条件平差中必要观测数的确定

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网平差中确定必要观测数的统一公式

网平差中确定必要观测数的统一公式

从该网确定不了任何一待定点的绝对高程 , 只能确定点间
的高差 , 即点间相对关系 。此时假设其中一点为已知点 , 然后确定其它四点的高程 , 所以必要观测数为 4。
以上是直观的分析 , 下面总结了适用于水准网确定必
要观测数的式子 , 公式如下 :
t = 1 ×m - 1 - c
(1)
其中 , m 为网中所有点数 (包括已知点和待定点 ) 。
模大且复杂时略显繁琐 , 所以总结了适用于确定测角网必
要观测数的公式 , 式子如下 :
t = 2 ×m - 4 - c
(2)
根据式 (2) 求图 2中各网的必要观测数 。图 2a中 , m
= 6 , μ = 4 , 由于 4个起算数据全是必要的起算数据 , 所

μ 1
=4,

c

-
μ 1
=0,
所以该网必要观测数为

μ 1
<μ≤ b , c

-
μ 1
;
④网中总起算数据数大于必要起算数据数 , 即
μ
>
b, 若 μ个起算数据中包含了
b个必要起算数据 ,

μ 1
=
b
<μ,
c
=μ -
b

-
μ 1
;
⑤当 μ > b时 , 若 μ个起算
数据中没有完全包含
b个必要起算数据 ,

μ 1
< b <μ,
c

-
μ 1

尽管以上五类情况各不相同 , 其计算多余起算数据数
下必要观测数 t确定的一些公式 。本文则对几种常见控制 网 (水准网 、测角网 、测边网 /边角网和 GPS网 ) 中确定必 要观测数进行分析 , 针对每种网分别总结出一个公式 , 然 后将这四类网的公式进行概括 , 最后得到各类网平差中确 定必要观测数的统一公式 。

高程控制网平差

高程控制网平差

i
i
i
h h V 改厕厕短的改正数, 代入上式,得:
i
i
i
V1 V2 V3 V4 W 0
W H A h1 h2 h3 h4 H B
1.附合水准路线的条件数和条件方程式组成
观测值5个,待定水准点2 个,所以条件有3个,可 以列出3个条件方程:
h1
H B h1 h2 H A 0
V 1 V 3 V 2 W a 0 V 2 V 4 V 6 W b 0 V 4 V 5 V 3 W c 0
(二)观测值权的确定:
1.各水准路线都进行了往返观测,每公里水准路线的观测中误差为 ,
则m:i
R mi2
1 4n
n i
2 i
i
式中,为测往返测高程不符值,以mm为单位;R为测段长度,以km为单位;n
H A h2 h3 h5 H D 0
H B h1 h3 h4 H C 0
一般以1个已知点为起点,其它已知点为终点,所构成的附合 水准路线为已知点数减1,这样可以列出的条件方程式为已知 水准点个数减1.
2.闭合水准路线的条件数和条件方程式的组成
从一个水准点出发,经过若干水准测段,又回到该 水准点,这样的水准路线称为闭合水准路线。
V 1 V 7 V 8 W b 0
V 2 V 8 V 7 W c 0
V 3 V 5 V 8 W d 0
V 4 V 6 V 5 W e 0
2.闭合水准路线的条件数和条件方程式的组 成
图(c)是四边形状水准网,网中有4个待定点,没有已知点, 在平差计算时,只能确定个待定水准点之间的相互关系,如 果确定一个水准点的高程,就可以确定其他点的高程。因此, 该网的必要观测是3个,观测值总数是6个,又3个多余观测, 可以列出3个条件方程。为了让所列立的条件方程式互相独 立,没个条件方程都要求有一个其他方程没有用到的观测值, 即:

1-2条件平差原理--条件平差的计算步骤

1-2条件平差原理--条件平差的计算步骤

得: 3ka 9 0
3.步骤三
依据
K

N
W 1
aa
计算出联系数K。
解法方程得: ka 3
C
L3
L1
A
L2
B
三角形示例图
条件平差的计算步骤
4.步骤四
由式 V P 1 AT K 计算出观测值改正数,并依据式 Lˆ L V
出观测值的平差值。
计算
1 0 0 1

Lˆ3

L3
v3
731234
条件平差的计算步骤
5.步骤五
为了检查平差计算的正确性,将平差值待入平差值条件方程式 ALˆ A0 0 ,
看是否满足方程式关系。
583115 481611 731234 180 0
3
V P1AT K 0 1 0 1 3 3
0 0 1 1
3

Lˆ1 Lˆ2


L1

L2


v1 v2


583115 481611
条件平差的计算步骤
1.步骤一
根据实际问题,确定几何模型的总观测值的个数 n,必要观测值的个数 t 及
多余观测值的个数 r=n-t,进一步列出平差值条件方程 ALˆ A0 0 或改正数条 件方程 AV W 0 。
C
L3
L1
A
L2
B
三角形示例图
以确定三角形的形状为例,对三角形中的三个 内角等精度观测,得观测值如下: L1=58°31′12″,L2=48°16′08″,L3=73°12′31″,试用条 件平差法,计算三角形各内角的平差值。

测量平差问题中必要观测数的确定

测量平差问题中必要观测数的确定
分析 :示例 6 为一测角网 ,包含 2 个起算数据 ( α~ 1 , α~ 2 ) ,虽然起算数据个数不够 ,但仍然有多余 起算数据 ( α~ 1 , α~ 2 中只有 1 个是必要起算数据) , 属表中的 J 22 情形 ,此时需要额外假定 3 个起算数 据 (1 个点的坐标和 1 条边长) ,这样 ,全部起算数据 数 Q = 5 ,必要观测数为 t = 2 p - Q = 2 ×5 - 5 = 5 。
图 9 图 10
要额外假定 3 个起算数据 (1 个点的坐标和 1 个方 位角) ,属表中的 B 21 情形 ,必要观测数为 t = 2 p - 3 = 2 ×6 - 3 = 9 。
从以上示例分析可知 ,本文根据实际教学的经 验 ,总结出测量平差问题中不同观测条件 、不同图形 条件下的必要观测数确定的通用公式具有普遍适用 性 ,图表简洁清晰 。这对于更好地掌握测量平差的 基本理论和方法 ,正确应用平差模型具有很好的价 值 ,可以推广应用 。
推算定位 ,可以确保运动轨迹的完整性 。 5. GPSΠINS 惯性组合导航系统虽然精度高 ,但
由于价格昂贵而难以普及 ,而 GPSΠDR 组合系统中 可采用低成本的陀螺仪 ,一个在 1 000 元左右 ,里程 计可采用车辆自带车速传感器 ,所以 GPSΠDR 组合 系统具有成本低 、体积小的特点[1] , 容易大批量装 备。
参考文献 :
[1 ] 董绪荣. 一种低成本 GPS 组合导航定位系统 [J ] . 指挥 技术学院学报 ,2000 , (10) :728.
[2 ] 张相芬 ,袁 信. 自适应卡尔曼滤波在组合导航中的应 用[J ] . 舰船导航 ,2003 , (3) :34235.
(上接第 15 页) 已知方位角 , P1 , P2 为待定点 , S1 ~ S5 为观测边 。

测量平差问题中必要观测数的确定

测量平差问题中必要观测数的确定
3 2 1 4 5 6 7 4
n=15 t=3p-3=9
n=33 t=3p-3-3=15
1 3
2
P3
S0 为已知边, P1 , P2 ,P3 , P4 , P5 , P6 为待定点, ∠1~ ∠16 为观测角。 n=16 t = 2 p - 4 = 2 ×6 - 4 = 8
(2)当存在多余起算数据时
t=2p-4-q
A , B , C 为已知点, P1 ,P2 , P3 为 待定点, ∠1~ ∠12 为观测角。
n=12; t=2p-4-2=6。
~ 为已知方位角,P1 , P2 , P3 , P4 , P5 为待定点, ~ 2 1 ∠1~ ∠13 为观测角。
n=13; t=2p-4-1=5。
~ 为已知方位角, P1 , P2 , P3 , P4 , A , B 为已知点, 0 P5 , P6 为待定点, ∠1~∠21 为观测角。
n=5 t=2p-3-q=2×4-5=3
P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P6为待定点, S1~ S3 为观测边。
t = 2 p - 3= 2 ×6 - 3 = 9。

GPS网
a=3,b=3。
(1)当起算数据<=必要起算数据,且无多余起算 数据时 t=3p-3 (2)当存在多余起算数据时 t=3p-3-q

必要观测
为了确定观测对象的位置或形状、大小所必须的 最少观测数,称为必要观测。在测量中必要观测 是指为确定模型中所有待定点值(高程值或坐标 值)所需要的最少观测数。 必要观测数对参数个数的选择、多余观测数的确 定具有重要的意义。
必要观测数的确定
观测值个数:n; 必要观测数:t; 多余观测数:r; 所有点个数:p; 多余的起算数据:q; 确定每一个待定点值所需观测数:a; 必要起算数据个数(必要的起算基准):b。

测量平差问题中必要观测数的确定

测量平差问题中必要观测数的确定

A ,B 为已知点, 为已~知0 方位角, P1 , P2 为待定点, S1~ S5 为观测边。
n=5
t=2p-3-q=2×4-5=3
P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P6为待定点, S1~ S3 为观测边。 t = 2 p - 3= 2 ×6 - 3 = 9。
GPS网
a = 3, b = 3 。
必要观测
为了确定观测对象的位置或形状、大小所必须的最少观测数,称 为必要观测。在测量中必要观测是指为确定模型中所有待定点值 (高程值或坐标值)所需要的最少观测数。
必要观测数对参数个数的选择、多余观测数的确定具有重要的意义 。
必要观测数的确定
观测值个数:n; 必要观测数:t; 多余观测数:r; 所有点个数:p; 多余的起算数据:q; 确定每一个待定点值所需观测数:a; 必要起算数据个数(必要的起算基准):b。
A , B 为已知点, 为已~知0 方位角, P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P6 为待定点, ∠1~∠21 为观测角。
n=21
t = 2 p - 4-1 = 2 ×7 - 5 = 9
边角网/测边网
a=2;b=3
(1)当起算数据<=必要起算数据,且无多余起算数据时
t=2p-3
(2)当存在多余起算数据时 t=2p-3-q
测量平差问题中必要观测数的确定
基本概念
必要元素
起算数据 必要观测
必要元素
能够唯一确定一个几何模型所必要的元素
起算数据
必要的起算数据
பைடு நூலகம்
水准网
1
测角网
4
测边网/边角网
3
GPS网
3
说明

必要观测个数

必要观测个数

由条件平差原理知,多余观测数与条件方程数是相等的,有了多余观测数,也就确定出了条件方程的个数。

因此,问题的关键是判定必要观测数t。

1.网中有2个或2个以上已知点的情况三角网中有2个或2 个以上已知三角点,就一定具备了4个必要起算数据。

无论是测角网、测边网还是边角同测网,如果有2个已知点相邻,要确定一个未知点的坐标,需要观测两个观测值(2个角,或者1条边和1个角,或者2条边)。

也就是说,确定1个未知点要有2个必要观测值;那么如果网中有p个未知点,必要观测数应等于未知点个数的两倍。

t = 2 ·p(3-4-1)(1) 测角网图3-9所示,三角网中有2个已知点,待定点个数为p =6。

如果三角网中观测量全部是角度时。

总观测值个数:n = 23必要观测数:t = 2 · p =12则多余观测数,即条件平差条件方程个数:r = n – t = 11(2) 测边网在图3-9中,如果三角网中观测量全部是边的长度时:总观测值个数:n = 14必要观测数:t = 2 · p =12则多余观测数,即条件平差条件方程个数:r = n – t = 2(3) 边角同测网在图3-9中,如果三角网中的所有的角度值和所有的边长值都进行观测时:总观测值个数:n = 37必要观测数:t = 2 · p =12则多余观测数,即条件平差条件方程个数:r = n – t = 252. 网中已知点少于2个的情况有些情况下,三角网中已知点可能少于2个,只有1个已知点、1个已知边和1个已知方位角,或者没有已知点和已知方位角只有1个已知边。

但是,不管怎样说,1条已知边是必须已知的,或者需要进行观测的。

如果没有已知点,可以假定网中的1个未知点;如果没有已知方位角,可以取网中的1个方向的方位角为某一假定值。

这样也就间接地等价于网中有2个相邻点的坐标是已知的。

(1) 测角网三角网中共有p个三角点、1个已知方位角(也可以没有)、1个已知点(也可以没有已知点)和1个已知边长S(或者也是观测得到的),并观测了所有的角度。

高程控制网平差

高程控制网平差

1.单位权中误差的计算公式:
m0 ˆ0
PVV
r
2.每km高差中误差:
m m0
C
3.最弱点的高程中误差
最弱点是指误差最大的待定水准点,一般为离开已知水准点 最远的点。首先要列出最弱点的权函数式:
V F f 1V1 f 2V 2 f nV n
利用m f
1
m0式P计f 算最弱点高程中误差。
V 1 V 7 V 8 W b 0
V 2 V 8 V 7 W c 0
V 3 V 5 V 8 W d 0
V 4 V 6 V 5 W e 0
2.闭合水准路线的条件数和条件方程式的组 成
图(c)是四边形状水准网,网中有4个待定点,没有已知点, 在平差计算时,只能确定个待定水准点之间的相互关系,如 果确定一个水准点的高程,就可以确定其他点的高程。因此, 该网的必要观测是3个,观测值总数是6个,又3个多余观测, 可以列出3个条件方程。为了让所列立的条件方程式互相独 立,没个条件方程都要求有一个其他方程没有用到的观测值, 即:
在水准网中,把3条或3条以 上水准路线的交点称为结点。 两条水准路线的交点称为节点。
(一)按间接平差法对结点进行平差
1.误差方程式的列立
不考虑水准路线中的节点,将水准路线的高差作为独立观测 值,取结点的近似高程改正数为未知数,列立每条水准路线 高差观测值的误差方程。
如图,路线高差观测值以表示,已知
(一)按间接平差法对结点进行平差
3.法方程式的解算 法方程式系数阵的逆阵为:
Q
N Q QQ 1
11
XX
21
31
Q 12
Q 22
Q 32
Q
13
Q Q23
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图3 图 3 中,有两个已知点以及一个已知方位角,给定起算数据为 5 个,大于 必要起算数据 4 个,所以 q=5-4=1。而总观测角数目为 21 个,总点数为 7 个 点,所以 p=7,po=5,总边数为 14 条边,So=13。所以: t=2p-4-q=2*7-4-1=9; r=n-t=21-9=12; r 图=n-So=21-13=8;
在知道必要起算数据后,我们根据图形中提供的起算数据就可以分类讨论必 要起算数了。具体见下表:
必要观测数的确定就看上表。让我们先来看一个例题:
图1 上图中,是一个测角网,其中没有起算数据。总共观测了 16 个角度值,其 中这个几何图形中,一共有 6 个点,那么它的必要观测数 t=2p-4=12-4=8,多于 观测数 r=n-t=16-8=8 个。也就是说这个图形一共应该列出 8 个条件方程式。那 么这些条件方程式中,有几个图形条件,有几个极条件呢? 回答上面的问题,也就是我们接下来要讲的,如何确定独立测角网和独立测 边网,以及独立测边角网中,条件方程式的不同种类。请注意,我用了三个独立, 什么是独立呢?独立就是该网的起算数据小于或等于该网的必要起算数据。例如 测角网的给定的起算数据小于或等于 4。测边网和测边角网给定起算数据小于或 等于 3。
在确定必要观测数之前,我们先要了解必要起算数据。在测角网,测边网, 测边角网中,以及水准网中都需要一定的起算数据,也就是已知数据。有这些已 知数据后就可以推算出其它待测点的在已知控制网下的数据。当起算数据不足的 时候虽然也能解算出各个观测值的平差值,但不能求得该网型中待测点在一定控 制网下的数据。例如,水准网中我们没有控制点,一个已知控制点了,我们就可 以推算出所有待求点的高程。
不同网型必要起算数据不同,见下表:
其中,水准网必要起算数据是 1 个,有一个点高程就可以推算出所有点的高 程。测角网,必要起算数据为 4,起算数据为 2 点坐标,即 2 对点的 x、y 就有 4 个起算数据了。或者一个点的坐标 x、y,以及一条边的边长 s,还有一个方位角 α。测边网和边角网相同,需要 3 个必要起算数据,就是 1 个点坐标 x、y,以及 一个方位角。
图2 图 2 中,题目给定了 3 个控制点,也就是有 6 个起算数据,大于测角网 4 个的必要起算数据,多于的起算数据为 2,所以 q=2。 图形中,观测数有 12 个,总点数有 6 个点,p=6,po=4,总边数有 11 条 边,所以 So=10。 必要观测数: t=2p-4-q=2*6-4-2 总条件方程个数: r=n-t=12-6=6; 图形条件: r 图=n-So=12-10=2;
极条件: r 极=So- 2Po=10-2*4=2; 多余条件方程个数: r 余=r- r 图- r 极=6-2-2=2; 这余下的 2 个条件是什么条件呢?其实我们看见多出了一个坐标,多的这 坐标就可以列出两个坐标条件。即是 B 点 x 与 y 坐标构成的坐标方程。 我们还看见这个图形中 P2 点构成了一个圆周条件,所以 2 个图形条件中有 一个是圆周条件。余下的图形条件为 2-1=1 个。 让我们再看一个例题:
上表中,n 为总观测数,t 为必要观测数,u 为所设参数个数,r 为多余观测 数,s 为约束条件方程个数。
从上表中可以看出,条件方程式的个数等于多于观测数的个数,而多于观测 数等于总观测数减去必要观测数。其中必要观测数是这样定义的:能够唯一确定 一个集合模型所必要的元素,除可以任意或必须给定的元素之外,其余的必要元 素必须通过观察求得,通过观测得到的必要元素称之为必要观测量。
r 极=So- 2Po=13-2*5=3; r 余=r- r 图- r 极=12-8-3=1; 这多余出来的一个条件方程,就是多余的方位角条件。且我们看见在该图 形中间 17,18,19,20,21 这几个观测值构成了一个圆周角条件,因此图形条 件中一个是 8-1=7 个图形条件。 今天就到此为止,希望对大家有帮助。
在条件平差函数模型的学习过程中,必要观测数的确定十分重要,必要观测 数是确定方程个数的基础,而知道方程个数是列条件方程式的前提。往往有很多 同学不能很好理解和掌握必要观测数的确定,在这里我将我所学习和收集的资料 进行汇总,供大家学习参考。
不同观测模型其必要观测数与所设参数以及方程个数之间关系,请见下表:
上表中 n 是总观测数,这里的 Po 是总点数减去 2,So 是总边数减去 1。 让我们继续看图 1,Po=6,So=10,n=16 其中我们知道有 8 个条件方程,那么 图形条件有 n-s=16-10=6 个图形条件,r-r 图=8-6=2,余下的就是极条件。 这里讨论了在独立网下的情况,若是给定的起算数据大于必要起算数据呢? 我们看 2 个例题,大家请注意下列两个例题给定的起算数据均大于必要起算 数据,所以上表不能完全套用。
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