第四章 平差数学模型与最小二乘平差原理 (1)
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第一章绪论第二、三章全书的基础知识第四章介绍测量平差理论第五、六、七、八章 4种平差方法第九章各种平差方法的总结第十章讨论点位精度第十一章统计假设检验的知识第十二章近代平差概论根据本科教学大纲的要求,重点讲解第二章~第八章以及第十章的内容。
二、如何学好测量平差1. 要有扎实的数学基础。
只有牢固地把握了高等数学,线性代数和概率与数理统计等课程的知识才能学好测量平差,因此课前要做到预习,对与以上三门课程有关内容进行温习,只有如此才能听懂这一节课。
2. 听课时弄清解决问题的思路,掌握公式推导的方法以及得到的结论,培养独立思考问题和解决问题的能力。
3. 课后及时复习并完成一定数量的习题(准备A、B两个练习本),从而巩固课堂所学的理论知识。
第一章绪论本章要紧说明观测误差的产生和分类,测量平差法研究的内容和本课程的任务。
第二章误差散布与精度指标全章共分5节,是本课程的重点内容之一。
重点:偶然误差的规律性,精度的含义以及衡量精度的指标。
难点:精度、准确度、精确度和不确定度等概念。
要求:弄懂精度等概念;深刻理解偶然误差的统计规律;牢固掌握衡量精度的几个指标。
第三章协方差传播律及权全章共分7节,是本课程的重点内容之一。
重点:协方差传播律,权与定权的常用方法,以及协因数传播律。
难点:权,权阵,协因数和协因数阵等重要概念的定义,定权的常用方法公式应用的条件,以及广义传播律(协方差传播律和协因数传播律)应用于观测值的非线性函数情况下的精度评定问题。
要求:通过本章的学习,弄清协因数阵,权阵中的对角元素与观测值的权之间的关系;能牢固地掌握广义传播律和定权的常用方法的全部公式,并能熟练地应用到测量实践中去,解决各类精度评定问题。
第四章平差数学模型与最小二乘原理全章共分5节。
重点:测量平差的基本概念,四种基本平差方法的数学模型和最小二乘原理。
难点:函数模型的线性化,随机模型。
要求:牢固掌握本章的重点内容;深刻理解最小二乘原理中“最小”的含义;关于较简单的平差问题,能熟练地写出其数学模型。
2平差数学模型与最小二乘原理2.1 参数估计及其最优性质几何模型:包括水准网和平面控制网(包括测角网、测边网、边角网)。
每种几何模型都包含有不同的几何元素,如水准网中包括点的高程、点间的高差,平面网中包含角度、边长、边的坐标方位角以及点的二维或三维坐标等元素。
这些元素都被称为几何量。
在诸多几何量中,有的可以直接测量,有的是间接求出。
几何模型不同,它所需要知道的元素的个数与类型也不同,目标是确定几何模型的唯一性。
1.如图2-1的三角形ABC中,为了确定它的形状,只需要知道三个内角中的任意两个内角的大小就可以了。
它们都是同一类型的元素。
2.要确定该三角形的大小和形状,就必须知道三个不同的元素,即任意的一边两角、任意的两边一角或者是三边。
它们中间都至少包含一条边长该情况包含角度和边长两类元素。
3.要确定该三角形的大小、形状和它在一个特定坐标系中的位置和方向,则必须知道图中15个元素(6个坐标元素,3个内角元素,3个边长元素,3个方位角元素)中的6个不同的元素,这6个元素可以构成更多的组合,至少要包含一个点的坐标和一条边坐标方位角,它们的改变只相当于整个网在坐标系中发生了平移和旋转,并不影响该三角形的内部形状和大小。
如果A、B两点都是已知点,为确定三角形的大小、形状、位置和方向,则只需要任意两个元素就行了,如两角、两边或一边一角等。
我们把能够唯一地确定一个几何模型所必要的元素,称为必要观测元素。
必要观测个数用t表示。
例如,确定三角形的形状,必要观测元素个数t=2;确定三角形的大小和形状,必要观测元素个数t=3;确定三角形的大小、形状、位置和方向,必要观测元素个数t=6。
对于后两种情况,不仅要考虑必要观测元素的个数,还要考虑到元素的类型,否则就无法唯一地确定模型。
必要起算数据个数用d表示,水准网为1,测角网为4,测边网和边角网为3。
观测值个数用n个表示。
当n <t 时,显然无法确定模型的解;当n =t 时,则可唯一地确定该模型,但对观测结果中含有的粗差和错误都将无法发现;当n >t 时,能及时发现测量中的粗差和错误,提高观测成果的精度和可靠性。