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9 间接平差的应用

测边网间接平差

以边长为观测值、以未知点纵横坐标为参数,可列立方程。

单测边误差方程

单未知点

  • 参数:坐标 Xk,Yk
  • 近似值:坐标 Xk0,Yk0,边长 Ljk0

有观测方程

L^jk=(X^kXj)2+(Y^kYj)2

X^k=Xk0+x^kY^k=Yk0+y^k,有线性化

L^jk=Ljk0+L^jkX^kx^k+L^jkY^ky^k=Ljk0+Xk0XjLjk0x^k+Yk0YjLjk0y^k=Ljk0+x^kcosαjk0+y^ksinαjk0

双未知点

  • 参数:坐标 Xj,Yj,Xk,Yk
  • 近似值:坐标 Xj0,Yj0,Xk0,Yk0,边长 Ljk0

有观测方程

L^jk=(X^kX^j)2+(Y^kY^j)2

X^j=Xj0+x^jY^j=Yj0+y^jX^k=Xk0+x^kY^k=Yk0+y^k,有线性化

L^jk=Ljk0+L^jkXjx^j+L^jkY^jy^j+L^jkX^kx^k+L^jkY^ky^k=Ljk0+Xk0Xj0Ljk0(x^kx^j)+Yk0Yj0Ljk0(y^ky^j)=Ljk0+(x^kx^j)cosαjk0+(x^kx^j)sinαjk0

测边网求解

L^1=(XAX^2)2+(YAY^2)2L^2=(XBX^2)2+(YBY^2)2L^3=(X^1X^2)2+(Y^1Y^2)2L^4=(XAX^1)2+(YAY^1)2L^5=(XBX^1)2+(YBY^1)2

线性化得到 L^=BX^+d

[L^1L^2L^3L^4L^5]=[00cosαA20sinαA2000cosαB20sinαB20cosα210sinα210cosα210sinα210cosαA10sinαA1000cosαB10sinαB1000][x^1y^1x^2y^2]+[LA20LB20L210LA10LB10]

边长误差方程的特点:

  • 两待定点的坐标参数的系数等值反号
  • 已知点坐标系数不出现在设计矩阵中
  • j,k 均为已知点时,无误差方程
  • j,k 边的误差方程,jkkj 列立,其结果相同

精度评定

σ^02=VTPVnt=VTPVrQx^x^=N1
  • 函数式

    F^=L^jk=(X^kX^j)2+(Y^kY^j)2
  • 权函数式

    dF^=ΔXjk0Ljk0dx^jΔYjk0Ljk0dy^j+ΔXjk0Ljk0dx^k+ΔYjk0Ljk0dy^k=fTdx^QF^F^=fTQx^x^fσ^F^=σ^0QF^F^
  • 相对精度

    σ^F^F^=σ^0QF^F^L^jk

方向观测网

陀螺经纬仪可以直接观测方位角。

设未知点的坐标 C(X1,Y1)D(X2,Y2) 为参数,对于点 j 与点 k 组成的边 jk 有观测方程

α^jk=arctanY^kY^jX^kX^j

进行线性化

αjk0=arctanYk0Yj0Xk0Xj0ajk=(α^jkX^j)0=sinαjk0Ljk0ρbjk=(α^jkX^j)0=cosαjk0Ljk0ρ

得到

α^jk=αjk0+ajkx^j+bjky^jajky^kbjky^k

测角网

设未知点的坐标 C(X1,Y1)D(X2,Y2) 为参数。有观测方程

L^1=α^ABα^AC=αABarctanY^1YAX^1XAL^2=α^ACα^AD=arctanY^1YAX^1XAarctanY^2YAX^2XA

单角线性化

对于 Li=hjk 的线性化:

L^i=α^jkα^jhαjk0=arctanYk0Yj0Xk0Xj0ajk=(α^jkX^j)0=sinαjk0Ljk0ρbjk=(α^jkX^j)0=cosαjk0Ljk0ρα^jk=arctanY^kY^jX^kX^j=αjk0+ajkx^j+bjky^jajkx^kbjky^kα^jh=arctanY^hY^jX^hX^j=αjh0+ajhx^j+bjhy^jajhx^hbjhy^h

代入 L^i=α^jkα^jh 即得到该角的线性化测量方程

L^i=αjk0αjh0+(ajkajh)x^j+(bjkbjh)y^jajkx^kbjky^k+ajhx^h+bjhy^h

角度相关权

考虑在 O 点观测了 3 个独立等精度方向值 α1,α2,α3,相减得到角度值 β1,β2

此时角度值 β1,β2 相关,若视为独立等权,则平差结果不严密。

此例中取 Qαα=I=diag(1,1,1),有 β=Aα

[β1β2]=[110011][α1α2α3]

故有

Qββ=ATQααA=ATA=[2112]Pββ=Qββ1=13[2112]

同理可求更多角组合的情况。中点多边形的中点也可采用此方法。