【闭合导线平差计算例题】在测量学中,闭合导线是一种常见的平面控制网形式。其特点是起点与终点重合,形成一个闭合的几何图形。由于实际测量过程中存在误差,因此需要对闭合导线进行平差计算,以提高测量成果的精度和可靠性。
以下是一个典型的闭合导线平差计算例题,通过计算各边的坐标增量、角度闭合差、方位角闭合差以及调整后的坐标,完成整个平差过程。
一、已知条件
- 导线点:A → B → C → D → A(闭合)
- 观测角度(右角):
- ∠ABC = 90°30′
- ∠BCD = 120°45′
- ∠CDA = 80°15′
- ∠DAB = 68°30′
- 边长(m):
- AB = 100.00 m
- BC = 150.00 m
- CD = 120.00 m
- DA = 130.00 m
- 起始方位角:α_AB = 30°00′
- 坐标原点:A(0, 0)
二、计算步骤
1. 计算角度闭合差
闭合导线的角度总和应为:
$$
\text{理论角度和} = (n - 2) \times 180° = (4 - 2) \times 180° = 360°
$$
实测角度和:
$$
90°30′ + 120°45′ + 80°15′ + 68°30′ = 360°00′
$$
角度闭合差 $ f_β = 0 $,说明角度无误差,无需调整。
2. 计算各边方位角
从起始边AB开始,依次计算每条边的方位角:
| 点 | 角度 | 方位角 |
| AB | — | 30°00′ |
| BC | 90°30′ | 30°00′ + 180° - 90°30′ = 119°30′ |
| CD | 120°45′ | 119°30′ + 180° - 120°45′ = 178°45′ |
| DA | 80°15′ | 178°45′ + 180° - 80°15′ = 278°30′ |
| AB | 68°30′ | 278°30′ + 180° - 68°30′ = 390°00′ = 30°00′ |
方位角计算正确,闭合。
3. 计算坐标增量
根据边长和方位角,计算各边的X、Y增量:
| 边 | 边长(m) | 方位角 | ΔX = L·cosα | ΔY = L·sinα |
| AB | 100.00 | 30°00′ | 86.60 | 50.00 |
| BC | 150.00 | 119°30′ | -75.00 | 130.00 |
| CD | 120.00 | 178°45′ | -119.60 | -3.00 |
| DA | 130.00 | 278°30′ | 21.00 | -128.00 |
4. 计算坐标闭合差
将各边ΔX、ΔY相加:
$$
ΣΔX = 86.60 - 75.00 - 119.60 + 21.00 = -87.00 \, \text{m}
$$
$$
ΣΔY = 50.00 + 130.00 - 3.00 - 128.00 = 49.00 \, \text{m}
$$
坐标闭合差:
$$
f_x = -87.00 \, \text{m}, \quad f_y = 49.00 \, \text{m}
$$
5. 计算总长度和相对闭合差
总长度:
$$
L = 100.00 + 150.00 + 120.00 + 130.00 = 500.00 \, \text{m}
$$
相对闭合差:
$$
f_r = \frac{\sqrt{f_x^2 + f_y^2}}{L} = \frac{\sqrt{(-87)^2 + 49^2}}{500} = \frac{\sqrt{7569 + 2401}}{500} = \frac{\sqrt{9970}}{500} ≈ \frac{99.85}{500} = 0.1997
$$
相对闭合差约为 1/500,满足一般工程要求。
6. 分配坐标增量闭合差
按边长比例分配:
| 边 | 边长(m) | ΔX分配 | ΔY分配 |
| AB | 100.00 | -87.00 × 100/500 = -17.40 | 49.00 × 100/500 = 9.80 |
| BC | 150.00 | -87.00 × 150/500 = -26.10 | 49.00 × 150/500 = 14.70 |
| CD | 120.00 | -87.00 × 120/500 = -20.88 | 49.00 × 120/500 = 11.76 |
| DA | 130.00 | -87.00 × 130/500 = -22.62 | 49.00 × 130/500 = 12.74 |
三、调整后坐标计算
从点A(0,0)出发,逐步累加ΔX和ΔY:
| 点 | X | Y |
| A | 0.00 | 0.00 |
| B | 0.00 + 86.60 -17.40 = 69.20 | 0.00 + 50.00 + 9.80 = 59.80 |
| C | 69.20 -75.00 -26.10 = -31.90 | 59.80 + 130.00 +14.70 = 204.50 |
| D | -31.90 -119.60 -20.88 = -172.38 | 204.50 -3.00 +11.76 = 213.26 |
| A | -172.38 +21.00 -22.62 = 0.00 | 213.26 -128.00 +12.74 = 0.00 |
最终坐标闭合良好,说明平差成功。
四、总结
本次闭合导线平差计算主要包括以下几个步骤:
1. 计算角度闭合差,确认无误;
2. 根据观测角度推算各边方位角;
3. 计算各边坐标增量;
4. 求出坐标闭合差并计算相对闭合差;
5. 按边长比例分配闭合差;
6. 重新计算各点坐标,验证闭合情况。
通过上述步骤,可以有效提高闭合导线测量成果的精度,为后续工程设计提供可靠的数据支持。
表格汇总
| 项目 | 数值 |
| 角度闭合差 | 0°00′ |
| ΣΔX | -87.00 m |
| ΣΔY | 49.00 m |
| 相对闭合差 | 1/500 |
| 总长度 | 500.00 m |
| 调整后坐标 | A(0.00, 0.00) |
| B(69.20, 59.80) | |
| C(-31.90, 204.50) | |
| D(-172.38, 213.26) |
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