地面控制網(wǎng)測量常用數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用比較

郭玉珍，王 浩

(黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004)

0 引言

隨著現(xiàn)代編程語言的興起，地面控制網(wǎng)平差軟件以其自動化程度高、通用性強(qiáng)、處理速度快和解算容量大等特點被廣泛使用。 然而，由于有些用戶對這些軟件的數(shù)據(jù)處理過程和適用范圍不太了解，致使軟件的應(yīng)用受到限制。 筆者在應(yīng)用工程測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（ESDPS）、南方平差易（Power Adjust）、清華山維（NASEW）、科傻系統(tǒng)（COSA）4 種常用的地面控制軟件，對給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，并對解算結(jié)果進(jìn)行比較，總結(jié)出了各種軟件的應(yīng)用特點，供相關(guān)用戶借鑒。

1 軟件特點與功能

1.1 軟件的開發(fā)平臺和特點

（1）工程測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（Engineering Survey ing Data Process Software，簡稱ESDPS）是睿智測繪科技公司開發(fā)的系列軟件之一。 它是在中文Windows 系統(tǒng)下，用Visual C++6.0 開發(fā)而成的工程測量數(shù)據(jù)處理軟件。 該軟操作直觀、界面美觀、設(shè)計合理，利于用戶操作。

（2）南方平差易（Power Adjust，簡稱PA）是由南方測繪儀器公司在Windows 系統(tǒng)下用VC++開發(fā)的地方控制測量數(shù)據(jù)處理軟件。

（3）NASEW 工程測量控制網(wǎng)平差系統(tǒng)是清華山維新技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的系列程序之一，是一個適用于各種測量控制網(wǎng)平差的工具。

（4）科傻系統(tǒng)的地面控制測量數(shù)據(jù)處理通用軟件包（簡稱CODAPS）是武漢大學(xué)測繪學(xué)院精密工程領(lǐng)域的專家研制系統(tǒng)。 它可以在便攜式或臺式微機(jī)的Windows 環(huán)境下運行。 該系統(tǒng)的特點是，自動化程度高，可以完成內(nèi)業(yè)概算、平差和成果報表輸出的自動化數(shù)據(jù)處理流程，解算速度快，解算容量大。

1.2 軟件的基本功能對照

4 種軟件基本功能對照如表1 所示，平差功能對照如表2 所示[1～3]。

2 軟件數(shù)據(jù)處理流程

2.1 ESDPS軟件

ESDPS 軟件導(dǎo)線平差功能，適用于地形控制測量的附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線、支導(dǎo)線、無定向?qū)Ь€等的解算。 每種圖形，導(dǎo)線一端為兩已知點（無定向?qū)Ь€除外）。 導(dǎo)線平差計算的過程可簡單分為數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)成果輸出3 個步驟。

（1）數(shù)據(jù)錄入。 要求根據(jù)線路的走向輸入數(shù)據(jù)。在導(dǎo)線平差模塊中，選擇需要計算的導(dǎo)線類型。 在軟件的數(shù)據(jù)輸入窗口錄入點名、已知點坐標(biāo)、角度和邊長。 軟件不提供輸入已知方位角的功能，如果知道已知方位而不知道另一已知點的坐標(biāo)，可根據(jù)已知方位角假定距離，通過“坐標(biāo)正算”計算出點坐標(biāo)。 該點作為一個已知點。

表1 常用4種軟件基本功能對照表Table 1 Basic function comparisons of four types of software

表2 常用3 種軟件的嚴(yán)密平差功能對照表Table 2 Rigorous adjustment function comparisons of three types of software

（2）數(shù)據(jù)處理。 選擇數(shù)據(jù)處理菜單，輸入正確的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)會自動顯示運行結(jié)果。

（3）數(shù)據(jù)成果輸出。 可以選擇使用報表輸出、繪圖輸出等。

2.2 南方平差易軟件

平差易數(shù)據(jù)處理過程是數(shù)據(jù)錄入、坐標(biāo)推算、坐標(biāo)概算、選擇計算方案、閉合差計算、平差計算、成果輸出等。

（1）數(shù)據(jù)錄入。 南方平差易數(shù)據(jù)錄入包括測站信息區(qū)和觀測信息區(qū)兩部分。 測站信息區(qū)中的“屬性”用以區(qū)別已知點與未知點。

（2）坐標(biāo)推算和概算。 坐標(biāo)推算是由觀測值自動推算近似坐標(biāo)或近似高程。 坐標(biāo)概算的項目有歸心改正、氣象改正、方向改化、邊長投影改正、邊長高斯改化、邊長加乘常數(shù)改正等。

（3）選擇計算方案。 計算方案中提供國家二等、三等、四等，城市一級、二級，圖根等平面控制網(wǎng)。

（4）閉合差計算。 通過閉合差，可以檢核閉合導(dǎo)線是否超限，甚至可檢查出角度是否輸入錯誤。

（5）平差計算。 根據(jù)不同的網(wǎng)形，自動進(jìn)行平差計算。 在進(jìn)行平差計算前，需要先設(shè)置先驗的方向中誤差與測距的固定誤差和比例誤差，并進(jìn)行坐標(biāo)推算。

（6）平差報告的生成與輸出。 包括了精度統(tǒng)計表、網(wǎng)形分析、平差報告、報表模板定制、控制網(wǎng)平差報告、打印等內(nèi)容。

2.3 清華山維軟件

清華山維控制網(wǎng)處理的基本過程是數(shù)據(jù)輸入、概算、閉合差計算、平差、精度評定、成果輸出。

（1）數(shù)據(jù)輸入。 數(shù)據(jù)輸入分為手工輸入和文件打開兩種形式。 手工輸入數(shù)據(jù)可以使用電子表格或文本編輯窗。 該軟件對已知數(shù)據(jù)定義了屬性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入時，應(yīng)注意數(shù)據(jù)的屬性。 另外，其觀測值也支持不同的精度值，且固定觀測值平差時，其權(quán)為先驗誤差的100 萬倍。

（2）概算。 清華山維軟件能對數(shù)據(jù)進(jìn)行概算、歸心改正和高斯改化。

（3）閉合差計算。 在使用閉合差運算功能時，系統(tǒng)可以完成各基本閉合差、權(quán)倒數(shù)、限差和屬性的計算。

（4）平差、精度評定。 可采用單次平差、迭代平差、驗后定權(quán)、多粗差剔除等平差方法。

（5）成果輸出。 成果輸出功能可以設(shè)置打印內(nèi)容，對頁面格式也可按照需求進(jìn)行設(shè)置。

2.4 科傻系統(tǒng)軟件

科傻系統(tǒng)可完成從概算到高程網(wǎng)、平面網(wǎng)平差的自動化數(shù)據(jù)處理流程，同時具有控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計、粗差探測與剔除、方差分量估計、閉合差計算等功能。 科傻系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程是數(shù)據(jù)輸入、控制網(wǎng)平差、粗差剔除和方差分量估計、報表輸出。

（1）數(shù)據(jù)輸入。 數(shù)據(jù)輸入功能支持文件打開和手工錄入兩種方式。 平面觀測值文件中的測站順序可以任意排列。 在同測站上的方向和邊長觀測值，必須按順時針順序排列。 每一個有觀測值的測站，在文件中只能出現(xiàn)一次。 已知邊長和已知方位角的精度值設(shè)置為“0”。

在進(jìn)行角度錄入時，科傻系統(tǒng)與南方平差易、清華山維類似，要求每一個有觀測值的測站在文件中只能出現(xiàn)一次，第一個照準(zhǔn)點即為定向點或稱歸零觀測值，其方向值定為0.0000，而且定向點必須是唯一的。 其他照準(zhǔn)點方向值是從第一個照準(zhǔn)點順時針轉(zhuǎn)到該照準(zhǔn)點的角度值。

（2）控制網(wǎng)平差。 觀測文件準(zhǔn)備好后，即可進(jìn)行平差處理。 平差前，一般要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

（3）粗差剔除和方差分量估計。 粗差剔除計算工作量較大，程序會對粗差信息及粗差探測過程粗差大小和所在觀測值做出分析。 方差分量估計應(yīng)在粗差剔除之后進(jìn)行。 進(jìn)行方差分量估計后，程序給出平差結(jié)果。

（4）報表輸出。 報表輸出功能可提供原始數(shù)據(jù)報表和平差結(jié)果報表。

3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果及分析

本文采用附合導(dǎo)線和邊角網(wǎng)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，并比較計算結(jié)果。 附合導(dǎo)線數(shù)據(jù)使用4 款軟件進(jìn)行計算，邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)使用除ESDPS 以外的其他3款軟件進(jìn)行解算。

3.1 已知條件

附合導(dǎo)線的已知數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)如圖1 所示。邊角網(wǎng)的圖形如圖2 所示，已知數(shù)據(jù)G1（X：31250.25；Y:11500.41）、G2（X：33256.57；Y:10900.84）。 觀測數(shù)據(jù)如表3 所示。 算例中所給的角度數(shù)據(jù)格式以度、分、秒格式表示，如“12.3456”表示12 度34 分56秒。 邊長與坐標(biāo)數(shù)據(jù)的單位為m。

圖1 附合導(dǎo)線圖Fig.1 Connecting traverse

圖2 邊角網(wǎng)形圖Fig.2 Corner network

3.2 附合導(dǎo)線計算數(shù)據(jù)比較

將4 種軟件附合導(dǎo)線中的3 個未知點的計算結(jié)果進(jìn)行兩兩比較（如“ESDPS-PA”是Esdps），計算出的坐標(biāo)值與PA 計算出的坐標(biāo)值求差取絕對值。經(jīng)過比較得出下列結(jié)果：X 方向差值最大10 mm，Y方向差值最大23 mm。 大部分?jǐn)?shù)據(jù)差值在1cm 以內(nèi)，最弱點的點位中誤差為25 mm。

表3 邊角網(wǎng)已知數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)Table 3 Known data and observing data of corner network

圖3 附合導(dǎo)線計算結(jié)果比較圖Fig.3 Comparison of connecting traverse computation results

3.3 邊角網(wǎng)計算數(shù)據(jù)比較

邊角網(wǎng)未知點有3 個，使用3 種軟件進(jìn)行解算，并將計算結(jié)果進(jìn)行兩兩比較，得出如下結(jié)果：X 方向差值最大8.6 mm，Y 方向最大8.3 mm，總體差值在1 cm 以內(nèi)，最弱點點位中誤差為9 mm。

圖4 邊角網(wǎng)計算結(jié)果比較圖Fig.4 Comparisons of corner network computation results

4 結(jié)語

根據(jù)以上的解算可以得出如下結(jié)論：（1）ESDPS軟件操作方便、快捷、簡單、易學(xué)，適宜計算地形控制測量中的附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線，適用于地形控制測量近似平差。 （2）南方平差易、清華山維和科傻系統(tǒng)均屬于嚴(yán)密平差軟件，操作過程也比較相近。

由于軟件采用的數(shù)學(xué)模型有差異，解算結(jié)果可能有微小差異。4 種軟件都是較成熟的軟件，對于小范圍控制網(wǎng)都能達(dá)到工程的精度要求。 用戶可以根據(jù)工程的精度要求和網(wǎng)形特點，選用不同的軟件，以得出最優(yōu)結(jié)果[4～7]。

[1] 平差易2005 用戶手冊[Z]. 廣東南方數(shù)碼科技有限公司，2005.

[2] NASEW 工程測量控制網(wǎng)平差系統(tǒng)使用說明書[Z]. 北京清華山維新技術(shù)開發(fā)公司，2007.

[3] 現(xiàn)代測量控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理通用軟件包說明書[Z]. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院武地課題組，2009.

[4] GB50026-2007.工程測量規(guī)范[S].

[5] CJJ8-99，城市測量規(guī)范[S].

[6] 孔祥元. 控制測量學(xué)[M]. 武漢:武漢大學(xué)出版社,2006.

[7] 羅年學(xué),張正祿. 測繪工程專業(yè)地面測量教學(xué)實習(xí)系列軟件及其應(yīng)用[J]. 測繪通報,2001（9）:41-43.