精度评定
搞懂单位权方差怎么估、权倒数怎么传、精度怎么评
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精度评定
搞懂单位权方差怎么估、权倒数怎么传、精度怎么评
条件平差回顾
上页讲了精度评定如何打分,但成绩单建立在平差之上。条件平差是经典路径:多余观测→条件方程→闭合差→法方程。三者怎么咬合?
KVL 要求回路电压和为零(条件),实测不为零即闭合差,求最合理分配即解 V
精度评定的意义
上一步条件平差给我们算出了坐标——但一个孤零零的数字其实说明不了太多:它可靠吗?哪个方向更弱?会不会有粗差漏网?这就是为什么平差之后必须再走一步:评定精度。
生产只造出产品,质检给它贴合格证;平差只算出数值,精度评定给它贴可靠度标签
单位权中误差的概念
σ₀的意义——假设观测值权为1时的中误差
单位权中误差公式推导
在条件平差框架下,把残差加权平方和变成单位权中误差,走通这条五步推导链。
单位权中误差计算流程
从左到右读完整流程:观测值出发,经条件方程、联系数、残差,最终算出 σ₀。每个箭头对应一次数学运算。
自由度与多余观测数
前面用 σ̂₀² = VᵀPV/r 算出了单位权中误差,但分母 r = n − u 究竟代表什么?这一页来揭开它的物理含义。
已知两角可推第三角(u=2);实测三内角(n=3),r=1,闭合差就是这 1 个独立残差
协因数阵的定义
上节推导出单位权方差 σ₀² 这个'精度放大系数'。但未知参数 X 通常不止一个,它们之间还有协方差。要描述这组参数的精度,光靠 σ₀² 不够,需要一个矩阵来承接——这就是协因数阵 Q。
刚度越大越难变形对应观测越可靠;柔度是其倒数,对应精度贡献
协因数阵的性质
上一节我们把协因数阵 Q 定义出来了——它装的是观测值之间的相对精度结构。这一节看 Q 本身的三个漂亮性质:对称、单位阵退化、迹。这三条性质决定了它在平差里为什么好用。
A推B的力 = B推A的反作用力,对应 Qᵢⱼ = Qⱼᵢ
协因数传播律
从左到右读:起点是已知向量的协因数阵,经线性函数变换后,套用传播律即可得到新向量的协因数阵,进而做精度评定。
法方程系数阵N的结构
上页我们用协因数传播律让 P 在公式之间流动。在间接平差里,最后所有 P 与几何构型 A 浓缩成一张矩阵 N=AᵀPA,它的形状决定了参数协因数阵的全部信息。
每根弹簧=一次观测,P=弹簧刚度,整网汇总即 N——网越硬、节点定位越准
协因数阵Qaa的求法
按箭头方向读:法方程N → 对称正定 → 求逆 → Qaa=N⁻¹。亮起节点即当前讲解步骤。
平差值协因数阵Q_ll
上页得到改正数 V 的协因数阵 Q_VV,但评定精度最终要看平差值 L̂ 自身。本页从 L̂ = L + V 出发,推导平差值的协因数阵。
原信号方差 Q_LL 减去估计出的噪声方差 Q_VV,等于干净信号方差 Q_L̂L̂
平差值函数的概念
上几页我们算出了平差值协因数阵 Q_ll,能求各待定点坐标的精度。但工程真正问的往往是两点间的边长、网形的面积、关键方位角——这些组合量才是平差值的函数。
成分资产精度已知(协因数),组合收益是加权函数,组合精度按权重与协因数一起传播
平差值函数线性化
平差值函数若是非线性的,需要在工作点附近做一阶泰勒展开,才能套用协因数传播律。
平差值函数协因数阵推导
用流程图展示从 F=f(L̂) 到 Q_FF 公式的完整推导链。
平差值函数中误差
上页我们算出 F 的总协因数 Q_{FF},但它只是一个无量纲的权倒数。这一页只做一件事:把它和单位权中误差 σ₀ 拼起来,得到真正带量纲的 F 中误差 σ_F。
σ₀ 类似电阻热噪声(基础等级),Q_{FF} 类似电压增益(放大倍数),二者共同决定输出端的噪声幅度
三种协因数阵对比
三个协因数阵形式相似但含义迥异:Qaa、Q_ll 与 QFF 选错对象是精度评定最常见错误。
- 对象:模型中的参数 / 平差值
- 求法:Qaa = N⁻¹;Q_ll 由其线性变换
- 应用:评定模型内各量的精度
- 特征:直接来自平差,无需额外定义
- 对象:平差值的任意函数 φ(L̂)
- 求法:QFF = F·Q_ll·F^T(F 隐函数矩阵)
- 应用:评定模型外推算量的精度
- 特征:依赖自定义函数形式
精度评定自测
条件平差中,已知单位权中误差 σ₀=1.5″,某平差值函数的协因数 Q_F=4。求该函数的中误差 σ_F。
精度评定思考
先自己想,再对照参考答案看思路是否对得上。
参考答案σ̂₀ 是衡量整网精度的整体尺度,必须由多余观测产生的改正数 V 反推;单条观测值的中误差只反映局部,无法代表全网。
参考答案不存在。无多余观测就没有 V,也就没有 VTPV 求 σ̂₀²,协因数传播律同时失去前提,整章评定都无从谈起。
参考答案泰勒展开取一阶近似后仍可套用,但系数要用偏导在近似值处取值;非线性越强,忽略的高阶项引入的误差也越大。