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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 地下工程监测与检测技术 第九章 测量误差分析及数据处理 人民交通出版社 测量误差及分类 单随机变量的数据处理 多数据变量的处理 内容提要 第一节 测量误差及分类 一.测量误差的定义 测量值与被测量的真实量值之间存在着差异,这个差异称为测量误差。误差公理认为,在测量过程中各种各样的测量误差的产生是不可避免的,测量误差自始至终存在于测量过程中,一切测量结果都存在误差。因此,误差的存在具有必然性和普遍性。 二.测量误差的分类 系统误差是指在相同条件下,对同一被测量进行多次重复测量时,所出现的数值大小和符号都保持不变的误差,或者在条件改变时,按某一确定规律变化的误差;系统误差的主要特性是规律性。 随机误差是指在相同的条件下,对同一被测量进行多次重复测量时,所出现的数值大小和符号都以不可预知的方式变化的误差;随机误差的主要特性是随机性。 明显地偏离被测量真值的测量值所对应的误差,称为粗大误差。 1. 系统误差、随机误差和粗大误差 2. 基本误差和附加误差 任何测量装置都有一个正常的使用环境要求,这就是测量装置的规定使用条件。根据测量装置实际工作的条件,可将测量所产生的误差分为基本误差和附加误差。测量装置在规定使用条件下工作时所产生的误差,称为基本误差。而在实际工作中,由于外界条件变动,使测量装置不在规定使用条件下工作,这将产生额外的误差,这个额外的误差称为附加误差。 3. 静态误差和动态误差 根据被测量随时间变化的速度,可将误差分为静态误差和动态误差。在测量过程中,被测量稳定不变,所产生的误差称为静态误差。在测量过程中,被测量随时间发生变化,所产生的误差称为动态误差。在实际的测量过程中,被测量往往是在不断地变化的。当被测量随时间的变化很缓慢时,这时所产生的误差也可认为是静态误差。 三.测量的精度 测量的精度,包含准确度、精密度和精确度,它们都是定性的概念,不能用数值作定量表示。 测量的准确度表征了测量值和被测量真值的接近程度。准确度越高则表征测量值越接近真值。准确度反映了测量结果中系统误差的大小程度,准确度越高,则表示系统误差越小。 测量的精密度表征了多次重复对同一被测量进行测量时,各个测量值分布的密集程度。精密度越高则表征各测量值彼此越接近,即越密集。精密度反映了测量结果中随机误差的大小程度,精密度越高,则表示随机误差越小。 测量的精确度是准确度和精密度的综合,精确度高则表征了准确度和精密度都高。精确度反映了系统误差和随机误差对测量结果的综合影响,精确度高,则反映了测量结果中系统误差和随机误差都小。对于具体的测量,精密度高的准确度不一定高;准确度高的,精密度也不一定高;但是精确度高的,精密度和准确度都高。 第二节 单随机变量的数据处理 一.误差估计 测量值与被测量的真实量值之间的差异称为误差,对误差的计算称为误差估计。 1.绝对误差 绝对误差只能用来判断对同一测量的测量精确度,但不能表征精确的程度,它需要用相对误差来判别。 测量值和真值之间的差值的绝对值。 2.算术平均误差 当n较大时,可用下式估算为 各次测量误差绝对值的算术平均值叫算术平均误差 3.相对误差 相对误差是一个没有单位的量,常用百分数表示。测量值得到的相对误差相等,则其测量精确度也相等。 绝对误差与算术平均值的百分比叫相对误差,又叫百分误差 4.标准误差(试验标准差) 标准误差是测量列中各次误差的方均根,反映了数据的分散状况。 5.算术平均值的标准差 算术平均值的标准差与标准误差( 实验标准差)的关系 二.可疑似数据的舍弃 在多次测量中,有时会遇到个别测值和其它多数测值相差较大的情况,这些个别数据就是所谓的可疑数据。对可疑数据,可利用正态分布来决定取舍。 因为在多次测量中,误差在-3σ~ +3σ之间时,其出现概率为99.7%,在此范围之外的误差出现的概率只有0.3%。 常用±3 σ法 三.单随机变量的数据处理 1.标准差法 例1:同一岩体的10个岩石试件的抗压强度分别为15.3,14.4,16.2,15.3,15.6,14.8,16.9,18.2,14.7,14.9。 ①计算平均值 计算标准差 ②剔除可疑值:第8个数据18.2疑为可疑数据, 故18.2应当剔除。 ③再计算其余9个值的算术平均值和标准误差: 在余下的9个数据中再检查可疑数据,取与平均值偏差最大的第7个数据16.9 故16.9应当剔除。 ④再计算其余8个值的算术平均值和标准误差: ⑤在余下的8个数据中再检查可疑数据,取与平均值偏差最大的第7个数据16.9 故16.2这个数据是合理的 ⑥处理结果用算术平均值和
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