本节主要介绍等精度观测和不等精度观测的精度评定方法。要求学生通过精度评定相关内容的学习,能够根据实际观测数据,正确评定观测值的精度。
6.4.1 等精度观测的精度评定
1.算术平均值的中误差
设在等精度的观测条件下,对某未知量进行n次观测,观测值分别为l1,l2,…,ln,相应各观测值的中误差为ml1,ml2,…,ml n。
据算术平均值的函数式 x=(l1+l2+…+ln)
由式(6-11)推得算术平均值的中误差为:
因各次观测值都是等精度观测,即ml1=ml2=…=ml n=m,则:
结论:算术平均值的中误差等于观测值中误差的倍。
例6.10 设对某水平角施测了5个测回,若一测回的测角中误差m=±20″,试求5个测回的水平角平均值的中误差mβ。
解:由式(6-20)得:
2.观测值中误差
观测值的精度是以中误差来衡量的。当观测值的真值已知时,每个观测量的真误差Δ可以求出,根据公式(6-3)可计算出中误差m。但在一般情况下,观测值的真值往往无法获得,因此实际上不能用真误差来计算中误差。然而由于算术平均值是真值的最或是值,算术平均值可根据观测值计算得到,所以在平差计算时可利用观测值的算术平均值代替真值,通过计算观测值的改正数来进行平差计算。
(1)观测值的改正数。
观测值的改正数是观测值的算术平均值x与观测值li之差,用vi表示,即:vi=x-li。
v1=x-l1
v2=x-l2
……
vn=x-ln
将上列等式相加,得:
由上式可知,观测值的改正数之和恒等于零,可以用作计算中的检核。
(2)观测值中误差计算。
设在等精度的观测条件下,对某未知量进行n次观测,其观测值分别为l1,l2,…, ln,该量的真值为X,算术平均值为x,观测值的改正数分别为v1,v2,…,vn,相应的真误差为Δ1,Δ2,…,Δn,则
Δi=li-X (i=1,2,…,n)
vi=x-li(i=1,2,…,n)
将上列两等式相加,得:
Δi=(x-X)-vi(i=1,2,…,n)
将上式两边平方求和,并除以n,得:
由式(6-21)可知:[v]=0
(x-X)是最或是值(算术平均值)的真误差,难以求得,通常以算术平均值的中误差mx代替。将算术平均值x的中误差mx=±代入(6-22)式得观测值的中误差为:
将(6-23)式代入mx=±中,得用观测值的改正数计算算术平均值中误差公式为:
例6.11 设丈量A、B两点间距离,丈量6次的结果如表6.2所示,求观测值的中误差及算术平均值的中误差。
表6.2 A、B两点间距离丈量结果
观测值的中误差为:
算术平均值的中误差为:
距离: DAB=133.647m±0.0023m
6.4.2 不等精度观测的精度评定
1.加权算术平均值(最或是值)的中误差
设对某一未知量进行了n次非等精度的观测,观测值分别为l1,l2,…,ln,相应各观测值的权为p1,p2,…,pn,相应各观测值的中误差为m1,m2,…,mn。
将公式展开为:
根据误差传播定律,加权算术平均值的中误差为:(www.xing528.com)
根据单位权的定义公式(6-18),可得:
将各mi代入上式得:
式中:M为加权算术平均值中误差;
u为单位权中误差;
[p]为各观测值的权之和。
2.单位权中误差
在(6-25)式中,要计算加权平均值的中误差时,必须先求出单位权中误差u。
(1)根据真误差计算单位权中误差。
由单位权的定义式可知:
u2=p1m21
u2=p2m22
……
u2=pnm2n
将上述等式两边相加得:
nu2=p1m21+p2m22+…+pnm2n=[pmm]
则:
当n→∞时,用真误差Δ代替中误差m,衡量精度的意义不变,则可将上式改写为用真误差计算单位权观测值中误差的公式:
将(6-26)式代入(6-25)式中得加权算术平均值的中误差为:
(2)根据最或是误差计算单位权中误差。
在多数情况下,真误差是不能求得的,所以要用最或是误差vi来计算单位权中误差。在非等精度观测中,观测值的最或是误差为观测值li与观测值的加权算术平均值x0之差,用vi表示,即:vi=li-x0。
最或是误差为:
v1=l1-x0权p1
v2=l2-x0权p2
……
vn=ln-x0权pn
将上述等式两边乘以相应的权得:
p1v1=p1l1-p1x0
p2v2=p2l2-p2x0
……
pnvn=pnln-pnx0
将上述等式两边相加得: [pv]=[pl]-[p]x0
将x0=代入上式得:
[pv]=0
由上式可知,观测值的加权改正数之和恒等于零,可以用作计算中的检核。
类似公式(6-26)的推导,可以求得用最或是误差来计算单位权中误差的公式为:
加权平均值中误差为:
式中:
vi=x0-li
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