浅谈导线测量坐标平差程序的设计
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摘要：本文以Visual Basic为开发平台，设计全站仪导线坐标平差程序，采用坐标转换原理，利用新旧两种坐标系统之间的坐标换算，将导线点的坐标观测值直接进行平差计算，通过平差提供控制点精确坐标，为数字测图解决源头问题，对促进全站仪的功能发挥，起到一定的推动作用。
Abstract: this article with the Visual Basic for development platform, and design tachometer wire coordinate adjustment with program, the principle of coordinate transformation, use new and old two coordinate system of coordinate conversion between, will traverse points coordinates directly observed value adjustment calculation, through the adjustment with precise coordinates provide control points, for digital surveying source problem to solve, to promote the function of the tachometer play, play a role.
Keywords: traverse survey; Coordinate conversion; Visual Basic
中图分类号：P214文献标识码：A文章编号：
1引言
随着测绘科学的发展，全数字地形测图在现代制图技术支持下已经发展成为了高新的制图技术。全站仪——电子技术与光学技术结合发展的光电测量仪器，作为当前应用最广的测绘仪器，集测角、测距于一体，除能进行常规的测角，测距外，还具有专用测量功能，也是目前实用的大比例尺数字化测图工具。利用其三维坐标测量功能可进行导线坐标测量，直接获取各导线点的三维坐标。由于全站仪的广泛应用，全站仪导线测量的平差方法已经成为人们普遍关注的问题之一。针对全站仪导线，如何对其坐标观测数据进行平差处理以求得合理的结果呢？这是测量学术界至今尚未进行过深入探讨且急待解决的一个问题。若按照常规的平差方法，则必须通过坐标反算得到各边的边长和各转折点的角度，然后才能进行平差。这不但费工误时，而且也失去了全站仪直接测定导线点坐标的实际意义。因此必须提出一种适合于全站仪导线的平差方法，使观测到的导线点的三维坐标能直接参与平差计算。
2 控制测量的意义
在测量过程中，不可避免的会产生误差，因此必须有正确的测量程序和方法，即遵循“由高级到低级，由整体到局部，先控制后碎部”的原则进行测量作业，以防止误差的积累并加快测量作业的速度。例如在地形图的测绘过程过，需要测定构成地物，地貌的许多特征点，如果采用从第一点测量第二点，再从第二点测量第三点，如此持续进行到最后一点的方法，这样，虽然也可以测得各特征点的位置，但会使误差越积越大，以致很快达到不能允许的程度。因此，可先在测区内，选择若干有控制意义的点作为控制点，组成一定的几何图形，形成测区的骨架，称为控制网。控制网的点位，使用精度较高的仪器和方法确定。在其精度完全合乎要求后，再根据这些控制点，测定附近的碎部点的位置。前者起着控制作用，故称为控制测量[19]，后者成为碎部测量。由于控制点数量少，并且使用较精密的仪器和方法测定，所以易于保证较高的精度。而碎部点测量的精度虽较控制点低，但是由于各碎部点是根据较高精度的控制点测定的，他们之间是独立的。因此误差不会积累。其精度也可以保证。同时，由于控制测量在先期进行，控制点已经均匀的覆盖了整个作业区，便于多个作业组以同一控制基准同时分开作业，进行碎部测量，加快了测量任务的完成。
3 测量程序设计意义
随着测绘技术的不断发展，计算机在现代测绘科学中的应用越来越广泛，已经深入到从理论研究到实际盛产的方方面面，如坐标解算，数据处理，施工放样计算，遥感影像处理，计算机辅助制图，地理信息数据加工和管理等，计算机以其计算迅速、准确、方便、功能强大的特点，给测绘学的理论研究和生产应用带来了很大的便利。
使用计算机程序处理测量数据，不但方便、快速、而且准确、具有可重复性、以简单的导线计算为例，一个简单的附合导线，采用手工计算不仅费时费力，而且常常出现数据抄录、计算等方面的错误。而若采用相应的解算程序计算，仅需要将原始观测数据输入，程序便可以自动进行一定的错误检查，并且迅速计算出准确结果。
目前已有的测绘相关软件已经很多，涉及数据处理、制图、遥感影像处理、数字摄影测量成图、GIS系统、GPS平差解算等测绘工作的方方面面。但是实际工作遇到的情况是千变万化的，一个软件设计得再周全也不可能满足所有特定应用的需要，因此掌握一门程序设计语言，并能够根据应用的需要设计相应的程序，对于解决实际问题是很有意义的。
4 导线坐标平差程序设计
4.1 需求分析
全站仪导线中点的坐标是直接观测量，如何直接用坐标观测值进行平差计算是本文研究的主题。为此本文设计基于全站仪坐标的导线平差程序，采用新、旧两种坐标系统之间的坐标换算，将导线点的坐标观测值直接进行平差计算。该程序能够将全站仪所测导线点的三维坐标读入到程序，检验闭合差是否超限，若符合限差要求，则按照坐标转换原理进行平差，输出平差后导线点的精确坐标，为后续的测图打好基础。
4.2 程序功能设计
本论文设计的坐标导线平差程序有观测坐标值读入、已知坐标值输入、坐标平差计算和精度评定等四个主要模块组成，其中最关键的模块是坐标平差计算和精度评定。
菜单按钮主要包括导线类型选择，导线精度选择，坐标文件打开按钮、浏览坐标文件按钮、已知坐标输入按钮、平差计算按钮、平差结果浏览按钮、初始导线按钮和最终平差后导线按钮组成，各个按钮实现的功能和其本身命名一致。通过这些按钮可以实现平差程序。
能够实现闭合导线、附和导线两种导线类型的平差。
导线闭合差有限差要求，根据限差要求判断读入的数据是否满足平差要求。
导入导线点的采集坐标，可读入通用格式excel格式的导线点坐标。
若选择闭合导线，则默认第一点即已知点坐标，若选择附和导线，则第一点坐标默认为起点坐标，需要输入终点的已知坐标，参与平差计算。
坐标平差计算：能够运用全站仪导线平差原理对读入的坐标进行平差，并输出结果。
④平差结果可以以文本格式存储，有利于保存打印。程序也支持显示平差前后的导线网形图，以便于后续的分析。
4.3 程序流程图
全站仪坐标导线平差程序流程图如图4-1所示：
4.4 平差程序功能实现
程序实现的主界面如图所示，程序由标题栏、菜单按钮和图形显示控件组成，标题栏表明程序的名称，菜单按钮实现程序的主要平差功能，图形显示控件是为了将显示平差前后的导线结果，以进行对比和分析。
菜单按钮主要包括导线类型选择，导线精度选择，坐标文件打开按钮、浏览坐标文件按钮、已知坐标输入按钮、平差计算按钮、平差结果浏览按钮、初始导线按钮和最终平差后导线按钮组成，各个按钮实现的功能和其本身命名一致。通过这些按钮可以实现平差程序，如图4-2。
首先选择导线类型，在此程序中导线类型分为闭合导线和附和导线2种。选定后再选择导线的等级，分为二等、三等、四等三个等级，通过选择导线的等级可以对观测的坐标值进行闭合差的计算，以防止超限的闭合差。然后选择通过全站仪测量的坐标文件，坐标文件一般都是EXCEL格式的文件，坐标文件对于闭合导线来说起始点为已知点，然后是观测点的列表，最终点是起始点的观测量。对于附和导线来说起始点为已知点，然后是观测点的列表，最终点是附和已知点的观测量，所以对于选择附和导线应该在选择完坐标文件之后，进行附和已知点的坐标录入工作。对于选择的坐标文件可以点击坐标浏览按钮进行文件的查看，看文件的格式是否满足程序的格式要求。
文件选择完之后就是坐标的平差计算，点击平差计算按钮，系统内部根据平差原理所形成的算法自动计算平差后各个观测点的坐标，存放到内存中。同时也将平差后的坐标写入TXT文件中，以方便结果的查看与应用。
平差之后即使对平差后的导线结果进行浏览，系统提供浏览功能按钮，可以看平差前后的导线图形，也可以直接导出平差后的坐标文件。
图4-1 程序流程图
图4-2 平差程序界面
5．结束语
本论文以Visual Basic为开发平台，采用坐标转换原理，利用新旧两种坐标系统之间的坐标换算，实现了全站仪导线坐标平差程序的设计，程序能通过平差提供控制点精确坐标，为数字测图解决了源头问题，对促进全站仪的功能发挥，起到一定的推动作用。虽然文中的研究取得了一定的成果，但是文中还有许多不完善的地方，诚恳的希望得到前辈及同行们的批评指证。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。