测量误差的基本知识.ppt
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1、6.1 6.1 测量误差概述测量误差概述6.2 6.2 衡量观测值精度的标准衡量观测值精度的标准6.3 6.3 误差传播定律误差传播定律6.4 6.4 等精度观测值的平差等精度观测值的平差第第6 6章章 测量误差的基本知识测量误差的基本知识土建工程测量土建工程测量6.1 6.1 测量误差概述测量误差概述 何谓误差?误差就是某未知量的观测值与其真值的差数。何谓误差?误差就是某未知量的观测值与其真值的差数。该差数称为真误差。即该差数称为真误差。即式中式中i i为为真误差;真误差;Li为为观测值;观测值;X表示表示真值。真值。土建工程测量土建工程测量1 1、仪器误差:测量工作中要使用测量仪器。任何仪
2、器只具有一、仪器误差:测量工作中要使用测量仪器。任何仪器只具有一定定 限度的精密度,使观测值的精密度受到限制。限度的精密度,使观测值的精密度受到限制。2 2、观测者误差:由于观测者的视觉、听觉等感官的鉴别能力有、观测者误差:由于观测者的视觉、听觉等感官的鉴别能力有一一 定的局限,所以在仪器的安置、使用中会产定的局限,所以在仪器的安置、使用中会产生误差,如整平误差、照准误差、读数误差。生误差,如整平误差、照准误差、读数误差。6.1.1 6.1.1 测量误差的来源测量误差的来源 产生测量误差的原因很多,其来源概括起来有以下三个方面:产生测量误差的原因很多,其来源概括起来有以下三个方面:3 3、外界
3、条件的影响:测量工作都是在一定的外界环境条件下进、外界条件的影响:测量工作都是在一定的外界环境条件下进行的,如温度、风力、大气折光等因素,这些行的,如温度、风力、大气折光等因素,这些因素的差异和变化都会直接对观测结果产生影因素的差异和变化都会直接对观测结果产生影响,必然给观测结果带来误差。响,必然给观测结果带来误差。土建工程测量土建工程测量 通常把通常把仪器条件、观测者的技术条件(包仪器条件、观测者的技术条件(包括使用的方法)及外界条件括使用的方法)及外界条件这三方面因素综合这三方面因素综合起来,称为起来,称为观测条件观测条件。观测条件相同的各次观测称为观测条件相同的各次观测称为等精度观测等精
4、度观测。相反,观测条件之中,只要有一个不相同的各相反,观测条件之中,只要有一个不相同的各次观测称为次观测称为不等精度观测不等精度观测。土建工程测量土建工程测量6.1.2 测量误差的分类测量误差的分类 按测量误差对观测结果影响性质的不同,可将测按测量误差对观测结果影响性质的不同,可将测量误差分为系统误差和偶然误差两大类:量误差分为系统误差和偶然误差两大类:1.1.系统误差系统误差 定义:在相同的观测条件下,对某量进行的一系列定义:在相同的观测条件下,对某量进行的一系列观测中,数值大小和正负符号固定不变,或按一定规观测中,数值大小和正负符号固定不变,或按一定规律变化的误差,称为系统误差律变化的误差
5、,称为系统误差。土建工程测量土建工程测量系统误差具有累积性,对观测结果的影响系统误差具有累积性,对观测结果的影响很大,但它们的符号和大小有一定的规律。因很大,但它们的符号和大小有一定的规律。因此,系统误差可以采用适当的措施消除或减弱此,系统误差可以采用适当的措施消除或减弱其影响。其影响。通常可采用以下三种方法:通常可采用以下三种方法:(1)(1)观测前对仪器进行检校观测前对仪器进行检校 (2)(2)采用适当的观测方法,例如正倒镜观测采用适当的观测方法,例如正倒镜观测 法。法。(3)(3)研究系统误差的大小,事后对观测值加以研究系统误差的大小,事后对观测值加以改正。改正。土建工程测量土建工程测量
6、 定义:在相同的观测条件下对某量进行一系定义:在相同的观测条件下对某量进行一系列观测,列观测,误差的出现的符号和大小都不一定,误差的出现的符号和大小都不一定,表现出偶然性,这种误差称为偶然误差,又称表现出偶然性,这种误差称为偶然误差,又称随机误差。例如,水准尺读数时的估读误差,随机误差。例如,水准尺读数时的估读误差,经纬仪测角的瞄准误差等等。对于单个偶然误经纬仪测角的瞄准误差等等。对于单个偶然误差没有什么规律,但大量偶然误差则具有一定差没有什么规律,但大量偶然误差则具有一定的统计规律的统计规律。2.2.偶然误差偶然误差土建工程测量土建工程测量偶然误差特性偶然误差特性 设某个量的真值为设某个量的
7、真值为X,对此量进行对此量进行n观测,得到的观测值为观测,得到的观测值为l1,l2,ln,每次观测发生的偶然误差(即真差)为每次观测发生的偶然误差(即真差)为1,2,n,则则(i=1,2,n)在观测过程中,不可避免会产生偶然误差,偶然误差是测在观测过程中,不可避免会产生偶然误差,偶然误差是测量误差理论主要研究对象。根据偶然误差的特性对该组观测值量误差理论主要研究对象。根据偶然误差的特性对该组观测值进行数学处理,求出最接近于未知量真值的估值,称为进行数学处理,求出最接近于未知量真值的估值,称为最或然最或然最或然最或然值值值值(或称最或是值或称最或是值)。对于单个偶然误差没有什么规律,但大量偶然误
8、差则具对于单个偶然误差没有什么规律,但大量偶然误差则具有一定的统计规律。下面举一实例加以说明:有一定的统计规律。下面举一实例加以说明:土建工程测量土建工程测量【例例1】在相同的观测条件下,观测在相同的观测条件下,观测365365个三角形的三个三角形的三个内角,由于存在偶然误差,使得每个三角形内角之个内角,由于存在偶然误差,使得每个三角形内角之和不等于真值和不等于真值180,用下式计算真差,用下式计算真差i:abci=ai+bi+ci-180(i=1,2,365)把这把这365个真误差按其绝对值的大小排列,列于下表:个真误差按其绝对值的大小排列,列于下表:土建工程测量土建工程测量 偶然误差偶然误
9、差分布统计表分布统计表 00 22 2 2 44 4 4 66 6 6 88 8 8 1010 10 10 1212 12 12 1414 14 1616 16 16以上以上 合计合计相对个数,又称误差出现的频率正负误差个数正负误差个数总和总和 9393 83 83 66 66 44 44 34 34 26 26 13 13 6 6 0 0474742423232222216161212 6 6 3 0464641 41 34221814730 负误差正误差kk/nk/nk0.1290.1150.0880.0600.0440.0330.0160.00801801850.4930.507365误
10、差区间d 0.1260.1120.0930.0600.0500.0390.0190.0080土建工程测量土建工程测量3.对称性:对称性:4.绝对值相等的正负误差出现的机会相等;绝对值相等的正负误差出现的机会相等;1.有界性:有界性:在一定的条件下,在一定的条件下,偶然误差的绝对值不会偶然误差的绝对值不会超过一定的限度;超过一定的限度;2.集中性:集中性:绝对值小的误差比绝绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会对值大的误差出现的机会多;多;4.抵偿性:抵偿性:偶然误差的算术平均值趋近于零,即偶然误差的算术平均值趋近于零,即土建工程测量土建工程测量6.1.3 6.1.3 多余观测多余观测 为了防
11、止错误的发生和提高观测成果的质量,测量工作中进为了防止错误的发生和提高观测成果的质量,测量工作中进行多于必要的观测,称为多余观测。行多于必要的观测,称为多余观测。例如,一段距离往返观测,如果往测必要的观测,则返测称例如,一段距离往返观测,如果往测必要的观测,则返测称多余观测;一个三角形观测多余观测;一个三角形观测3个角度,观测其中个角度,观测其中2个角为必要观个角为必要观测,观测第测,观测第3个角度称多余观测。个角度称多余观测。有了多余观测,观测值之间或与理论值比较必产生差值(不有了多余观测,观测值之间或与理论值比较必产生差值(不符值、闭合差),因此可以根据差值大小评是测量的符值、闭合差),因
12、此可以根据差值大小评是测量的精度精度精度精度(精(精确程度),当差值超过某一数值,就可认为观测值有错误,称确程度),当差值超过某一数值,就可认为观测值有错误,称为为误差超限误差超限误差超限误差超限。差值不超限,这些误差认为是偶然误差,进行某。差值不超限,这些误差认为是偶然误差,进行某种数学处理称为种数学处理称为平差平差平差平差,最后求得观测值的,最后求得观测值的最或然值最或然值最或然值最或然值,即求得未,即求得未知量的最后结果。知量的最后结果。土建工程测量土建工程测量6.1.4.观测值观测值的精度与的精度与数字数字精度精度 观测值接近真值的程度,称为观测值接近真值的程度,称为准确度准确度。愈接
13、近真。愈接近真值,其准确度愈高。系统误差对观测值的准确度影响值,其准确度愈高。系统误差对观测值的准确度影响极大,因此,在观测前,应认真检校仪器,观测时采极大,因此,在观测前,应认真检校仪器,观测时采用适当的观测法,观测后对观测的结果加以计算改正,用适当的观测法,观测后对观测的结果加以计算改正,从而消除系统误差或减弱至最低可以接受的程度。从而消除系统误差或减弱至最低可以接受的程度。一组观测值之间相互符合的程度(或其离散程度)一组观测值之间相互符合的程度(或其离散程度),称为,称为精密度精密度。一观测列的偶然误差大小反映出观测。一观测列的偶然误差大小反映出观测值的精密度。准确度与精密度两者均高的观
14、测值才称值的精密度。准确度与精密度两者均高的观测值才称得上高精度的观测值。所谓得上高精度的观测值。所谓精度包含准确度和精密度精度包含准确度和精密度。土建工程测量土建工程测量 打靶实例说明准确度与精密度两概念打靶实例说明准确度与精密度两概念土建工程测量土建工程测量 数字的精度数字的精度数字的精度数字的精度是取决于小数点后的位数,相同单位是取决于小数点后的位数,相同单位的两个数,小数点后位数越多,表示精度越高。因此,的两个数,小数点后位数越多,表示精度越高。因此,小数点后位数不可随意取舍。例如,小数点后位数不可随意取舍。例如,17.62m与与17.621m,后者准确到后者准确到mm,前者只准确到前
15、者只准确到cm。从这从这里可知:里可知:17.62m与与17.620m,这两个数并不相等,这两个数并不相等,17.620m准确至毫米,毫米位为准确至毫米,毫米位为0。因此,对一个数字。因此,对一个数字既不能随意添加既不能随意添加0,也不能随意消去,也不能随意消去0。土建工程测量土建工程测量1 1、中误差、中误差 根据数理统计推导中误差根据数理统计推导中误差m m为为6.2 6.2 衡量观测值精度的标准衡量观测值精度的标准式中:式中:各偶然误差平方和,各偶然误差平方和,n偶然误差偶然误差 的个数。的个数。m表示该组观测值的中误差,它表示该组观测值的中误差,它代表该组观测值中任一个观测值的代表该组
16、观测值中任一个观测值的误差。误差。根据推导可知根据推导可知偶然误差分布偶然误差分布曲线拐点的横坐标曲线拐点的横坐标 拐拐=m这就是这就是中误差的几何意义。中误差的几何意义。+y+m-mP(|)m偶然误差呈偶然误差呈正态分布正态分布土建工程测量土建工程测量【例例2】:甲、乙两组,各自在同精度条件下对某一三角形的三:甲、乙两组,各自在同精度条件下对某一三角形的三个内角观测个内角观测1010次,算得三角形闭合差次,算得三角形闭合差i 如下:如下:甲组:甲组:+30+30,-20,-20,-40,-40,+20,+20,0,0,-40,-40,+30,+30,+20,+20,-30,-30,-10,-
17、10 乙组:乙组:+10+10,-10,-10,-60,-60,+20,+20,+20,+20,+30,+30,-50,-50,0,0,+30,+30,-,-1010试问哪一组观测值精度高?试问哪一组观测值精度高?试解:计算甲乙两组的平均误差进行比较:试解:计算甲乙两组的平均误差进行比较:用平均误差衡量结果是:用平均误差衡量结果是:甲甲=乙乙。但是,乙组观测列中有较大的观。但是,乙组观测列中有较大的观测误差,乙组观测精度应该低于甲组,计算平均误差测误差,乙组观测精度应该低于甲组,计算平均误差反映不出来,反映不出来,所以平均误差所以平均误差衡量观测值的精度是不可靠的衡量观测值的精度是不可靠的。土
18、建工程测量土建工程测量正确解法:用中误差公式计算得正确解法:用中误差公式计算得:因此因此,甲组观测值的精度较乙组高。甲组观测值的精度较乙组高。m甲甲=2727表示甲组中任意一个观测值的误差(或称单位观测值的中误差)。表示甲组中任意一个观测值的误差(或称单位观测值的中误差)。m乙乙=3030表示乙组中任意一个观测值的误差。表示乙组中任意一个观测值的误差。土建工程测量土建工程测量 对于衡量精度来说,有时单靠中误差还不能完全表达观测结果的质量。对于衡量精度来说,有时单靠中误差还不能完全表达观测结果的质量。例如,测得某两段距离:例如,测得某两段距离:一段长一段长100m100m,另一段长另一段长200
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