第5章 测量误差理论的基本知识PPT讲稿.ppt

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1、第5章 测量误差理论的基本知识第1页，共38页，编辑于2022年，星期一本章要点本章要点本章主要介绍测量误差理论的基础知识，包括误差的分类、衡量精度的指标、误差传播定律、中误差的计算方法、同精度观测、不同精度观测、权的含义等内容。学习过程中学生应重点掌握偶然误差的统计特性、中误差计算、误差传播定律的应用、定权的方法。第2页，共38页，编辑于2022年，星期一5.1 测量误差的概念与分类5.1.1观测误差真值：观测量客观上存在的一个理论值，用i表示。观测值：对某量观测所得的值，用Li表示。真误差：观测值与真值之差，用i=Li-X表示。测量误差或观测误差：表现为观测值与其真实值之间的差异。i=Li

2、-180第3页，共38页，编辑于2022年，星期一 测量实践中可以发现，测量结果不可避免的存在误差，比如：1、对同一量多次观测，其观测值不相同。2、观测值之和不等于理论值：三角形 +180 闭合水准 h0第4页，共38页，编辑于2022年，星期一5.1.2 测量误差的来源测量误差的来源 等精度观测：观测条件相同的各次观测。不等精度观测：观测条件不相同的各次观测。1.仪器误差2.观测误差3.外界条件的影响观测条件粗差：因读错、记错、测错造成的错误。如：i角误差、尺长误差等，一般由于仪器校正不完善所致 如：照准误差、读数误差等，由于观测者感官有限所致 地球曲率、大气折光等 第5页，共38页，编辑于

3、2022年，星期一5.1.3 5.1.3 测量误差的分类测量误差的分类 在相同的观测条件下，无论在个体和群体上，呈现出以下特性：误差的绝对值为一常量，或按一定的规律变化；误差的正负号保持不变，或按一定的规律变化；误差的绝对值随着单一观测值的倍数而积累。1、系统误差：在相同观测条件下，对某量进行一系列观测，如误差出现符号和大小均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。第6页，共38页，编辑于2022年，星期一 例例 ：钢尺尺长、温度、倾斜改正 水准仪 i角 经纬仪 c角、i角 注意：系统误差具有累积性，对测量成果影响较大。消除和削弱的方法消除和削弱的方法:（1）校正仪器；（2）观测值加改正

4、数；（3）采用一定的观测方法加以抵消或削弱。第7页，共38页，编辑于2022年，星期一 在相同的观测条件下，对某个固定量作一系列的观测，如果观测结果的差异在正负号及数值上，都没有表现出一致的倾向，即没有任何规律性，这类误差称为偶然误差。2、偶然误差第8页，共38页，编辑于2022年，星期一 偶然误差的特性偶然误差的特性真误差观测值与理论值之差第9页，共38页，编辑于2022年，星期一 绝对值相等的正、负误差出现的机会相等，可相互抵消；同一量的等精度观测，其偶然误差的算术平均值，随着观测次数的增加而趋近于零，即：在一定的条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限度;（有界性）绝对值小的误差比绝对值

5、大的误差出现的机会要多；（密集性、区间性）（抵偿性）第10页，共38页，编辑于2022年，星期一3 粗差测量中不小心出现的错误，例如，读错数、记错数，测错目标等第11页，共38页，编辑于2022年，星期一 误差处理的原则：1、粗差：舍弃含有粗差的观测值，并重新进行观测。2、系统误差：按其产生的原因和规律加以改正、抵 消和削弱。3、偶然误差：根据误差特性合理的处理观测数据 减少其影响。返回第12页，共38页，编辑于2022年，星期一5.3 评定精度的指标精度：又称精密度，指在对某量进行多次观测中，各观测值之间的离散程度。评定精度的标准 中误差 容许误差 相对误差极限误差第13页，共38页，编辑于

6、2022年，星期一5.3.1 5.3.1 中误差中误差 定义 在相同条件下，对某量（真值为X）进行n次独立观测，观测值l1，l2，ln，偶然误差（真误差）1，2，n，则中误差m的定义为：式中式中第14页，共38页，编辑于2022年，星期一式中：例：试根据下表数据，分别计算各组观测值的中误差。第15页，共38页，编辑于2022年，星期一解：第一组观测值的中误差：解：第一组观测值的中误差：第二组观测值的中误差：第二组观测值的中误差：，说明第一组的精度高于第二组的精度。，说明第一组的精度高于第二组的精度。说明：中误差越小，观测精度越高说明：中误差越小，观测精度越高第16页，共38页，编辑于2022年

7、，星期一 定义 由偶然误差的特性可知，在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值。这个限值就是容许（极限）误差。二、容许误差（极限误差）二、容许误差（极限误差）测量中通常取2倍或3倍中误差作为偶然误差的容许误差；即容=2m 或容=3m。极限误差的作用：极限误差的作用：区别误差和错误的界限。区别误差和错误的界限。第17页，共38页，编辑于2022年，星期一偶然误差的绝对值大于中误差9的有14个，占总数的35%，绝对值大于两倍中误差18 的只有一个，占总数的2.5%，而绝对值大于三倍中误差的没有出现。中误差、真误差和容许误差均是绝对误差。中误差、真误差和容许误差均是绝对误差。第18页，

8、共38页，编辑于2022年，星期一 相对误差K 是中误差的绝对值 m 与相应观测值 D 之比，通常以分母为1的分式 来表示，称其为相对（中）误差。即:三、三、相对误差相对误差 一般情况:角度、高差的误差用m表示，量距误差用K表示。第19页，共38页，编辑于2022年，星期一例 已知：D1=100m,m1=0.01m，D2=200m,m2=0.01m，求：K1,K2解：返回第20页，共38页，编辑于2022年，星期一5.4 误差传播定律及其应用误差传播定律：阐述观测值的中误差与观测值 函数中误差的关系的定律。函数形式倍数函数和差函数线性函数一般函数第21页，共38页，编辑于2022年，星期一设非

9、线性函数的一般式为：式中：为独立观测值；为独立观测值的中误差。求函数的全微分，并用“”替代“d”，得一、一、一般函数一般函数第22页，共38页，编辑于2022年，星期一式中：是函数F对 的偏导数，当函数式与观测值确定后，它们均为常数，因此上式是线性函数，其中误差为：误差传播定律的一般形式第23页，共38页，编辑于2022年，星期一例已知：测量斜边D=50.000.05m，测得倾角=15000030求：水平距离D解：1.函数式 2.全微分 3.求中误差 第24页，共38页，编辑于2022年，星期一二、二、线性函数的误差传播定律线性函数的误差传播定律设线性函数为：式中 为独立的直接观测值，为常数，

10、相应的 观测值的中误差为 。第25页，共38页，编辑于2022年，星期一 1.列出观测值函数的表达式：2.对函数式全微分，得出函数的真误差与观测值真误差之间的关系式：式中，是用观测值代入求得的值。求观测值函数中误差的步骤：三、三、运用误差传播定律的步骤运用误差传播定律的步骤第26页，共38页，编辑于2022年，星期一 3、根据误差传播率计算观测值函数中误差：注意：在误差传播定律的推导过程中，要求观 测值必须是独立观测值。第27页，共38页，编辑于2022年，星期一 误差传播定的几个主要公式：函数名称函数式函数的中误差倍数函数和差函数线性函数一般函数返回第28页，共38页，编辑于2022年，星期

11、一 设在相同的观测条件下对未知量观测了n次，观测值为l1、l2ln，中误差为m1、m2 mn，则其算术平均值（最或然值、似真值）L 为：最佳估值的计算最佳估值的计算L L第29页，共38页，编辑于2022年，星期一 设未知量的真值为x，可写出观测值的真误差公式为 （i=1i=1，2 2，n n）将上式相加得 或故 推导过程：第30页，共38页，编辑于2022年，星期一 由偶然误差第四特性知道，当观测次数无限增多时，即 （算术平均值）说明，n趋近无穷大时，算术平均值即为真值。第31页，共38页，编辑于2022年，星期一 因为 式中，1n为常数。由于各独立观测值的精度相同，设其中误差均为m。设平均

12、值的中误差为mL，则有 二、二、算术平均值中误差算术平均值中误差mL第32页，共38页，编辑于2022年，星期一 由此可知，算术平均值的中误差为观测值的中误差的 倍。故故第33页，共38页，编辑于2022年，星期一三、精度评定 第一公式 第二公式 （白塞尔公式）条件：观测值真值 x已知条件：观测值真值 x 未知，算术平均值L已知其中 观测值改正数，第34页，共38页，编辑于2022年，星期一证明证明：（i=1，2，3，n）两式相加，有即解解：（i=1，2，3，n）设 则第35页，共38页，编辑于2022年，星期一将上列等式两端各自平方，并求其和，则将将 代入上式，则代入上式，则故故（PQ）又因又因第36页，共38页，编辑于2022年，星期一 由于 为偶然误差，它们的非自乘积 仍具有偶然误差的性质，根据偶然误差的特性，即第37页，共38页，编辑于2022年，星期一例题：设用经纬仪测量某个角6测回，观测之列于 表中。试求观测值的中误差及算术平均值中误差。算术平均值L中误差是：返回第38页，共38页，编辑于2022年，星期一