【正文】 出的一個課題。輔助計算系統(tǒng)是個集觀測、計算、存儲和數(shù)據(jù)共享的信息平臺，該平臺能為工程技術人員和測量學者提供豐富的數(shù)據(jù)資源。工程測量輔助計算系統(tǒng)是利用先進的觀測手段將各種與被測目標的高程、角度和距離的相關數(shù)據(jù)測出，將這些數(shù)據(jù)首先按要求分類存儲，然后將其用預先制定好的計算方案讓計算機解算出滿足規(guī)定精度且合格的成果數(shù)據(jù)，最后再將這些成果數(shù)據(jù)歸檔存儲，形成測量報告。除了工程測量學自身的發(fā)展，計算機領域內(nèi)不斷涌現(xiàn)的新技術也使其有了革命性的飛躍。更重要的一方面，隨著科學技術的進步和精密工程測量的需要，研究開發(fā)像納米技術和一些人類目前還未知的新材料、新技術在測量中的應用，使測量精度可達到納米或微米，而且測量方法大大改善，這是所有測量人員的愿望和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的測量理論和方法，如三角網(wǎng)、導線網(wǎng)、線性網(wǎng)和鋼尺量邊導線等，已經(jīng)不能滿足精密工程測量的需要，要進行新理論、新方法的研究。精密工程測量基本的特點就是精度要求高，工作難度大。后來隨著觀測設備和測量技術的發(fā)展，工程中觀測的數(shù)據(jù)精度和數(shù)量已經(jīng)有了很大的提高，一些大型重點工程觀測的數(shù)據(jù)可達數(shù)十萬個，所積累的數(shù)據(jù)量也正呈現(xiàn)爆炸式的增長。作為一門以觀測為基礎的學科，它離不開數(shù)據(jù)的觀測與計算。沈陽建筑大學畢業(yè)設計（論文）工程測量輔助計算系統(tǒng)的研制與開發(fā)畢業(yè)設計目錄摘要 iiAbstract iii第一章 緒論 1 概述 1 軟件的研究意義 2 2第二章 工程測量中的常用計算 4坐標正反算 4 4 4 5 5 6 8 8 9 10 10 11第三章 系統(tǒng)的開發(fā)工具及開發(fā)流程 12 Visual Basic 12 13 13 13 14 15第四章 工程測量中輔助計算的系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 17 工程測量輔助計算系統(tǒng)的結構設計 17 角度與弧度的轉(zhuǎn)化 18 18 18 19 19 29 30 30 33 33 33 40第五章 總結與展望 41 技術與經(jīng)濟分析 41 41 42參考文獻 43致謝 44附錄一 45附錄二 5871工程測量中輔助計算系統(tǒng)的研制與開發(fā)第一章 緒論 概述工程測量學是一門古老而又始終隨著時代進步而發(fā)展的學科。這些原始數(shù)據(jù)在早期科技還不十分發(fā)達的時代，只能憑借人們的肉眼或者粗糙的觀測設備去觀測獲取，其數(shù)據(jù)的精度較差且數(shù)量上十分有限，而且在地理上的分散性也使得科學家們很難共同享有這些數(shù)據(jù)。在這種情況下，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算方式已很難滿足海量數(shù)據(jù)的分類管理和高精度的要求，如何應對不斷增長的海量數(shù)據(jù)的快速計算也是工程測量學一項亟待解決的問題。他的工作對象都是高科技工程和尖端科學工程。例如，全站儀測量系統(tǒng)(TMS)、實時攝影測量系統(tǒng)、精密三維工業(yè)測量系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、合成孔徑雷達干涉系統(tǒng)(INSAR)、傳感器和測量機器人等的進一步的研究與開發(fā)，更好地發(fā)揮他們在精密工程測量中的應用。在人類的生產(chǎn)生活活動中，工程測量是無處不在、無時不用，只要有建設就必然存在工程測量，因而工程測量的發(fā)展和應用前景是廣闊的。計算機技術和工程測量學相結合產(chǎn)生了“工程測量輔助計算系統(tǒng)”的理念，其理念一經(jīng)提出便迅速得到了工程測量學者和計算機專家的關注。若要將成果數(shù)據(jù)共享，輔助計算系統(tǒng)還可吸收了網(wǎng)絡等先進的技術，將集成無數(shù)的資源，提供豐富的服務。因此還需要在測量系統(tǒng)的環(huán)境下有效地觀測、計算和管理數(shù)據(jù)，挖掘海量數(shù)據(jù)快速計算和計算精準度潛力，從而使智能化測量系統(tǒng)真正發(fā)揮其作用。 軟件的研究意義工程測量是貫穿工程中的各個階段的一個基礎工作，隨著計算機軟件技術、微電子以及激光技術等技術的發(fā)展與應用，工程測量新技術得以出現(xiàn)了一些新方法，再有隨著我國城市建設的逐步擴大，大的建設工程不斷增多，對工程測量也提出了新的要求，也推動和加快了工程測量新技術的發(fā)展。大量的數(shù)據(jù)計算僅靠人工處理和計算機的部分計算顯然無法令人滿意，這就需要運用現(xiàn)有的技術開發(fā)出所需要的計算系統(tǒng)。而內(nèi)業(yè)資料的計算方法及其所需達到的精度，則又直接取決于外業(yè)所用儀器及具體的放樣目標和內(nèi)業(yè)計算所用到的辦公軟件和計算方法。在工程測量中，內(nèi)業(yè)資料計算占有很重要的比重，內(nèi)業(yè)資料計算的準確無誤與速度直接決定了測量工作是否能夠快速、順利地完成。根據(jù)數(shù)據(jù)處理所用到的軟件和計算方法本文設計了幾種計算程序。編程環(huán)境是在Visual Basic ，采用VB語言編寫。（2）坐標正反算，坐標正算根據(jù)直線的起點坐標、直線的水平距離以及坐標方位角來計算終點的坐標的過程；坐標反算根據(jù)直線的起點和終點的坐標，計算直線的水平距離和坐標方位角的過程。（3）圓曲線測設分兩步進行，先測設曲線上起控制作用的主點（ZY,QZ,YZ）；依據(jù)主點在測設曲線上每隔一定距離的里程樁，詳細地標定曲線位置。第二章 工程測量中的常用計算直線的方向是用方位角來表示的，其中以坐標北方向為基準方向，順時針旋轉(zhuǎn)到直線的水平角度，稱為該直線的坐標方位角。坐標正算公式： 。計算步驟：① ；② ；③④ ④根據(jù)“②”中所求的，求坐標方位角，1 坐標方位角為第一象限角，則：= ；2 坐標方位角為第二象限角，則：=180176。+ ；⑷若坐標方位角為第四象限角，則：=360176。 象限角劃分： 第一象限角：0176。 (0~π/2)第二象限角：90176。 (π/2~π)第三象限角：180176。 (π~3π/2)第四象限角：270176。 (3π/2~2π)高斯投影是由德國數(shù)學家、物理學家、天文學家高斯于19 世紀20 年代擬定，后經(jīng)德國大地測量學家克呂格于1912 年對投影公式加以補充，故稱為高斯克呂格投影，即等角橫切橢圓柱投影。以中央經(jīng)線為投影的對稱軸，將東西各3176。30′的兩條子午線所夾經(jīng)差6176。的帶狀地區(qū)按數(shù)學法則、投影法則投影到圓柱面上，再展開成平面，即高斯克呂格投影，簡稱高斯投影。帶投影，并把坐標縱軸西移500km，在縱坐標前冠以帶號，這個投影帶是從格林尼治開始起算的。其中保加利亞的測量學者赫里斯托夫的研究工作最具代表性。高斯－克呂格投影是設想用一個橢圓柱橫套在地球橢球的外面,并與設定的中央經(jīng)線相切。高斯克呂格投影在長度和面積上變形很小，中央經(jīng)線無變形，自中央經(jīng)線向投影帶邊緣，變形逐漸增加，變形最大之處在投影帶內(nèi)赤道的兩端。高斯投影如圖22所示：圖22 高斯投影高斯－克呂格投影分帶規(guī)定:該投影是國家基本比例尺地形圖的數(shù)學基礎,為控制變形,采用分帶投影的方法,在比例尺 1::50萬圖上采用6176。分帶。分帶法:從格林威治零度經(jīng)線起,每6176。6176。,依此類推,投影帶號為130。西半球投影帶從180176。,編號為3160,投影代號n和中央經(jīng)線經(jīng)度L0的計算公式為L0=360(6n3)176。分帶法:從東經(jīng)1176。為一帶,將全球劃分為120個投影帶,東經(jīng)1176。30′,...178176。30′,...1176。30′。n ,中央經(jīng)線為3176。...180176。3176。、...3176。我國規(guī)定將各帶縱坐標軸西移500公里,即將所有y值加上500公里,坐標值前再加各帶帶號，以18帶為例：原坐標值為y=,西移后為y=,加帶號通用坐標為y= 。投影必須滿足的條件：（1）中央子午線投影后為直線。（3）投影具有正形性質(zhì)，即正投影條件。計算公式： 式中：； ； ； ； ； ； ； ； ；. 高斯反算公式則是由高斯平面坐標（x，y）求解大地坐標（L，B），即（x,y）=(L,B)的坐標變換。b. x軸上的長度投影保持不變。根據(jù)x計算縱坐標在橢球面上的投影的底點緯度，接著按計算（）及經(jīng)差l，最后得到。坐標換帶有直接換帶計算法和間接換帶計算法兩種，間接換帶計算法就是根據(jù)第一帶的平面坐標 x1,y1和中央子午線的經(jīng)度 L1， 按高斯克呂格投影坐標反算公式求得大地坐標 B、L， 然后根據(jù) B,L 和第二帶的中央子午線經(jīng)度 L2， 按高斯克呂格投影坐標正算公式求得在第二帶中的平面坐標 xy2。 這種方法理論上嚴密，精度高，而且通用性強，雖然計算量較大，但可用電子計算機計算來克服，已成為坐標換帶中最基本的方法。此法在理論上不嚴密，會因為起算點不同而有不同結果，坐標不能統(tǒng)一，無法充分利用國家控制點的精度。在海拔較低的地區(qū)（200m 以下），合理地選擇處于測區(qū)中間位置附近的中央子午線，利用高斯克呂格投影正反算公式計算，可以有效解決投影變形。確定國家坐標系的參考橢球的長半徑，短半徑，扁率，第一偏心率，第二偏心率等要素后，根據(jù)三個步驟進行坐標轉(zhuǎn)換計算：確定投影面的大地高計算參考橢球的長半徑； 根據(jù)高斯克呂格投影反算經(jīng)緯度；利用橢球參數(shù)，根據(jù)高斯克呂格投影正算轉(zhuǎn)換的平面坐標。此方法的實質(zhì)是把橢球面上的大地坐標作為過渡坐標。在這一步計算時，要根據(jù)第Ⅱ帶的中央子午線L2來計算經(jīng)差l，亦即此時l=L1L2?！?176?！?176。→3176。雖然這種方法計算量較大，但可用電子計算機計算來克服，故已成為坐標換帶中最基本的方法。高斯克呂格投影反算公式：式中：； ； ； ； ；.高斯克呂格投影正算公式： 式中：；；；； 曲線計算， 無論是鐵路、公路還是地鐵隧道和輕軌，由于受到地形、地物、地質(zhì)及其他因素的限制，經(jīng)常要改變線路前進的方向。因此，線路工程總是由直線和曲線所組成。道路中線測量也叫中樁放樣?？紤]上述幾何條件，顧及計算與敷設方便，現(xiàn)代公路平面線形要素由直線、圓曲線和緩和曲線構成，稱之為平面線形三要素。逐漸變到圓曲線半徑R的變量。與圓曲線連接處半徑為R，曲線上任一點的曲率半徑與該點至起點的曲線長成反比。目前公路線形設計已開始使用非對稱線形（成為非對稱平曲線）設計，特別是在互通立交匝道和山區(qū)高速高速公路線形設計中，這種線形設計使用得較多。圓半徑為R，第一緩和曲線長1sl，第二緩和曲線長為2sl，12ssll185。而是1R、2R。 圓曲線測設的基本要求 應按曲線上中樁樁距的規(guī)定進行加樁，即進行圓曲線的詳細測設。 （1）整樁號法：將曲線上靠近曲線起點的第一個樁湊成為l0倍數(shù)的整樁號，然后按樁距l(xiāng)0連續(xù)向曲線終點設樁。 （2）整樁距法：從曲線起點和終點開始，分別以樁距l(xiāng)0連續(xù)向曲線中點設樁，或從曲線的起點，按樁距l(xiāng)0設樁至終點。圓曲線要素的計算：式中：R為圓曲線半徑，α為轉(zhuǎn)向角，T為圓曲線切線長，L為曲線長，E為曲線外矢距，D為切曲差，它們一起稱為曲線要素。；。 圓曲線終點里程YZ應為圓曲線起點里程ZY加上圓曲線長L，而不是交點里程加切線長T，即YZ里程≠JD里程+T。Visual 。Visual Basic Studio ，這個開發(fā)工具系列包括Visual C++ 、Visual FoxPro 、Visual J++ 。Visual 意即可視的、可見的，指的是開發(fā)像Windows操作系統(tǒng)的圖形用戶界面（Graphic User Interface,GUI）的方法，它不需要編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，只要把預先建立好的對象拖放到屏幕上相應的位置即可。Visual Basic （GUI）的方法，利用這種方法，用戶可不必書寫復雜的描述界面元素外觀和位置的程序代碼，而只需將系統(tǒng)提供的對象放到屏幕上的適當位置，并通過屬性窗口進行適當?shù)脑O置或調(diào)整，就可以設計出一個優(yōu)秀的應用程序界面。無論用戶是一個Windows 編程新手，還是已經(jīng)具有豐富的Windows程序設計經(jīng)驗的專業(yè)程序開發(fā)人員，利用Visual Basic ，均可以快速地完成所需設計任務。VB使用了可以簡單建立應用程序的GUI系統(tǒng)，但是又可以開發(fā)相當復雜的程序。因為默認的屬性和方法已經(jīng)有一部分定義在了組件內(nèi)，所以程序員不用寫多少代碼就可以完成一個簡單的程序。利用Visual Basic ，用戶可創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、前端應用程序、用于大多數(shù)流行數(shù)據(jù)庫格式的服務器組件等。弧度=角度*π/180176。/π。）N=L*（180176。其程序流程圖如圖32所示：啟動程序選擇橢球系選擇中央子午線經(jīng)度高斯正算輸入B，L值點擊“BLxy”按鈕輸出x,y值高斯反算輸入x，y值點擊“xyBL”按鈕輸出B,L值點擊“臨帶計算”按鈕終止程序圖34高斯投影坐標正反算程序流程圖任意兩點在平面直角坐標系中的相對位置，可用兩種方法確定：（1）用兩點間的坐標增量表示。（2）用兩點連線（邊）的坐標方位角α和水平距離（邊長）D表示。 坐標正反算程序流程圖如圖33所示啟動程序輸入已知點坐標，兩點間距離，方位角輸入已知兩點坐標方位角是否有誤計算坐標增量，得出未知點坐標輸出結果坐標是否有誤計算坐標增量，得出兩點間距離及方位角輸出結果終止程序 是 是 否 否圖33 坐標正反算程序流程圖曲線的測設通常采用偏角法、切線支距法和弦線偏距法等方法。程序流程圖如圖34所示： 開 始錄入曲線要素輸入起始點樁號判斷數(shù)據(jù)是否合格 否 是計算