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文檔簡介

內(nèi)容提要2023/9/181野外數(shù)據(jù)采集碎部點(diǎn)坐標(biāo)測算方法及數(shù)學(xué)原理4.1

野外數(shù)據(jù)采集2023/9/1824.1.1

測圖前的準(zhǔn)備工作1控制測量2儀器器材與資料準(zhǔn)備4.1.2

野外數(shù)據(jù)采集1測記法施測2電子平板法施測3一步測量法4.1.3

測量硬件野外數(shù)據(jù)采集概述2023/9/183數(shù)據(jù)采集就是采集供自動(dòng)繪圖用的繪圖信息,是數(shù)字測圖的一項(xiàng)重要工作。不同的數(shù)據(jù)源、不同的作業(yè)模式有不同的數(shù)據(jù)采集方式,有內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集與外業(yè)數(shù)據(jù)采集之分,有手工輸入、半自動(dòng)輸入、自動(dòng)輸入之分。一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)字測圖系統(tǒng)通常支持多種數(shù)據(jù)采集方式。目前大比例尺野外數(shù)字測圖主要使用全站儀采集數(shù)據(jù),故本書主要介紹使用全站儀實(shí)施野外數(shù)據(jù)采集的方法。如果測量的目的只為獲得地面物體水平投影的位置,則稱這種測量為地物測量。如果測量的目的既要獲得地面物體的水平投影位置又要獲得其高程,則這種測量就是地形測量。2023/11/134在野外用儀器將碎部點(diǎn)與控制點(diǎn)的關(guān)系(包括距離、方向和高差)測定,并將這些數(shù)據(jù)記錄下來,再在室內(nèi)進(jìn)行繪圖,這就是一般稱為的測記法。這種方法工作時(shí)受氣候影響小,但在室內(nèi)繪圖無法與實(shí)地對(duì)照進(jìn)行,有錯(cuò)誤不易發(fā)覺,又不能及時(shí)改正。2023/11/135在野外根據(jù)圖解的原理當(dāng)時(shí)就把碎部點(diǎn)的位置確定下來,繪圖工作是在野外進(jìn)行的,這種方法一般稱為測繪法,也是最常用的方法。由于實(shí)物較小,按比例縮小后無法在圖紙上給出。這時(shí)可不按比例而用規(guī)定的符號(hào)表示其位置。地貌一般是用表示高程的等值線即等高線(就是在同一條等高線上的點(diǎn)的高程相同)表示的。等高

線既能表示出地形的高低起伏情況,也能表示其水平投影的位置。有的地貌用等高線表示有困難,也可用規(guī)定的符號(hào)來表示。2023/11/136有些是在野外進(jìn)行的,稱為外業(yè);有些是

在室內(nèi)進(jìn)行的,稱為內(nèi)業(yè)。外業(yè)工作主要

是獲得必要的數(shù)據(jù),如點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離,邊與邊之間夾角的水平投影(水平角等);內(nèi)業(yè)工作主要是計(jì)算與繪圖。2023/11/137測量原則2023/11/138必須遵循“先整體后局部”,即“先控制后碎部”的原則;為了保證成果的質(zhì)量,必須堅(jiān)持隨時(shí)檢查的原則。4.1.1

測圖前的準(zhǔn)備工作2023/11/1391控制測量2儀器器材與資料準(zhǔn)備1

控制測量2023/11/1310控制測量和地形特征點(diǎn)(碎部點(diǎn))采集。2

儀器器材與資料準(zhǔn)備2023/11/1311實(shí)施數(shù)字測圖前,應(yīng)準(zhǔn)備好儀器、器材、控制成果和技術(shù)資料。儀器、器材主要包括:全站儀、對(duì)講機(jī)、電子手簿或便攜機(jī)、備用電池、通訊電纜(若使用全站儀的內(nèi)存或內(nèi)插式記錄磁卡,不用此電纜)、花桿、反光棱鏡、皮尺或鋼尺等。全站儀、對(duì)講機(jī)應(yīng)提前充電。在數(shù)字測圖中,由于測站到鏡站距離比較遠(yuǎn),配備對(duì)講機(jī)是必要的。在野外采集數(shù)據(jù)之前,通常要對(duì)測區(qū)進(jìn)行“作業(yè)區(qū)”劃分。在數(shù)據(jù)采集之前,最好提前將測區(qū)的全部已知成果輸入電子手簿或便攜機(jī),以方便調(diào)用。4.1.2

野外數(shù)據(jù)采集2023/11/1312使用全站儀實(shí)施大比例尺野外數(shù)字測圖,作業(yè)方式可區(qū)分為測記法電子平板法一步測量法1

測記法施測2023/11/1313測記法數(shù)據(jù)采集,每作業(yè)組一般需:儀器觀測員(兼記錄員)1名繪草圖領(lǐng)鏡(尺)員1名立鏡(尺)員1~2名其中繪草圖領(lǐng)鏡員是作業(yè)組的指揮者,需技術(shù)全面的人擔(dān)任。2023/11/13142

電子平板法施測2023/11/1315電子平板法測圖時(shí),作業(yè)人員一般配置為:觀測員1名電子平板(便攜機(jī))操作人員1名跑尺員1~2名其中電子平板操作員為測圖小組的指揮。2023/11/13162023/11/13173

一步測量法2023/11/1318利用電子平板測圖,除了可按傳統(tǒng)的作業(yè)程序進(jìn)行施測以外,還可以采用圖根導(dǎo)線與碎部測量同時(shí)作業(yè)的“一步測量法”。即在一個(gè)測站上,先測導(dǎo)線的數(shù)據(jù),接著就測碎部點(diǎn)。這是一種少安置一輪儀器、少跑一輪路,大大提高外業(yè)工作效率的測量方法。電子手簿數(shù)字化儀掃描儀數(shù)控繪圖儀2023/11/13194.1.3

測量其它硬件電子手簿1、定義在地面數(shù)字測圖系統(tǒng)中,野外測量數(shù)據(jù)

的采集與存儲(chǔ)設(shè)備習(xí)慣上稱為電子手簿。

2、功能有的只具有記錄功能,有的不僅具有記錄功能,還有處理數(shù)據(jù)的功能。2023/11/1320電子手簿3、類型(硬件)儀器內(nèi)藏的存儲(chǔ)模塊或插入式磁卡儀器廠家生產(chǎn)的與全站儀相配套的專用電子手簿以通用的袖珍計(jì)算機(jī)或掌上電腦為依托開發(fā)的電子手簿4、分類1)固有程序型2023/11/1321進(jìn)行各種野外測量,都按電子手簿中事先編好的操作程序一步一步地進(jìn)行,并能同時(shí)得到點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。2)可編程序型除具有獲取存儲(chǔ)觀測值的功能外,還具有編程語言模塊,用戶可根據(jù)需要自行編制測量程序,測量時(shí)選擇調(diào)用。2)復(fù)合型電子手簿2023/11/1322主要功能(以NFSB電子手簿為例)接收處理全站儀觀測數(shù)據(jù)接收處理采用其它測量方法得到的觀測數(shù)據(jù)與微機(jī)通訊把繪圖儀當(dāng)作數(shù)字化儀使用可隨時(shí)進(jìn)行反算和檢測快速放樣平差計(jì)算面積量算土方量算驅(qū)動(dòng)功能展繪功能計(jì)算道路曲線數(shù)字化儀定義從圖紙上獲取數(shù)據(jù)的過程稱為圖數(shù)轉(zhuǎn)換或模數(shù)轉(zhuǎn)換,也稱數(shù)字化。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的儀器稱為數(shù)字化儀。分類按自動(dòng)化程度:手扶跟蹤式、半自動(dòng)跟蹤式和自動(dòng)掃描式數(shù)字化儀按數(shù)據(jù)格式:矢量式和柵格式數(shù)字化儀按數(shù)字化臺(tái)面形狀:平臺(tái)式和滾筒式數(shù)字化儀2023/11/1323數(shù)字化儀2023/11/1324手扶跟蹤數(shù)字化儀對(duì)原圖的清晰度要求不

高,可對(duì)要素有選擇地進(jìn)行數(shù)字化,數(shù)據(jù)處理較簡單,但工作量比較大,時(shí)間稍長就容易引起作業(yè)員研究疲勞。若圖面清晰(反差大),數(shù)字化要素較多時(shí),可利用自動(dòng)掃描數(shù)字化儀(簡稱掃描儀)進(jìn)行數(shù)字化。掃描儀可以將圖形、圖象(黑白或彩色)快速、高精度地?cái)?shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)。掃描儀2023/11/1325掃描類型Lineart(二值):線劃圖

Grayscale(灰度):彩色圖數(shù)據(jù)格式Lineart(二值):Tiff,BMP等Grayscale(灰度):Tiff及JPEG等分辨率一般掃描線劃圖選用分辨率大于等于400dpi的,掃描圖象則選用分辨率大于等于300dpi的。數(shù)控繪圖儀2023/11/1326一、概述數(shù)控繪圖儀是機(jī)助成圖系統(tǒng)常用的圖形輸出設(shè)備。數(shù)控繪圖儀(亦稱自動(dòng)繪圖儀,簡稱繪圖

儀)的基本功能是將計(jì)算機(jī)繪制的數(shù)字地圖實(shí)現(xiàn)

數(shù)-圖的轉(zhuǎn)換。數(shù)控繪圖儀近年來發(fā)展異常迅速,它已成為一種重要的工具。它不僅在測繪行業(yè),

而且在飛機(jī)、造船、建筑等各工業(yè)部門以及氣象、地理等各專用部門都有廣泛應(yīng)用。數(shù)控繪圖儀2023/11/1327二、分類按外形:滾筒式繪圖儀和平臺(tái)式(平板式)繪圖儀;按驅(qū)動(dòng)方式:步進(jìn)電機(jī)繪圖儀、伺服電機(jī)繪圖儀和平面電機(jī)繪圖儀;按繪圖效果:筆式、光學(xué)式、靜電式、噴墨式等;按繪圖方式:矢量式繪圖儀、柵格式繪圖儀、打印機(jī)繪圖儀等。繪圖儀的性能指標(biāo)AC2023/11/1328B1、精度矢量繪圖儀精度包括:定位精度、重復(fù)精度、動(dòng)態(tài)精度和總精度,通常以誤差的大小來描述精度的高低。1)定位誤差如圖,當(dāng)繪圖筆從A點(diǎn)繪到B點(diǎn),由于系統(tǒng)誤差的存在,使繪圖筆不到B點(diǎn),而是落在C點(diǎn)或D點(diǎn),其偏差BC或BD定義為繪圖儀的定位誤差。目前繪圖儀的定位精度達(dá)到+0.1~0.001mm。D繪圖儀的性能指標(biāo)2)重復(fù)誤差如下圖,當(dāng)繪圖筆以A點(diǎn)繪直線段到B點(diǎn),再由B點(diǎn)返回到A點(diǎn),繪圖筆尖不能準(zhǔn)確地回到A點(diǎn),而是C點(diǎn),則AC定義為繪圖儀的重復(fù)誤差,通常在

0.02mm以下。3)動(dòng)態(tài)誤差一般用所畫直線的抖動(dòng)、起調(diào)量以及圓的橢圓度來衡量。在繪圖儀的所有誤差中,以動(dòng)態(tài)誤差占的比重最大。4)總精度在圖臺(tái)全長移動(dòng)的積累誤差。A2023/11/1329CB繪圖儀的性能指標(biāo)2023/11/13302、速度和加速度速度主要是指繪圖頭作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)能達(dá)到的最高速度,它取決于運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量和電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率。3、分辨率對(duì)于矢量繪圖儀,分辨率為繪圖筆一次移動(dòng)的步距。步距越小,所繪圖形的曲線在視覺上越顯得光滑。步距的范圍常在0.001~0.1mm之間。對(duì)于

柵格和噴墨繪圖儀,分辨率為象元大小,用dpi或每毫米象元數(shù)表示。柵格:

40dot/mm(0.025mm)~72dot/mm(0.014mm),即在1000dpi以上。噴墨:300dpi和600dpi兩種。4、幅面指繪圖儀最大有效繪圖面積,它是反映繪圖儀大小的指標(biāo)。廠家標(biāo)稱幅面一般用最大繪圖長寬尺寸表示,如日本DPX-330繪圖儀最大繪圖尺寸為

864mm-594mm。通常人們又用紙張的標(biāo)號(hào)來表示繪圖儀的大?。ˋ0/A1/A2/A3)。觀看碎部測量2023/11/13314.2

碎部點(diǎn)坐標(biāo)測算方法及數(shù)學(xué)2023/11/1332原理4.2.1

全儀器法4.2.2 半儀器法(方向交會(huì)法)4.2.3

勘丈法4.2.4

計(jì)算法測算法2023/11/1333碎部點(diǎn)坐標(biāo)“測算法”的基本思想是:在野外數(shù)據(jù)采集時(shí),利用全站儀適當(dāng)用極坐標(biāo)法或照準(zhǔn)偏心法測定一些“基本碎部點(diǎn)”,再用半儀器法(只測方向)、勘丈法(只丈量距離)測定一部分碎部點(diǎn)的位置(坐標(biāo)),最后充分利用直線、直角、平行、對(duì)稱、全等等幾何特征,在室內(nèi)(或現(xiàn)場)計(jì)算出所有碎部點(diǎn)的坐標(biāo)。事實(shí)上,只要用幾何作圖法能夠確定出位置的點(diǎn),都可以用“測算法”求出點(diǎn)的坐標(biāo)?!盎舅椴奎c(diǎn)”指能滿足各種測定碎部點(diǎn)方法(除極坐標(biāo)法)的必要起算點(diǎn),如本節(jié)圖中的A,B,C,D等點(diǎn)就是基本碎部點(diǎn)。在數(shù)字化測圖中,只要靈活應(yīng)用各種碎部點(diǎn)測算法,需要測定的基本碎部點(diǎn)并不很多,對(duì)于較規(guī)則的市區(qū)更是如此。4.2.1全儀器法2023/11/13341

南方全站儀提供的測量功能2

極坐標(biāo)法3

照準(zhǔn)偏心法延長偏心法 距離偏心法 角度偏心法1

南方全站儀提供的測量功能2023/11/1335三維坐標(biāo)測量2023/11/1336懸高測量2023/11/1337距離放樣2023/11/1338αABBAαABAαABBBAαABBAαABBAαBA39鄂州大學(xué)建筑工程系楊國根坐標(biāo)方位角:由坐標(biāo)縱軸的北端順時(shí)針量到直線位置時(shí)所夾的水平角稱為方位角;0o~360o。⒉象限角由縱線的北端或南端順時(shí)針或逆時(shí)針量到直線位置時(shí)所夾的水平銳角;用R表示0~90。RABBYAXRABBYAXαABαABRABBYAXRABBYAXαABαAB40鄂州大學(xué)建筑工程系楊國根第一象限:α

=

R

第二象限:

α

+

R

=

180第三象限:

α

-

R

=

180第四象限:α

+

R

=

3602023/11/13411

極坐標(biāo)法

Xi

=

Xz+Di·cos(Lzi)Yi

=

Yz+

Di·sin(Lzi)Hi

=

Hz

Di·cos(Ti)+I(xiàn)-

Razi=az0+Li(aij為坐標(biāo)方位角)Dzi

=Szi·sin(Ti)若使用視距法,設(shè)視距間距為l,則Dzi=kl·sin2(Ti),其k=100極坐標(biāo)法如圖所示,A為測站點(diǎn),B為定向點(diǎn),已知A(160,100,50),儀器高

,棱鏡高方位角,,測得水平角,A點(diǎn)測得P點(diǎn)的豎直角 ,Z平面距離 ,求P點(diǎn)坐標(biāo)。第一步:計(jì)算第二步:求,第三步:求P點(diǎn)坐標(biāo)為(260,273.2,250.1)測量算法算例1:極坐標(biāo)2023/11/1345當(dāng)前測站

B

點(diǎn)坐標(biāo)為(

0

10

),后視點(diǎn)A

坐標(biāo)為(0,0),儀器高和標(biāo)桿高均為1米,測得4點(diǎn)的水平角為135.0000度,平距為

15.000米,測得19點(diǎn)的水平角為152.0821度,平距為11.997米求4點(diǎn)和19點(diǎn)的坐標(biāo)。2

照準(zhǔn)偏心法延長偏心法、距離偏心法、角度偏心法。直線延長偏心法Z為測站點(diǎn),欲測定B點(diǎn),但Z,B間不通規(guī)。此時(shí)可在地物邊線方向找B′(或B“)點(diǎn)作為輔助點(diǎn),先用極坐標(biāo)法測定其坐標(biāo),再用鋼尺量取BB′(或BB”)的距離DBB′,即可求出B點(diǎn)的坐標(biāo):2023/11/1346距離偏心法欲測定B點(diǎn),但B點(diǎn)不能立標(biāo)尺或反光鏡,可

先用極坐標(biāo)法測定偏心點(diǎn)Bi(水平角讀數(shù)為Li,水平距離為SZBi),再丈量偏心點(diǎn)Bi到目標(biāo)點(diǎn)

B的距離△Si,即可求出目標(biāo)點(diǎn)B的坐標(biāo)。2023/11/1347角度偏心法欲測定目標(biāo)點(diǎn)B,由于B點(diǎn)無法到達(dá)或

B點(diǎn)無法立鏡,將棱鏡安置在離儀器到目標(biāo)B相同水平距離的另一個(gè)合適的目標(biāo)點(diǎn)Bi上進(jìn)行測量,先測定至棱鏡的距離(DZB=DZBi),然后轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)待測目標(biāo)點(diǎn)Bi,讀取水平角LB,則測得B點(diǎn)坐標(biāo)為:2023/11/13484.2.2 半儀器法(方向交會(huì)法)2023/11/13491方向直線交會(huì)法2方向直角交會(huì)法1方向直線交會(huì)法A,B為已知點(diǎn),欲測定i點(diǎn),照準(zhǔn)i點(diǎn),讀取方向值Li,用戎格公式可計(jì)算出i點(diǎn)坐標(biāo),2023/11/13502方向直角交會(huì)法測出兩個(gè)房角點(diǎn)A、B后,只要連續(xù)照準(zhǔn)角點(diǎn)1,2,3,…,分別讀取方向值Li,就可連續(xù)求出照準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)。2023/11/13514.2.3

勘丈法2023/11/13521

直角坐標(biāo)法2

距離交會(huì)法3

距離直線交會(huì)法4

直線內(nèi)插法5

定向直角拆線法6

無定向直角拆線法1直角坐標(biāo)法已知A、B兩點(diǎn),欲測碎部點(diǎn)i,則以AB為軸線,自碎部點(diǎn)i向軸線作垂線(由直角棱鏡定垂足)。假設(shè)以A為原點(diǎn),只要量測得到原點(diǎn)A至垂足di的距離ai和垂線的長度bi,就可求得碎部點(diǎn)I的位置。2023/11/1353直角坐標(biāo)法如圖,已知A(0,0),B(100,173.2),P點(diǎn)到AB的距離,A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離,求P點(diǎn)坐標(biāo)。第一步:計(jì)算方位角第二步:計(jì)算方位角第三步:求A、B間距離第四步:求2距離交會(huì)法已知碎部點(diǎn)A,B,欲測碎部點(diǎn)P,則可分別量取P至A,B點(diǎn)的距離D1,D2,即可求得P點(diǎn)的坐標(biāo)。再根據(jù)戎格公式即可求得XP、YP。2023/11/13573距離直線交會(huì)法A,B,C為已知碎部點(diǎn),欲測1,2,3,…,i各點(diǎn),量取C至各待測點(diǎn)的距離D1,D2,D3,…,Di即可求出各點(diǎn)的坐標(biāo):2023/11/13584直線內(nèi)插法已知A,B兩點(diǎn),欲測定AB直線上1,2,3,…,i各點(diǎn),可分別量取相鄰點(diǎn)間的距離DA1,D12,D23等,從而求出各內(nèi)插點(diǎn)的坐標(biāo)。

DAi=

DA1+

D12+

D23+…+Di-1,i2023/11/1359直線內(nèi)插法如圖,已知點(diǎn)A(10,10),B(500,500),點(diǎn)1,2,…,i在直線AB上。分別測得距離,,求點(diǎn)1,2,…,i的坐標(biāo)。第一步:計(jì)算方位角第二步:計(jì)算距離…第三步:求待定點(diǎn)坐標(biāo)…2023/11/13645定向直角拆線法已知A,B兩點(diǎn),欲求1,2,3…,i各點(diǎn),可分別量取各邊邊長D1,D2,…,Di即可依次推出各點(diǎn)坐標(biāo):定向直角拆線法如圖,已知A(0,0),B(0,10),測得距離,,,,,求點(diǎn)1,2,3,4,的坐標(biāo)。第一步:計(jì)算方位角第二步:求觀測值的改正數(shù)第三步:求坐標(biāo)根據(jù)公式(1)計(jì)算1,2,3,4的坐標(biāo)(1)2(5.02,15)1(5.02

,10)3(10.04,15)4(10.04,0)測量算法算例:定向直角拆線法已知B點(diǎn)坐標(biāo)為(0,10),A坐標(biāo)為(0,0),量測得B點(diǎn)到20點(diǎn)的長度為5.00米,20點(diǎn)到21點(diǎn)坐標(biāo)為7.00米,21點(diǎn)到22點(diǎn)坐標(biāo)為5.00米求20點(diǎn)、21點(diǎn)、22點(diǎn)的坐標(biāo)。2023/11/13696

無定向直角拆線法已知碎部點(diǎn)A,B,求其它房角點(diǎn),只要丈量出各邊的邊長,即可求出各角點(diǎn)的坐標(biāo)。假設(shè)同方向的邊長代數(shù)和分別為a,b,其中a為1,3,5,7,9各邊的代數(shù)和;b為2,4,6,8,10各邊的代數(shù)和,則2023/11/13702023/11/13714.2.4計(jì)算法2023/11/13721

矩形計(jì)算法2

垂足計(jì)算法3

直線相交法4

平行線法5

對(duì)稱點(diǎn)法6

平移圖形法1

矩形計(jì)算法已知A,B,C三個(gè)房角點(diǎn),求第四個(gè)房角點(diǎn),2023/11/1373四解析計(jì)算題現(xiàn)進(jìn)行房屋測量,假設(shè)測量點(diǎn)P的坐標(biāo)表示方法為P(E/東,N/北)或者P(Y,X),現(xiàn)進(jìn)行計(jì)算:(1)如圖已知A(-30,79.282),B(10,10),C(96.603,

60)三個(gè)房角點(diǎn)坐標(biāo),求第四個(gè)房角點(diǎn)4的坐標(biāo)(給出所用計(jì)算方法名稱、計(jì)算公式及計(jì)算步驟)?(1)使用矩形計(jì)算法,計(jì)算公式如右:

X4=Xa-Xb+Xc=79.282-10+60=129.282Y4=Ya-Yb+Yc=-30-10+96.603=56.603即4(56.603,129.282)2023/11/13742

垂足計(jì)算法已知碎部點(diǎn)A,B,3,4,5,6,且33′⊥AB,44′⊥AB,55′⊥AB,66′⊥AB,求3′,4′,5′,6′各點(diǎn),則可由式(3-21)計(jì)算得到其坐標(biāo):

k=(YB-YA)/(XB-XA)

相對(duì)于縱坐標(biāo)軸斜率5′

6′

BA

3′

4′3

45

6

2023/11/1375一般軟件中表示2023/11/1376如圖已知4點(diǎn)坐標(biāo)為(-5.00,8.66),1點(diǎn)坐標(biāo)為(0.00,0.00),5點(diǎn)坐標(biāo)為(10.49,11.83),量測得5點(diǎn)到6點(diǎn)長度為5.00米,求2點(diǎn)、6點(diǎn)的坐標(biāo)。使用垂足計(jì)算法:k=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)=-(X4-X1)/(Y4-Y1)=-(8.66-0)/(-5.0-0)=1.732;X2=(Y5-Y1+X1*k+X5/k)/(k+1/k)=(10.49-0+0+11.83/1.732)

/(1.732+1/1.732)

=7.50;Y2=Ya+(X2-Xa)*k=X2*k=7.50*1.732=12.99所以2點(diǎn)坐標(biāo)為(12.99,7.50),使用定向直角拆線法,計(jì)算公式如下:

=(Y5-Y2)/(X5-X2)=

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