第6章 测量误差PPT讲稿.ppt
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1、第第6章章 测量误差测量误差第1页,共46页,编辑于2022年,星期一6.1 测量误差概述测量误差概述测量误差及其来源测量误差及其来源测量误差及其来源测量误差及其来源测量误差(真误差测量误差(真误差测量误差(真误差测量误差(真误差=观测值观测值-真值真值)测量误差的表现形式测量误差的表现形式测量误差的表现形式测量误差的表现形式(观测值与真值之差)(观测值与观测值之差)测量误差的来源测量误差的来源(1)仪器误差:仪器误差:仪器精度的局限、轴系残余误差等仪器精度的局限、轴系残余误差等。(2)人为误差:人为误差:判断力和分辨率的限制、经验等。判断力和分辨率的限制、经验等。(3)外界条件的影响:外界条
2、件的影响:温度变化、风、大气折光等温度变化、风、大气折光等第2页,共46页,编辑于2022年,星期一6.2 测量误差的种类测量误差的种类n n测量误差分为:测量误差分为:测量误差分为:测量误差分为:粗差粗差粗差粗差、系统误差系统误差系统误差系统误差和和和和偶然误差偶然误差偶然误差偶然误差n n1.1.粗差粗差粗差粗差(错误错误错误错误)超限的误差超限的误差超限的误差超限的误差n n2.2.系统误差系统误差系统误差系统误差 误差出现的大小、符号相同,或按误差出现的大小、符号相同,或按误差出现的大小、符号相同,或按误差出现的大小、符号相同,或按n n 规律性变化,具有规律性变化,具有规律性变化,具
3、有规律性变化,具有积累性积累性积累性积累性。n n例:例:例:例:误差误差误差误差 处理方法处理方法处理方法处理方法n n 钢尺尺长误差钢尺尺长误差钢尺尺长误差钢尺尺长误差 ldld 计算改正计算改正计算改正计算改正n n 钢尺温度误差钢尺温度误差钢尺温度误差钢尺温度误差 lt lt 计算改正计算改正计算改正计算改正 n n 水准仪视准轴误差水准仪视准轴误差水准仪视准轴误差水准仪视准轴误差I I 操作时抵消操作时抵消操作时抵消操作时抵消(前后视等距前后视等距前后视等距前后视等距)n n 经纬仪视准轴误差经纬仪视准轴误差经纬仪视准轴误差经纬仪视准轴误差C C 操作时抵消操作时抵消操作时抵消操作时
4、抵消(盘左盘右取平均盘左盘右取平均盘左盘右取平均盘左盘右取平均)n n n n系统误差可以消除或减弱系统误差可以消除或减弱系统误差可以消除或减弱系统误差可以消除或减弱。n n (计算改正、观测方法、仪器检校计算改正、观测方法、仪器检校计算改正、观测方法、仪器检校计算改正、观测方法、仪器检校)第3页,共46页,编辑于2022年,星期一n n3.3.偶然误差偶然误差偶然误差偶然误差误差出现的大小、符号各不相同,误差出现的大小、符号各不相同,误差出现的大小、符号各不相同,误差出现的大小、符号各不相同,n n 表面看无规律性。表面看无规律性。表面看无规律性。表面看无规律性。n n 例:估读数、气泡居中
5、判断、瞄准、对中等误差,例:估读数、气泡居中判断、瞄准、对中等误差,例:估读数、气泡居中判断、瞄准、对中等误差,例:估读数、气泡居中判断、瞄准、对中等误差,n n 导致观测值产生误差导致观测值产生误差导致观测值产生误差导致观测值产生误差 。n n4.4.几个概念几个概念几个概念几个概念:准确度准确度 (测量成果与真值的差异)测量成果与真值的差异)精(密)度精(密)度(观测值之间的离散程度)(观测值之间的离散程度)最或是值最或是值(最接近真值的估值,最可靠值)(最接近真值的估值,最可靠值)测量平差测量平差(求解最或是值并评定精度)(求解最或是值并评定精度)第4页,共46页,编辑于2022年,星期
6、一6.3 偶然误差的特性偶然误差的特性n n举例举例举例举例:n n 在某测区,等精度观测了在某测区,等精度观测了在某测区,等精度观测了在某测区,等精度观测了358358个三角形的内个三角形的内个三角形的内个三角形的内n n 角之和,得到角之和,得到角之和,得到角之和,得到358358个三角形闭合差个三角形闭合差个三角形闭合差个三角形闭合差 i i(偶然误偶然误偶然误偶然误n n 差,也即真误差差,也即真误差差,也即真误差差,也即真误差),然后对三角形闭合差,然后对三角形闭合差,然后对三角形闭合差,然后对三角形闭合差 i i n n 进行分析。进行分析。进行分析。进行分析。n n 分析结果表明
7、,分析结果表明,分析结果表明,分析结果表明,当观测次数很多时,偶然当观测次数很多时,偶然当观测次数很多时,偶然当观测次数很多时,偶然n n 误差的出现,呈现出统计学上的规律性误差的出现,呈现出统计学上的规律性误差的出现,呈现出统计学上的规律性误差的出现,呈现出统计学上的规律性。而而而而n n 且,观测次数越多,规律性越明显。且,观测次数越多,规律性越明显。且,观测次数越多,规律性越明显。且,观测次数越多,规律性越明显。第5页,共46页,编辑于2022年,星期一第6页,共46页,编辑于2022年,星期一用用用用频率直方图频率直方图频率直方图频率直方图表示的偶然误差统计:表示的偶然误差统计:表示的
8、偶然误差统计:表示的偶然误差统计:n n频率直方图中,每一条形的面积表示误差出现在该区频率直方图中,每一条形的面积表示误差出现在该区频率直方图中,每一条形的面积表示误差出现在该区频率直方图中,每一条形的面积表示误差出现在该区n n 间的频率间的频率间的频率间的频率k/nk/n,而所有条形的,而所有条形的,而所有条形的,而所有条形的总面积等于总面积等于总面积等于总面积等于1 1。n n频率直方图的中间高、两边低,并向横轴逐渐逼近,频率直方图的中间高、两边低,并向横轴逐渐逼近,频率直方图的中间高、两边低,并向横轴逐渐逼近,频率直方图的中间高、两边低,并向横轴逐渐逼近,n n 对称于对称于对称于对称
9、于y y轴。轴。轴。轴。各条形顶边中点连线经光滑后各条形顶边中点连线经光滑后的曲线形状,表现出偶然误差的曲线形状,表现出偶然误差的普遍规律的普遍规律 第7页,共46页,编辑于2022年,星期一偶然误差的特性偶然误差的特性偶然误差的特性偶然误差的特性n n从误差统计表和频率直方图中,可以归纳出偶然误差的从误差统计表和频率直方图中,可以归纳出偶然误差的从误差统计表和频率直方图中,可以归纳出偶然误差的从误差统计表和频率直方图中,可以归纳出偶然误差的四个特性四个特性四个特性四个特性:n n(1)(1)在一定的观测条件下,偶然误差的绝对值不会超过一定在一定的观测条件下,偶然误差的绝对值不会超过一定在一定
10、的观测条件下,偶然误差的绝对值不会超过一定在一定的观测条件下,偶然误差的绝对值不会超过一定n n 的限值的限值的限值的限值(有界性有界性有界性有界性);n n(2)(2)绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多(趋势性趋势性趋势性趋势性);n n(3)(3)绝对值相等的正误差和负误差出现的机会相等绝对值相等的正误差和负误差出现的机会相等绝对值相等的正误差和负误差出现的机会相等绝对值相等的正误差和负误差出现的机会相等(对称性对称性对称性对称性);n n(4)(4)当观测
11、次数无限增加时,偶然误差的算术平均值趋近于零当观测次数无限增加时,偶然误差的算术平均值趋近于零当观测次数无限增加时,偶然误差的算术平均值趋近于零当观测次数无限增加时,偶然误差的算术平均值趋近于零(抵偿性抵偿性抵偿性抵偿性):特性(1)、(2)、(3)决定了特性(4),特性特性(4)具有实用意义。具有实用意义。第8页,共46页,编辑于2022年,星期一偶然误差具有正态分布的特性偶然误差具有正态分布的特性n n当观测次数当观测次数当观测次数当观测次数n n无限增多无限增多无限增多无限增多(n(n)、误差区间误差区间误差区间误差区间d d 无限缩小无限缩小无限缩小无限缩小n n(d d 0)0)时,
12、各矩形的顶边就连成一条光滑的曲线,时,各矩形的顶边就连成一条光滑的曲线,时,各矩形的顶边就连成一条光滑的曲线,时,各矩形的顶边就连成一条光滑的曲线,n n这条曲线称为这条曲线称为这条曲线称为这条曲线称为n n“正态分布曲正态分布曲正态分布曲正态分布曲n n线线线线”,又称为,又称为,又称为,又称为n n“高斯误差分高斯误差分高斯误差分高斯误差分n n布曲线布曲线布曲线布曲线”。n n所以偶然误差所以偶然误差所以偶然误差所以偶然误差n n具有具有具有具有正态分布正态分布正态分布正态分布n n的特性。的特性。的特性。的特性。正态分布曲线 -21 -15 -9 -3 +3 +9 +15 +21 -2
13、4 -18 -12 -6 0 +6 +12 +18 +24x=y第9页,共46页,编辑于2022年,星期一6.4 衡量精度的指标衡量精度的指标1.1.方差与标准差方差与标准差方差与标准差方差与标准差由正态分布密度函数由正态分布密度函数Y第10页,共46页,编辑于2022年,星期一标准差的数学意义标准差的数学意义标准差的数学意义标准差的数学意义上式中,称为方差方差:称为标准差标准差:第11页,共46页,编辑于2022年,星期一测量工作中,用测量工作中,用中误差中误差中误差中误差作为衡量观测值精度的标准。作为衡量观测值精度的标准。中误差中误差中误差中误差:观测次数无限多时,用标准差表示偶然误差的离
14、散情形观测次数无限多时,用标准差表示偶然误差的离散情形观测次数无限多时,用标准差表示偶然误差的离散情形观测次数无限多时,用标准差表示偶然误差的离散情形观测次数观测次数n有限有限时,用时,用中误差中误差m表示偶然误差的离散情形表示偶然误差的离散情形上式中,偶然误差为观测值与真值X之差:i=i-X第12页,共46页,编辑于2022年,星期一第13页,共46页,编辑于2022年,星期一n nm1=m1=2.72.7 是第一组观测值的中误差;是第一组观测值的中误差;n n m2=m2=3.63.6 是第二组观测值的中误差。是第二组观测值的中误差。n nm1m1小于小于小于小于m2,m2,说明第一组观测
15、值的误差分布比较说明第一组观测值的误差分布比较说明第一组观测值的误差分布比较说明第一组观测值的误差分布比较集中集中集中集中,n n 其其其其精度较高精度较高精度较高精度较高;相对地,第二组观测值的误差分布比;相对地,第二组观测值的误差分布比;相对地,第二组观测值的误差分布比;相对地,第二组观测值的误差分布比n n 较较较较离散离散离散离散,其,其,其,其精度较低:精度较低:精度较低:精度较低:第14页,共46页,编辑于2022年,星期一2.2.容许误差容许误差容许误差容许误差(极限误差极限误差)n n根据误差分布的密度函数,误差出现在微分区间根据误差分布的密度函数,误差出现在微分区间d d 内
16、的概内的概n n率为:率为:误差出现在K倍中误差区间内的概率为:将K=1、2、3分别代入上式,可得到偶然误差分别出现在一倍、二倍、三倍中误差区间内的概率:P(|m)=0.683=68.3 P(|2m)=0.954=95.4 P(|3m)=0.997=99.7 测量中,一般取两倍中误差(2m)作为容许误差,也称为限差:|容|=3|m|或|容|=2|m|第15页,共46页,编辑于2022年,星期一n n3.3.相对误差相对误差相对误差相对误差(相对中误差相对中误差)n n 误差绝对值与观测量之比。误差绝对值与观测量之比。n n用于表示用于表示距离距离距离距离的精度。的精度。n n用分子为用分子为1
17、 1的分数表示。的分数表示。n n分数值较小相对精度较高;分数值较大相对精度较低。分数值较小相对精度较高;分数值较大相对精度较低。n n例例例例2 2:用钢尺丈量两段距离分别得用钢尺丈量两段距离分别得用钢尺丈量两段距离分别得用钢尺丈量两段距离分别得S1=100S1=100米米米米,m1=0.02m,m1=0.02m;n n S2=200 S2=200米米米米,m2=0.02m,m2=0.02m。计算。计算。计算。计算S1S1、S2S2的相对误差。的相对误差。的相对误差。的相对误差。0.02 1 0.02 1 K1=;K2=100 5000 200 10000解:解:K2K1,所以距离,所以距离
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