毕业设计论文两种贯通方法误差预计程序设计

山东科技大学本科毕业论文（设计）摘要 现在市场上没有一款正式发布的软件明确支持地下贯通误差预计，并且实际工作中使用图解法或者Excel计算繁琐复杂，在特大型贯通中又有些力所不足。基于此，本文主要使用C+语言，设计井下两种贯通方法（一井贯通和两井贯通）误差预计程序。程序直接读取点数据文件和按约定原则的贯通信息数据文件（txt文本格式文件），计算贯通点在重要方向上的误差值，极大的减少处理数据和计算繁琐度。并且改变了在增添或者删除加测陀螺定向边情况下就需要大规模重新计算的局面，使贯通测量设计提高效率。整个使用的误差预计公式，为现在贯通误差预计中使用最久最成熟的导线法误差预计公式。程序主要由两个大类，一是支导线误差预计类，二是加测陀螺定向边的方向附合导线误差预计类组成。通过main主函数的调用，简单组合，实现程序最大的灵活性。而每个类由主要的五个成员函数构成，使程序简明。最后以文本格式输出贯通误差预计详细结果和预计处理过程的相关数据。不仅对实际误差预计工作有现实意思，也为编制测量程序积累了经验。关键字：导线法 贯通 误差预计 程序 AbstractNowadays,We cant find a software that released officially supporting estimation of through error underground in the surveying and mapping market.Besides,using graphical method or Excel to calculate during the practical work is complicated.Its inefficient in the large-scale break through survey.Therefore,this article will design program to solve error prediction of two back through ways(single shaft orientation and two shaft orientation).The program can directly read data files and break through information data files (.txt) according to the contract.It can calculate the error value of holing point on the important direction which greatly simplify the process. It also change the situation where need to a large scale recalculate in the case of adding or deleting gyroscopic directed edges which can improve efficiency in through survey.The error prediction formula the program use is the most longer and mature formula in break through error prediction.The program conclude two parts: error prediction of branch conductor and direction-connecting traverse which has gyroscopic directed edges.By calling main function,simply combining,the program achieve great flexibility.Each class has five member function makes the program simple and clear.Finally it can output the result and related data of error prediction process.This article is not only meaningful to the actual work,but also a useful experience for measurement program writing.Keywords: Wire ; error prediction ; through ; software目录1绪论11.1研究的背景及意义11.2国内外研究现状21.3研究的内容与方法42贯通误差预计公式62.1支导线误差公式62.2方向附合导线误差公式92.3导线最远点高程中误差的误差预计公式123贯通误差预计程序总体设计133.1数据格式设计133.2贯通情况讨论与程序灵活性设计173.3预计过程可视性设计244程序详细设计274.1读入数据类设计274.2支导线误差预计类设计314.3加测陀螺定向边误差预计类设计364.4 main主函数体现程序灵活简单特性395程序在实际案例中应用415.1 某煤矿开采面最弱点误差预计415.2某煤矿两井贯通误差预计456结论与展望47参考文献50致谢52附录53I1. 绪论1.1研究背景及意义随着国际隧道协会（IAT）提出“大力发展地下空间，开始人类新的穴居时代“的倡议和中国国家发展改革委、外交部、商务部2015年3月28日联合发布了推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动。不难看出国内基础建设又将迎来一次大力发展的机遇，特别是高速特路、地铁、高速公路的发展。地下隧道是在基础建设过程中不可缺少的工程内容，并且也是当今城市地铁、地下商业街以及城市排水管线等设施中的主要构建角色。遂道的顺利贯通是保障地下工程施工进度和质量的必要条件。地下隧道贯通需要测量工作的认真和准确，而提前制定的测量方案必将会影响整个工程进度和质量。同时在现有的测量计算和实际的工程情况中，能选择出最经济合理的测量方案是考察测绘工作者的一项重要能力。测量方案中贯通误差预计又是核心内容，所以误差预计举足轻重。现在最常用的误差预计是根据测量的测边测角中误差计算，这样得出的误差结果一般比实际值大，能保证测量成果的质量。但是传统图解法工作量大，即使使用Excel在加测陀螺边后的贯通误差预计中，经常要反复计算大量数据也非常麻烦。而且随着大型隧道越来越多，图解法一井显得力所不足。同时每个隧道的情况不一样，固定的贯通程序难以灵活多用。基于此编制出一个灵活多用，简单的一井贯通和两井贯通误差预计程序是本次毕业设计的主要内容。1.2国内外研究现状传统的贯通误差预计采用图解法， 通过画图求解出地上地下各点到贯通点的距离在贯通任意坐标系x、y轴方向上的投影和与y轴方向的夹角，以此计算K点在重要方向上的误差值。虽然有贯通误差预计比较直观的优点， 但这种方法过于繁琐， 需要绘图、量取点的坐标最后还要计算。当贯通工程较大， 贯通距离较长时， 需要加测陀螺定向边的误差预计中增加或者删除一条定向边又得进行大规模重新计算。并且如果绘图比例太大则图纸过大使量取坐标难度增加。如果绘图比例太小则量取的误差较大。在制定贯通测量方案时，误差预计常常通过改变误差公式中的参数或者加测陀螺定向边，来使设计的测量方案满足工程需要，这样需要反复计算。使用Excel辅助计算是测量工作者常用的手段，特别在支导线误差预计中，方便简单。但是在加测陀螺定向边的大型贯通误差预计中还是显得繁琐复杂。也有学者对CAD进行第二次开发研究，编写贯通误差程序，例如刘明武、雷培的基于AutoCAD VBA贯通误差预计程序设计，极大解决了贯通误差预计图解法和使用Excel计算的难题。却灵活性不足，并且误差预计过程对外是封闭的，不利于为测量方案的选择服务。贯通工程中，测量方案制定的合理与否与贯通误差预计方法的合理性是紧密相关的。 目前，在贯通误差预计中还多采用传统的预计方法。贯通后实测的贯通偏差多比预计偏差小的多，能在很大程度上保证工程质量。当然对于不同情况的隧道贯通也提出了不少简化方法和更精确计算方法。如直伸隧道内的导线简化公式，把洞内导线测量误差所引起的隧道横向贯通误差完全由测角误差所引起，测角误差与边长成正比，且与平均边长有关，平均边长越长，则导线测量误差所引起的隧道横向贯通误差越小，该方法计算更为简便，对于直伸隧道的洞内导线来说，有参考价值。铁路工程测量规范( TB 101012009) 及高速铁路工程测量规范( TB 106012009) 中洞外GPS 平面网测量误差对隧道横向贯通的影响采用误差来源分析法，该方法使用了隧道两端洞口定向点点位误差和定向边坐标方位角中误差，这些值可以事先设计，因此，该方法适合在控制测量开始前对隧道贯通误差进行预计。国外，欧洲隧道公司横穿英法海峡的欧洲隧道采用按照隧道长度，用GPS 控制网平均相对误差1 /T 估计隧道贯通误差影响值，即的平均相对误差估计法，该方法过于简单，没有明确区分横向和纵向贯通误差影响值。所谓控制网平均相对误差，实际上只考虑了边长的相对误差，且控制网的边长非常悬殊。边长的相对误差与边长有关，边长越短，边长的相对误差越大; 边长越长，边长的相对误差越小。早期就有郑文华、王德远在利用模拟观侧值进行贯通误差预计中就提出利用电子计算机模拟的随机数所构成的模拟观测值, 采用导线计算公式直接推出贯通点偏差的贯通误差预计方法。该方法所得偏差比传统误差预计方法所得预计位更为接近于实际贯通偏差。并且提高了一种基于现代电子技术的测量误差预计思路。近期很多学者也提出了许多新的理论方法，特别是对特大型隧道贯通误差预计。如付宏平，郭际明，张正禄等在特长隧道贯通误差预计方法研究提出的坐标差统计法、坐标中误差法以及微分公式法。陈春芝，王秉君等在多边陀螺定向在轨道大巷大型贯通测量中的应用研究了加测陀螺边在大型贯通中的实际应用。在网上搜索“隧道贯通误差预计”也有很多资料，包括很多关于程序设计文献。在实际工作中设计简单程序进行误差预计和其他测量资料处理已经是提高工作效率的常用手段。1.3研究的内容与方法本次设计的内容主要是通过使用C+语言设计出直接读取在南方CASS中直接提取的预选点的坐标（txt格式）数据文件，和按约定规则编写的贯通信息文本格式文件。使用传统导线法误差预计公式实现一井贯通和两井贯通最弱点误差预计。最后在输出的结果的文本文件中详细输出误差预计计算的各类数据，以此实现误差预计过程的可视性。为了确保程序简单灵活，将同名的函数封装在两个主要的支导线和加测陀螺边的支导线类中，通过调用不同类成员函数实现一井两井贯通误差预计，极大的减少主函数的复杂度。不仅仅为贯通误差预计设计出了实际的运用程序，更重要是为以后测量工作中使用编写程序解决实际问题积累了经验。主要方法是，通过系统的研究贯通测量相关的知识。即是研究地面测量，联系测量，贯通测量理论和深入了解实际工程中运用的技术方法。分析收集的相关资料，阅读相关书籍文献，外文资料，撰写开题报告确定设计思路。比较VB、MATLAB、C+程序设计语言，结合自己掌握的情况和使用的编程软件情况。考虑到程序能容易的在任何平台上使用。确定选择C+编程语言，使用code klocks13.12软件中的console application工程编写。如图1.1所示，为编程主界面。