导线测量的内业计算

第三节导线测量的内业计算导线测量内业计算的目的就是计算各导线点的平面坐标x、y。计算之前，应先全面检查导线测量外业记录、数据是否齐全，有无记错、算错，成果是否符合精度要求，起算数据是否准确。然后绘制计算略图，将各项数据注在图上的相应位置，如图6-11所示。一、坐标计算的基本公式1．坐标正算根据直线起点的坐标、直线长度及其坐标方位角计算直线终点的坐标，称为坐标正算。如图6-10所示，已知直线AB起点A的坐标为（xA，yA），AB边的边长及坐标方位角分别为DAB和αAB，需计算直线终点B的坐标。直线两端点A、B的坐标值之差，称为坐标增量，用ΔxAB、ΔyAB表示。由图6-10可看出坐标增量的计算公式为：xyxAxByAyB∆yAB∆xABαABABO图6-10坐标增量计算ABABABABABABABABDyyyDxxxsincos（6-1）根据式（6-1）计算坐标增量时，sin和cos函数值随着α角所在象限而有正负之分，因此算得的坐标增量同样具有正、负号。坐标增量正、负号的规律如表6-5所示。表6-5坐标增量正、负号的规律象限坐标方位角αΔxΔyⅠ0˚～90˚＋＋Ⅱ90˚～180˚－＋Ⅲ180˚～270˚－－Ⅳ270˚～360˚＋－则B点坐标的计算公式为：ABABAABABABABAABABDyyyyDxxxxsincos（6-2）例6-1已知AB边的边长及坐标方位角为456380m62.135ABABD，，若A点的坐标为m82.658m56.435AAyx，，试计算终点B的坐标。解根据式（6-2）得m62.792456380sinm62.135m82.658sinm68.457456380cosm62.135m56.435cosABABABABABABDyyDxx2．坐标反算根据直线起点和终点的坐标，计算直线的边长和坐标方位角，称为坐标反算。如图6-10所示，已知直线AB两端点的坐标分别为（xA，yA）和（xB，yB），则直线边长DAB和坐标方位角αAB的计算公式为：22ABABAByxD（6-3）ABABABxyarctan（6-4）应该注意的是坐标方位角的角值范围在0˚～360˚间，而arctan函数的角值范围在－90˚～＋90˚间，两者是不一致的。按式（6-4）计算坐标方位角时，计算出的是象限角，因此，应根据坐标增量Δx、Δy的正、负号，按表6-5决定其所在象限，再把象限角换算成相应的坐标方位角。例6-2已知A、B两点的坐标分别为m72.525m50.304m29.814m99.342BBAAyxyx，，，试计算AB的边长及坐标方位角。解计算A、B两点的坐标增量m57.288m29.814m72.525m49.38m99.342m50.304ABABABAByyyxxx根据式（6-3）和式（6-4）得m13.291m)57.288(m)49.38(2222ABABAByxD9042262m49.38m57.288arctanarctanABABABxy二、闭合导线的坐标计算现以图6-11所注的数据为例（该例为图根导线），结合“闭合导线坐标计算表”的使用，说明闭合导线坐标计算的步骤。1．准备工作将校核过的外业观测数据及起算数据填入“闭合导线坐标计算表”中，见表6-6，起335°24′00″108°27′18″84°10′18″135°49′11″90°07′01″121°27′02″12345x1＝500.00my1＝500.00mx图6-11闭合导线略图算数据用单线标明。2．角度闭合差的计算与调整（1）计算角度闭合差如图6-11所示，n边形闭合导线内角和的理论值为：180)2(thn（6-5）式中n——导线边数或转折角数。由于观测水平角不可避免地含有误差，致使实测的内角之和m不等于理论值th，两者之差，称为角度闭合差，用fβ表示，即180)2(thnfmm（6-6）（2）计算角度闭合差的容许值角度闭合差的大小反映了水平角观测的质量。各级导线角度闭合差的容许值fβp见表6-3和表6-4，其中图根导线角度闭合差的容许值fβp的计算公式为：nf06p（6-7）如果f＞pf，说明所测水平角不符合要求，应对水平角重新检查或重测。如果f≤pf，说明所测水平角符合要求，可对所测水平角进行调整。（3）计算水平角改正数如角度闭合差不超过角度闭合差的容许值，则将角度闭合差反符号平均分配到各观测水平角中，也就是每个水平角加相同的改正数vβ，vβ的计算公式为：nfv（6-8）计算检核：水平角改正数之和应与角度闭合差大小相等符号相反，即fv（4）计算改正后的水平角改正后的水平角βi改等于所测水平角加上水平角改正数vii改（6-9）计算检核：改正后的闭合导线内角之和应为（n－2）×180˚，本例为540˚。本例中fβ、fβp的计算见表6-5辅助计算栏，水平角的改正数和改正后的水平角见表6-6第3、4栏。3．推算各边的坐标方位角根据起始边的已知坐标方位角及改正后的水平角，按式（4-18）和式（4-19）推算其它各导线边的坐标方位角。本例观测左角，按式（4-18）推算出导线各边的坐标方位角，填入表6-6的第五栏内。计算检核：最后推算出起始边坐标方位角，它应与原有的起始边已知坐标方位角相等，否则应重新检查计算。4．坐标增量的计算及其闭合差的调整（1）计算坐标增量根据已推算出的导线各边的坐标方位角和相应边的边长，按式（6-1）计算各边的坐标增量。例如，导线边1-2的坐标增量为：m30.1830042335cosm60.201cos121212Dxm92.830042335sinm60.201sin121212Dy用同样的方法，计算出其它各边的坐标增量值，填入表6-6的第7、8两栏的相应格内。（2）计算坐标增量闭合差如图6-12a所示，闭合导线，纵、横坐标增量代数和的理论值应为零，即00ththyx（6-10）实际上由于导线边长测量误差和角度闭合差调整后的残余误差，使得实际计算所得的mx、my不等于零，从而产生纵坐标增量闭合差Wx和横坐标增量闭合差Wy，即34521∆x12∆x23∆x34∆x45∆x51∆y12∆y23∆y34∆y45∆y51(＋)(＋)(＋)(＋)(＋)(－)(－)(－)(－)(－)xyO34521xyO1′WDWyWxa)b)图6-12坐标增量闭合差mymxyWxW（6-11）（3）计算导线全长闭合差WD和导线全长相对闭合差WK从图6-12b可以看出，由于坐标增量闭合差Wx、Wy的存在，使导线不能闭合，1-1′之长度WD称为导线全长闭合差，并用下式计算WD=22yxWW（6-12）仅从WD值的大小还不能说明导线测量的精度，衡量导线测量的精度还应该考虑到导线的总长。将WD与导线全长∑D相比，以分子为1的分数表示，称为导线全长相对闭合差WK，即DDWDDWK1（6-13）以导线全长相对闭合差WK来衡量导线测量的精度，WK的分母越大，精度越高。不同等级的导线，其导线全长相对闭合差的容许值WKP参见表6-3和表6-4，图根导线的WKP为1/2000。如果WK＞WKP，说明成果不合格，此时应对导线的内业计算和外业工作进行检查，必要时须重测。如果WK≤WKP，说明测量成果符合精度要求，可以进行调整。本例中Wx、Wy、WD及WK的计算见表6-6辅助计算栏。（4）调整坐标标增量闭合差调整的原则是将Wx、Wy反号，并按与边长成正比的原则，分配到各边对应的纵、横坐标增量中去。以vxi、vyi分别表示第i边的纵、横坐标增量改正数，即iyyiixxiDDWvDDWv（6-14）本例中导线边1-2的坐标增量改正数为：m05.0m60.201m80.1137m30.01212DDWvxxm02.0m60.201m80.1137m09.01212DDWvyy用同样的方法，计算出其它各导线边的纵、横坐标增量改正数，填入表6-6的第7、8栏坐标增量值相应方格的上方。计算检核：纵、横坐标增量改正数之和应满足下式yyxxWvWv（6-15）（5）计算改正后的坐标增量各边坐标增量计算值加上相应的改正数，即得各边的改正后的坐标增量。yiiixiiivyyvxx改改（6-16）本例中导线边1-2改正后的坐标增量为：m35.183m05.0m30.183121212xvxx改m90.83m02.0m92.83121212yvyy改用同样的方法，计算出其它各导线边的改正后坐标增量，填入表6-6的第9、10栏内。计算检核：改正后纵、横坐标增量之代数和应分别为零。5．计算各导线点的坐标根据起始点1的已知坐标和改正后各导线边的坐标增量，按下式依次推算出各导线点的坐标：改改1111iiiiiiyyyxxx（6-17）将推算出的各导线点坐标，填入表6-6中的第11、12栏内。最后还应再次推算起始点1的坐标，其值应与原有的已知值相等，以作为计算检核。表6-6闭合导线坐标计算表点号观测角（左角）改正数″改正角坐标方位角α距离D/m增量计算值改正后增量坐标值点号Δx/mΔy/mΔx/mΔy/mx/my/m1234=2+356789101112131335°24′00″201.60+5+183.30+2-83.92+183.35-83.90500.00500.0012108°27′18″-10″108°27′08″683.35416.102263°51′08″263.40+7-28.21+2-261.89-28.14-261.87384°10′18″-10″84°10′08″655.21154.233168°01′16″241.00+7-235.75+2+50.02-235.68+50.044135°49′11″-10″135°49′01″419.53204.274123°50′17″200.40+5-111.59+1+166.46-111.54+166.47590°07′01″-10″90°06′51″307.99370.74533°57′08″231.40+6+191.95+2+129.24+192.01+129.261121°27′02″-10″121°26′52″500.00500.001335°24′00″2∑540°00′50″-50″540°00′00″1137.80-0.30-0.9000辅助计算0500540mm30.0mxxWm09.0myyW－）0000540thm31.022yxDf200013600180.113731.0pKKWW413506pff＜Pf三、附合导线坐标计算附合导线的坐标计算与闭合导线的坐标计算基本相同，仅在角度闭合差的计算与坐标增量闭合差的计算方面稍有差别。1．角度闭合差的计算与调整（1）计算角度闭合差如图6-13所示，根据起始边AB的坐标方位角AB及观测的各右角，按式（4-19）推算CD边的坐标方位角CD。BABB18011112180B212231801234BACDαABαCDxx205°36′48″290°40′54″202°47′08″167°21′56″175°31′25″214°09′33″αAB＝236°44′28″xB＝1536.86myB＝837.54mxC＝1429.02myC＝1283.17mαCD＝69°