靜態(tài)誤差理論及數(shù)據(jù)處理綜合應(yīng)用報告

靜態(tài)誤差理論及數(shù)據(jù)處理綜合應(yīng)用報告經(jīng)過一個階段的學(xué)習(xí)，對靜態(tài)誤差理論及數(shù)據(jù)處理有了一定的了解。誤差理論從產(chǎn)生到發(fā)展，經(jīng)歷了很長一段時間。所謂誤差就是測得值與被測量的真值之間的差。研究誤差主要意義在于：正確認(rèn)識誤差的性質(zhì)，分析誤差產(chǎn)生的原因，從根本上，消除或減小誤差；正確處理測量和實驗數(shù)據(jù)，合理計算所得結(jié)果，通過計算得到更接近真值的數(shù)據(jù)；正確組織實驗過程，合理設(shè)計、選用儀器或測量方法，根據(jù)目標(biāo)確定最佳系統(tǒng)。精度是反映測量結(jié)果與真值接近程度的量，它與誤差的大小相對應(yīng)，誤差小則精度高，誤差大則精度低，精度可分為準(zhǔn)確度、精密度和精確度。一個測量的完整過程往往包括四個步驟：1、根據(jù)測量任務(wù),運用相應(yīng)的測量原理,設(shè)計出正確的測量方法。2、合理地選擇儀器、元件和擬定測量部署。3、測量,與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。4、數(shù)據(jù)處理,從而得出最后的測量結(jié)果。實踐證明，測量總是存在著誤差，而誤差又必然在測量中產(chǎn)生[1]。任何測量結(jié)果總是不可能準(zhǔn)確地等于被測量的真值。根據(jù)誤差的性質(zhì)，測量誤差可以分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。針對不同的測量情況，測量誤差可以用絕對誤差和相對誤差來表示。誤差的主要來源主要包括測量裝置誤差，測量環(huán)境誤差，測量方法誤差和測量人員誤差。對于誤差，以徑向三維激光掃描儀的測量誤差分析為例。從誤差理論來分析，徑向掃描系統(tǒng)測量誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差引起三維激光掃描點的坐標(biāo)偏差，可通過公式改正或修正系統(tǒng)予以消除或減小。測量系統(tǒng)的偶然性誤差是一些隨機(jī)性誤差的綜合體現(xiàn)。三維激光腳點測量誤差的影響因素較多，大致可分為三類：儀器誤差、與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差、外界環(huán)境條件。儀器誤差是儀器本身性能缺陷造成的測量誤差，包括激光測距的誤差、掃描角度測量的誤差；與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差主要包括目標(biāo)物體反射面傾斜的影響和表面粗糙度的影響；外界環(huán)境條件主要包括溫度、氣壓等因素[2]。誤差的概念以及誤差的分配與合成在精密儀器設(shè)計、智能儀器儀表設(shè)計中是一個重要的概念。誤差的大小是儀器儀表性能的一個重要指標(biāo)，而誤差分配與合成原理的合理運用是實現(xiàn)儀器儀表性能的重要手段。在現(xiàn)在儀器儀表領(lǐng)域，設(shè)計與使用均以智能儀器儀表為主。對于智能儀器的設(shè)計，功能確定之后，關(guān)鍵是各個組成部分的選擇問題。比如傳感器信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器等主要部分，選擇什么型號？根據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)來選擇？眾所周知，對于任何一個測試儀器來講，都有精度要求。我們只要從儀器的精度指標(biāo)出發(fā)，正確運用誤差分配與合成原理，合理分配儀器儀表的各部分誤差，這一問題便可迎刃而解，為智能儀器的設(shè)計帶來很大的便利[3]。測量不確定度的概念是一種比誤差的概念更為完備合理、可操作性強(qiáng)的評定測量結(jié)果的方法。測量不確定度是指測量結(jié)果變化的不肯定。它是表征被測量的真值在某個量值范圍的一個估計，是測量結(jié)果含有的一個參數(shù)，用來表示被測量值的分散度。隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差一起作用產(chǎn)生測量的誤差(總誤差)及對測量的量的真值產(chǎn)生懷疑。國際計量組織提出了測量不確定度的概念。這一概念已成為一般計量學(xué)的重要內(nèi)容，其在臨床檢驗領(lǐng)域的重要性也在增加。測量不確定度的概念已經(jīng)不單單被使用于計量學(xué)，已經(jīng)慢慢地被其它領(lǐng)域所使用[4]。不確定度越小,測量結(jié)果的質(zhì)量越好,水平越高,使用價值也越高;不確定度越大,測量結(jié)果的質(zhì)量就差,水平越低,其使用價值也越低。在化學(xué)成分測量過程中有許多能引起不確定度的因素，它們可以來自：被測對象的定義不完善；取樣帶來的不確定度；被測對象的預(yù)富集或分離的不完全；基體影響和干擾；在抽樣或樣品制備過程中的沾污以及樣品分析期間可能的變化，由于熱狀態(tài)的改變或光分解而引起樣品的交叉沾污和來自實驗室環(huán)境的污染，特別對痕量成分的分析尤為重要；在測量過程中對環(huán)境條件影響缺乏認(rèn)識或環(huán)境條件的測量不夠完善；實驗人員讀數(shù)不準(zhǔn)；稱量和容量儀器的不確定度；儀器的分辨率或靈敏度以及儀器的偏倚、分析天平校準(zhǔn)中的準(zhǔn)確度的極限、溫度控制器可能維持的平均溫度與所指示的設(shè)定的溫度點不同、自動分析儀滯后等；測量標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所給定的不確定度；從外部取得并用于數(shù)據(jù)的整理換算的常數(shù)或其它參數(shù)的值所具有的不確定度；在測量方法和過程中的某些近似和假設(shè)，某些不恰當(dāng)?shù)男?zhǔn)模式的選擇；隨機(jī)變化；等等[5]。比如，要計算氫氧化鉀測量結(jié)果的不確定度。以鹽酸作為標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，其物質(zhì)的量濃度，用以測定某樣品中所含氫氧化鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，滴定消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，計算氫氧化鉀測量結(jié)果的不確定度。先建模：鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的相對不確定度：滴定管的不確定度：滴定時用的是B級滴定管，允許誤差，滴定管帶來的相對不確定度：氫氧化鉀的相對分子質(zhì)量的相對不確定度：查元素的相對原子質(zhì)量表：。當(dāng)取時，其相對不確定度可以忽略不計。稱量的不確定度：設(shè)稱取樣品的質(zhì)量為，來源于所用天平和砝碼的相對擴(kuò)展不確定度為。氫氧化鉀的濃度：按的數(shù)學(xué)模型：氫氧化鉀測量結(jié)果的不確定度：氫氧化鉀相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計算：相對擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計算：則最后可得測量結(jié)果表達(dá)式：回歸分析是處理變量之間相關(guān)關(guān)系的一種數(shù)理統(tǒng)計方法。回歸分析就是應(yīng)用數(shù)學(xué)的方法，對大量的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得出比較符合事物內(nèi)部規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。最小二乘算法通常與回歸分析算法一起使用，利用已有的數(shù)據(jù)，假設(shè)初始回歸參數(shù)方程，使用最小二乘算法估計出回歸方程的參數(shù)，并結(jié)合實際情況對回歸參數(shù)進(jìn)行檢驗修正，最后獲得與實際相符合的回歸方程。利用該回歸方程可針對實際情況做出一定的預(yù)測并可對此做出相對應(yīng)的建議。漆雁斌、陳衛(wèi)洪[6]將回歸分析方法應(yīng)用到了低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展影響因素的分析中，通過對農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值與化肥施用量、機(jī)械總動力以及農(nóng)作物總播種面積進(jìn)行回歸分析后，發(fā)現(xiàn)化肥施用量對農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的影響極大，是制約低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素?；貧w分析過程中首先運用普通最小二乘法估算出初始模型的模型參數(shù)，得到初始的回歸方程。再通過統(tǒng)計檢驗以及實際經(jīng)濟(jì)意義檢驗對回歸方程進(jìn)行檢驗修正，最后獲得與實際相符合的模型，并利用該模型進(jìn)行模擬預(yù)測，并對此做出相應(yīng)的結(jié)論和建議?；貧w分析方法在農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等上的應(yīng)用是為當(dāng)代找準(zhǔn)低碳生活、保護(hù)環(huán)境等的主要方法的重要手段。康海貴[7]等人則將回歸分析運用娛實測瀝青路面溫度場分布規(guī)律的研究中，利用最小二乘法原理對瀝青溫度、氣溫和路面結(jié)構(gòu)層深度進(jìn)行了多元回歸，得出了依據(jù)氣溫預(yù)估路面任意深度處溫度的預(yù)估公式，并證明了其具有較好的精確性與實用性?；貧w分析法在電力負(fù)荷預(yù)測中也有著廣泛的用途。最小二乘回歸法被廣泛地運用于模型預(yù)測估計中，利用已有的現(xiàn)成的數(shù)據(jù)，通過最小二乘算法進(jìn)行回歸分析，估計模型參數(shù)，并結(jié)合實際進(jìn)行參數(shù)修正，最后獲得與實際相符合的系統(tǒng)模型，并利用其來對實際過程進(jìn)行預(yù)測估計。在電力系統(tǒng)中的運用就是一個典型的代表。偏最小二乘算回歸分析是對最小二乘回歸分析的改進(jìn)，已被運用于電力系統(tǒng)短期負(fù)荷預(yù)測中。該方法可有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和樣本預(yù)處理，并可以對輸入因素進(jìn)行成分提取。提取出的成分具有線性無關(guān)的特點，對日負(fù)荷有較好的解釋能力，且利于建模和預(yù)測。此方法的另一特點是可以消除輸入因素的多重共線性，不需要大量樣本作為輸入[8.9]。最小二乘算法的改進(jìn)算法也被廣泛地運用于曲線曲面的擬合過程中。改進(jìn)最小二乘算法還用到了權(quán)函數(shù)的概念[10]?；貧w分析法在醫(yī)學(xué)方面也有著廣泛的運用，利用已有的病例案例，回歸分析各個病理特征，找到致病的主要因素，并對未知情況進(jìn)行一定的預(yù)測，有助于提出相應(yīng)的對策，對一些疾病的醫(yī)治提供一定的幫助[11]。最小二乘算法還被運用于對橋梁斷面氣動導(dǎo)數(shù)的識別等非線性過程中，不過都是在最小二乘原理的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了改進(jìn)修正[12]。也有人將回歸分析運用于生活事件因素與心理健康狀況的關(guān)系的分析中。經(jīng)過調(diào)查收集相關(guān)資料獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)回歸分析得知影響作用較大的因素以人際關(guān)系和學(xué)習(xí)方面的問題為主，家庭因素和環(huán)境等因素作用相對較小[13]。最小二乘回歸分析法在數(shù)據(jù)處理，模型分析預(yù)測等各方面中都有了廣泛的運用。靜態(tài)誤差理論與數(shù)據(jù)處理的綜合應(yīng)用對儀器儀表的開發(fā)，系統(tǒng)對象數(shù)據(jù)的測量，系統(tǒng)模型的建立等都有著很大的作用，是必不可少的一部分。參考文獻(xiàn)：伍林,金爭,李汝恒.測量誤差及相關(guān)問題[J].云南師范大學(xué)學(xué)報,1999,2:004.鄭德華,沈云中,劉春.三維激光掃描儀及其測量誤差影響因素分析[J].測繪工程,2005,14(2):32-34.莊嚴(yán),段慧達(dá).誤差分配與合成原理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