测绘教学数据模拟系统 —— 以 RTK 测量的三维坐标作为数学真值，逆向生成符合测量规范格式的水准测量与导线测量观测手簿数据。
教学声明：本系统生成的数据仅供教学演示，不可用于工程验收或成果提交。
本项目面向测绘教学场景，核心目标是：
- 以 RTK 三维坐标/高程为数学真值；
- 逆向构造符合 GB/T 12897、GB/T 12898、GB 50026 等规范格式的水准与导线观测手簿；
- 保证生成的数据在数学上自洽、可通过规范检核、支持平差计算与成果输出；
- 提供文本、Markdown、Excel、JSON 等多种输出格式，并支持可视化。
| 模块 | 功能 |
|---|---|
| 数据模型 | 水准手簿、导线手簿、平差成果等完整数据结构 |
| 逆向生成器 | 从 RTK 真值生成水准/导线观测数据，支持核空间扰动、往返测、非对称误差等 |
| 正向验证器 | 按规范公式验证观测数据，计算高差、方位角、坐标增量、闭合差等 |
| 合规检核器 | 对照规范限差检查视距差、2C 互差、方位角闭合差、全长相对闭合差等 |
| 平差计算 | 简易平差：角度闭合差分配、坐标增量闭合差分配，改正后终点精确归位 |
| 格式化输出 | Markdown 手簿、Excel 工作簿、JSON 序列化、纯文本表格 |
| 可行性预检 | RTK 精度与目标等级可模拟性判定、高程基准转换检查 |
| 可视化 | 基于成果 Markdown 文件生成高程剖面、导线平面图等静态图表 |
- 语言：Python 3.8+
- 数学计算：NumPy
- 数据处理：pandas（可视化脚本使用）
- Excel 输出：openpyxl
- 数据可视化：matplotlib
- 测试：pytest
- 配置：JSON
模拟观测数据CeHui/
├── config/ # 规范参数与观测程序配置
│ ├── config_leveling.json
│ ├── config_observation_program.json
│ └── config_traversing.json
├── docs/ # 设计文档与公理模型
│ ├── axiom_leveling.md
│ ├── axiom_traversing.md
│ └── error_propagation.md
├── output/ # 生成的手簿与可视化成果
│ ├── visualization/ # 可视化图表
│ ├── 二等水准观测手簿.md
│ ├── 二等水准观测手簿.xlsx
│ ├── 一级导线观测手簿.md
│ └── 一级导线观测手簿.xlsx
├── sample/ # 示例 RTK 坐标数据
├── scripts/ # 可执行脚本
│ ├── simulate_forest_farm.py # 林场实习全流程模拟
│ └── visualize_results.py # 成果可视化
├── src/ # 核心源码
│ ├── adjustment/ # 平差计算
│ ├── checkers/ # 合规检核
│ ├── formatters/ # 输出格式化
│ ├── generators/ # 逆向生成器
│ ├── models/ # 数据模型
│ ├── preconditions/ # 可行性预检与高程基准转换
│ └── validators/ # 正向验证器
├── tests/ # pytest 测试集
├── AGENTS.md # 开发阶段总览
├── agents_S2.md # 阶段九至十三记录
├── AGENTS_S3.md # 阶段十四至十七记录
└── kimi.md # 数学推导与可行性分析
本项目核心模块仅依赖 Python 标准库、NumPy 与 openpyxl：
pip install numpy openpyxl运行测试需要 pytest：
pip install pytest可视化脚本需要 pandas 与 matplotlib：
pip install pandas matplotlib注：当前开发环境中，Python 3.8 已预装 pandas 与 matplotlib，可直接通过
py -3.8 scripts/visualize_results.py运行可视化脚本。
python scripts/simulate_forest_farm.py该脚本会生成完整的二等水准往返测手簿与一级附合导线手簿，输出到 output/ 目录。
py -3.8 scripts/visualize_results.py生成的高程剖面图与导线平面图保存于 output/visualization/。
pytest -q当前全量测试：344 项通过。
from src.generators.leveling_generator import generate_leveling_workbook
from src.models.common import LevelingGrade, RouteInfo
route = RouteInfo("BM.A", 100.0, "BM.B", 108.0, total_length_km=1.5)
wb = generate_leveling_workbook(
route=route,
grade=LevelingGrade.GRADE_3,
num_stations=8,
seed=42,
)from src.generators.traversing_generator import generate_traversing_workbook
from src.models.common import TraversingGrade, TraverseInfo
info = TraverseInfo(
start_point_name="B",
end_point_name="G",
start_reference_point="B2",
end_reference_point="G2",
)
wb = generate_traversing_workbook(
traverse_info=info,
grade=TraversingGrade.GRADE_1,
seed=42,
)- 正向映射：观测数据 → 高差/方位角/平距 → 坐标/高程，是一个线性商映射。
- 逆向构造：坐标/高程 → 观测数据，解空间为高维仿射子空间，通过核空间约束采样。
- 核空间约束：扰动不改变核心导出量，是数据自洽的根本。例如水准单面尺中
delta_a = delta_b。 - 平差计算：基于正向解算结果二次解算，分配角度闭合差与坐标增量闭合差，使改正后终点精确归位。
详见 docs/axiom_leveling.md、docs/axiom_traversing.md 与 kimi.md。
- 本系统生成的数据仅供教学演示，不可用于工程验收或成果提交。
- 每个输出文件自动附加数据来源声明与精度等级标注。
- RTK 椭球高与正常高的差异（高程异常 ζ）在数公里范围内可达分米级，若未转换将导致系统性偏差。
- 构造的视距、仪器高与 RTK 测量时的实际空间位置无关，不能反推实际观测站位。
- GB/T 12897-2006：国家一、二等水准测量规范
- GB/T 12898-2009：国家三、四等水准测量规范
- GB 50026-2020：工程测量标准
项目按瀑布式阶段推进，共完成 25 个阶段：
- 阶段一至八：公理模型、规范参数、数据模型、验证器、生成器、检核器、格式化输出、可行性预检
- 阶段九至十三：林场实习观测模式适配（往返测、奇偶站交替、多测回、转点标记、高程基准转换）
- 阶段十四至十七：数据真实性改进（角度/距离分散、可控闭合差、附合导线外部方位基准）
- 阶段十八至二十四：平差计算与成果输出（平差、成果表格式化、端到端测试）
- 阶段二十五：水准往返测非对称误差支持
详见 AGENTS.md 及各阶段实施记录。