方位角计算

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，y图6-10坐标增量计算已知直线AB 起点A 的坐标为（x A ，y A ），AB 边的边长及坐标方位角分别为D AB 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Δx AB 、Δy AB 表示。

由图6-10可看出坐标增量的计算公式为：⎭⎬⎫=-=∆=-=∆AB AB A B AB AB AB A B AB D y y y D x x x ααsin cos（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、负号的规律则B 点坐标的计算公式为：⎭⎬⎫+=∆+=+=∆+=AB AB A AB A B AB AB A AB A B D y y y y D x x x x ααsin cos（6-2）例6-1 已知AB 边的边长及坐标方位角为456380m 62.135'''︒==AB AB D α，，若A 点的坐标为m 82.658m 56.435==A A y x ，，试计算终点B 的坐标。

解 根据式（6-2）得6.792456380sin m 62.135m 82.658sin .457456380cos m 62.135m 56.435cos ='''︒⨯+=+=='''︒⨯+=+=AB AB A B AB AB A B D y y D x x αα2．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（x A ，y A ）和（x B ，y B ），则直线边长D AB 和坐标方位角αAB 的计算公式为：22AB AB ABy x D ∆+∆= （6-3）AB ABAB x y ∆∆=arctanα （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m 72.525m 50.304m 29.814m 99.342====B B A A y x y x ，，，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m 57.288m 29.814m 72.525m49.38m 99.342m 50.304-=-=-=∆-=-=-=∆A B AB A B AB y y y x x x 根据式（6-3）和式（6-4）得m 13.291m)57.288(m)49.38(2222=-+-=∆+∆=ABAB AB y x D9042262m 49.38m57.288arctan arctan '''︒=--=∆∆=AB AB ABx y α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，起算数据用单线标明。

1图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(th n β（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 β不等于理论值∑th β，两者之差，称为角度闭合差，用f β表示，即︒⨯--=-=∑∑∑180)2(th n f m m ββββ（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f βp 见表6-3和表6-4，其中图根导线角度闭合差的容许值f βp 的计算公式为：n f 06p ''±=β （6-7）如果βf ＞pβf ，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βf ≤pβf ，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v β，v β的计算公式为：n f v ββ-=（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∑-=ββf v（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βββv i i +=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f β、f βp 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：m 30.1830042335cos m 60.201cos 121212+='''︒⨯==∆αD x m 92.830042335sin m 60.201sin 121212-='''︒⨯==∆αD y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⎭⎬⎫=∆=∆∑∑00th th y x（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m x ∆∑、m y ∆∑不等于零，从而产生纵坐标增量闭合差W x 和横坐标增量闭合差W y ，即⎭⎬⎫∆=∆=∑∑m y m x y W x W（6-11）（3）计算导线全长闭合差W D 和导线全长相对闭y图合差W K 从图6-12b 可以看出，由于坐标增量闭合差W x 、W y 的存在，使导线不能闭合，1-1′之长度W D 称为导线全长闭合差，并用下式计算 W D =22yx W W +（6-12）仅从W D 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W D 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W K ，即D D W DD W K ∑∑==1 （6-13）以导线全长相对闭合差W K 来衡量导线测量的精度，W K 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W K P 参见表6-3和表6-4，图根导线的W K P 为1/2 000。

如果W K ＞W K P ，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W K ≤W K P ，说明测量成果符合精度要求，可以进行调整。

本例中W x 、W y 、W D 及W K 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W x 、W y 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v xi 、v yi 分别表示第i 边的纵、横坐标增量改正数，即⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⋅-=⋅-=∑∑i yyii x xiD D W v D DW v（6-14）本例中导线边1-2的坐标增量改正数为：m05.0m 60.201m 80.1137m30.01212+=⨯--=-=∑D D W v x xm02.0m 60.201m 80.1137m 09.01212+=⨯--=-=∑D DW v yy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⎭⎬⎫-=-=∑∑y yx x W v W v （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。

⎭⎬⎫+∆=∆+∆=∆yi i i xi i i v y y v x x 改改（6-16）本例中导线边1-2改正后的坐标增量为：m 35.183m 05.0m 30.183121212+=++=+∆=∆x v x x 改m90.83m 02.0m 92.83121212-=+-=+∆=∆y v y y 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1111i i i i i i y y y x x x（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 α及观测的各右角，按式（4-19）推算CD 边的坐标方位角CDα'。

B AB B βαα-︒+=1801 1112180βαα-︒+=B21223180βαα-︒+= 32334180βαα-︒+=C CDβαα-︒+='+180)34 ∑-︒⨯+='m AB CDβαα1805写成一般公式为：290°47′56″33″图∑-︒⨯+='R n βαα1800fin （6-18）若观测左角，则按下式计算：∑+︒⨯+='L n βαα1800fin（6-19） 附合导线的角度闭合差f β为：fin fin ααβ-'=f（6-20）（2）调整角度闭合差 当角度闭合差在容许范围内，如果观测的是左角，则将角度闭合差反号平均分配到各左角上；如果观测的是右角，则将角度闭合差同号平均分配到各右角上。