附有限制条件的间接平差
看清约束条件如何嵌入法方程,搞懂何时需要约束以及精度评定的细节
按 空格/→ 演示下一步
全部页面点击任意一页,跳回舞台从这页播放
附有限制条件的间接平差
看清约束条件如何嵌入法方程,搞懂何时需要约束以及精度评定的细节
普通间接平差回顾
上一节我们看到,参数之间一旦存在约束,平差就不再只是'列方程、解方程'那么简单了。要理解约束到底'附'了什么东西,先回到基础——不带任何约束的普通间接平差是怎么做的。
地标坐标 = 参数;到你和地标的距离 = 观测值;最佳位置 = 参数最小二乘解
为什么需要限制条件
上页回顾了普通间接平差:要求 t≥u 方程组才有唯一解。但实际测量中常出现 t<u 的窘境——观测不够,参数定不下来。这一页找破局之路。
加上'内角和=180°'等已知几何条件,三角形才能唯一确定
函数模型与限制条件
上页说到,当参数之间存在必须满足的几何或物理关系时,光靠观测方程就不够了。这一页我们把'硬规则'写进平差模型,看它长什么样。
估三个角像观测方程自由组合,三角形内角和=180°像约束方程,两套规则必须同时满足
误差方程的列立
观测方程到误差方程,四步走完就拿到可解的函数模型。
法方程的组成与结构
误差方程与限制条件都已经列好。下一步要把它们组装成可解的线性方程组——这就是法方程。它由哪几块拼起来?
梁柱设计图(B^T P B)配地基承载规范(C),乘子k是连接梁柱与地基的榫卯
联系数法方程的建立
上一页手握误差方程和限制条件,看似齐全——真要解 x̂ 时会发现,把限制条件直接代入消元,公式会越变越乱。有没有办法不动原方程、又能同时'管住'所有约束?
不能违反的规则不能直接消掉,不如给每条规则标个罚款额度(乘数 K),让求解者自己在目标函数里权衡
法方程的求解过程
联系数法方程把参数x和联系数K耦合在一起,求解必须先消元再回代。
精度评定的指标体系
上一页我们从法方程解出了参数估值 X̂,数字拿到了。但工程上光有结果还不够——精度够不够?哪个参数估得稳?任意派生的距离、点位靠不靠谱?这套指标体系就是用来回答这些问题的。
总分看整体发挥;每题得分看单参数精度;预测相关题得分靠协因数传播
单位权中误差的计算
法方程解出 x̂ 之后,残差 V 就有了。但 V 是怎么变成单位权中误差 σ̂₀ 的?这就是验后方差估计要做的事——用残差反推精度。
总题数扣掉会做的(参数 t),再补回题目的关联信息(约束 r),才是真正能检验你的题
平差值函数的中误差
上节我们求出了单位权中误差 σ̂₀,描述的是整体精度。但工程上更关心某个具体量的精度——某点坐标、某段距离——这就是平差值函数的中误差要解决的问题。
每个角度、距离的误差传到控制点,再到任意函数值;偏导数反映各观测对结果的影响权重
公式体系总览
沿箭头看推导链:函数模型→法方程→求解→精度评定,四步出全部公式。
与普通间接平差的公式对比
增加限制条件后哪些公式变了
典型实例介绍
前面我们搭好了附有限制条件平差的整套公式。现在回到一个真实水准网:两端各一个已知高程点,中间若干待定点,观测高差有冗余——限制条件从哪里来?
A、B 高程已知即两端洞口固定,中间必须贯通对齐
完整求解过程演示
从列方程到求参数再到精度评定,五步走完整过程。
结果检验与精度评定
前面已经算出了所有参数,但「算完」不等于「算对」。平差结果出来后必须做两件事:回头检验是否真满足所有约束,并给出精度的量化评价。这就是结果检验与精度评定的环节。
选择题(约束)必须全对;大题不同解法结果要一致;总分(σ̂₀)反映整体质量;逐题得分反映各参数精度
知识点总结
- ✓限制条件显式编码参数间本应满足的几何或物理关系,消除秩亏。
- ✓联系数k桥接误差方程与限制条件,总法方程阶数=参数数+r。
- ✓自由度=R−r,协方差阵需扩展以反映k传播。
- ✓参数选得好,部分约束自动满足,r减小——参数化设计的智慧。
课后思考
先独立思考三个问题,再对照参考答案。三问分别覆盖回顾、应用与迁移三种层次。
参考答案个数最少只保证法方程可解,并不等于参数可识别;纯代数情形下解可在参数空间滑动,需用限制条件把解锚定到唯一位置。
参考答案联系数法方程缺一条而降秩,最小二乘解不唯一;残差平方和守恒,但参数估值与协方差阵都会偏移,落到有偏解上。
参考答案退化为经典条件平差。两者法方程秩与解等价,单位权中误差公式化为同一形式,可互为验证并对照精度评定。