数学在测量学中的基础应用

最新【精品】范文参考文献专业论文数学在测量学中的基础应用数学在测量学中的基础应用[提要]本文从基本特点、基本内容等方面，浅析数学在测量学中的基础应用。通过分析，指出数学在测量学中的基本应用特点。关键词：数学；测量学；基础应用中图分类号：TV198文献标识码：A收录日期：2014年5月4日数学的应用早已深入到众多其他学科领域，对其他学科领域的发展起到了越来越重要的作用。不仅如此，数学在其他学科领域的应用根据所应用学科自身的性质、特点、层次等呈现出不同的表现形式。测量学中的两大基本问题：对测量成果的计算（常称内业成果计算）和对测量误差的分析，都要用到诸多数学原理、方法和知识。本文将从基本特点、基本内容等方面，浅析数学在测量学中的基础应用。一、基本特点（一）基础性。在测量学中应用到的诸多数学原理、方法、知识，特别强调其基础性，所应用的数学知识也几乎都是最基本的，不适合做复杂的推导，也不适合做过多的数学延伸。通过分析，可以发现数学知识让测量学更简洁、准确、精确；比如三角和平面解析几何的知识，将测量学中的基本计算问题，几乎完全转化成了数学问题，尤其是平面解析几何知识的应用，让相关测量结果计算变得方便、直接。而直接影响测量精度的误差问题，更是直接应用了概率统计和微分学的基本原理、方法和知识作为工具，同样较完美的将测量学的误差问题转化成了数学问题，为提高测量精度提供了数学理论基础。（二）专业性。在测量学中应用到的诸多数学原理、方法、知识，是服务于测量学的，所以更多的体现了其专业性。几乎每一个数学知识的应用，都有其特定的应用背景。数学知识的应用和安排是服从于“解决专业问题”这条主线的。在这种角度下，数学知识之间并不要求严格的逻辑顺序；比如三角和平面解析几何的知识就贯穿了整个测量学的基本计算问题，但其间却又同时穿插了概率统计和微分学的知最新【精品】范文参考文献专业论文识，用以解决分析测量误差的问题。（三）综合性。在解决测量学中的两个基本问题：测量成果的计算和测量误差的分析时，除了测量学本身的要求和数学的强大工具性外，还要用到很多其他学科的知识，比如地理学、物理学的应用等，这是学科间的综合。即便是数学原理、方法、知识本身的应用，也不是孤立、单一的；同一个测量学问题的解决往往同时应用多个数学知识。二、基本内容（一）三角与平面解析几何紧密结合共同解决测量成果计算问题。在测量学中，三角知识的应用是非常普遍的，尤其是在进行测量成果的计算时，从水准测量到角度测量再到距离测量以及直线方位测量、平面控制测量、高程控制测量等等，无一不以三角知识为基础。不仅如此，三角知识还往往与平面解析几何紧密结合，共同来解决测量成果的计算问题。1、三角的知识是基础中的基础。在测量学中，三角知识应用相当广泛，从勾股定理到正弦、余弦、正切、余切再到反正切、余弦定理等等，从不同方面完成了对测量成果的计算问题。比如，在分析水准尺倾斜产生的影响时，要用到余弦的知识。这样的例子几乎贯穿了整个测量学的基础应用。可以说，三角的知识是测量学中基础的基础。2、平面解析几何将测量成果计算变得更加直接、简单。如前所述，三角的知识几乎贯穿了整个测量学的基础应用，而与平面解析几何基本原理、方法和知识的结合，则使测量成果的计算有了质的飞跃，这当然直接得益于解析几何自身的优势，将几何如三角的问题转化成了代数的问题，不仅使测量成果的计算更加系统化、统一化，还使测量成果的计算变得更加直接、简单。需要说明的是，数学上通用的平面直角坐标系与测量学中实际应用的坐标系是有一定的区别的，但它们的算理都是一样的。解析几何的原理、方法和知识在测量学中最基本的应用主要在于确定点的坐标、测算两点间的距离、确定两点间的坐标方位角等等。（二）概率统计与微分学合力完成对测量误差的分析。中误差是测量学中关于测量误差分析部分的重要概念，也是误差分析的主要内最新【精品】范文参考文献专业论文容之一。从测量误差统计规律的揭示到测量中误差的定义再到它的计算以及它的变化等等，无不用到数学的原理、知识和方法，而其中最显著的是概率统计与微分学的应用，它们结合起来共同完成了对测量误差的分析。1、概率统计揭示了测量误差的基本规律。测量学中指出，产生误差的原因很多，误差的种类也各不相同，大致涉及仪器的、人为的和环境的三个方面。测量学最关心的是那些不可避免的客观存在的偶然误差。对偶然误差的基本规律进行的研究、描述，离不开概率统计的知识，最基本的一点就是：偶然误差是不确定的，但随着观测对象的增加又会呈现越来越明显的统计规律。关于偶然误差的统计规律指出：偶然误差具有有限性、显小性、对称性和抵消性；而更进一步系统性理论性的规律则是通过概率统计中最重要的正态分布体现出来的。需要补充说明的是，偶然误差的“抵消性”更是直接指导了实际的测量学外业工作，在角度测量、直线方位测量等实地测量工作中，往往通过左、右测量或往、返测量等方向性相反的测量和多次测量来抵消仪器整平等过程中产生的误差。偶然误差的抵消性用数学式子可以表示为：■■=0，△i为各次测量的真误差，n为测量总次数，可以看出，当观测次数无限增多时，偶然误差的算术平均值接近于零。2、概率统计的基本原理给出了测量中误差的定义。误差的常见基本定义，是测量值与理论真值之间的差，在测量学中依然适用。需要说明的是，测量学在定义测量误差的时候，引入了统计学的基本原理作为参考，那就是：实际测量工作中，需要对目标反复测量以提高测量精度、降低测量误差，而测量误差作为单独的研究对象时，是符合概率统计关于随机变量的基本知识的。需要指出的是，测量学中极其重要的“中误差”概念更是直接应用了随机变量的统计规律性加以定义：m=±■，m称为中误差，△i为各次测量的真误差，n为测量总次数。从“中误差”的定义式不难看出，它充分考虑了各次测量真误差之间的关系、差异，是一个综合性的概念，也是衡量观测精度的一个可靠标准，进一步分析，还可看出，它的表达式非常类似于一最新【精品】范文参考文献专业论文般概率统计中标准差的概念，当然也就描述了针对同一观测对象一组观测真误差的平均离散程度。3、微分学完成了对测量误差传播定律的定量分析。测量学的一大特点是，很多量的测量不是通过仪器直接测量、读数完成的，而是借助于其他的已完成的测量成果，通过一定的计算，间接完成的。比如一个简单的例子，要测量一块矩形场地的面积，是通过先测量矩形的长、宽，再利用矩形的面积公式计算得出面积。可以理解，由于各种原因，在测量矩形的长、宽时，不可避免的会产生误差，而这个误差将导致矩形的面积这个间接得到的量也产生相应的误差，这个误差既不是长的误差，也不是宽的误差，但是跟长、宽这两个直接的量都有关系，用测量学专业的语言描述，就是误差被传播了。用数学的语言描述就是，间接观测值是直接观测值的函数，而且间接观测值的中误差必然与直接观测值的中误差密切相关，其间对于这种关系的阐述就是误差传播定律。误差传播定律包含了丰富的内容，主要有观测值的和或差的函数中误差（如为了求得两点间的高差，在两点间设置若干观测站时）、观测值倍数函数的中误差（如在不同比例尺的地形图上量算两点间实地距离）等等。但是由于借助了数学的高度抽象性，这些类型的中误差都可以概括为一般函数的中误差，并最终统一为一个数学式子：m=±■m■■+■■m■■+…+■m■■，其中，x1、x2、…xn为n个独立的直接观测值，其中误差分别为m■、m■、…、m■，z=f（x1，x2，…，xn）为间接观测量与直接观测量之间的函数关系，■为间接观测量对第i个直接观测量的偏导数。从误差传播定律的数学式子可以看出，正是微分学的知识完成了对测量误差传播定律的定量分析，其中函数的建立和偏导数的计算又是关键的步骤。（三）其他数学知识的应用。除了三角、平面解析几何、微分学等数学基本原理、方法、知识外，测量学还用到了一些其他的数学知识：如基本平面图形的面积计算问题和基本几何体的体积计算问题，在根据已测绘地形图量算实地面积、挖填土石方等问题中都有应用；又比如立体几何中空间两直线间位置关系在角度测量中的应用等等。主要参考文献：最新【精品】范文参考文献专业论文[1]王金玲.测量学基础[M].北京：中国电力出版社，2011.8.------------最新【精品】范文