科傻平差说明文件

科傻系统系列软件之二 （COSA_CODAPS）

现代测量控制网 测量数据处理通用软件包

Version 6.0

使 用 说 明 书

武汉大学测绘学院

武地课题组 2009年4月 目 录

前 言 ...................................... 1 第一章 概述 .................................. 3

1.1 系统简介 .......................... 3 1.2 安装及运行 ........................ 4 1.3 快速入门 .......................... 5

第二章 平差 ................................. 10

2.1 控制网观测值文件 .................. 10 2.2 控制网平差 ....................... 20 2.3 设置与选项 ....................... 23 2.4 生成概算用文件 .................... 32 2.5 附加信息文件 ..................... 33 2.6 自由网平差 ....................... 34

第三章 工具 ................................. 40

3.1 平面闭合差计算 .................... 40 3.2 高程闭合差计算 .................... 42 3.3贯通误差影响值计算 ................. 42 3.4图形显绘 ......................... 44 3.5斜距化平 ......................... 44 3.6手簿通讯 ......................... 46 3.7格式转换 ......................... 47

3.8高差转换 ......................... 47 3.9徕卡DNA格式转换 .................. 47 3.10拓普康GTS格式转换 ............... 50 3.8叠置分析 ......................... 52

第四章 粗差定值定位和方差分量估计............... 54

4.1粗差定值定位 ...................... 54 4.2方差分量估计 ...................... 60

第五章 网的模拟计算和优化设计 .................. 62

5.1生成正态标准随机数 ................. 62 5.2网的模拟计算 ...................... 62 5.3平面网优化设计 .................... 70

第六章 报表输出 ............................. 72

6.1原始数据报表 ...................... 72 6.2 平差结果报表 ..................... 79

第七章 坐标转换 ............................. 82

7.1 XYZ-〉BLH....................... 82 7.2 BLH->XYZ ....................... 83 7.3 XY->BL ......................... 84 7.4 BL->XY ......................... 85 7.5 XY1->XY2 ....................... 85 7.6 XY1->XY2 ....................... 86 7.8 几何转换 ......................... 87

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附录2 COSA_CODAPS的文件组织 ................ 89

1平面控制网 ......................... 89 2 水准（高程）网 ...................... 90 3 GPS网 ............................ 91

附录3 所附实例文件目录 ...................... 92 附录4 有关参考文献 ......................... 94 附录5 有关获奖情况 ......................... 97

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前 言

“测量工程控制与施工测量内外业一体化和数据处理自动化系统”简称科傻系统(COSA),意即用高科技集成的傻瓜式测量数据采集和处理系统。它将测量学基本原理和现代科技相结合，对电子全站仪（TPS）、电子水准仪(ELI)、全球定位系统(GPS)以及常规地面测量仪器进行系统的开发，以工程控制测量、施工测量和碎部测量等测量工程为对象，实现了从外业数据采集、质量检核、预处理到网平差等内业数据处理、成果报表输出的一体化和自动化作业流程。

科傻系统由以下五个子系统组成：

1） “基于掌上电脑的测量数据采集和处理系统”（简称COSA_EREPS或COSA1）,在专用掌上电脑RD—EB1上运行,具有水准测量、二三维控制测量、碎部测量、断面测量、道路和桥梁测设、工程放样等外业测量作业模块；具有具有文件管理、数据通信和小规模水准网、平面网的平差功能。它灵活方便,操作简单,适合外业环境，能控制和引导整个作业过程，可实现从数据采集、质量检核、预处理到网平差等作业流程的一体化和自动化。

2) “现代测量控制网数据处理通用软件包”（简称COSA_CODAPS或COSA2）,在笔记本电脑或台式微机的WINDOWS环境下运行,既可独立使用,也可与COSA1联合使用。可对掌上电脑传输过来的水准测量、二三维控制测量原始观测数据进行转换,完成从概算到高程（水准高程、三角高程）网、平面网平差的自动化数据处理流程,同时具有控

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Z5,Z6,0.0683,1.000 Z6,Z5,0.0634,1.000 Z6,A4,0.0683,1.000 Z6,Z7,0.0489,1.000 TP1,A2,0.0320,1.000 TP1,A3,40.1607,1.415 TP1,A4,0.0562,1.000 A3,TP1,-39.8801,1.415 A2,TP1,0.0732,1.000 A4,Z6,0.0780,1.000 A4,TP1,0.0683,1.000

下面给出按距离定权、按测站数定权和多等级水准网的高程观测值文件的数据结构

（1）按距离定权 S0,219.9592 N2,212.5328

N1,S246, 24.8433, 0.612 N1,S0, 62.8298, 0.858 N1,N0, 50.7066, 0.525 N0,S2, 34.7798, 0.690 N0,N2, 4.6745, 0.183 ......

（2）按测站数定权 9568,30

9584, 9568, -1.96985, 0.10670, 4

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9568, 9567, 3.02405, 0.07920, 2 9567, 9566, -0.29515, 0.05200, 2 9568, 9584, 1.97090, 0.10480, 4 9584, 9585, 1.63340, 0.10280, 2 ......

（3）多等级水准网（-1表示不按测站数定权） 1, 1.000, 1 2, 2.000, 2 3, 3.000, 3 BM1, 120.000000 BM3, 140.000000

BM1, BM2, -19.9942, 20.000,-1,1 BM2, BM3, 40.0073, 24.000,-1,1 BM3, BM4, 10.0314, 30.000,-1,2 BM2, BM5, 30.0088, 23.000,-1,2 BM3, BM5, -10.0314, 27.000,-1,3 ......

2.1.3 控制网观测值文件的生成

在COSA_CODAPS系统中，控制网观测值文件的生成有五种方法：一种是利用通用文本编辑软件人工建立，这适合手工记录野外观测数据的情况；另一种是在野外利用COSA系统的子系统COSA_EREPS自动采集数据，传输到微机，通过“工具”栏的“格式转换”功能，全自动化地形成相应的平面观测值文件（文件的第Ⅰ部分需要人工

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编辑）和高程观测值文件；第三种方法是人工建立“*.SV”文件，调用“工具”栏中的斜距化平功能，自动生成平面观测值文件（参见3.5）；第四种方法是用模拟的方法生成平面和高程观测值文件(参见第五章)，一般用于模拟设计计算。第五种方法是采用测量机器人网观测自动化软件如GEOBOROT_Net进行全自动化观测，由后处理软件自动生成平面观测值文件。第一种方法一般需要用户对方向、边长观测值作预处理，如方向改化、倾斜改正、归化投影改正等，文件中的观测值必须和已知点坐标协调一致，对应于某一坐标系和投影高程面。第二种方法中，COSA_EREPS已对边长作气象改正、仪器常数改正和倾斜改正，对高差已作曲率和折光改正，但未作方向改化、边长归化及投影改正。如需要进行上述改正计算，可使用本程序所提供的概算功能（参见2.3.1）。 （1）COSA_CODAPS系统中文件名的约定规则

COSA_CODAPS系统处理对象是控制网，每一个控制网都用一个字符串来作为控制网名。与某一控制网相关的所有文件，其文件名约定为以控制网名作为主文件名，用不同的后缀来表示该网的不同类型文件。如对平面控制网的观测值文件，其文件名为“网名.IN2”，对高程网观测值文件，其文件名为“网名.IN1”；对平面网的平差结果文件，其文件名为“网名.OU2”，对高程控制网的平差结果文件，其文件名为“网名.OU1”。平面网及高程网的模拟观测方案文件、报表输入输出文件以及坐标转换文件的扩展名详见第五、七章。 （2）手工建立控制网观测值文件

在WINDOWS95/98下，启动COSA_CODAPS，屏幕窗口弹出如图1-1

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所示的主窗口。用鼠标单击“文件”， 主菜单中弹出如图1-2所示的下拉菜单。选择其中的“新建”，主菜单窗口便会弹出一个文本编辑窗口，您可以按照2.1所述的文件格式，输入控制网的起算数据和观测数据。输完各种数据后，存盘关闭文本编辑窗口，即完成了控制网观测值文件的建立。 （3）自动建立控制网观测值文件

自动建立控制网观测值文件是建立在外业使用科傻系统的子系统COSA_EREPS进行外业观测数据自动采集的基础上，使用COSA_CODAPS的“手簿通讯”和“数据转换”功能，直接形成控制网观测值文件，参见3.6和3.７；或者采用测量机器人网观测自动化软件如GEOBOROT_Net进行全自动化观测，由后处理软件自动生成平面观测值文件参见2.7 PIII网平差。

2.2 控制网平差

准备好控制网观测值文件以后，即可进行平差处理。但在平差前，一般还需要对平差过程中的某些参数进行设置，如平差迭代限值，边长定权公式；精度评定时是使用先验单位权中误差还是后验中误差；是否作网点优化排序，是否作观测值概算，是否设置用边长交会推算网点近似坐标等。设置是通过COSA_CODAPS的“平差”主菜单下的“设置”来完成，具体操作过程详见2.3。如果控制网的范围较小，高程变化也较小，且为独立的工程坐标系，已知点的Y坐标值较小，或者平面观测值文件中的观测值已经经过了各种归化改正，则可直接进行平差处理。如果控制网的已知点坐标是国家54或80坐标系下的坐标，且Y坐标值较大（即测区离中央子午线较远），

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平面观测值文件中的边长、方向值也没有经过概算，则需要利用COSA_CODAPS的概算功能对方向和边长观测值进行三差改正以及归化和投影改正计算，然后才能进行平差（参见2.2.1,2.4和2.3.1）。这里需要说明的是，COSA_EREPS子系统已对边长观测值作了加乘常数改正、气象改正以及斜距化平计算。

平差时，只需在主菜单中用鼠标单击“平差”，则会弹出下拉菜单，如图1-3所示。下面我们对平面网和高程网平差进一步予以说明。

2.2.1 平面网平差

如果观测值文件中的边长、方向观测值需要进行改化计算，则须先在“平差”栏的“设置与选项”中进行相应选择，并在“平差”栏中激活“生成概算文件”(参见图1-3和2.4)。

形成概算用文件后，用鼠标单击“平差”栏中的“平面网”或单击工具条中平差快捷键，主菜单窗口弹出如图2-3所示的对话框。在该对话框中选择并打开要进行平差的平面观测值文件，将自动进行概算、组成并解算法方程、法方程求逆和精度评定及成果输出等工作，平差结果存于平面平差结果文件“网名.OU2”，并自动打开以供查看。

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图 2-3

在平差过程中若出现迭代次数多且不收敛的情况，或出现其它提示，平差不能继续进行，首先应检查生成的平面观测值文件是否有错误。若平差结果文件的后验单位权中误差显著偏大（例如是先验单位权中误差的2倍以上），则应怀疑观测值可能含有粗差。对于观测值粗差，可以查看观测值改正数的大小并调用“工具”栏中“闭合差计算”菜单项，检查闭合差是否超限（参见3.1）。对于图形结构较好，多余观测数较多的网，还可调用“粗差探测”功能，探测和剔除粗差（参见4.1）。

2.2.2 高程网平差

用鼠标单击“平差”栏中的“高程网”， 或单击工具条中的快

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图2-4

捷键，主菜单窗口将弹出如图2-4所示的对话框。在该对话框中选择并打开要进行平差的高程观测值文件，将自动进行高程网平差、精度评定及成果输出等工作。平差结果存于高程平差结果文件“网名.OU1”中，并自动打开以供查看。通过查看和分析后验单位权中误差值以及高差观测值的改正数，可以判断观测值和平差结果的质量；同样也可以调用“工具”栏中“闭合差计算”功能菜单，检查各水准环线的闭合差是否超限

2.3 设置与选项

在“平差”菜单栏中选择“设置与选项”，则会弹出如图3-3所示的设置对话框，该设置包括：平差设置、坐标常数和改正数、坐标系统设置以及粗差剔除设置，下面分别予以介绍。

2.3.1 平差设置

平差设置界面如图2-5所示，包括了三个开关选择框、两组单选按钮设置框和一个编辑框。开关选择框用来确定某项功能的开或关，用鼠标单击左边的方框可以设置开关选择框的开关状态，当方框中有“√”标识符时，则表示该选择框处于“开”状态，否则为“关”状态。对于一组单选按钮设置框，一次只能选中其中的某一项，选中项的左侧圆圈中会出现一个黑点。

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图2-5

（1）观测值文件排序

当该选项处于选中（开）状态时，则表示平差前先要对原始观测值文件进行优化排序，否则表示平差前不排序。这项选择一般适合于大网(点数>500)或特殊网。对于大型网，观测值文件优化排序后，可以提高平差计算速度。此外，通过该项选择，对于较复杂的网，点的近似坐标计算会有影响，如增减迭代计算次数，迭代收敛或不收敛等。因此是否选择此项，可通过试算确定。 （2）观测值概算

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当该选项处于“开”状态时，则表示在平差前首先要对原始观测值进行概算。

若要进行概算，需要首先在“平差”栏中点激“生成概算文件”，并对该文件作必要编辑。若不进行概算，则关闭该项。 （3）近似坐标用边长交会

当该选项处于“开”状态时，表示推算近似坐标用边长前方交会，否则在推算近似坐标时不使用边长交会。这项选择适用于只有少量方向的边角网或混合网，对于单纯的测边网，必须打开该项，否则网点近似坐标推算将不能进行。

这里需要说明的是：由于边长交会的二义性，当交会某一点的边只有两条时，交会出的点可能是错误的，这时可以采用两种方法加以解决，一是建立一个网形信息文件，文件名为“网名.NET”，该文件为标准ASCII文件，可以使用任意文本编辑器形成，其格式为：

点名1，点名2，点名3

点名1、点名2、点名3为边长交会三角形的三个顶点，按逆时针方向排列，每一个三角形组合占一行。二是建立一个交会点的概略坐标文件，文件名为“网名.XYO”，其格式为：

点名 概略坐标X0 概略坐标Y0

概略坐标可以很粗糙，且只需要有二义性的交会点。为了避免上述问题，布设纯测边网时，最好不要采用单三角形，应增加跨三角形的边，每个网点至少有三条边通过，这样可减少边长交会的二义性。

（4）单位权选择

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该选项是用来设置系统在进行精度评定时是使用先验单位权中误差还是使用后验单位权中误差，用鼠标单击“先验单位权”按钮，则设置使用先验单位权中误差；用鼠标单击“后验单位权”按钮，则设置使用后验单位权中误差。当多余观测数较多时，使用后验单位权中误差较好。当多余观测数很少（例如小于10），则用先验单位权中误差为宜。在平差结果文件“网名.OU2”中的最未部分，有先验和后验单位权中误差信息，若两者相差较大，对于边角网或有多组精度的网，已知坐标或观测值中可能含有粗差，或边角精度不匹配。若后验单位权特别大，则首先应怀疑观测值文件有错误，或者近似坐标推算出错。 （5）边长定权公式

该选项是用来设置系统在平差时采用什么公式来确定边长观测值的中误差，本系统中提供了两种边长定权公式，一种是按下式计算边长的中误差：

A?B?S另一种计算边长中误差的公式为：

A2?B2?S2式中，A、B分别为测距仪的固定误差和比例误差，取自“网名.in2”文件，S为边长值，单位为公里。由于边长定权公式不同，平差结果有一定差别，可以用“工具”中的“叠置分析”进行比较。系统的缺省设置是后一种定权公式。 （6）平差迭代限值

平差迭代限值是平差迭代计算中最大的坐标改正数限值，

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