CosaLEVEL高铁水准与沉降评估系统使用说明书v24.docx

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CosaLEVEL高铁水准与沉降评估系统使用说明书v24

高铁水准与沉降评估系统

使用说明书

2011.11

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）进行控制测量的观测值进行处理,实现各种类型的控制网平差、质量检核、输出报告等功能。

科傻系统（COSA）主要包括CODAPS、EREPS、CosaGPS和CosaLEVEL四个子系统。

本手册是关于CosaLEVEL的使用说明书。

CosaLEVEL是高铁水准测量与沉降评估系统，它由以下4个主要模块组成：

（1）水准测量数据处理模块。

它能对水准网、三角高程网进行平差计算，自动读取徕卡，天宝和拓普康数字水准仪的观测值文件（GSI、DAT，RAW格式），转换为平差输入数据文件（IN1），具有观测数据概算、粗差探测、闭合差自动搜索和生成word平差报告等功能。

（2）沉降观测数据分析模块。

它能对多期沉降观测数据进行汇总管理，建模，自动生成EXCEL格式的沉降报告，在AutoCAD2008下显示沉降量，沉降速率以及沉降建模曲线。

（3）常用测量工具模块。

它能进行各种坐标变换，可以实现测量工作中经常遇到的不同直角坐标系、直角坐标与大地坐标的相互变换。

（4）沉降评估功能。

软件能够将各个监测点的信息采用数据库管理起来，并根据需要显示各个测点的沉降变化曲线。

软件采用7中不同的方法对沉降过程进行建模和评估，可推算出铺轨时间。

第一章概述

1.1系统简介

“高铁水准测量与沉降评估系统（CosaLEVEL）”是以水准网平差和沉降观测数据处理及变形评估为主要功能的测量软件，软件包括两部分：

水准数据处理部分和沉降评估部分。

其中水准数据处理部分以电子水准仪的原始观测数据为主要数据来源，实现了从外业数据采集、质量检核、数据预处理到内业网平差、沉降观测数据分析、生成电子手簿及报表输出的自动化作业流程。

沉降评估部分能够将外业数据处理结果导入到数据库中管理，并且按照《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》中的相关规定，实现了7中沉降评估的方法，并自动选择最优方法进行沉降评估。

程序运行环境为：

操作系统:

Windows2000/WindowsXP/WindowsVista/Windows7

软件环境：

MSoffice2003

1.2安装及运行

1.2.1安装

运行CosaLEVEL系统盘上的安装程序SETUP.EXE后，按提示操作即可。

安装程序自动在程序组增加“CosaLEVEL”程序项。

1.2.2运行

在USB口上插入加密狗后，点击“开始”菜单栏“程序”组项，会出现“CosaLEVEL”程序组，单击该选项，屏幕显示程序主界面，如图1-1所示。

简要操作步骤参见附录1。

图1-1系统界面

1.3快速入门

1.3.1创建项目

CosaLEVEL采用项目的方式管理数据。

所有与当前项目有关的数据将以特定的文件名称保存在指定的路径下，方便用户管理。

因此，做数据处理首先要创建或者打开项目。

（1）新建项目：

点击菜单项“项目->新建项目”或者点击左侧项目栏的“项目->新建项目”，输入项目名，选择（或者手工输入）项目路径，选择项目类型即可创建一个新项目。

（详见2.1.1）新建项目后系统会自动弹出项目属性对话框，提示修改属性。

（2）打开项目：

点击菜单项“项目->打开项目”或者点击左侧项目栏的“项目->打开项目”，选择一个项目文件（扩展名为csp），打开即可。

（详见2.1.2）

打开项目之后要对项目属性设置，点击菜单项“项目->项目属性”或者点击左侧项目栏的“项目->项目属性”，大部分属性都有缺省值，请认真检查各项设置是否正确，避免影响解算。

（详见2.1.3）

1.3.2数据文件

新建项目后，系统就生成一个空的项目了，下一步就是怎样把数据添加到项目里。

系统提供了两种方式：

添加和导入。

（注：

打开文件时，系统不会自动将文件添加到项目。

）

（1）添加文件：

点击菜单项“项目->添加文件”或者点击左侧项目栏的“文件->添加文件”，系统弹出添加文件面板，选择需要添加文件类型，单击添加，即可向项目中添加一个空白文件，文件内容可手工编辑。

（2）导入文件：

点击菜单项“项目->导入”或者点击左侧项目栏的“导入”，可直接导入已编辑好的数据文件（in1文件），也可以直接导入数字水准仪（徕卡、天宝,拓普康）的原始观测数据,但是导入前建议先导入已知点数据，系统将自动将已知点数据添加到生成的数据文件，若没有先导入已知点坐标，则生成的数据文件中将不包含已知点数据，可手工编辑数据文件，添加已知点信息。

（详见2.2）

1.3.3水准数据处理

添加了必要的数据之后就可以进行数据处理。

数据处理主要包括3个环节：

数据预处理、平差计算、闭合差计算和报表输出。

数据预处理包括生成近似坐标、概算、粗差探测。

（1）生成近似坐标：

该项功能是先不进行概算，而直接进行平差得到一个初步的平差结果，根据该结果生成近似坐标文件（xyh文件）。

也可以添加空白的近似坐标文件，通过手工编辑来形成该文件。

（2）概算：

点击菜单项“数据预处理->概算”或者点击左侧项目栏的“数据预处理->概算”并选择合适的网类型，概算除了需要数据文件，还需要近似坐标文件（xyh文件）。

（3）粗差探测：

点击菜单项“数据预处理->粗差探测”或者点击左侧项目栏的“数据预处理->粗差探测”并选择合适的网类型，粗差探测完成后系统会弹出粗差探测报告，若数据含有粗差，系统会给出提示。

网平差是CosaLEVEL的主要功能，可以进行高程网的平差计算。

点击菜单项“数据处理”或者点击左侧项目栏的“网平差”，平差完毕后系统弹出平差报告，包含平差结果和精度信息。

平差需要in1文件，只有数据文件完整，正确，才能得到正确的结果。

闭合差计算点击菜单项“数据处理->闭合差计算”或者点击左侧项目栏的“数据处理->闭合差计算”，系统可以自动搜索闭合环和闭合线路并计算闭合差。

根据高差观测值文件自动寻找出水准附合线路和最小独立闭合环线路，存放于闭合差线路文件“项目名.GCI”中，根据闭合差线路文件，自动计算附合线路和多边形闭合环的高程闭合差并作超限提示，同时根据闭合环的闭合差计算每公里水准（高程）观测值的全中误差，计算结果存放于闭合差结果文件“项目名.GCO”中。

高程网平差报告点击菜单项“数据处理->网平差报告”或者点击左侧项目栏的“数据处理->网平差报告”，系统即可调用Word2003自动生成平差成果报告。

第二章项目管理

本测量平差系统主要用于高程网的测量数据处理。

系统各种计算功能齐全，牵涉到文件众多，为管理方便，采用项目方式组织数据，所有与一个项目相关的数据将被系统组织放入一个项目中。

2.1项目

项目管理主要包括新建项目，打开项目，查看和修改项目属性，关闭项目四项。

2.1.1新建项目

单击菜单“项目->新建项目”或单击左侧项目栏中的“项目->新建项目”即可。

程序将弹出新建项目面板，如图2-1所示。

图2-1新建工程

项目名称：

输入该测量项目的名称，支持中文输入，但不得与同一目录下的项目重名。

项目路径：

可直接输入某一存在的路径，系统默认为D:

\projects目录，也可以单击浏览按钮，可选择任意目录，系统将自动将指定目录设置为默认目录。

单击创建时，系统将会在指定的目录下创建和项目同名的文件夹，若指定的目录不存在或者该项目名在指定目录已存在，则提示出错信息为“CosaLEVEL无法在该目录下创建指定项目”，创建项目以后，系统会在项目目录下创建CosaLEVEL项目文件“项目名.csp”，该文档保存了项目的配置信息，建议不要随意修改其内容（包括文件名），避免造成项目损坏。

2.1.2打开项目

选择项目文件（项目名.csp）文件，将其打开。

系统重新初始化项目栏，启用全部可用的菜单。

项目栏的工作区中列出所有供用户查看和编辑的文件。

若项目文件被损坏，则提示“配置信息已损坏”，打开项目失败。

若出现打开项目失败的情况，可将项目中的数据文件导入另一个项目重新解算，不会影响解算结果。

若当前已有打开的项目，系统会提示是否关闭当前项目，本系统只允许同时打开一个项目。

2.1.3工程属性

工程属性栏中列出所有与该项目相关的配置信息。

每个工程一个配置信息，所有的设置只对本工程有效。

本系统共提供“工程描述”、“坐标系统”、“格式与单位”、“高程网”共4个属性页（如图2-2至图2-5所示），请根据工程实际情况进行浏览和修改。

工程描述包括项目名称等8项属性，如图2-2所示，其中项目名称是不可编辑的。

项目类型可在这里修改。

其余各项均为记录性信息，完整的记录该测量过程的详细信息，可按实际情况填写。

图2-2工程描述

坐标系统包括椭球名称等10项属性，如图2-3所示。

其中椭球名称决定椭球长半径和椭球扁率倒数。

系统列出我国常用的四种椭球，即克拉索夫斯基椭球，IAG75椭球，WGS84椭球和CGS2000椭球，用户只需选择椭球名称，系统自动填写椭球长半径和椭球扁率倒数。

若遇到特殊椭球，可选择自定义椭球，此时椭球参数缺省值为克拉索夫斯基椭球参数，但椭球长半径和椭球扁率倒数可以手工更改为所需要的椭球。

其余参数主要用做投影计算，概算和坐标转换。

全部可以手工更改，投影类型主要是坐标转换时使用，做高斯投影（BL->XY）时使用，投影面大地高主要是概算时使用，中央子午线精度主要是坐标转换时使用，原点X坐标常数和原点Y坐标常数是转换到国家统一坐标系时使用，在做各项计算之前，要仔细核查各项坐标系统参数设置是否正确。

图2-3坐标系统

格式与单位包括直角坐标单位等12项属性（图2-4），该属性页仅供显示，可查询各项计算结果的精度信息与当前采用的单位。

图2-4格式与单位

高程网包括仪器类型等14项属性（图2-5）。

其中仪器类型决定观测限差，系统提供了S0.5,S1,S3,S5,S10等四种常用仪器。

高程网等级决定方向验前中误差。

系统提供了水准测量国标的四种等级和三角高程（三角高程没有划分等级），选择不同等级时系统自动设置每公里高差中误差，若有特殊要求，可选择自定义等级，此时允许用户手工输入每公里高差中误差。

距离定权方式和水准尺长改正数缺省值分别是测站数和0.02mm，若高程网等级设置为三角高程，则系统自动将距离定权方式修改为按距离定权（三角高程没有测站数），将水准尺长改正数设置为0（没有水准尺）。

每公里高差中误差主要是直接从仪器导入数据时使用，若导入的数据文件中已经含有该信息，则以文件为准。

水准尺长改正数也是直接从仪器导入数据时的缺省值，要从仪器导入数据时应注意在这里做适当的设置。

单位权选择方式决定平差计算时使用的确定单位权中误差的方式，系统缺省采用后验单位权，若有特殊要求，请在这里设置。

图2-5高程网属性

2.1.4关闭项目

单击菜单“项目->关闭项目”或单击左侧项目栏中的“项目->关闭项目”即可。

系统会自动保存项目属性设置，关闭所有与项目相关的文件，并提示保存，关闭部分与项目相关的功能。

关闭项目后可再次新建或打开项目

2.1.5工作区

左侧项目栏中有一工作区标签，该工作区列出了该项目中所有可供查看和编辑的文件名，单击该文件名，系统自动打开该文件，在工作区内单击右键，弹出文件操作菜单，包括添加文件，删除文件，导入等常规文件操作。

在这里可以方便的管理项目中的文件。

2.2文件

向项目中添加文件有两种方法：

添加和导入。

添加文件是指给项目添加一个指定类型的空文件，文件内容由用户手工编辑完成。

导入是指将现有的数据添加到项目中去。

向项目中添加文件，只需单击菜单项“项目->添加文件”或者在项目栏中选择“文件->添加文件”，系统将弹出添加文件面板，选择需要的文件类型，单击“添加“或者双击所需要的文件类型，系统都会向项目中添加一个空文档，添加文件主要用以向项目添加一些需要用户手工编辑的文件，如已知点坐标文件，近似坐标文件，和观测值方案文件。

要打开文件，只需单击菜单项“项目->打开文件”或者在项目栏中选择“文件->打开文件”，打开文件的文件仅仅用作浏览或者编辑，系统不会自动将其添加到项目中，若要向项目添加该文件，请选择“导入”。

要保存文件，只需单击菜单项“项目->保存文件”或者在项目栏中选择“文件->保存文件”，系统会自动保存当前活动的文档。

文件另存为，只需单击菜单项“项目->文件另存为”或者在项目栏中选择“文件->文件另存为”系统弹出“另存为”对话框，系统将当前活动文档保存副本。

打印文档：

只需单击菜单项“项目->打印”或者在工具栏中选择“打印”即可。

打印预览：

单击菜单项“项目->打印预览”，系统将切换到打印预览视图

打印设置：

单击菜单项“项目->打印设置”，系统将弹出打印设置对话框，设置打印参数

保存为BMP：

若当前活动文档是网图文件（包括变形监测），将当前图像调整到合适的比例尺，只需单击菜单项“项目->保存为BMP”，系统弹出“另存为”对话框，点击确定后系统将当前显示区域保存为图像。

若当前活动文档非网图文件，此项功能无效。

2.3导入导出

将现成的数据添加到项目中称为导入。

选择菜单项“项目->导入”或者选择左侧项目栏“导入”均可，系统提供了4种导入方式。

2.3.1导入已知点

网平差之前都要知道一定数量的已知点坐标，用户可将这些已知点坐标编辑成文件，导入到项目中来，系统会自动根据网的类型提示用户导入不同类型的已知点。

高程网已知点坐标文件扩展名为KnownH，文件格式如下

点名高程

一个已知点一行。

文件路径为已知点文件的路径（包含文件名），可以手工输入，也可以点击后面的浏览按钮，选择文件。

下面的已知点文件类型将列出可导入的已知点类型，系统根据不同的网类型提示导入不同的已知点类型。

注：

并不是所有的项目都要导入已知点，如果导入的in1文件中已包含已知点坐标信息，因此不用再次导入。

对于直接水准仪导入原始观测数据，请在导入原始数据之前导入已知点，系统在生成数据文件时会自动加入已知点信息。

导入原始数据之后再导入已知点文件无效。

若导入原始数据前没有导入已知点，系统生成的数据文件中会提示，需要用户手工编辑，向数据文件中加入已知点信息。

2.3.2导入IN1文件

对于现有的水准数据文件（IN1文件）想导入本系统进行解算，可采用直接导入IN1文件。

选择菜单项“项目->导入->in1文件”或左侧项目栏“导入->in1文件”系统弹出打开文件对话框，选择文件，系统自动导入。

导入IN1文件后即可直接平差计算，无需导入已知点文件。

IN1数据可手工编辑生成，IN1数据的详细数据格式说明如下：

*.in1文件（高程观测值文件）也是标准的ASCⅡ码文件，它的结构如下：

已知点点号，已知点高程值

…，…

测段起点，终点，高差，距离，测段测站数，精度号

…………[，…]

该文件的内容也分为两部分，第一部分为高程控制网的已知数据，即已知高程点点号及其高程值（见文件的第Ⅰ部分）。

第二部分为高程控制网的观测数据，它包括测段的起点点号，终点点号，测段高差，测段距离、测段测站数和精度号（见文件的第Ⅱ部分）。

第一部分中每一个已知高程点占一行，已知高程以米为单位，其顺序可以任意排列。

第二部分中每一个测段占一行，对于水准测量，两高程点间的水准线路为一测段，测段高差以米为单位，测段距离以公里为单位。

对于光电测距三角高程网，测段表示每条光电测距边，测段距离为该边的平距（单位公里）。

如果平差时每一测段观测按距离定权，则“测段测站数”这一项不要输入或输入一个负整数如-1。

若输了测站测段数，则平差时自动按测段测站数定权。

该文件中测段的顺序可以任意排列。

当只有一种精度时，精度号可以不输。

对于多种精度（多等级）的水准网，第一部分的前面还要增加几行，每行表示一种精度，有三个数据。

水准等级,精度号，每公里精度值（单位mm/km）。

in1文件示例

B113-1,25.7919

G110,32.3598

G110,G109,0.3384,0.505

G110,G110-1,-0.2848,0.126

G110-1,G110,0.2902,0.126

G110-1,G110-2,-1.3658,0.146

G110-2,G110-1,1.3692,0.146

G110-2,G110-3,-2.0589,0.189

G110-3,G110-2,2.0620,0.189

G110-3,G110-4,-0.6754,0.242

……

2.3.3导入水准仪数据

选择菜单项“项目->导入->水准仪数据”或左侧项目栏“导入->水准仪数据”系统弹出导入水准仪数据面板。

图2-6导入水准仪数据

操作方式和导入全站仪数据类似，系统支持三种水准仪格式，“徕卡GSI格式数据”和“天宝DAT格式数据”以及“拓普康L格式数据”。

在“导入水准仪数据”界面的右上角有一个选择框框“转点冠号”，该选框的作用是设置转点的类型.转点冠号是指在为转点命名时转点名字前面的统一标志，如ZD，TP等，软件在读入数据时会自动将指定的冠号开头的点视为转点。

2.3.4导入Excel手簿

该项功能主要是为了方便用户检查点名，修改错误，并将修改后的Excel文件导入生成in1文件。

如用户想输出某些中间点信息，只需在Excel电子手簿中将其点名去掉即可。

如图所示，将红色的中间点去掉，保留需要输出的中间点点名，保存Excel文件，再将修改后的电子手簿文件导入即可生成需要的in1文件。

图2-7修改电子手簿

2.3.5导出电子水准仪数据到Excel电子手簿

该功能是将电子水准仪原始数据导出到Excel文件中生成电子观测手簿（图2-11），并对每一站进行限差检查及高差计算，对每一测段统计测段长度和高差。

同一文件中不同测段存放在同一Excel文件中的不同sheet中，按顺序依次命名为“第1段（测段起点~测段终点）”、“第2段（测段起点~测段终点）”……。

对于超限数据用红色标示。

限差参数可通过项目属性中对仪器类型或观测等级来设置。

若结果行出现“#######”情况，请将行宽放大即可。

导出的Excel文件存放在源文件同一路径下，命名为“原文件名.xls”，文件如图2-8所示。

2.3.6导出BMP文件

对于沉降曲线图，可导出BMP格式的图形，方便用户在其他图形编辑器中编辑。

可点击菜单“项目->导出图形文件->导出BMP文件”，系统将弹出对话框，引导用户确定保存文件夹和文件名。

图2-8水准仪数据

第三章水准数据处理

“数据处理”菜单项下包括：

生成近似坐标文件、概算、粗差探测、平差计算、闭合差计算和网平差报告6项子菜单。

本章主要介绍数据处理功能模块的内容。

3.1生成近似坐标文件

当平面观测值文件中的方向、边长观测值需要概算以及高差观测值需要概算时，调用此功能可生成概算用文件中的近似坐标及近似高程。

ou1文件中含有近似高程，ou2文件中含有近似坐标，由ou1、ou2文件生成概算用文件。

图3-1生成概算用文件

生成概算所需要文件“网名.XYH”后，还须人工编辑该文件，如对于精度要求较高的平面网，还要输入每个测站上的觇标高、大地水准面差距以及垂线偏差的子午分量和卯酉分量等附加量，以便对观测值作三差改正。

对于一般网，可不考虑三差改正，不必输后四项，即上述附加量均自动作“0”处理。

概算文件是一个标准ASCII格式文件，其结构如下：

网点点名，X，Y，H，BH，N，ζ，η

该文件中每一网点的概算信息占一行，其中X、Y、H为该点的近似三维坐标；BH为觇标高，以米为单位；N为大地水准面差距，以米为单位；ζ和η为该点垂线偏差的子午和卯酉分量，以秒为单位。

只有在网的精度要求较高时才需要输入后面的四项。

但前面三项是必须有的，当只有前三项时，后四项自动作“0”处理。

实例（参见“概算算例网.XYH”文件）：

13730958.6100264342.5910535.78.01.33.4-0.7

23714636.8876276866.0832203.98.01.14.02.5

43700347.1407266213.9081376.08.11.60.63.7

53709621.8715258215.6696182.07.91.11.01.4

63721646.7827254621.4564166.27.81.00.83.4

33718773.3604266467.5123179.67.91.52.81.4

…

注意：

这里的坐标是指高斯平面直角坐标，其中的坐标原点的加常数应该与项目属性中的参数一致。

3.2概算

概算将进行水准标尺每米长度误差的改正数计算（水准网）和正常水准面不平行的改正数计算。

进行概算时，需要对参数进行正确设置，如需对水准标尺每米长度误差的改正数进行设置。

具体设置在项目属性中进行设置与更改（参见图2-3）。

3.3粗差探测

3.3.1高程网粗差探测

当网平差结果的后验单位权中误差较先验单位权中误差显著偏大（如5-10倍）时，若不存在输入文件错误、近似高程推算错误（若存在这类错误，则网的平差结果文件和后验单位权中误差将出现明显出错显示）和已知点高程有问题，应考虑观测值中可能存在粗差。

粗差探测的具体操作如下：

在建立的项目下，选择菜单栏：

数据处理—>粗差探测。

对*.IN1文件进行处理，处理完毕，并生成高程网数据粗差探测报告文件后缀re1。

图3-2高程网粗差探测

根据粗差结果报告，需要人工手动修改相应的IN1数据文件，测段存在往返测，注意查看数据出现在往测还是返测，对于原始数据需要反复进行处理才可以剔除全部粗差。

注意：

由于粗差剔除计算工作量较大，比平差花的时间要多一些；粗差探测限值为默认值采用的广为应用的经验值：

3.3。

3.4基准点稳定性分析

基准点稳定性分析是对网平差中用作基准点的水准点进行测试，以保证其稳定性和平差的正确性。

基准点稳定性分析处理过程：

点击“数据处理->基准点稳定性分析”。

点击以后系统会对当前工程中的IN1文件进行基准点稳定性分析，分析完成以后将分析结果打印在屏幕。

图3－3基准点稳定性分析结果示例

3.5网平差

网平差对于同一数据都有两类观测值文件：

一是概算前的文件命名为*_raw.IN1；二是概算后的文件命名为*red_.IN1。

在数据处理过程中，如果两个文件同时存在时，默认处理概算后的数据文件（*red_.IN1）。

在网平差之前，需要检查或修改项目属性设置，如定权方式，水准尺该正常数等。

定权方式根据观测值文件内容进行选择，如果文件中记录测站信息，就选用测站数定权，若没有测站信息，则选用距离定权，系统默认的为测站数定权

高程平差处理过程如下：

点击“数据处理—>网平差”，如图3-3所示。

高程平差处理完毕，屏幕显示平差结果。

图3-4网平差

3.6闭合差计算

根据高程观测值文件自动寻找出水准（高程）附合线路和最小独立闭合环线路，存放于闭合差线路文件“项目名.GCI”中，根据闭合差线路文件，自动计算附合线路和多边形闭合环的高程闭合差并作超限提示，同时根据闭合环的闭合差计算每公里水准（高程）观测值的全中误差，计算结果存放于闭合差结果文件“项目名.GCO”中。

闭合差计算处理过程：

点击菜单项“数据处理->闭合差计算”或者点击左侧项目栏的“数