大地測量學課件大地控制網數據處理.ppt

1、第八章 大地控制網數據處理,中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院,應用大地測量學,第八章 大地控制網數據處理,外業(yè)觀測：水平方向、變長、GPS基線向量、水準高差、天文方位角 內業(yè)計算：概算、平差,第八章 大地控制網數據處理,第一節(jié) 大地控制網概算（導線概算、GPS網概算） 第二節(jié) 控制網平差原理（條件平差、間接平差） 第三節(jié) 平面控制網平差（以導線網為例） 第四節(jié) 高程控制網平差（以水準網為例） 第五節(jié) GPS基線向量網平差（基線解算、無約束平差、約束平差） 第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算（精度估算、可靠性預計）,第八章 大地控制網數據處理,第一節(jié) 大地控制網概算 第二節(jié) 控制網平差原理 第三節(jié) 平面控

2、制網平差 第四節(jié) 高程控制網平差 第五節(jié) GPS基線向量網平差 第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,8.1 大地控制網概算,應用大地測量學,概算的主要目的： 系統(tǒng)地檢查外業(yè)觀測成果質量，把好質量關； 將地面上觀測成果化算到高斯平面上，按控制網幾何條件進行檢核，為平差計算做好數據準備工作。,第一節(jié)概算,應用大地測量學,8.1.1 導線測量概算 8.1.2 GPS控制網概算,8.1 大地控制網概算,應用大地測量學,8.1.1 導線測量概算 8.1.2 GPS控制網概算,8.1 大地控制網概算,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,導線測量概算工作包括： 外業(yè)測量觀測數據的檢查 將觀測值化算到標石中

3、心 將觀測值化算到橢球面上 將觀測值化算到高斯平面上,應用大地測量學,（一）外業(yè)成果資料的檢查 1、觀測手簿 2、觀測記薄 3、歸心投影用紙 4、儀器檢驗資料 5、已知數據表和控制網略圖的編制,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,（二）觀測成果歸算到標石中心的計算 1、水平方向觀測值歸算到標石中心的計算 導線外業(yè)觀測中，有時儀器中心偏離測站點標石中心，叫做測站偏心。而被觀測目標如果偏離照準點標石中心，則稱為照準點偏心。為了把水平方向觀測值歸算到標石中心，必須將觀測方向值加上測站點歸心改正和照準點歸心改正（詳見本書附錄4）。 測站點歸心改正： （8-1） 照準點歸心改正： （8-2）,8.

4、1.1 導線測量概算,應用大地測量學,（二）觀測成果歸算到標石中心的計算 2、邊長觀測值歸算到標石中心的計算 邊長測量如果存在偏心（測距儀偏心或反射鏡偏心），要進行邊長歸心改正，將觀測邊長歸算到標石中心。 （8-3）,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,（三）地面觀測值歸算到橢球面上的計算 1、觀測方向值歸算到橢球面的改正 水平方向觀測值歸算到橢球面上須在測站平差和歸心改正后的方向值中加入三差改正： 垂線偏差改正、標高差改正和由法截弧方向化為大地線方向的截面差改正。由于這三項改正在邊長小于10公里時，影響值小于0.1，因此在短邊導線概算時一般不加三項改正。直接將地面方向觀測值作為橢球面方

5、向觀測值。,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,（三）地面觀測值歸算到橢球面上的計算 2、觀測邊長歸算到橢球面的改正 地面實際觀測邊長一般需要加氣象改正、儀器常數改正、傾斜改正、歸心改正，計算得到測站、鏡站兩個控制點之間的水平觀測邊長d，水平邊長還要化算到橢球面上相應的大地線長度S，其計算公式為： 式中Hm為測站點和鏡站點的平均大地高，RA為歸化邊長方向法截弧曲率半徑。a、e、Bm分別為橢球長半軸、第一偏心率、測站點和鏡站點的平均緯度。,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,（四）橢球面上的觀測值歸算到高斯平面上的計算 為了在平面上進行平差，還必須將橢球上觀測值化算到高斯投影平面上，

6、這項工作包括方向改化、距離改化和大地方位角化算為坐標方位角等三項內容。 1。方向改正：（8-6）式，（6-62），（6-64）式 2。距離改正：（8-7）式，（6-67）式 3。大地方位角化算為坐標方位角：（8-8）式,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,（五）概算步驟 1、角度歸心改正 2、高差計算 3、邊長斜距改平距、歸心改正和化算至高斯平面的改正 4、計算導線方位角條件和環(huán)形條件閉合差 5、計算導線測角中誤差 6、計算導線測距中誤差 7、計算導線相對閉合差,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,（六）導線概算實例 P232234頁,8.1.1 導線測量概算,應用大地測量學,8.

7、1.1 導線測量概算 8.1.2 GPS控制網概算,8.1 大地控制網概算,8.1.2 GPS控制網概算,應用大地測量學,（一）數據預處理及其基線解算 數據傳輸將觀測記錄數據傳輸至計算機，形成觀測值文件、衛(wèi)星星歷文件、測站文件；基線解算一般采用雙差觀測值用軟件解算兩點間的坐標差（基線向量）。 （二）觀測結果的外業(yè)檢核 剔除精度較差的基線；計算并檢核同步環(huán)閉合差；計算并檢核復測基線；計算并檢核異步環(huán)閉合差。,第八章 大地控制網數據處理,第一節(jié) 大地控制網概算 第二節(jié) 控制網平差原理 第三節(jié) 平面控制網平差 第四節(jié) 高程控制網平差 第五節(jié) GPS基線向量網平差 第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,應用

8、大地測量學,8.2.1 條件平差的基本原理與方法 8.2.2 間接平差的基本原理與方法 8.2.3 控制網平差前的準備工作, 8.2 控制網平差原理,8.2 控制網平差原理,應用大地測量學,控制網多余觀測目的：（1）檢核和評定觀測質量；（2）提高待定參數的精度和可靠性。 控制網平差目的：根據最小二乘原理，（1）消除網中各種幾何矛盾，求出觀測值的平差值；（2）求出各待定元素的最或然值；（3）評定精度。,8.2 控制網平差原理,應用大地測量學,平差分類： 經典平差: 條件平差 間接平差 廣義平差,應用大地測量學,8.2.1 條件平差的基本原理與方法 8.2.2 間接平差的基本原理與方法 8.2.3

9、 控制網平差前的準備工作, 8.2 控制網平差原理,8.2.1 條件平差,應用大地測量學,繪制控制網平差略圖（在圖上標明各已知點、待定點點名和編號，觀測值編號，坐標推算路線）； 編制起算數據表和觀測值表； 確定條件方程總數和各類條件方程個數； 列出觀測值條件方程式和權函數式; 組成法方程并解算; 計算觀測值改正數V及其平差值; 評定精度：計算單位權中誤差，平差值函數中誤差。,應用大地測量學,8.2.1 條件平差的基本原理與方法 8.2.2 間接平差的基本原理與方法 8.2.3 控制網平差前的準備工作, 8.2 控制網平差原理,8.2.2 間接平差,應用大地測量學,繪制控制網平差略圖（在圖上標明

10、各已知點、待定點點名和編號，觀測值編號，坐標推算路線）； 編制起算數據表和觀測值表； 選取參數（高程控制網選擇待定高程點高程近似值的改正數為參數，平面控制網選擇待定控制點坐標近似值的改正數為參數）； 列出觀測量平差值對參數的誤差方程式; 列出各參數間的條件方程（未知參數間的約束條件）,8.2.2間接平差,應用大地測量學,按附有條件的間接平差原理，由誤差方程和條件方程組成法方程； 解算法方程，求出未知數; 計算觀測值改正數V及其平差值; 評定精度：計算單位權中誤差，未知數中誤差，未知數函數中誤差。,應用大地測量學,8.2.1 條件平差的基本原理與方法 8.2.2 間接平差的基本原理與方法 8.2

11、.3 控制網平差前的準備工作, 8.2 控制網平差原理,8.2.3 控制網平差前段準備工作,應用大地測量學,控制網平差計算是復雜而細致的工作。 （1）起算數據的收集與分析（精度和可靠性）。 （2）觀測數據的檢核與換算：是否超限、粗差和系統(tǒng)誤差、換算到高斯平面上。 （3）平差計算的注意事項： 觀測值2個人獨立整理或一個人整理2次。 觀測值編號正確。 程序中數據格式輸入正確，2人檢核。 平差結果認真分析、審核、檢驗。,第八章 大地控制網數據處理,第一節(jié) 大地控制網概算 第二節(jié) 控制網平差原理 第三節(jié) 平面控制網平差 第四節(jié) 高程控制網平差 第五節(jié) GPS基線向量網平差 第六節(jié) 控制網精度與可靠性估

12、算,第三節(jié) 平面控制網平差,應用大地測量學,總準測：VTPV = min 根據選取的函數模型不同劃分： 一、平面控制網間接平差 以待定點的坐標X、Y作為未知數（又稱坐標平差），列出網中各類觀測值的誤差方程式（觀測值的改正數與未知數之間的函數關系式）。 二、導線網按條件平差,第三節(jié) 平面控制網平差,應用大地測量學,一、平面控制網間接平差（以導線測量為例） （一）方向誤差方程式的列立與約化 （二）觀測邊誤差方程的列立 （三）附加條件方程式的列立 （四）誤差方程式的組成 （五）法方程式的組成與解算 （六）平差成果計算 （七）精度評定,第三節(jié) 平面控制網平差,應用大地測量學,二、導線網按條件平差 導線

13、網結點之間（或附和導線兩已知點之間）的節(jié)點數量多，采用條件平差法效果較好；反之，結點密集的導線網易采用間接平差法進行平差計算。 附和導線三種形式： （1）兩端均有定向角和已知點 （2）兩端有已知點，一端有定向角 （3）兩端有已知點，沒有定向角（無定向附和導線）,第八章 大地控制網數據處理,第一節(jié) 大地控制網概算 第二節(jié) 控制網平差原理 第三節(jié) 平面控制網平差 第四節(jié) 高程控制網平差 第五節(jié) GPS基線向量網平差 第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,第四節(jié) 高程控制網平差,應用大地測量學,高程控制網：水準網（等級高程控制）和三角高程網 一、水準網條件平差法（嚴密條件平差） 多余觀測個數r = n t

14、 n為高差觀測總數，t為必要觀測個數。 適用于簡單網形。 二、結點平差法 以待定點近似高程點改正數為未知參數，以兩個高程點之間的高差為觀測值，列誤差方程式。 適用于復雜網形。,第四節(jié) 高程控制網平差,應用大地測量學,一、水準網條件平差 二、高程控制網結點平差 （一）按間接平差法對結點進行平差 （二）按單一水準路線條件平差對各水準路線進行平差 （三）水準網結點平差算例 （四）三角高程網結點平差,高程控制網結點平差法,觀測高差的誤差方程式： 法方程式： 解算未知數，計算結點高程平差值： 精度評定：,圖8-15,，,相鄰結點間的各測段高差 組成單一水準路線； 先平差求出結點高程； 相鄰結點間再按單一

15、附合路線進行平差。,高程控制網結點平差法直接解算結點高程,直接解算法方程可得： 解算方法：迭代法 1。先計算結點高程近似值，Xi=Hi+hi； 2。計算X1時，X2、X3以近似值代入；計算X2時X3以近似值代入，X1以第一次計算值代入；計算X3時，X1、X2以第一次計算值代入； 3。第二次計算X1時，X2、X3以第一次計算值代入；依次類推。 4。至X（i+1）-X（i）0。0001m，迭代計算結束。 5。精度評定：按最后結果計算高差與高差觀測值的改正數評定精度。,第八章 大地控制網數據處理,第一節(jié) 大地控制網概算 第二節(jié) 控制網平差原理 第三節(jié) 平面控制網平差 第四節(jié) 高程控制網平差 第五節(jié)

16、GPS基線向量網平差 第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,第五節(jié) GPS基線向量網平差,應用大地測量學,一。GPS基線向量網三維無約束平差（固定一點的坐標）。 二。 GPS基線向量網三維約束平差（固定已知點的坐標、固定高精度邊長、固定高精度方位角）。 三。GPS基線向量網二維無約束平差（固定一點平面坐標）。 四。GPS基線向量網二維約束平差（固定已知點平面坐標、固定高精度邊長、固定高精度方位角）。 五。GPS水準高程：1。多項式擬合法。2。固定已知點水準高程約束平差法。,第五節(jié)GPS網平差,第八章 大地控制網數據處理,第一節(jié) 大地控制網概算 第二節(jié) 控制網平差原理 第三節(jié) 平面控制網平差 第四節(jié)

17、高程控制網平差 第五節(jié) GPS基線向量網平差 第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,應用大地測量學,大地控制網的設計： 選點 確定觀測方案（選擇儀器、觀測方法、構網） 精度估算 控制網質量的重要量化指標 可靠性分析,第六節(jié)控制網精度與可靠性,第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,應用大地測量學,一、控制網精度估算 在圖上量測各控制點的近似坐標，確定各類觀測量的誤差方程式的系數B，根據控制網等級和所選擇儀器設備確定觀測值的權P和單位權中誤差,第六節(jié)控制網精度與可靠性,第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,應用大地測量學,一、控制網精度估算 在圖上量測各控制點的近似坐標，確定各類觀測

18、量的誤差方程式的系數B，根據控制網等級和所選擇儀器設備確定觀測值的權P和單位權中誤差 ，按間接平差方法組成法方程系數矩陣：,第六節(jié) 控制網精度與可靠性估算,應用大地測量學,二、可靠性理論簡介 測量觀測值除含有隨機誤差外，還常并存有系統(tǒng)誤差和粗差。系統(tǒng)誤差和粗差必須排除，才能獲得可靠的平差結果。控制網的可靠性理論是研究在測量觀測值中發(fā)現(xiàn)粗差和消除粗差影響的理論與方法。可靠性理論主要包括以下兩個方面的內容： 第一，在理論上研究平差系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、區(qū)分不同模型誤差能力及不可發(fā)現(xiàn)、不可區(qū)分模型誤差對平差結果的影響，前者稱為內部可靠性，后者稱為外部可靠性。 第二，在實際數據處理過程中，尋求在平差過程中自動發(fā)現(xiàn)和區(qū)