节控制网平差课件.ppt
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1、/74741昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校第九章第九章 控制网平差控制网平差 /74742昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 本章讲述条件平差与参数平差的原理及基本数学模型,两种方法计算结果是完全相同的。还介绍了高程网条件平差,三角网条件平差,附合导线条件平差。高程网参数平差,三角网参数平差,并给出了算例。/74743昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 1条件平差与参数平差原理 2条件差的步骤及相应数学模型;3能分别采用条件平差与参数平差解决高程控制网,平面控制网平差。知识点及学习要求难点在本章学习过程中,伴随有大量的公式推导与应用。特别是控制网条件方程与误差方程列立,法
2、方程解算为本章的突破点。返回本章首页/74744昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 9.1 9.1 条件平差数学模型和公式条件平差数学模型和公式 设某一平差问题中有个 误差独立的观测值,个函数独立的未知数(必要观测数),多余观测数为nttn tnr记:观测值 nnLLLL211 相应权阵 nnnpppp00000021nnvvvV211平差值改正数 nnnnvLvLvLLLLL2211211平差值 /74745昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校1 1、条件平差的数学模型和公式、条件平差的数学模型和公式 1)平差值方程()tnr000221122112211rLrLrLrbLbLbL
3、baLaLaLannnnnn(1)式中 、(=1、2、)为条件方程的系数;、为条件方程的常项数iaibirin0a0b0r2)改正数条件方程以 (=1、2、)代入(1)得纯量形式为:iiivLLin 000221122112211rnnbnnannwvrvrvrwvbvbvbwvavava(2)/74746昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校式中 、为条件方程的闭合差,或称为条件方程的不符值,即 022110221102211rLrLrLrwbLbLbLbwaLaLaLawnnnnnbnnarbaAor1nnvvvV211令 nnnnrrrrbbbaaaA212121rbarwwwW1矩阵
4、形式为:011rrnrWVA(4)(3)awbwrw/74747昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校3)改正数方程 上改正数条件方程式中 的解不是唯一的解,根据最小二乘原理,在 的无穷多组解中,取 =最小的一组解是唯一的,的这一组解,可用拉格朗日乘数法解出。为此,设 ,称为联系数向量,它的唯数与条件方程个数相等,按拉格朗日乘数法解条件极值问题时,要组成新的函数:VVPVVTVrbarTkkkK1K)(2WAVKPVVTT将对 求一阶导数,并令其为零得:VAKPVVTT22AKPVTTKAPVT111rTrnnnnKAPV(5)/74748昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校上式称为改正
5、数方程,其纯量形式为:)(1)(1)(12222211111rnbnannnrbiarbakrkbkapvkrkbkapvkrkbkapv(i=1,2,n)(6)/74749昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校4)法方程 将 代入 得 KAPVT10WAV01WKAAPT矩阵形式为:rnTnnnrrrAPAN1011rrrrWKN(7)上式称为联系数法方程,简称法方程。式中法方程系数距阵,为PrrPbrParPbrPbbPabParPabpaaN 因 故,是 阶的对称方阵。NAAPAPAAAPNTTTTTTT111)()(Nr/747410昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校法方程的纯
6、量形式为 000rrbabrbaarbawkprrkpbrkparwkpbrkpbbkpabwkparkpabkpaa (8)从法方程解出联系数K后,将 值代入改正数方程,求出改正数 值,再求平差值 ,这样就完成了按条件平差求平差值的工作。KVVLL/747411昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校2、条件平差法求平差值的步骤、条件平差法求平差值的步骤根据平差问题的具体情况,列出平差值条件方程式(1),并转化为改正出数的条件方程(2),条件方程的个数等于为多余观测的个数r;根据条件方程的系数,闭合差及观测值的权组成法方程式(8);法方程的个数等于多余观测的;解法方程,求出联系数K,并代入法
7、方程检验;将K代入改正数方程(6),求改正数 值;将V代入平差值方程 求平差值;将平差值 代入平差值方程,检验是否满足条件;精度评定。VLLLV/747412昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校2、精度评定1)单位权中误差 tnPVVTrpvv从中误差计算公式可知,为了计算 ,关键是计算 。下面将讨论 的计算方法。PVVTpvvPVVTPVV由 直接计算 iV2222211nnvPvPvPpvv由联系数 及常数项 计算KW)(rrbbaakWkWkWpvv直接在高斯杜力特表格中解算111111rWrprrrWWpbbWWpaaWWPVVrrbbaawT)()(0wwrWw/747413昆明
8、冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校2)平差值函数的权倒数设有平差值函数为 它的权函数式为:nLLLf,21nnLdLLdLLdLd)()()(2211nnLdfLdfLdf2211令则 nTffff,21TnLdLdLdLd,21LdfdT1111111rPrfrPrrrPrfPbfPbbPbfPafPaaPafPffPrPff这就是高斯约化表中 的计算公式,其规律与 计算规律完全相同。P1rWw返回本章首页/747414昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校9.2 9.2 水准网按条件平差算例水准网按条件平差算例在如图1所示水准网中,两点高程及各观测高差和路线长度列于(表1)中。ABAB
9、P1P2P3h1h7h5h6h3h4h2图1000.35AH000.36HH观测号观测高差(m)路线长度(km)观测号观测高差(m)路线长D(km)已知高程(m)12341.3592.0090.3630.64011225670.6571.0001.650112表1/747415昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校试求:()、及 点高程之最或然值;()、点间平差后高差的中误差。1P2P3P1P2P解:列条件方程式,不符值以“mm”为单位。已知 ,故 ,其条件方程式为3,7tn437r01030707742643765521vvvvvvvvvvvv 列函数式。555vhxF 故 15f0764
10、321ffffff组成法方程式。1)令每公里观测高差的权为1,按1/,将条件方程系数及其与权倒数之乘积填于(表2)中。iisp/747416昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校2)由下表2数字计算法方程系数,并组成法方程式:5221251021411013dcbakkkk1377+=0/747417昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校表2 条件方程系数表观测号abcdsf11112-11003-1-1-14-110051-10116-110071-1001-1-11 0 01 1 1s/747418昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校p1papbpcpdpspfps观测号11111
11、21-1132-2-2-242-22511-11161-11722-210-31 -1 -11 0 0p1papbpcpdpspfps续表/747419昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 4)法方程式的解算。1)解算法方程式在(表3)中进行。2)计算之检核。pvvwkpvv467.35 wk由表3中解得 ,两者完全一致,证明表中解算无误。5)计算观测值改正数及平差值(见表4)6)计算 点高程最或然值。47.35pvv321,PPP359.3611xHHAP012.3722xHHAP360.3543xHHBPm m m/747420昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校表3 高斯-杜力特
12、表格/747421昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校表4 改正数与平差值计算表/747422昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校7)精度评定。单位权(每公里观测高差)中误差0.3447.35mm 点间平差后高差中误差2.252.00.31FFPmmm返回本章首页/747423昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校9.3 9.3 附合导线按条件平差算例附合导线按条件平差算例1.1.附合导线的条件平差方程式附合导线的条件平差方程式如图1所示,符合在已知 ,之间的单一符合导线有 条 与 是已知方位角。),(AAyxA),(CCyxCnABCD设观测角为 、,测角中误差为 ,观测边长为 、
13、,测边中误差为 (1、2、)。121n1s2snssiin此导线共有 个观测值,有 个未知数,故 则 。因此,应列出三个条件方程,其中一个是坐标方位角条件,另两个是纵、横坐标条件。12 n1n)1(2nt3)1(2)12(nnrBA(1)C(n+1)Ds1s2sn23n12345n+1图1/747424昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 1 1)坐标方位角条件坐标方位角条件 设观测角 的改正数为 (1、2、1),观测边 的改正数为 (1、2、)。由图1知iivinissivin180)1(11niniBACD011ainiv式中 方位角条件的不符值,按 a180)1(11niniCDBA
14、a若导线的A 点B 与点重合,则形成一闭合导线,由此坐标方位角条件就成了多边形的图形闭合条件。/747425昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 2 2)纵、横坐标条件纵、横坐标条件 设以 、表示(图1)中各导线边的纵坐标增量之平差值;、表示(图1)中各导线边的横坐标增量之平差值;由图可写出以坐标增量平差值表示的纵、横坐标条件。1 x2 xnx 1 y2yny yininAinACxininAinACvyyyyyvxxxxx111111(1)令 则)()(11ACinyACinxyyyxxx0011yyinxxinvv(2))()()(211nxinxdxdxdv/747426昆明冶金高等
15、专科学校昆明冶金高等专科学校将上式代入式(2)得纵坐标条件式,且同理已可得横坐标的条件式即 0)(1sin0)(1cos1111yiiCnisiinixiiCnisiinivxxvvyyv(3)上式就是单一符合导线的纵、横坐标条件方程、为条件式的不符值,按 CCCinAyCCCinAxyyyyyxxxxx11式中、是由观测值计算的各导线点的近似坐标。1231211)()()(cosvyyyyyyvvnCsiinxinnncnCvyyvyyyyyy)()()()(23423/747427昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 计算时一般 以秒为单位,、以cm为单位;若 、以m为单位,则 ,从而
16、使全式单位统一。若单一导线的 与 点重合形成闭合导线,则纵、横坐标条件成为多边形各边的坐标增量闭合条件,以增量平差值表示为ivsivxyxy65.2062100206265 AC0011ininyx/747428昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校2.2.符合导线的精度评定符合导线的精度评定1)单位权中误差单位权中误差:单一符合导线计算单位权中误差公式与边角网相同,按rvvPvvPrpvvsss 2)平差值的权函数式平差值的权函数式:为了平定平差值函数的精度,必须要列出权函数式。一般有下列三种函数式。边长平差值权函数式 由导线边 故其权函数式为 siiivsssiFsivv/747429昆
17、明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校坐标平差值的权函数式 由(23页图1)得点坐标平差值的权函数式为iijjisiijiFyiiijjisiijiFxivyxvvvyyvv11111111sincos 坐标方位角平差值权函数式 由(23页图1)得单一符合导线的任一边的坐标方位角的计算式为1801ninBAiniiFvv1/747430昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校3.3.附合导线按条件平差算例附合导线按条件平差算例在下图2所示附合导线中A,B 为已知点,其坐标为 947.6556Ax735.4101Ay155.8748Bx647.6667Ay方位角 ,应用红外测距仪观测导线的转折角
18、 和边长 列入下表1。试按条件平差法,求各观测值及平差后 边的边长相对中误差。4.130349 ABsA(1)B(5)s1s2s423123453s3图2/747431昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校表1 近似坐标计算/747432昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校解:(1)确定观测值的权。测角中误差 0.3 m边长中误差按仪器给定公式为26222)105()5.0()(iicssppmsmmi(cm)式中is以cm为单位。由上式算得 82.02sm96.01sm79.03sm92.04smcm cm cm cm 以角度观测的权为单位权,即0.3 m/747433昆明冶金高等专科
19、学校昆明冶金高等专科学校表2 条件方程及权函数式系数表/747434昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校续表/747435昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校则边长的权为76.92211smsmmp38.132sp42.143sp63.104sp边长权倒数为101.011sp074.012sp070.013sp091.014sp/747436昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校(2)计算条件方程式不符值。由表1得0.54.1303494.080349 ABABaw9.4155.8746204.8748BBxxxw9.2647.6667676.6667BByyyw(3)计算条件方程式
20、系数及权函数式系数,列于上表2中。(4)组成法方程式并解算。根据上表2中系数组成法方程系数,然后填于下表3中相应行内。法方程式的解算在下表3中进行。cm cm/747437昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校表3 法方程式解算表/747438昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校(5)计算改正数和平差值。由法方程解算表解得的联系数k 和观测边加相应改正数,即得角度和边长平差值。计算见下表4。表4 观测值之平差值计算/747439昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校(6)计算边的精度。1)单位权中误差,按 59.23080.26 rpvv计算 边的中误差3s2)cm75.0064.09
21、5.2133sspm3s边长相对中误差164000112294275.033sms返回本章首页/747440昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校9-4 参数平差数学模型和公式1.参数平差数学模型(1)平差值方程 设平差问题中,有 个不等精度的独立观测 ,相应权为 (1,2,),并设需 个必要观测,用 表示选定的未知数,按题列出 个平差值方程为nn1nLipit1tXnntnnnnnnttdxtxbxavlLdxtxbxavLLdxtxbxavLL21222212222112111111式1/747441昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校(2)误差方程令 则1式为iiixxx0ntnn
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