間接平差又稱參數(shù)平差。水平控制網(wǎng)按間接平差時(shí),通常選取待定點(diǎn)的坐標(biāo)平差值作為未知數(shù)(按方向平差時(shí),還增加測(cè)站定向角未知數(shù)),平差后直接求得各待定點(diǎn)的坐標(biāo)平差值,故這種以待定點(diǎn)坐標(biāo)作為未知數(shù)的間接平差法也稱為坐標(biāo)平差法。參加平差的量可以是網(wǎng)中的直接觀測(cè)量,例如方向、邊長(zhǎng)等;也可以是直接觀測(cè)量的函數(shù),例如角度等。由于三角網(wǎng)的水平角一般是采用方向觀測(cè)法觀測(cè),并由相鄰方向相減而得,故它們是相關(guān)觀測(cè)值。此時(shí),若不顧及函數(shù)間的相關(guān)性,平差結(jié)果將受到一定的曲解。因此,坐標(biāo)平差法都按方向平差。
間接平差的函數(shù)模型是誤差方程,它是表達(dá)觀測(cè)量與未知數(shù)之間關(guān)系的方程式。一般工程測(cè)量平面控制網(wǎng)的觀測(cè)對(duì)象主要是方向(或角度)和相鄰點(diǎn)間的距離(即邊長(zhǎng))因此坐標(biāo)平差時(shí)主要列立各觀測(cè)方向及觀測(cè)邊長(zhǎng)的誤差方程式,再按照間接平差法的原理和步驟,由誤差方程和觀測(cè)值的權(quán)組成未知數(shù)法方程去解算待定點(diǎn)坐標(biāo)平差值,并進(jìn)行精度評(píng)定。
本章主要研究(測(cè))方向網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)以及測(cè)邊測(cè)角網(wǎng)的嚴(yán)密坐標(biāo)平差。
水平控制網(wǎng)按坐標(biāo)平差法進(jìn)行平差時(shí),為降低法方程的階數(shù)以便于解算,定向角未知數(shù)可采用一定的法則予以消掉。由于誤差方程式的組成簡(jiǎn)單且有規(guī)律,便于由程序?qū)崿F(xiàn)全部計(jì)算,因此,在近代測(cè)量平差實(shí)踐中,控制網(wǎng)按間接平差法得到了廣泛的應(yīng)用。平面控制網(wǎng)按坐標(biāo)平差時(shí),網(wǎng)中每一觀測(cè)值都應(yīng)列立一個(gè)誤差方程式。
為便于計(jì)算,通?偸菍⒂^測(cè)值改正數(shù)表示為對(duì)應(yīng)待定點(diǎn)坐標(biāo)近似值改正數(shù)的線性式。坐標(biāo)平差的第一步是列組誤差方程式。對(duì)于方向網(wǎng)而言,參與平差的觀測(cè)值是未定向的方向,選定的未知數(shù)是待定點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)值。誤差方程式就是方向觀測(cè)值改正數(shù)表達(dá)為待定點(diǎn)縱橫坐標(biāo)值的函數(shù)式,可以通過(guò)坐標(biāo)方位角來(lái)建立方向值與未知數(shù)之間的聯(lián)系。
12.1.1方向誤差方程式的建立和組成
在測(cè)站k上觀測(cè)了等方向
其方向觀測(cè)值為
它們的改正數(shù)為
為測(cè)站的零方向(起始方向),則任意方向的坐標(biāo)方位角平差值方程為
(12-1)
式中:為方向的平差值,
為方向的坐標(biāo)方位角,通常稱測(cè)站定向角,
為定向角的近似值,
為定向角的改正數(shù),是個(gè)未知參數(shù),
,
如果令兩點(diǎn)的近似坐標(biāo)分別為和,
其相應(yīng)的改正數(shù)分別為和,
則有關(guān)系:
(12-4) (12-3)
將上式按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi),
坐標(biāo)方位角改正數(shù)方程:
(12-5)
將(12-5)代入(12-4)然后再代入(12-1)得:
(12-6)
式中,
(12-7)
計(jì)算中,以㎏為單位,和以dm為單位,且換以
(12-6)變?yōu)椋?/p>
(12-8)
式中,
(10-9)
(12-6)和(12-8)式為方向誤差方程式,考慮到邊長(zhǎng)誤差方程式(12-35)式以便于編程常用(12-8)式。一般取第一方向的近似坐標(biāo)方位角為定向角的近似值,即,又由于第一方向有,(12-7)式所以,這樣,
(12-7)1
(12-8)為一般式,
①當(dāng)k為固定點(diǎn),i為待定點(diǎn)時(shí),,則誤差方程式為:
(12-12)
②當(dāng)i為固定點(diǎn),k為待定點(diǎn)時(shí),,則誤差方程式為,
(12-13)
③當(dāng)k,i都為固定點(diǎn)時(shí),,,則誤差方程式為,
(12-14)
④k,i對(duì)向觀測(cè)時(shí),由于,所以
,
(12-15)
只有定向角未知數(shù)和常數(shù)項(xiàng)不同,其它全相同。
12.1.2誤差方程式的改化---史賴伯法則
按方向坐標(biāo)平差時(shí),方向誤差方程式有兩個(gè)顯著的特點(diǎn):①是由同一測(cè)站上各觀測(cè)方向所組成的誤差方程式中,有共同的定向角未知數(shù),且系數(shù)均為-1;②是對(duì)向觀測(cè)的兩個(gè)方向誤差方程式同名未知數(shù)的系數(shù)相同。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn),可對(duì)誤差方程式進(jìn)行改化(約化),以減少未知數(shù)(法方程式的階數(shù)同樣得到減少)和誤差方程式的數(shù)目。由于這個(gè)方法是由史賴伯首先提出的,故稱史賴伯法則,史賴伯法則共有三個(gè)法則。
1.消去定向角未知數(shù)法則
測(cè)站i有n個(gè)等權(quán)方向誤差方程式
按定向角未知數(shù)向量和坐標(biāo)未知數(shù)向量進(jìn)行分塊,
,權(quán)P=E
顯然
組成法方程式
上式經(jīng)約化而消去定向角未知數(shù)Z后,得約化方程
(A)
史賴伯約化(改化)第一法則采用如下的虛擬誤差式,
(B)
由(B)組成法方程式結(jié)果與(A)式完全相同。展開(kāi)(B)2式
權(quán)
根據(jù)此法則,利用每測(cè)站加一個(gè)虛擬和方程式來(lái)消除該站的定向角未知數(shù)。
2.系數(shù)相同的誤差方程式合并法則
設(shè)有n個(gè)未知數(shù)系數(shù)完全相同,但常數(shù)項(xiàng)和權(quán)不同的誤差方程式,
權(quán) (12-26)
這n個(gè)誤差方程式可用下面一個(gè)誤差方程式代替,
權(quán) (12-27)
3. 誤差方程式權(quán)的變換法則
設(shè)誤差方程式,
權(quán) P
可利用一個(gè)誤差方程式代替,
權(quán)
當(dāng)時(shí),則
權(quán)1
以上三式是等價(jià)的。
史賴伯法則,電算時(shí)一般只用到第一法則,手算時(shí)三個(gè)法則都可能用到。應(yīng)用史賴伯法則時(shí)尚須強(qiáng)調(diào)三點(diǎn),P172。
12.1.3三角網(wǎng)坐標(biāo)平差的精度評(píng)定
1單位權(quán)中誤差
(12-28)
n觀測(cè)方向總數(shù);
待定點(diǎn)個(gè)數(shù);
設(shè)站(作方向觀測(cè))點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
一般平差時(shí)設(shè)各觀測(cè)方向的權(quán)為1,則就是方向觀測(cè)值的中誤差。
2.點(diǎn)位誤差
坐標(biāo)平差時(shí)協(xié)因數(shù)陣中對(duì)角線上元素為第i個(gè)未知數(shù)的權(quán)倒數(shù),
(12-29)
還可求出待定點(diǎn)的誤差橢圓元素和兩待定點(diǎn)間的相對(duì)誤差橢圓元素。
3.坐標(biāo)未知數(shù)函數(shù)的精度
①邊長(zhǎng)的權(quán)函數(shù)式,
(12-30)
與邊長(zhǎng)的誤差方程式(12-35)的差別只是沒(méi)有常數(shù)項(xiàng)。
②坐標(biāo)方位角的權(quán)函數(shù)式,
(12-31)
與方向誤差方程式的差別只是沒(méi)有常數(shù)項(xiàng)。
設(shè)每個(gè)權(quán)函數(shù)式的矩陣形式,
則它的協(xié)因數(shù)(權(quán)倒數(shù)),
(12-33)
(12-34)式可不用,因用相對(duì)誤差橢圓元素可求出任意兩待定點(diǎn)之間的點(diǎn)位誤差。