测数据。

经过计算，这组随机生成的观测数据的各项指标计算已经完成并已经填入表中，将这些数据成果进行统计整理，绘制对比表格。

4  结论

本文应用具有“可视化”特点的VB语言进行程序编写水准路线原始数据反求程序，可以相对简单的实现程序界面的设计，并且不同的程序算法模块可以独立运行，数据输入形式简单，软件操作方便快捷。

根据上述多个算例的验算，可以得出结论：该程序实现了起始条件手动输入，经过程序自动运算，求算出的水准测量原始数据记录保存在EXCEL表格中。求得的数据精度和软件质量达到了预期目标，所得出的水准路线观测数据满足测绘教育教学过程中的课堂练习和考试出题对水准测量原始数据的需求。

参考文献：

[1] 胡奇.水准网测量平差软件设计与开发 [D].安徽理工大学，2012.

[2] 黄维彬.测量平差的当代进展——近代测量平差[J].测绘通报，1994（2）：3～9.

[3] 周世虎，边红文.水准网平差系统介绍[J].北京测绘，2007（4）：59～61.