误差理论与测量平差基础第七章间接平差

1、7-1 间接平差原理 7-2 误差方程 7-3 非线性误差方程的线性化 7-4 精度评定,第七章 间接平差,7-1 间接平差原理 1、函数模型 间接平差的函数模型就是误差方程，其一般形式为 式中： 且,2、随机模型 间接平差的随机模型与条件平差的随机模型相同，即 3、基础方程及其解 误差方程的个数为观测值的个数n，而未知数的个数为n+t n。所以误差方程有无穷组解。而满足 解只有一组。由于向量V是向量 的函数，按数学上求自由极值的方法有：,转置后得： 将此式与误差方程联立，得间接平差的基础方程为： 基础方程的个数与未知数的个数相等，故有唯一解。 为解此基础方程，将第二式代入第一式，消去V，得

2、因为 ，所以上式有唯一解。 令 则,由上式解出参数 后，代入误差方程可得到改正数V。 进而可求得观测值的平差值： 间接平差的计算步骤 1、根据平差问题的性质，选择 t 个独立量作为参数； 2、列出误差方程； 3、组成法方程； 4、解算法方程； 5、计算改正数V； 6、计算观测值的平差值,教材：71，72,习题：7.1.04，7.1.05,7-2 误差方程 间接平差的关键是列误差方程，而列误差方程的关键是选择待估参数（未知数）。,1、未知数的个数 在间接平差中，未知数的个数等于必要观测数t。,2、未知数的选择 选择原则：a、所选取t个待估参数必须相互独立； b、所选取t个待估参数与观测值的函数

3、关系容易写出来。,3、不同情况下未知数的选择及误差方程的列立 （1）、水准网 在水准网平差中，通常选t个待定点的高程平差值作为待估参数。这样选 既足数，又独立， 而且容易写出参数 与观测值之间的函 数关系。如图，选,于是有：,例：水准网如右图所示，已知 =5.000m， =3.953m， =7.650m。各点的近似高程为： 观测值见下表，试列出误差方程。,(m),(m),解：设 于是误差方程为：,习题：7.2.15,（2）、GPS网三维无约束平差 在GPS网三维无约束平差中，常常选某点 i作为参考点，则该点在WGS84系下的三维坐标 、 、 可看作已知数据，其余各点作为待定点。在WGS84系下

4、，要确定一个点的空间位置，需要X、Y、Z三个坐标分量，设GPS网中的总点数为m个，则必要观测数为 ，因此，可选 个点的坐标平差值作为参数。 如图，以A点为参考点，即 已知，则t个参数为：,于是，误差方程为：,（3）、三角网 在三角网平差中，通常选m个待定点的坐标平差值作为待估参数，即t=2m 。 这样选，既足数，又独立， 而且容易写出参数与观测 值之间的函数关系。一般 地，角度观测值可由右图 表示，于是有：,教材：74,习题：7.2.14,例如右图所示的大地 四边形，其必要观测 数为4，图中待定点坐 标也是4，故选：,于是，误差方程为：,（4）、三边网 有足够起算数据的三边网与三角网一样，也是

5、选m个待定点的坐标平差值作为待估参数，即t=2m 。一般地，边长观测值可由下图表示，于是有：,例如在下图，我们选,于是，误差方程为：,教材：75,习题：7.2.16,（5）、导线网 导线网为特殊的边角网，其必要观测数t=2m（m为待定点个数），其观测值为角度观测值和边长观测值两类。所以误差方程也是角度误差方程和边长误差方程两类。可以先列角度误差方程： 再列边长误差方程。,（6）、拟合模型 a、曲线拟合 如图，观测了很多散点，要求将其拟合成一条曲线。设此曲线为：,由于观测值 y 有误差，故由上式可得曲线拟合的误差方程为： b、曲面拟合 曲面拟合在DEM、GPS水准等工作中常常用到。将地面视为一个

6、连续的曲面，则高程可表达为平面坐标的函数，且可用多项式表达为： 由于观测值H有误差，故由上式可得曲面拟合的误差方程为：,c、标准曲线拟合 对于标准曲线，由于其方程已知，其拟合方法有所不同。如图所示，测得m个点的坐标，要求拟合圆曲线。由于圆曲线的参数方程为： 式中： 为圆心坐标，R为半径， 这三个参数是圆的基本参数， 为第i 点矢径的方位角。所以确定一条圆曲线 的必要观测数为t=3+m。在圆周上观测了 n=2m个点的坐标，则r=m-3（ ）。 于是误差方程为：,（7）、坐标变换 不论是GPS， 还是GIS，还是 RS，都会经常用 到坐标变换。测 量中的坐标变换， 一般采用如图所 示的相似变换。,

7、由于两坐标系不是用同一个长度基准定义的，所以长度基准不一定严格相等，即两坐标系的单位长度之比可能为： 于是坐标系 中的长度变换到坐标系 中时应乘以尺度比m。于是： 式中， 为待定参数。由于坐标观测值有误差，于是坐标变换的误差方程可写为：,上图表示某相机在空中对地面进行摄影， uvw为相机本身的坐标系，XYZ为地面坐标系， S为相机镜头中心，SM为相机成像面中心与 镜头中心连线。成像数学关系可以用下式表示：,摄影测量的核心共线方程,相对定向,X,Y,Z,a1(x1,y1),x1,y1,z1,S1,A(X,Y,Z),a2(x2,y2),z2,y2,x2,S2,前方交会,已知4对点的影像坐标和地面坐

8、标：,f=153.24mm，试编程求参数 的最小二乘解,7-3 非线性误差方程的线性化 由以上所列误差方程知，角度观测值的误差方程： 边长观测值的误差方程： 圆曲线的误差方程： 以及坐标变换的误差方程 都是非线性误差方程。都必须线性化。下面介绍线性化的方法。,1、变量代换法 对于坐标变换的误差方程： 令 则有： 上式即为坐标变换的线性误差方程。,2、线性近似 对于角度观测值的误差方程、边长观测值的误差方程和圆曲线的误差方程一般都是采用线性近似的方法线性化。 角度观测值的误差方程： 令： 将,在按台劳级数展开，取至一次项，得 式中：,注意：上式是相对与右图中 三点均为代定点导出的。 1、当图中j

9、点为已知点时， 由于已知点的改正数为零， 即 于是，误差方程变为： 2、当h、k两点为已知点时，由于,则误差方程变为： 3、当h或k点为已知点时，误差方程变为：,或 边长观测值的误差方程： 令： 将,按台劳级数展开，取至一次项，得 式中： 注意：1、若j点为已知点，则上式变为： 2、若k点为已知点，则：,圆曲线的误差方程 令 将 按台劳级数展开，取至一次项，得 式中,例：水准网如下图，观测高差和路线长度为 ： 已知点高程分别为： 用间接平差求 、 点高程平差值。标准答案:,习题：7.2.24， 7.2.25,7-4 精度评定 1、单位权方差的估值 2、 的计算 直接计算： 用常数项计算：,3、基本向量的协因数矩阵 间接平差中，基本向量为观测向量L，参数向量 ，改正数向量V和观测值的平差值向量 。令 =,由协因数传播律得：,展开得： 于是：,4、待定点i的点位中误差 的中误差： 的中误差： i点的点位中误差： 2i-1 和 2i为元素在协因数矩阵中的位置,5、参数估值函数的中误差 设参数估值的函数为： 将上式全微分，得 式中： 所以,教材：76，77，78,习题：7.3.29，7.3.30