测量平差概述

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第一章 绪 论 本章主要内容
观测误差 测量平差学科的研究对象 测量平差的简史和发展 本课程的任务和内容
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一、 观测误差
(Observation error)
观测（测量）：用一定的仪器、工具、 观测（测量）：用一定的仪器、工具、传感器或其他手 ）：用一定的仪器 段获取与地球空间分布有关信息的过程和实际结果 1、测量差异与观测误差 、测量差异与观测误差 测量差异来源于观测误差 测量差异来源于观测误差 2、产生观测误差的原因 、产生观测误差的原因 观测受观测条件 观测条件的影响 观测受观测条件的影响 3、如何发现观测误差 、 采用多余观测法发现观测误差 采用多余观测法 多余观测
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多余观测（ 多余观测（Redundant observation） ） 两点间距离： 两点间距离：
B 必要观测： 必要观测：S1 差异=S1-S2 差异
A
多余观测：S2 多余观测：
只有有了多余观测才能产生测量差异，从而发现观测误差。 只有有了多余观测才能产生测量差异，从而发现观测误差。 观测误差的存在使得测量平差必要。 观测误差的存在使得测量平差必要。 多余观测的存在使测量平差成为可能。 多余观测的存在使测量平差成为可能。
现代数据采集的高自动化，数据量的海量化， 使得粗差问题在现今的高新测量技术（GPS、 GIS、RS）中尤为突出。
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二、测量平差学科的研究对象
经典测量平差范畴（只包含偶然误差） 经典测量平差范畴（只包含偶然误差） 近代测量平差范畴（ 近代测量平差范畴（系统误差与粗差） 测量平差理论和方法是测绘学科中测量数据 处理和质量控制方面重要的组成部分， 处理和质量控制方面重要的组成部分，并在 现代GPS(全球定位系统 、GIS（地理信息 全球定位系统)、 现代 全球定位系统 （ 系统）、 ）、RS（遥感） 系统）、 （遥感）及其集成的高新测量 技术以及高精度自动化数字化数据采集和处 理中得到广泛应用。 理中得到广泛应用。
~ ∆ i = Li − Li , i = 1,2,L, n
： ： ： ：
n,1
n ,1
向量形式
n ,1
~ ∆ = L− L
n ,1
n ,1
其中
∆ = [∆1 ∆ 2 L ∆ n ]
~ ~ L = L1
T
[
~ ~ L 2 L Ln
]
T
n ,1
L = [L1
L2
L Ln ]
T
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5、观测误差的分类和处理 、 分类 处理
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工程控制网布设及优化设计
1）测图控制网 ） 2）施工控制网 ） 3）变形监测网 ） 4）安装测量控制网。 ）安装测量控制网。 布设测角网(三角网triangle network) 、测边网 布设 (三边网trilateration network )、边角网 (triangulateration network )、导线网(traverse networt )、GPS网(gps networt )、水准网 (leveling network)等等。
高斯简介
高斯，德国著名数学家、物理学家、天文学家和大地测量学家。 1777年4月30日生于不伦瑞克, 1799年以论文《代数学基本定理的 重新证明》获得黑尔姆施泰特大学博士学位。高斯对大地测量学 的发展作出了卓越的贡献，解决了一系列理论问题和实践问题。 早在1794年，他首创了最小二乘法理论,并应用于谷神星（小行星 1号）轨道和星历的计算。1809年在题为《围绕太阳沿圆锥曲线轨 道公转的天体的运动理论》一文中，正式发表了最小二乘法理论。 随后在1815～1826年期间，陆续发表了关于这一方面的几篇论文， 使最小二乘法应用于测量平差的问题大部分得到了解决，极大地 推动了19世纪大地测量的发展。高斯是椭球面大地测量学的开拓 者。他对微分几何和曲面理论作了深入研究，以此为基础于1822 年首创了将椭球面投影到平面上的正形投影法，解决了在有限区 域内保持投影后的图形同原图形相似的问题，并因此于1823年获 得丹麦科学院奖金。高斯在天文学方面的贡献也促进了大地天文 学的发展。1805～1807年他创造了用迭代过程计算天体轨道的新 方法，以代替过去惯用的内插法. 1832年，高斯首次提出测定地磁 场强度的绝对法 。
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2. 近代平差理论的发展
相关平差： 相关平差：1947年，铁斯特拉（T.M.Tienstra） 年 铁斯特拉（ ） 提出， 年代后广泛应用 提出，70年代后广泛应用 顾及随机参数的最小二乘滤渡、推估和配置； 顾及随机参数的最小二乘滤渡、推估和配置； 1969年，克拉鲁普（T.Krarup）提出，70年代后 年 克拉鲁普（ ）提出， 年代后 广泛应用 秩亏平差： 秩亏平差：1962年，迈塞尔（P.Meiss）提出，70 年 迈塞尔（ ）提出， 年代后广泛应用 方差—协方差估计理论研究 应用（ 年代 协方差估计理论研究、 年代） 方差 协方差估计理论研究、应用（80年代） 统计假设检验理论的研究、应用； 统计假设检验理论的研究、应用； 粗差探测法和可靠性理论：60年代后期，荷兰巴 粗差探测法和可靠性理论： 年代后期， 年代后期 尔达（ 尔达（W.Baarda）教授提出，近年形成粗差定位、估 ）教授提出，近年形成粗差定位、 计等理论。 计等理论。 主页
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测绘科学与技术
大地测量与测量工程 摄影测量与遥感 数学 政治 英语
地图制图与地理信息系统工程 测量平差
工wenku.baidu.com测量 海洋测量
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测绘界的院士知多少？
» 测绘界的院士知多少？
夏坚白、王之卓、 夏坚白、王之卓、方 俊 陈永龄、陈俊勇、 陈永龄、陈俊勇、刘先琳 李德仁、宁津生、 李德仁、宁津生、刘经南 许厚泽、魏子卿、 许厚泽、魏子卿、王家耀 王任享、 王任享、高 俊、张祖勋 许其凤、 许其凤、叶淑华
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B、系统误差(Systematic error) 、系统误差 误差在大小和符号上都表现出系统 性，或者在观测过程中按一定的规 律变化，或者为一常数。如尺长误差
（保持常数）钢尺温度变化，热胀冷缩 保持常数）钢尺温度变化， 有规律变化） （有规律变化）
系统误差具有累计性 测量规范中所制定的种种限制都是 减少系统误差对观测结果的影响。
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课程安排
前修课程：测量学、高数、线性代数、 概率论与数理统计 课程上一个学期进行： 第三学年上学期：4学分 后续课程：测绘数据的计算机处理、控 制测量、近代平差
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课程特点
1.要求的数学基础: 高等数学 线性代数 概率论与数理统计 2.公式多 3.自己动手动脑
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线性代数需要复习的内容
矩阵的定义 相关与无关的概念 系数矩阵与增广矩阵 同型矩阵\相等矩阵\特殊矩阵(对角,单位 阵,分块) 矩阵的运算(线性\乘法\转置\逆\微分\秩 ) 线性方程组 高斯消元法
Theory of errors and basis of surveying adjustment

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武汉大学测绘学院 测量 平 差 学 科组 编著 武汉大学出版社出版 2003年 月第1 2003年1月第1版 书号: 书号 ISBN 7-307-03709-2/p·55 定价: 元 定价 21元
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例子
某钢尺的注记长度为30m，经鉴定后，它的实 际长度为30.016m，即每量一整尺，就比实际 长度量小0.016m，也就是每量一整尺段就有 +0.016m的系统误差。这种误差的数值和符号 是固定的，误差的大小与距离成正比，若丈量 了五个整尺段，则长度误差为 5×(+0.016)=+0.080m。若用此钢尺丈量结果为 167.213ｍ，则实际长度为： 167.213＋×0.0016=167.213＋0.089=167.302(ｍ)
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测量平差的简史和发展 三、 测量平差的简史和发展
1. 经典平差理论的发展
高斯（Ｃ、Ｆ、Ｇａｕｓｓ）创立最小二乘法 高斯（Ｃ、Ｆ、Ｇａｕｓｓ）创立最小二乘法 （Ｃ、Ｆ、Ｇａｕｓｓ） （least
squares method ）
１７９４年 。 １７９４年，高斯提出最小二乘法理论 １８０１年 １８０１年，高斯用最小二乘法解决了确定谷神 星轨道的问题。 星轨道的问题。 １８０９年 高斯在《天体运动的理论》一文中， １８０９年，高斯在《天体运动的理论》一文中， 从概率论观点， 从概率论观点，详细地叙述了他所提出的最小二乘 原理。 原理。 马尔柯夫（Ａ、Ａ、Ｍａｒｋｏｖ）确立高斯--马尔柯夫（Ａ、Ａ、Ｍａｒｋｏｖ）确立高斯 （Ａ、Ａ、Ｍａｒｋｏｖ）确立高斯 主页 --- 马尔柯夫平差模型的（1912年） 马尔柯夫平差模型的（ 年
误差
∆ = ∆
粗差
g
+ ∆
s
+ ∆
a
系统误差
偶然误差
偶然误差: 偶然误差 采用测量平差的方法 系统误差：采用适当的观测方法 系统误差： 校正仪器 计算加改正 系统误差补偿 粗 差 : 重复观测 严格检核 发现后舍弃或重测 计算中发现
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A、偶然误差（Accident error） 偶然误差（ 偶然误差
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概率论与数理统计需要复习的内容
概率和随机变量 概率密度 正态分布 数学期望\方差 协方差\ 方差\协方差 数学期望 方差 协方差 数理统计的基础知识 参数估计 参数的假设检验
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教学方式与内容
讲授为主，例题、习题相结合。 讲授为主，例题、习题相结合。 内容： 内容：主要讲前十章的内容
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观测数据总是不可避免 地带有误差。 地带有误差。 测量平差研究误差处理 的基本理论、 的基本理论、基本知识和基 本方法。 本方法。
误差在大小和符号上都表现出偶然性， 误差在大小和符号上都表现出偶然性， 单个误差的大小和符号没有规律性， 单个误差的大小和符号没有规律性，但 就大量误差的总体而言，具有统计规律。 就大量误差的总体而言，具有统计规律。 如对中误差、 如对中误差、照准误差 偶然误差具有随机性,也称随机误差 也称随机误差。 偶然误差具有随机性 也称随机误差。 带有偶然误差的观测列是本课程的主要 研究对象。
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C、粗差（Gross error） 、粗差（ ）
粗差是指比在正常观测条件下所可能出现的
算机输入错误、 算机输入错误、记录记错等
最大误差还要大的误差；如观测时大数读错、计 观测时大数读错、
严格来讲粗差不属于观测误差；
一定的限差：先查可以避免大部分粗差。 检验方法：科学的检验理论和方法进行排查。 平差方法： 平差方法：用一定的平差方法处理
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观测条件
观测值(observatin value)如何获取 如何获取? 观测值 如何获取 观测条件 观测者 采用一定的 仪器 在一定的 外界环境 中测取 技术水平 工作态度 精密度 误 差 温度、湿度 温度、 风力 等
观测条件对观测成果产生影响， 观测条件对观测成果产生影响，不可避免产生观测误差 观测条件较好则观测质量较高， 观测条件较好则观测质量较高，观测条件较差则观测质 量较低，观测条件相同则观测质量相同。 量较低，观测条件相同则观测质量相同。
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参考书目
《测量平差原理》，於宗俦等，测 绘出版社; 《误差理论与测量数据处理》，测 量平差教研室，测绘出版社; 《误差理论与测量数据处理习题 集》，武汉大学测绘学院测量平差 学科组编著， 武汉大学出版社
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测绘工程专业主干课： 测绘工程专业主干课：
专业基础主要课程： 测量学（5）、测量平差基础（5）、控制测量 学（5）、摄影测量学（4）、测绘数据计算机 处理（3） 3 专业课： GPS（4）、GIS（3）、工程测量（4）、数字 制图（3）、近代平差（2）等 本课程性质: 专业基础课、必修课、考试课
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观测值不可避免地存在误差
仪器工具误差 环境误差：随时间变化、大气折光、无线电传 播干扰、多路径效应 图像转换误差 基准误差 定轨误差 输入误差 人员误差
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4、观测误差的计算 、
测量所得的观测值与该量的真值之间的差值，这种差 值称为测量真误差，即: 测量真误差（true error ）=真值-观测值
3.平差计算方法的发展 3.平差计算方法的发展 平差计算方法的发展
1）. 手算阶段 ） 2）. 半自动平差阶段 ） 3）. 全自动平差阶段 ）
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4.测量平差学科发展方向
从单纯研究偶然误差理论扩展到包含系统误差 和粗差； 从测量数据静态处理发展到动态处理； 结合现代“3S”及其集成技术研究和发展相应 的误差理论和测量平差方法 经典平差范畴：研究只带有偶然误差的观测. 近代平差范畴：研究同时带有偶然误差、系统 误差、粗差的观测. ；