测量误差知识讲稿.ppt
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1、关于测量误差知识第一页,讲稿共三十三页哦第五章第五章 测量误差知识测量误差知识第一节第一节 观测误差概述观测误差概述 对对未未知知量量进进行行测测量量的的过过程程称称为为观观 测测,测测量量所所获获得得的的,测测量量所所获获得得的的数数据据称称为为数数据据称称为为观观 测测 值值观观 测测 值值。观观测测值值与与真真实实值值(简简称称。观观测测值值与与真真实实值值(简简称称真真 值值真真 值值)之之间间的的)之之间间的的差差异异称称为为差差异异称称为为观观测测误误差差观观测测误误差差或或或或测测量量误误差差。用用li 代代表表观观测测值值,X X代代表真值,则表真值,则表真值,则表真值,则其其
2、 中中其其 中中 i 就就 是是 观观 测测 误误 差差,通通 常常 称称 为为就就 是是 观观 测测 误误 差差,通通 常常 称称 为为真真 误误 差差(简简 称称误误误误差差)。)。)。)。第二页,讲稿共三十三页哦1、产生观测误差的原因、产生观测误差的原因(1)仪器仪器、工具工具(仪器因素仪器因素)仪器构造上的缺陷和仪器本身精密度的限制。仪器构造上的缺陷和仪器本身精密度的限制。(2)观测者观测者(人为因素人为因素)观测者的技术水平和感官能力。观测者的技术水平和感官能力。(3)外界条件外界条件(环境因素环境因素)环境温度、湿度、风力、透明度、大气折光等。环境温度、湿度、风力、透明度、大气折光
3、等。第三页,讲稿共三十三页哦2、观测误差的分类和处理方法、观测误差的分类和处理方法 观测误差可分为观测误差可分为观测误差可分为观测误差可分为粗差粗差粗差粗差、系统误差系统误差和和偶然误差偶然误差偶然误差偶然误差三种。三种。三种。三种。(1)粗差粗差 粗粗差差又又称称“不不正正当当误误差差”“过过失失误误差差”,属属于于大大量量级级误误差。含有粗差的测量值称为差。含有粗差的测量值称为“坏值坏值”或或“异常值异常值”。产产 生生 原原 因因:作作业业人人员员的的疏疏忽忽大大意意、失失职职(如如照照错错目目标标、:作作业业人人员员的的疏疏忽忽大大意意、失失职职(如如照照错错目目标标、读读错错、记记错
4、错等等);仪仪器器受受到到干干扰扰或或发发生生故故障障;容容许许误误 差取得过小等。差取得过小等。差取得过小等。差取得过小等。处处理理办办法法处处理理办办法法:严严格格按按照照测测量量规规范范;进进行行必必要要的的重重复复观观测测重重复复观观测测;通通过过多多余余观观测测进进行行严严密密检检核核、验验算算。含含粗粗差差的的观观测测值值。含含粗粗差差的的观观测测值值 都都不不能能用用,一一旦旦发发现现粗粗差差,观观测测值值必必须须舍舍弃弃并并重重测测。第四页,讲稿共三十三页哦观测误差的分类和处理方法观测误差的分类和处理方法(2)系统误差系统误差(system error)在在一一定定观观测测条条
5、件件下下对对观观测测量量作作一一系系列列的的观观测测,大大 小小和和符符号号保保持持不不变变或或按按一一定定规规律律变变化化的的误误差差。系系统统误误差差具具有积累性。有积累性。有积累性。有积累性。产产生生原原因因产产生生原原因因:如如经经纬纬仪仪竖竖盘盘指指标标差差对对竖竖直直角角的的影影响响、地地球球 曲率对测距和高程的影响等。曲率对测距和高程的影响等。曲率对测距和高程的影响等。曲率对测距和高程的影响等。消消 减减 办办 法法:严严 格格:严严 格格检检 校校检检 校校仪仪器器;在在观观测测仪仪器器;在在观观测测方方法法和和程程序序方方法法和和程程序序上上采采取取必必上上采采取取必必 要要
6、措措施施,如如角角度度测测量量中中采采取取盘盘左左、盘盘右右观观测测;找找出出 产产 生生 系系 统统 误误 差差 的的 原原 因因 和和 规规 律律,对对 观观 测测 值值 进进 行行产产 生生 系系 统统 误误 差差 的的 原原 因因 和和 规规 律律,对对 观观 测测 值值 进进 行行改改 正正改改 正正,如如 对对 距距 离离 观观 测测 值值 进进 行行 三三 项项 改改 正正,对对 竖竖 直直 角角 进进 行行 指指 标标如如 对对 距距 离离 观观 测测 值值 进进 行行 三三 项项 改改 正正,对对 竖竖 直直 角角 进进 行行 指指 标标 差改正等差改正等。第五页,讲稿共三十
7、三页哦观测误差的分类和处理方法观测误差的分类和处理方法(3)偶然误差偶然误差(accident error)在在一一定定观观测测条条件件下下进进行行一一系系列列观观测测,在在一一定定观观测测条条件件下下进进行行一一系系列列观观测测,大大小小和和符符号号呈呈现现偶偶然然性性的的误误差差称称为为偶偶然然误误差差偶偶然然误误差差,又又 称称随随机机误误差差。此此 类类误差表面上看来没有规律性。误差表面上看来没有规律性。误差表面上看来没有规律性。误差表面上看来没有规律性。产产 生生 原原 因因:不不固固定定,难难以以控控制制,如如:不不固固定定,难难以以控控制制,如如估估读读误误差差估估读读误误差差、
8、照照准准误误差差、照照准准误误差差 等,其大小、符号纯属偶然。等,其大小、符号纯属偶然。等,其大小、符号纯属偶然。等,其大小、符号纯属偶然。处处 理理 办办 法法:粗粗差差可可以以发发现现并并剔剔除除,系系统统误误差差可可加加以以改改 正,但正,但偶然误差是不可避免的偶然误差是不可避免的。大大量量的的偶偶然然误误差差具具有有大大量量的的偶偶然然误误差差具具有有统统 计计 规规 律律性性,可可对对其其进进行行统统计计性性,可可对对其其进进行行统统计计 分分 析析,并并 运运 用用 其其 统统 计计 特特 性性 来来 建建 立立 衡衡 量量 测测 量量 精精 度度 的的 相相分分 析析,并并 运运
9、 用用 其其 统统 计计 特特 性性 来来 建建 立立 衡衡 量量 测测 量量 精精 度度 的的 相相 关标准。关标准。第六页,讲稿共三十三页哦偶然误差的特性偶然误差的特性3、偶然误差的特性、偶然误差的特性 偶偶然然误误差差在在消消除除了了粗粗差差和和系系统统误误差差的的观观测测值值中中占占主主导导地位。因此,本章主要研究偶然误差。地位。因此,本章主要研究偶然误差。对对某某未未知知量量进进行行n n次次观观测测,其其偶偶然然误误差差具具有有统统计计规规律律律律。统计大量的实验结果,表明偶然误差有如下特性:。统计大量的实验结果,表明偶然误差有如下特性:(1)范范 围围(有有界界性性)在在一一定定
10、观观测测条条件件下下的的有有限限个个观观在在一一定定观观测测条条件件下下的的有有限限个个观观 测中,偶然误差的绝对值不超过一定限值;测中,偶然误差的绝对值不超过一定限值;(2)数数 值值(超超 小小 性性)绝绝对对值值小小的的误误差差出出现现的的频频率率绝绝对对值值小小的的误误差差出出现现的的频频率率 大,绝对值大的误差出现的频率小;大,绝对值大的误差出现的频率小;(3)符符 号号(相相等等性性)绝绝对对值值相相等等的的正正、负负误误差差出出现现 的频率大致相等;的频率大致相等;的频率大致相等;的频率大致相等;第七页,讲稿共三十三页哦偶然误差的特性偶然误差的特性(4)累加累加相消性相消性 当当
11、 观观 测测 次次 数数 无无 限限 增增 大大 时时,偶偶 然然 误误 差差 的的 算算 术术 平平 均均 值值 极极当当 观观 测测 次次 数数 无无 限限 增增 大大 时时,偶偶 然然 误误 差差 的的 算算 术术 平平 均均 值值 极极限为零,即限为零,即 其中,其中,中括号,中括号,中括号,中括号“”表示变量代数和。表示变量代数和。表示变量代数和。表示变量代数和。频频率率直直方方图图 以以误误差差大大小小为为横横坐坐标标,以以频频率率为为横横坐坐标标,以以频频率率 k/n 与与区区与与区区间间d d 的的 比比 值值(k/nk/n)/d d 第八页,讲稿共三十三页哦偶然误差的特性偶然
12、误差的特性误误差差分分布布曲曲线线误误差差分分布布曲曲线线 误误差差个个数数误误差差个个数数 n n,同同时时无无限限缩缩小小误误差差区区,同同时时无无限限缩缩小小误误差差区区间间间间d d,频频率率直直方方图图成成为为光光滑滑曲曲线线,即即误误差差分分布布曲曲线线,是正态分布曲线,函数式为:是正态分布曲线,函数式为:是正态分布曲线,函数式为:是正态分布曲线,函数式为:为为概率密度函数,概率密度函数,为误为误为误为误差分布差分布差分布差分布标标标标准差:准差:准差:准差:第九页,讲稿共三十三页哦第二节第二节 衡量观测值精度的标准衡量观测值精度的标准 从从统统计计学学角角度度上上说说,从从统统计
13、计学学角角度度上上说说,精精 度度是是 指指 误误 差差 分分 布布 的的是是 指指 误误 差差 分分 布布 的的密密 集集 或或 离离密密 集集 或或 离离散散程程度度,它它体体现现了了观观测测结结果果的的优优劣劣。衡衡量量精精度度的的标标准准主主要有以下几种:要有以下几种:要有以下几种:要有以下几种:1、中误差、中误差 标标准准差差是是衡衡量量精精度度的的一一种种理理论论表表达达式式。但但观观测测次次数数不不可可能能无无限限多多,因因此此实实用用中中以以中中误误差差中中误误差差作作为为精精度度衡衡量量标标准准作作为为精精度度衡衡量量标标准准的一种,其定义为:的一种,其定义为:第十页,讲稿共
14、三十三页哦衡量观测值精度的标准衡量观测值精度的标准 中中 误误 差差又又 称称又又 称称均均 方方 误误 差差均均 方方 误误 差差。式式 中中 2 2=(i)2,i为为 观观 测测第十一页,讲稿共三十三页哦衡量观测值精度的标准衡量观测值精度的标准 距离测量中,还常用距离测量中,还常用相对较差相对较差来检核,其定义为:来检核,其定义为:来检核,其定义为:来检核,其定义为:相相 对对 较较 差差相相 对对 较较 差差是是是是相相 对对 真真 误误 差差,它它反反映映往往返返测测量量的的符符合合程程,它它反反映映往往返返测测量量的的符符合合程程度。度。度。度。【注注意意】不不能能用用相相对对误误差
15、差来来衡衡量量测测角角精精度度,因因为为测测角角误差与角度大小无关。误差与角度大小无关。第十二页,讲稿共三十三页哦衡量观测值精度的标准衡量观测值精度的标准3、极限误差和容许误差、极限误差和容许误差 极极 限限 误误 差差是是偶偶然然误误差差绝绝对对值值的的限限值值。偶偶然然误误差差绝绝对对是是偶偶然然误误差差绝绝对对值值的的限限值值。偶偶然然误误差差绝绝对对值值 大大 于于值值 大大 于于 3 3的的 概概 率率 仅仅 为为0.3%0.3%,可可 以以 认认 为为 3 是是 真真 误误 差差的极限,即的极限,即的极限,即的极限,即3 3为极限误差:为极限误差:为极限误差:为极限误差:测测量量实
16、实践践中中,用用测测量量实实践践中中,用用容容许许误误差差容容许许误误差差对对偶偶然然误误差差的的绝绝对对值值进进行行限制。根据精度要求的不同,测量规范常作如下规定:限制。根据精度要求的不同,测量规范常作如下规定:或或或或第十三页,讲稿共三十三页哦第三节第三节 误差传播定律误差传播定律 设设观观测测值值 Z Z 是是独独立立观观测测变变量量 X X1 1,X X2,X Xi i ,X Xn的的函函数数,即即的的函函数数,即即 Z Z=f(X X1 1,X X2 2,X Xi,Xn n)。)。Z Z 的的中中误误差差为为m mZ Z,各各独独立立变变量量对对应应的的观观测测中中误误差差分分别别为
17、为,各各独独立立变变量量对对应应的的观观测测中中误误差差分分别别为为m m1 1,m m2 2,m mi i,mn 。各各变变量量观观测测中中误误差差与与其其函函数数中中误误差差之之间间的的关关系系中中误误差差之之间间的的关关系系,称称为为误误差差传传播播定定律律,由由泰泰勒勒级级数数展展开可推导得到其表达式为开可推导得到其表达式为开可推导得到其表达式为开可推导得到其表达式为(推导过程见推导过程见附录附录附录附录1):第十四页,讲稿共三十三页哦误差传播公式误差传播公式简单函数的中误差传播公式函数函数函数函数名称名称名称名称 函数式函数式函数式函数式 中中中中误误误误差差差差传传传传播公式播公式
18、播公式播公式倍数倍数倍数倍数函数函数函数函数和差和差和差和差函数函数函数函数线线线线性性性性函数函数函数函数第十五页,讲稿共三十三页哦误差传播定律(例题)误差传播定律(例题)【例例例例5-15-1】y=D Dsinsin,观观 测测 值值,观观 测测 值值 D D=225.85m=225.85m0.06m,=157 00 303020。求。求 y的中的中的中的中误误误误差差差差 my。解解 根据误差传播公式有根据误差传播公式有根据误差传播公式有根据误差传播公式有则则 y y的中的中的中的中误误误误差差差差 mmy y 为为为为及及,第十六页,讲稿共三十三页哦第四节第四节 等精度直接观测平差等精
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