第四章 平差数学模型与最小二乘原理
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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。