Funktionales Modell Tachymeter überarbeitet
This commit is contained in:
@@ -12,6 +12,256 @@ class FunktionalesModell:
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self.dict_punkt_symbole = {}
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def jacobi_matrix_symbolisch(self):
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liste_beobachtungsarten = ["tachymeter_distanz", "tachymeter_richtung", "tachymeter_zenitwinkel"]
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#liste_beobachtungsarten = ["tachymeter_distanz", "tachymeter_richtung"]
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db_zugriff = Datenbankzugriff(self.pfad_datenbank)
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liste_beobachtungen_rohdaten = []
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liste_punktnummern =[]
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liste_orientierungsunbekannte = []
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for beobachtungsart in liste_beobachtungsarten:
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liste_id_standpunkt_zielpunkt = db_zugriff.get_beobachtungen_id_beobachtungsgruppe_standpunkt_zielpunkt(beobachtungsart)
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for beobachtungenID, beobachtungsgruppeID, standpunkt, zielpunkt in liste_id_standpunkt_zielpunkt:
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liste_beobachtungen_rohdaten.append(
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(beobachtungsart, beobachtungenID, beobachtungsgruppeID, standpunkt, zielpunkt)
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)
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if standpunkt not in liste_punktnummern:
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liste_punktnummern.append(standpunkt)
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if zielpunkt not in liste_punktnummern:
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liste_punktnummern.append(zielpunkt)
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if beobachtungsart == "tachymeter_richtung":
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if beobachtungsgruppeID not in liste_orientierungsunbekannte:
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liste_orientierungsunbekannte.append(beobachtungsgruppeID)
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if liste_beobachtungen_rohdaten == []:
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return None
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#dict_punkt_symbole = {}
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liste_unbekannte = []
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for punkt in liste_punktnummern:
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X, Y, Z = sp.symbols(f"X{punkt} Y{punkt} Z{punkt}")
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self.dict_punkt_symbole[punkt] = (X, Y, Z)
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liste_unbekannte.append(X)
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liste_unbekannte.append(Y)
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liste_unbekannte.append(Z)
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dict_orientierung_symbole = {}
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for orientierungsunbekannte in liste_orientierungsunbekannte:
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O = sp.symbols(f"O{orientierungsunbekannte}")
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dict_orientierung_symbole[orientierungsunbekannte] = O
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liste_unbekannte.append(O)
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liste_beobachtungsgleichungen_distanz =[]
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liste_zeilenbeschriftungen_distanz = []
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liste_A_richtung_zeilen = []
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liste_zeilenbeschriftungen_richtung = []
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liste_A_zenitwinkel_zeilen = []
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liste_zeilenbeschriftungen_zenitwinkel = []
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for beobachtungsart, beobachtungenID, beobachtungsgruppeID, standpunkt, zielpunkt in liste_beobachtungen_rohdaten:
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X_sp, Y_sp, Z_sp = self.dict_punkt_symbole[standpunkt]
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X_zp, Y_zp, Z_zp = self.dict_punkt_symbole[zielpunkt]
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B_sp, L_sp = sp.symbols(f"B{standpunkt} L{standpunkt}")
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# Symbole für die Beobachtungswerte (werden später numerisch substituiert)
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alpha = sp.symbols(f"{beobachtungenID}_R_{beobachtungsgruppeID}_{standpunkt}_{zielpunkt}")
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zw = sp.symbols(f"{beobachtungenID}_ZW_{beobachtungsgruppeID}_{standpunkt}_{zielpunkt}")
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s = sp.symbols(f"{beobachtungenID}_SD_{beobachtungsgruppeID}_{standpunkt}_{zielpunkt}")
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if beobachtungsart == "tachymeter_distanz":
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beobachtungsgleichung = sp.sqrt((X_zp - X_sp) ** 2 + (Y_zp - Y_sp) ** 2 + (Z_zp - Z_sp) ** 2)
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liste_beobachtungsgleichungen_distanz.append(beobachtungsgleichung)
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liste_zeilenbeschriftungen_distanz.append(
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f"{beobachtungenID}_SD_{beobachtungsgruppeID}_{standpunkt}_{zielpunkt}")
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elif beobachtungsart == "tachymeter_richtung":
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# Richtung nach Otepka: r = a12 + O
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# dB und dL werden bewusst weggelassen
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dX = X_zp - X_sp
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dY = Y_zp - Y_sp
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dZ = Z_zp - Z_sp
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# Lokales System: x_loc = Nord, y_loc = Ost
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x_loc = (-sp.sin(B_sp) * sp.cos(L_sp)) * dX + (-sp.sin(B_sp) * sp.sin(L_sp)) * dY + (sp.cos(B_sp)) * dZ
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y_loc = (-sp.sin(L_sp)) * dX + (sp.cos(L_sp)) * dY
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# Otepka-Nenner: s12 * sin(zw12) = sqrt(x_loc^2 + y_loc^2)
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s_horiz = sp.sqrt(x_loc ** 2 + y_loc ** 2)
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# sin(t12), cos(t12) im Horizontsystem (t12 = Azimut, rechtsdrehend, Bezug Nord)
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sin_t = y_loc / s_horiz
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cos_t = x_loc / s_horiz
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# Partielle Ableitungen nach Otepka (15) ohne dB und dL
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d_r_dX_zp = (sp.sin(B_sp) * sp.cos(L_sp) * sin_t - sp.sin(L_sp) * cos_t) / s_horiz
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d_r_dY_zp = (sp.sin(B_sp) * sp.sin(L_sp) * sin_t + sp.cos(L_sp) * cos_t) / s_horiz
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d_r_dZ_zp = (-sp.cos(B_sp) * sin_t) / s_horiz
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# Standpunkt-Ableitungen (SP) = negatives Vorzeichen
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d_r_dX_sp, d_r_dY_sp, d_r_dZ_sp = -d_r_dX_zp, -d_r_dY_zp, -d_r_dZ_zp
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# Orientierung: r = a + O => ∂r/∂O = -1
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d_r_dO_sp = -1
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zeile_A_Matrix = []
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for punkt in liste_punktnummern:
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if punkt == standpunkt:
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zeile_A_Matrix.extend([d_r_dX_sp, d_r_dY_sp, d_r_dZ_sp])
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elif punkt == zielpunkt:
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zeile_A_Matrix.extend([d_r_dX_zp, d_r_dY_zp, d_r_dZ_zp])
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else:
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zeile_A_Matrix.extend([0, 0, 0])
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for orientierung in liste_orientierungsunbekannte:
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zeile_A_Matrix.append(d_r_dO_sp if orientierung == beobachtungsgruppeID else 0)
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liste_A_richtung_zeilen.append(zeile_A_Matrix)
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liste_zeilenbeschriftungen_richtung.append(
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f"{beobachtungenID}_R_{beobachtungsgruppeID}_{standpunkt}_{zielpunkt}"
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)
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elif beobachtungsart == "tachymeter_zenitwinkel":
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# Zenitwinkel nach Otepka (16), dB und dL bewusst weggelassen
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dX = X_zp - X_sp
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dY = Y_zp - Y_sp
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dZ = Z_zp - Z_sp
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s_geom = sp.sqrt(dX ** 2 + dY ** 2 + dZ ** 2)
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z_loc = (sp.cos(B_sp) * sp.cos(L_sp)) * dX + (sp.cos(B_sp) * sp.sin(L_sp)) * dY + (sp.sin(B_sp)) * dZ
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cos_zw = z_loc / s_geom
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sin_zw = sp.sqrt(1 - cos_zw ** 2)
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denom = (s_geom ** 2) * sin_zw
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d_zw_dX_zp = (dX * cos_zw - s_geom * sp.cos(B_sp) * sp.cos(L_sp)) / denom
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d_zw_dY_zp = (dY * cos_zw - s_geom * sp.cos(B_sp) * sp.sin(L_sp)) / denom
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d_zw_dZ_zp = (dZ * cos_zw - s_geom * sp.sin(B_sp)) / denom
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d_zw_dX_sp, d_zw_dY_sp, d_zw_dZ_sp = -d_zw_dX_zp, -d_zw_dY_zp, -d_zw_dZ_zp
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zeile_A_Matrix = []
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for punkt in liste_punktnummern:
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if punkt == standpunkt:
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zeile_A_Matrix.extend([d_zw_dX_sp, d_zw_dY_sp, d_zw_dZ_sp])
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||||
elif punkt == zielpunkt:
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||||
zeile_A_Matrix.extend([d_zw_dX_zp, d_zw_dY_zp, d_zw_dZ_zp])
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||||
else:
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||||
zeile_A_Matrix.extend([0, 0, 0])
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# Zenitwinkel hat keine Orientierungsunbekannte
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for orientierung in liste_orientierungsunbekannte:
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zeile_A_Matrix.append(0)
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liste_A_zenitwinkel_zeilen.append(zeile_A_Matrix)
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liste_zeilenbeschriftungen_zenitwinkel.append(
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f"{beobachtungenID}_ZW_{beobachtungsgruppeID}_{standpunkt}_{zielpunkt}"
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)
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if liste_beobachtungsgleichungen_distanz:
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f_matrix_dist = sp.Matrix(liste_beobachtungsgleichungen_distanz)
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unbekanntenvektor = sp.Matrix(liste_unbekannte)
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A_dist = f_matrix_dist.jacobian(unbekanntenvektor)
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else:
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A_dist = None
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if liste_A_richtung_zeilen:
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A_richtung = sp.Matrix(liste_A_richtung_zeilen)
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else:
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A_richtung = None
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if liste_A_zenitwinkel_zeilen:
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A_zenitwinkel = sp.Matrix(liste_A_zenitwinkel_zeilen)
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else:
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A_zenitwinkel = None
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A_gesamt = None
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liste_zeilenbeschriftungen_gesamt = []
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||||
if A_dist is not None:
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A_gesamt = A_dist
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liste_zeilenbeschriftungen_gesamt.extend(liste_zeilenbeschriftungen_distanz)
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||||
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||||
if A_richtung is not None:
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||||
if A_gesamt is None:
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||||
A_gesamt = A_richtung
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||||
else:
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||||
A_gesamt = A_gesamt.col_join(A_richtung)
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||||
liste_zeilenbeschriftungen_gesamt.extend(liste_zeilenbeschriftungen_richtung)
|
||||
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||||
if A_zenitwinkel is not None:
|
||||
if A_gesamt is None:
|
||||
A_gesamt = A_zenitwinkel
|
||||
else:
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||||
A_gesamt = A_gesamt.col_join(A_zenitwinkel)
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||||
liste_zeilenbeschriftungen_gesamt.extend(liste_zeilenbeschriftungen_zenitwinkel)
|
||||
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||||
if A_gesamt is None:
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return None
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||||
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||||
self.liste_unbekanntenvektor_symbolisch = liste_unbekannte
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||||
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||||
Export.matrix_to_csv(r"Zwischenergebnisse\Jacobi_Matrix_Symbolisch.csv", liste_unbekannte,
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||||
liste_zeilenbeschriftungen_gesamt, A_gesamt, "Beobachtung")
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||||
return A_gesamt, liste_unbekannte, liste_zeilenbeschriftungen_gesamt
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||||
def jacobi_matrix_symbolisch_alt(self):
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||||
#liste_beobachtungsarten = ["tachymeter_distanz", "tachymeter_richtung", "tachymeter_zenitwinkel"]
|
||||
liste_beobachtungsarten = ["tachymeter_distanz", "tachymeter_richtung"]
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||||
db_zugriff = Datenbankzugriff(self.pfad_datenbank)
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||||
@@ -187,7 +437,7 @@ class FunktionalesModell:
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||||
Export.matrix_to_csv(r"Zwischenergebnisse\Beobachtungsvektor_Numerisch.csv", [""], liste_beobachtungsvektor_symbolisch, beobachtungsvektor_numerisch, "Beobachtungsvektor")
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||||
return beobachtungsvektor_numerisch
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||||
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||||
def beobachtungsvektor_naeherung_symbolisch(self, liste_beobachtungsvektor_symbolisch):
|
||||
def beobachtungsvektor_naeherung_symbolisch_alt(self, liste_beobachtungsvektor_symbolisch):
|
||||
liste_beobachtungsgleichungen = []
|
||||
self.dict_punkt_symbole = {}
|
||||
liste_punktnummern = []
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||||
@@ -224,6 +474,105 @@ class FunktionalesModell:
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||||
+ (Z_zp - Z_sp) ** 2
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||||
)
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||||
liste_beobachtungsgleichungen.append(beobachtungsgleichung)
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||||
elif beobachtungsart == "R":
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||||
X_sp, Y_sp, Z_sp = self.dict_punkt_symbole[standpunkt]
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||||
X_zp, Y_zp, Z_zp = self.dict_punkt_symbole[zielpunkt]
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||||
dX = X_zp - X_sp
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||||
dY = Y_zp - Y_sp
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||||
dZ = Z_zp - Z_sp
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||||
B_sp = sp.Symbol(f"B{standpunkt}")
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||||
L_sp = sp.Symbol(f"L{standpunkt}")
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||||
O_sp = sp.Symbol(f"O{beobachtungsgruppeID}")
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||||
x = (-sp.sin(B_sp) * sp.cos(L_sp)) * dX + (-sp.sin(B_sp) * sp.sin(L_sp)) * dY + (sp.cos(B_sp)) * dZ
|
||||
y = (-sp.sin(L_sp)) * dX + (sp.cos(L_sp)) * dY
|
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||||
a12 = sp.atan2(y, x)
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||||
beobachtungsgleichung = a12 - O_sp
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||||
liste_beobachtungsgleichungen.append(beobachtungsgleichung)
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||||
beobachtungsvektor_naeherung_symbolisch = sp.Matrix(liste_beobachtungsgleichungen)
|
||||
Export.matrix_to_csv(r"Zwischenergebnisse\Beobachtungsvektor_Näherung_Symbolisch.csv", [""],
|
||||
liste_beobachtungsvektor_symbolisch, beobachtungsvektor_naeherung_symbolisch, "Beobachtungsvektor")
|
||||
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||||
return beobachtungsvektor_naeherung_symbolisch
|
||||
|
||||
def beobachtungsvektor_naeherung_symbolisch(self, liste_beobachtungsvektor_symbolisch):
|
||||
liste_beobachtungsgleichungen = []
|
||||
self.dict_punkt_symbole = {}
|
||||
liste_punktnummern = []
|
||||
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||||
for beobachtung_symbolisch in liste_beobachtungsvektor_symbolisch:
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||||
aufgeteilt = beobachtung_symbolisch.split("_")
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||||
standpunkt = str(aufgeteilt[3])
|
||||
zielpunkt = str(aufgeteilt[4])
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||||
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||||
if standpunkt not in liste_punktnummern:
|
||||
liste_punktnummern.append(standpunkt)
|
||||
if zielpunkt not in liste_punktnummern:
|
||||
liste_punktnummern.append(zielpunkt)
|
||||
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||||
for punkt in liste_punktnummern:
|
||||
X, Y, Z = sp.symbols(f"X{punkt} Y{punkt} Z{punkt}")
|
||||
self.dict_punkt_symbole[str(punkt)] = (X, Y, Z)
|
||||
|
||||
for beobachtung_symbolisch in liste_beobachtungsvektor_symbolisch:
|
||||
aufgeteilt = beobachtung_symbolisch.split("_")
|
||||
#beobachtungen_ID = aufgeteilt[0]
|
||||
beobachtungsart = aufgeteilt[1] # "SD", "R", "ZW"
|
||||
beobachtungsgruppeID = aufgeteilt[2]
|
||||
standpunkt = str(aufgeteilt[3])
|
||||
zielpunkt = str(aufgeteilt[4])
|
||||
|
||||
X_sp, Y_sp, Z_sp = self.dict_punkt_symbole[standpunkt]
|
||||
X_zp, Y_zp, Z_zp = self.dict_punkt_symbole[zielpunkt]
|
||||
|
||||
dX = X_zp - X_sp
|
||||
dY = Y_zp - Y_sp
|
||||
dZ = Z_zp - Z_sp
|
||||
s = sp.sqrt(dX ** 2 + dY ** 2 + dZ ** 2) # Schrägstrecke
|
||||
|
||||
B_sp = sp.Symbol(f"B{standpunkt}")
|
||||
L_sp = sp.Symbol(f"L{standpunkt}")
|
||||
|
||||
if beobachtungsart == "SD":
|
||||
|
||||
s_geom = sp.sqrt(dX ** 2 + dY ** 2 + dZ ** 2)
|
||||
liste_beobachtungsgleichungen.append(s_geom)
|
||||
|
||||
elif beobachtungsart == "R":
|
||||
|
||||
O_sp = sp.Symbol(f"O{beobachtungsgruppeID}")
|
||||
|
||||
# Lokales System: x_loc = Nord, y_loc = Ost
|
||||
x_loc = (-sp.sin(B_sp) * sp.cos(L_sp)) * dX + (-sp.sin(B_sp) * sp.sin(L_sp)) * dY + (sp.cos(B_sp)) * dZ
|
||||
y_loc = (-sp.sin(L_sp)) * dX + (sp.cos(L_sp)) * dY
|
||||
|
||||
a12 = sp.atan2(y_loc, x_loc)
|
||||
|
||||
# Richtung nach Otepka: r = a12 - O
|
||||
liste_beobachtungsgleichungen.append(a12 - O_sp)
|
||||
|
||||
|
||||
elif beobachtungsart == "ZW":
|
||||
|
||||
dX = X_zp - X_sp
|
||||
|
||||
dY = Y_zp - Y_sp
|
||||
|
||||
dZ = Z_zp - Z_sp
|
||||
|
||||
s_geom = sp.sqrt(dX ** 2 + dY ** 2 + dZ ** 2)
|
||||
|
||||
z_loc = (sp.cos(B_sp) * sp.cos(L_sp)) * dX + (sp.cos(B_sp) * sp.sin(L_sp)) * dY + (sp.sin(B_sp)) * dZ
|
||||
|
||||
zw = sp.acos(z_loc / s_geom)
|
||||
|
||||
liste_beobachtungsgleichungen.append(zw)
|
||||
|
||||
beobachtungsvektor_naeherung_symbolisch = sp.Matrix(liste_beobachtungsgleichungen)
|
||||
Export.matrix_to_csv(r"Zwischenergebnisse\Beobachtungsvektor_Näherung_Symbolisch.csv", [""],
|
||||
@@ -284,6 +633,10 @@ class FunktionalesModell:
|
||||
|
||||
def berechnung_dl(self, beobachtungsvektor_numerisch, beobachtungsvektor_naeherung_numerisch):
|
||||
dl = beobachtungsvektor_numerisch - beobachtungsvektor_naeherung_numerisch
|
||||
for i, name in enumerate(liste_beobachtungsvektor_symbolisch):
|
||||
if "_R_" in name:
|
||||
dl[i] = sp.atan2(sp.sin(dl[i]), sp.cos(dl[i])) # wrap auf (-pi, pi]
|
||||
|
||||
return dl
|
||||
|
||||
def dict_substitutionen_uebergeordnetes_system(self, unbekanntenvektor_aus_iteration = None):
|
||||
@@ -319,4 +672,29 @@ class FunktionalesModell:
|
||||
substitutionen[zw] = tachymeter_zenitwinkel
|
||||
substitutionen[s] = tachymeter_distanz
|
||||
|
||||
return substitutionen
|
||||
if unbekanntenvektor_aus_iteration is not None:
|
||||
dict_O = self.unbekanntenvektor_numerisch_to_dict_orientierungen(
|
||||
self.liste_unbekanntenvektor_symbolisch,
|
||||
unbekanntenvektor_aus_iteration
|
||||
)
|
||||
for orientierungs_id, wert in dict_O.items():
|
||||
substitutionen[sp.Symbol(f"O{orientierungs_id}")] = wert
|
||||
else:
|
||||
for standpunkt, zielpunkt, beobachtungenID, beobachtungsgruppeID, *_ in liste_beobachtungen:
|
||||
O_sym = sp.Symbol(f"O{beobachtungsgruppeID}")
|
||||
if O_sym not in substitutionen:
|
||||
substitutionen[O_sym] = 0
|
||||
|
||||
return substitutionen
|
||||
|
||||
def unbekanntenvektor_numerisch_to_dict_orientierungen(self, liste_unbekanntenvektor_symbolisch,
|
||||
unbekanntenvektor_numerisch):
|
||||
dict_O = {}
|
||||
|
||||
for i, symbol in enumerate(liste_unbekanntenvektor_symbolisch):
|
||||
name = str(symbol)
|
||||
if name.startswith("O"):
|
||||
orientierungs_id = name[1:]
|
||||
dict_O[orientierungs_id] = unbekanntenvektor_numerisch[i]
|
||||
|
||||
return dict_O
|
||||
|
||||
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