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javagraticule3d:least-squares-adjustment:defect

Datumsdefekt in der freien Ausgleichung

Das geodätische Datum, welches die Lagerung, Orientierung und ggf. Skalierung eines Netzes beschreibt, ist allein durch das Einführen von terrestrischen Beobachtungen und relativen GNSS-Basislinien nicht definiert. Dies bedeutet, dass Aufgrund des Datumsdefektes keine eindeutige Lösung für das Ausgleichungsproblem existiert. Diese Problemstellung tritt immer auf, wenn eine freie Netzausgleichung durchgeführt wird, da durch den Datumsdefekt das Normalgleichungssystem einen Rangdefekt aufweist und somit unendlich viele Lösungen besitzt.

Typische Netzkonfigurationen und auftretende Defekte

In der nachfolgenden Tabelle sind gängige Netzkonfigurationen mit dem auftretenden Datumsdefekt zusammengefasst.

Netztyp Beobachtungen Defekt freie Datumsparameter
Höhennetz Höhenunterschiede 1 z-Translation
Höhenunterschiede mit Maßstabsunbekannte 2 z-Translation und Skalierung
Lagenetz Strecken und Azimute 2 x-Translation, y-Translation
Azimute; Strecken mit Maßstabsunbekannte und Azimute 3 x-Translation, y-Translation und Skalierung
Strecken; Strecken und Richtungen 3 x-Translation, y-Translation und z-Rotation
Richtungen; Strecken mit Maßstabsunbekannte; Strecken mit Maßstabsunbekannte und Richtungen 4 x-Translation, y-Translation, z-Rotation und Skalierung
Raumnetz Strecken und Azimute 3 x-Translation, y-Translation und z-Translation
Strecken mit Maßstabsunbekannte und Azimute 4 x-Translation, y-Translation, z-Translation und Skalierung
Strecken und Richtungen; Strecken und Zenitwinkel; Strecken, Richtungen und Zenitwinkel 4 x-Translation, y-Translation, z-Translation und z-Rotation
Richtungen und Zenitwinkel; Strecken mit Maßstabsunbekannte und Richtungen/Zenitwinkel 5 x-Translation, y-Translation, z-Translation, z-Rotation und Skalierung
Strecken 6 x-Translation, y-Translation, z-Translation, x-Rotation, y-Rotation und z-Rotation
Strecken mit Maßstabsunbekannte 7 x-Translation, y-Translation, z-Translation, x-Rotation, y-Rotation, z-Rotation und Skalierung

Durch relative GNSS-Basislinienmessungen können die auftretenden Datumsdefekte bis auf die Translationsparameter verringert werden.

Ränderung der Normalgleichung

Zur Behebung des Defektes im Normalgleichungssystem werden in JAG3D d unabhängige Bedingungsgleichungen eingeführt und die Normalgleichungsmatrix gerändert. Die Bedingungsgleichungen leiten sich dabei aus einer differenziellen Helmert-Transformation mit infinitesimalen Drehwinkeln ab.

Eq: \mathbf{x^'} = \mathbf{x} + \mathbf{Tt}

Für den räumlichen Fall ergeben sich

Eq: \mathbf{T} = \begin{pmatrix}
1 & 0 & 0 & x &  0 & -z &  y \\
0 & 1 & 0 & y &  z &  0 & -x \\
0 & 0 & 1 & z & -y &  x &  0 \\
\end{pmatrix}

und

Eq: \mathbf{t} = \begin{pmatrix}
t_x & t__y & t_z & m & r_x & r_y & r_z
\end{pmatrix}^T

Die Ränderung der Normalgleichung erfolgt über die Bedingungsgleichung BTx=b, indem die zu den Datumspunkten gehörenden Zeilen in B mit T besetzt werden. Das entstehende geränderte Gleichungssystem lautet

Eq: \begin{pmatrix}\mathbf{n} \\ \mathbf{b}\end{pmatrix} = 
\begin{pmatrix}
\mathbf{N}   & \mathbf{B} \\
\mathbf{B^T} & \mathbf{0}
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}\mathbf{\hat x} \\ \mathbf{k}\end{pmatrix}

worin der Widersprüche der Bedingungen b=0 sind und k den Korrelatenvektor bezeichnet. Die sich ergebene Kofaktormatix Qxx besitzt minimale Spur für die Datumspunkte, weshalb im Zusammenhang mit der freien Netzausgleichung häufig von Teil- oder Gesamtspurminimierung gesprochen wird. Strenggenommen kann JAG3D keine Gesamtspurminimierung durchführen auch wenn alle Punkte zur Datumsbildung herangezogen werden, da keine Parameterreduktion für unbekannte Zusatzparameter im Normalgleichungssystem durchgeführt wird.

javagraticule3d/least-squares-adjustment/defect.txt · Zuletzt geändert: 04.08.2013 13:53 von Michael Loesler