近代测绘数据处理发展概况(第一章 )

第一章近代测量数据处理概述

重点：测绘科学的发展，误差来源

第一节数据处理与测量误差

一、现代测绘技术的特点

（一）自动化、智能化

随着传感器技术（观测）、无线通讯技术、网络技术（数据传输）计算机技术（数据管理和处理）在测绘科学的广泛应用，测绘数据采集的范围越来越广，数据观测的自动化程度越来越高。（二）内涵和外延

由于上述（四大技术）技术在测绘领域中的应用及测绘技术自身的发展，使得测量数据的获取的手段和测量数据本身的内涵和外延使得经典的数据处理方法不能满足现代测绘发展的需求。

热点新技术：云计算、大数据、互联网+、SensorWeb

其中数据处理从数据的获取、预处理、传输、存储到分析与评价始终扮演着重要角色。

测绘理论的核心就是测绘数据处理。

（三）空天地对地观测：数据采集的手段是现代化的对地观测技术：

以全站仪和地面三维激光为代表的测量技术对地观测技术；以摄影测量、激光雷达遥感、（Global Navigation Satellite System,GNSS）空对地观测技术，无人机；测量数据的特点具有（高精度、高动态、多源性、多维性、海量、多分辨率、多时态）的特点，数据采集呈现出自动化、实时化，数据处理也要自动，实时，动态发布。这些先进的观测技术结合自动化，实时化的处理方法，使得测绘科学正在向信息化测绘方向发展（测绘科学经历了几个时代），预测一下未来是一个什么样；

无论是什么样的观测手段，测量值中不可避免的产生误差，而且误差来源的多样性和复杂性。并且多余观测值的存在就会在数据处理过程中产生矛盾，这时需要建立正确的数据模型、选择最优化方法和准则求解参数，最大限度地排除误差的干扰，最后由数据质量评价方法和误差理论给出信息（成果）信息的精度和可靠性指标。

在以前很长一段时期，认为测量误差主要是服务正态分布的偶然误差，事实上测量误差通常同时包含偶然误差、系统误差和粗差（三者统称为观测误差）。有时系统误差和粗差出现也不可避免。因此，测量误差理论的扩展和质量控制方法的研究也是测量平差一个主要任务。

一、观测误差的来源

观测值的真值L与观测值L之差，称为观测误差，简称真误差。

∆=L−L

观测工作总是在一定的环境下进行的，观测条件的组成：

观测者（感官）：照准误差（人眼的分辨率、目标的形状高度）

读数误差，调焦不好，分划不清仪器的读数设备的不完善。（测量机器人取代观测者）

仪器构造：i角误差，三轴误差（视准轴误差、横轴误差、坚轴误差）照准部偏心误差、指标差。

外界环境：温度、气压、湿度、风力

三方面的因素构成观测条件条件好观测质量高就意味着精度高，

相同的条件就是等精度观测。

二、观测误差的分类及一般的处理方法

1．系统误差：在相同的条件下，误差的大小，符号表现出一定的系统性、规律性。

1

例：钢尺量距------尺长误差

视准轴（视准轴不能垂直横轴）

横轴不水平

坚轴（严格对中整平）

偏心差

指标差：i角误差

大气折光（三角高程对向观测）气压温度改变。

一般的处理方法：改正；采取合理的观测方法（正倒镜）抵销；当作未知参数归入平差模型一并解算。

系统误差可以消除减弱，尽量避免

2．偶然误差：在相同的观测条件下，符号、大小观呈现偶然性，没有规律性，总体上服从统计规律。

特性：①绝对值不超过一定的限值

②小误差出现后的概率比大误差出现的概率大

③正负误差出现的概率相等

④E(△)=0 L=E(L)

例：读数，照准，仪器（底盘刻划不均匀）

外界条件的变化，偶然误差必然存在。

一般的处理方法：进行多余观测，用数学模型减少偶然误差对观测结果的影响。

3.粗差：大量级的偶然误差（粗差）

例如：记错、读错、瞄错、外界条件、仪器故障，粗差时不容许存在。

∆＝∆n+∆s+∆s

发现和避免出现粗的方法：

①进行必要的多余观测（提高观测质量）

②采用严格的检核和验算（步步有检核）

③严格遵守各类测量规范和细则

④将粗差纳入到模型的一部分，构建立数学模型进行检测（函数模型、随机模型）

含有粗差的观测值都不能用，一旦发现弃用或重测。

海量数据采集的信息化、自动化：如何在大量的观测数据中发现和剔除粗差是测绘界研究的重要课题，既是理论问题也是算法问题。

第二节近代测量数据处理进展

高斯简介：

1794年由高斯提出的最小二乘法近200年的数据处理中一直被广泛应用。

约翰·卡尔·弗里德里希·高斯（C.F.Gauss，1777年4月30日－1855年2月23日），男，德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地测量学家。是近代数学奠基者之一，高斯被认为是历史上最重要的数学家之一，并享有“数学王子”之称。高斯和阿基米德、牛顿并列为世界三大数学家。一生成就极为丰硕，以他名字“高斯”命名的成果达110个，属数学家中之最，他对数论、代数、统计、分析、微分几何、大地测量学、地球物理学、力学、静电学、天文学、矩阵理论和光学皆有贡献。。高斯被认为是历史上最重要的数学家之一，高斯在历史上影响巨大，可以和阿基米德、牛顿、欧拉并列。

高斯是一对贫穷夫妇的唯一的儿子。

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在成长过程中，幼年的高斯主要得力于他的母亲罗捷雅和舅舅弗利德里希（Friederich ）。弗利德里希富有智慧，为人热情而又聪明能干投身于纺织贸易颇有成就。他发现姐姐的儿子聪明伶利，因此他就把一部分精力花在这位小天才身上，用生动活泼的方式开发高斯的智力。 若干年后，已成年并成就显赫的高斯回想起舅舅为他所做的一切，深感对他成才之重要，他想到舅舅多产的思想，不无伤感地说，舅舅去世使"我们失去了一位天才"。正是由于弗利德里希慧眼识英才，经常劝导姐夫让孩子向学者方面发展，才使得高斯没有成为园丁或者泥瓦匠。

初显天分

高斯7岁那年开始上学。10

岁的时候，他进入了学习数学的班级，这是一个首次创办的班，孩子们在这之前都没有听说过算术这么一门课程：1+2…

。数学教师是布特纳，他对高斯的成长也起了一定作用。数学教师是布特纳，他对高斯的成长也起了一定作用。 得到资助

14岁的高斯，这位朴实、聪明但家境贫寒的孩子赢得了公爵的同情，公爵慷慨地提出愿意作高斯的资助人，让他继续学习。1799年，高斯完成了博士论文，公爵为高斯付诸了长篇博士论文的印刷费用，送给他一幢公寓，又为他印刷了《算术研究》，使该书得以在1801年问世；还负担了高斯的所有生活费用。所有这一切，令高斯十分感动。他在博士论文和《算术研究》中，写下了情真意切的献词："

献给大公"，

"你的仁慈，将我从所有烦恼中解放出来，使我能从事这种独特的研究"。

资助人去世了，因此高斯必须找一份合适的工作，以维持一家人的生计。为了不使德国失去最伟大的天才，德国著名学者洪堡（B.A.Von Humboldt ）联合其他学者和政界人物，为高斯争取到了享有特权的哥廷根大学数学和天文学教授，以及哥廷根天文台台长的职位。

投身研究

来毫无希望的研究，小波尔约还是沉溺于平行公理。最后发展出了非欧几何，并且在1832～1833年发表了研究结果，老波尔约把儿子的成果寄给老同学高斯，想不到高斯却回信道：我无法夸赞他，因为夸赞他就等于夸奖我自己。

地理测量个人成就

1820年前后，高斯把注意力转向大地测量——用数学方法测定地球表面的形状和大小。他把很多时间用於大地测量的理论研究和野外工作。