工程测量学课程设计

工程测量学课程设计1 桥梁施工放样课程设计1.1 基本要求名称：桥梁施工放样课程设计时数：4个课时，课堂辅导性讲解一个课时，在课堂作数据准备一个课时。

上机计算2个课时。

内容：给一个实例，绘制桥梁布设图和桥梁线路中线图，准备设计数据，操作掌上型电脑，进行输入和计算，与微机进行数据通信，打印放样数据表。

软硬件：以掌上型电脑RD-EB1为硬件平台，将COSAJS2固化在其上，与全站仪相配合，可实现曲线桥梁墩台坐标计算和放样的内外业一体化。

RD—EB1集数据记录、处理和通信于一体，外型尺寸190mm x 86 mm x 28mm，重量450g，主频16MHz，ROM区512 KB，RAM区512 KB，可扩充至1.5 MB。

采集的数据存储在闪烁存储器Flash RAM上，容量为512 KB（可扩充至1024 KB）。

有RS-232标准串行口，可与微机、各种电子全站仪、电子水准仪在线连接。

1.2 桥梁布设桥梁沿曲线布设时，相邻两孔梁的位置如图4-1（a）、(b)所示。

AB为桥墩的桥梁偏距E，相邻两孔的桥梁中线CA与AD的转向角称桥梁偏角，EF为桥墩（台）横向护桩方位线，一般在A点两侧EF线上分别设1～2点，称为桥墩（台）横向护桩点。

图 4-1. 桥梁布设示意图设计人员为测量人员提供以下数据（参见图4-2）：1）桥梁线路中线数据：曲线半径R、曲线偏角α、缓和曲线长0l、直缓点ZH 的里程及至交点JD的方位角、交点JD在桥梁控制网中的大地坐标、桥梁走向。

2）桥梁墩台数据：桥梁各墩台在线路中的里程和偏距E。

图 4-2 桥梁线路中线示意图1.3 桥梁墩台坐标计算根据设计数据，可进行桥梁墩台坐标计算，其计算步骤如下：1. 输入设计数据桥梁线路中线数据：桥梁走向：左偏曲线半径： 500.000 米曲线偏角： 36.20249 (度.分秒)缓和曲线长l0= 100.000 米直缓点ZH里程KL= 387公里+906.590（米）ZH至曲线交点方位角：T = 0.0000 (度.分秒)曲线交点坐标： X = 0.000米Y = 25.959米桥梁墩台数据：墩号里程偏距cm 说明-1 387+853.27 0 0#台尾0 387+860.07 0 0#台前1 387+884.82 0 1#2 387+909.52 0 2#3 387+942.245 3#4 387+975.00 9 4#5 388+007.80 13 5#6 388+040.62 13 6#7 388+065.43 8 7#8 388+090.29 8 8#9 388+097.09 8 9#台前2. 计算桥墩(台)上的线路中心点（如图4-1中的B点）坐标3. 计算桥梁偏角4. 计算桥梁工作线交点（如图4-1中的A点）坐标5. 计算桥墩（台）横向护桩方位（如图4-1中的EF）6. 计算桥墩（台）横向护桩点坐标上述的数据输入和所有计算均在RD—EB1 上根据汉字菜单完成，并以文件形式将计算结果自动存储在RD—EB1中。

1.4 桥梁工作线交点放样采用极坐标法进行，将全站仪设在已知点或一理想位置上，调用测站定向程序定向；输入放样点点号（或墩台号）后，在RD—EB1上立即显示放样边长和放样角度；这时便可在测站根据提示指挥持镜员进行放样，放样中将实时显示所放样点与理论位置的坐标差和纵横向偏差，当差值小于某一给定值时，该点放样完毕。

调用检测程序，可检查放样点位置的正确性。

放样数据以文件保存并可以表格形式输出。

当桥梁工作线交点确定后，该跨桥梁的中线即被固定下来。

设计人员提供的跨梁在桥墩上相对工作线交点的固定螺孔位置，也可按上述方法很容易地放样出。

1.5 数据文件结构1. 控制点坐标文件文件名：工程名+“·COO”；为二进制随机文件，每条记录28（8+8+8+8+4）byte，结构为：点号 | X | Y | Z 。

2. 桥梁墩台数据文件文件名：工程名＋“·DAT”；为二进制随机文件，每条记录79 byte，结构为：墩号 | 里程 | E | α| X1 | Y1 | X2 | Y2 | T0 | DS。

其中，E为桥墩（台）偏距，α为桥墩（台）偏角，X1、Y1为线路中线桥墩（台）坐标， X2、Y2为墩台工作线交点坐标， T0为桥墩（台）横向护桩方位，DS为桥墩（台）工作线相邻交点间距。

3. 放样点坐标文件文件名：工程名＋“·SET”；为二进制随机文件，每条记录55个byte，结构为：放样点号 | 桩号 | X0 | Y0 | Z0 | X1 | Y1 | Z1。

其中，X0、Y0、Z0为放样点理论坐标，X1、Y1、Z1为放样点实测坐标。

4. 放样测量数据文件文件名：工程名＋“·HVS”；为文本文件，每行记录内容为：测站点，定向点，墩号，理论放样边长，理论顺拨角，实际放样边长，实际顺拨角，备注。

2 工程测量学综合课程设计－工程控制网模拟计算分析与优化设计2.1 基本要求名称：工程控制网模拟计算分析与优化设计时间：1周。

包括课堂辅导性讲解4个课时，在课堂作数据准备3个课时，上机计算和撰写课程设计报告。

环境：COSA系列软件的CODAPS（测量控制网数据处理通用软件包）。

2.2 目的掌握工程测量控制网模拟设计计算的基本理论和方法，对附合导线进行设计、模拟计算、统计分析和假设检验，对结果进行分析。

发现附合导线存在的问题，提出相应的对策，通过与边角网模拟计算结果的比较，加深对控制网的精度、可靠性的理解。

掌握基于观测值可靠性理论的控制网优化设计方法，能根据工程要求独立布设控制网并进行内业设计与计算。

掌握隧道（洞）GPS控制网测量误差所引起的隧道（洞）横向贯通误差模拟计算基本原理和方法，通过通过对其模拟计算和分析，能依据横向贯通误差限差的要求，独立布设控制网和确定观测值的必要精度。

2.3课程设计任务书2.3.1 附合导线和全边角网的模拟计算分析1）网的基本信息网点总数： 9 个已知点数：附合导线为4个，全边角网1 ～ 2个(本课程设计的全边角网、桥梁控制网和隧道控制网都统一取1个点，一个已知方向)观测值总数：全边角网和桥梁控制网（自定）已知点坐标：自定待定点近似坐标：自定边长：全边角网1000 ～ 1500m 左右，附合导线 400～ 500m（参见图3-1、图3-2）图3-1 附合导线图图3-2 全边角网图2）计算步骤（1）生成正态标准随机数主菜单“设计”栏的下拉菜单如图所示，有三项子菜单项，现说明于后。

单击“生成正态标准随机数”，将弹出一对话框，要求输入生成随机数的相关参数。

第一个参数用于控制生成不相同的随机数序列，其取值可取1-10的任意整数；第二个参数即“随机数个数”只能选200，400或500，即最多可生成500个服从（0,1）分布的正态随机数。

系统对所生成的随机数按组进行检验，检验通过就存放在RANDOM.DAT文件中。

该文件中的随机数用于网的模拟计算时生成在给定精度下的模拟观测值。

（2）平面网的模拟计算人工生成简化的观测方案文件“网名.FA2”(只含一组精度)。

单击“生成初始观测方案文件”菜单项，可由该文件自动生成平面网初始观测方案文件“网名.OB2”；再单击“生成初始观测值文件”菜单项，可自动生成平面网初始观测值文件“网名.IN2”。

对“网名.IN2”文件,可主菜单“平差”栏作平面网平差。

平面网观测方案文件结构:第1行(观测精度指标部分)：方向中误差（″），边长固定误差（mm），比例误差（ppm）第2行到第K行(控制点坐标部分):点名，点类型(0-已知点，1-未知点),Ｘ坐标(m)，Ｙ坐标(m)…，……，……，……第K+1行(已知方位角部分,有已知方位角值时才有此行):测站点，照准点，Ａ，方位角值(单位为：度.分秒)从第K+2行起(观测方案部分)：测站点点号L(代表方向)：照准点点号1,....., 照准点点号n（按顺时针方向排序）S(代表边长): 照准点点号1,....., 照准点点号n（按顺时针方向排序）观测值方案文件示例(网名.FA2)1.8, 3, 21,0, 600,25002,1,1500,25003,1,1800,2500……1,2,A,0.01L:SW,NW,2,NE,ME,SES:SW,NW,2,NE,ME,SE2L:1,SW,NW,3,NE,ME,SES:1,SW,NW,3,NE,ME,SE……说明：1）全边角网已知点的位置是任意的，若只有一个已知点，已知方位角的位置也是任意的；2）两已知点之间，不再将边长作为观测值；3）任一测站上必须有两个以上观测值；4）每测站的零方向要按有关注意事项确定。

（3）统计计算模拟的先验精度：m= 1.8 " m a= 3 mm m b = 2 ppmr分别对全边角网和附合导线，用不同的正态随机数组进行30次模拟计算（在程序生成的固定随机数中删除某些数据，可以得到不同的随机数组，对得到的30个后验单位权中误差进行统计计算：后验单位权中误差均值、后验单位权中误差的中误差，分析均值与先验精度的关系。

如果在全边角网和附合导线中加一个粗差（参见[3]），结果又会发生怎样的变化，为什么？（提示：从网形、图形强度和多余观测数等方面出发考虑）（4）假设检验首先作t检验，检验附合导线和全边角网后验单位权中误差的最或然值是否与先验值 有显著性差别。

再作f检验，取他人在同样先验精度和网型下计算的一组数据，检验两0个后验单位权中误差之中误差之间是否有显著性差别。

对检验结果作评价。

检验时显著水平取0.05，要列出公式和写出计算过程。

参见文献《测量导线中的问题及对策》。

（5）粗差影响分析在一个方向或边长观测值中加入一个粗差（参见[3]），点击“平差”菜单下的“粗差探测”选项，查看结果，并看后验单位权中误差和平差结果的变化。

2.3.2 隧道（洞）GPS网测量误差所引起的横向贯通误差模拟计算1）设计思想GPS网的观测量是伪距、载波相位和时间，通过静态同步观测，可解算出基线向量及其协方差阵，GPS网的平差是将生成的基线向量作为观测值进行的。

要对GPS网的原始观测值或生成观测值进行模拟无疑是很困难的。

但将基线向量投影到某一参考椭球面并进一步投影到高斯平面上后，该基线向量实际上是一条长度和方向都已知的边。

因此，我们可以将GPS 网看作是观测了边长和方向的平面网。

在已知网点近似坐标和GPS网设计方案的基础上，根据上述思想，可将GPS网按下述两种方法进行模拟：（1）边长和方向全测的全边角网，观测值为边长和方向。

（2）边长及其方位角全测的全边方位角网，观测值为边长和方位角。

模拟设计计算步骤（同边角网）：先进行方案设计，确定参考基准，再生成方案文件，进行平差计算，结果分析，方案修改，反复进行，最后得到满意的方案和结果。