测量误差的概念
测量误差的概念
测量误差的概念
测量误差是指测量结果与实际值之间的差异。
在实际测量中，由于各种因素的影响，测量结果往往会发生一定的误差。
测量误差的产生可能是由于测量方法的不完善、测量仪器的精度限制、环境因素的影响等。
例如，在测量物体的长度时，可能会因为物体的平整度、测量尺的精度、光线等因素而导致测量结果与实际值存在误差。
测量误差的大小可以用绝对误差和相对误差两种方式表示。
绝对误差是指测量结果与实际值之间的差距，相对误差是指绝对误差与实际值之比。
在比较不同测量结果的误差大小时，应该采用相同的表示方式，以便进行准确的比较。
在实际应用中，应该尽可能采取措施来减小测量误差。
例如，选择高精度的测量仪器、采用先进的测量方法、控制环境因素等。
同时，也应该根据实际需求和测量精度要求，合理选择和使用测量仪器和方法，以达到实际测量的要求。
第五章 测量误差的基本知识
在测量工作中，如某个误差超过了容许误差，则相应 观测值应舍去重测。
3.相对误差
绝对误差值与观测值之比，称为相对误差。在某 些测量工作中，有时用中误差还不能完全反映测量精度， 例如测量某两段距离，一段长200m，另一段长100m， 它们的测量中误差均为±0.2m，为此用观测值的中误差 与观测值之比，并将其分子化为1，即用1/K表示，称为 相对误差。
180°00ˊ00"
0
0
179°59ˊ57"
-3
9
180°00ˊ01"
+1
1
24
130
m2
2 3.6 10
两组观测值的误差绝对值相等 m1 < m2，第一组的观测成果的精度高于第二组观测成
果的精度
2.容许误差
容许误差又称极限误差。根据误差理论及实践证明， 在大量同精度观测的一组误差中，绝对值大于两倍中误差 的偶然误差，其出现的可能性约为5%；大于三倍中误差 的偶然误差，其出现的可能性仅有3‰，且认为是不大可 能出现的。因此一般取三倍中误差作为偶然误差的极限误 差。
全微分
dZ Kdx
得中误差式 mZ K 2mx2 Kmx
例：量得 1:1000 地形图上两点间长度l =168.5mm0.2mm,
计算该两点实地距离S及其中误差ms： 解：列函数式 S 1000 l
求全微分 dS 1000dl
mS 1000ml 1000 0.2 200mm 0.2m
测量误差＝观测值－真值
观测误差来源于仪器误差、人的感官能力和外界环境 （如温度、湿度、风力、大折光等）的影响，这三方面的 客观条件统称观测条件。
3.2测量误差和数据处理
若误差落在区间（-∞，+ ∞ ）之中，则其概率 p=1； 若误差落在（-δ，+δ ）之中，则上式可改写为：
将上式进行变量置换，设： 则： =2Φ(t)
在实践中常认为δ=±3σ的概率约等于1， 从而将±3σ 称为随机误差的极限误差 随机误差的极限误差。 随机误差的极限误差 即：
δlim=±3σ
算术平均值的极限误差： 算术平均值的极限误差：δlimL=±3σ L
——若某一|υi|>3σ ，则该残余误差为粗大误差，应剔除。 该准则主要适有用于服从正态分布的误差，且重复测量 次数又比较多的情况。
（2）狄克逊准则 ） （3）格罗布斯准则 ） （4）t检验法等 ） 检验法等
§3.2.6 等精度测量结果的处理
步骤如下： （1）判断有无系统误差存在 （2）求算术平均值 （3）计算残余误差 （4）计算标准偏差 σ （5）判断粗大误差并将其剔除 |υ ∣≤3σ （6）求算术平均值的标准偏差 测量结果的表达式： （7）测量结果的表达式： 单次测量时： 单次测量时： L= li±3σ 多次测量时： 多次测量时： 例：（见书P.60）
二、随机误差的评定指标 1．算术平均值 ．
对某量进行等精度测量时，由于随机误差的存在，其 获得的测量值不完全相同，此时应以其算术平均值作为最 后的测量结果。即：
由正态分布的性质④可知，当测量次数ｎ增大时，算术平均 值愈趋近于真值。因此——用算术平均值作为最后的测
量结果比用其它任一测量值作为测量结果更可靠。
1、测量器具误差 、 2、方法误差 、 3、标准件误差 、 4、环境误差 、 5、人为误差 、
§ 3.2.2
1．误差分类 ．
误差的分类
(1)系统误差 系统误差 在相同条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号 保持不变或按一定规律变化着的误差。 系统误差可分为定值系统误差 变值系统误差 定值系统误差和变值系统误差 定值系统误差 变值系统误差。 (2)随机误差 随机误差 在相同条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可 预定的方式变化着的误差。误差的出现是无规律可循的。 (3)粗大误差 粗大误差 由于测量不正确等原因引起的大大超出规定条件下预计误差 限的那种误差。
测量误差及数据处理
x0
x
相对误差ε是一个无量纲的数据，通常以百分数的形式表
示。相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程度。例如，
在上面的例子中，ε1＝0.002/20×100%＝0.01%，ε2＝ 0.02/250×100%＝0.008%，可以看出，后者的测量精度更高。
1.2 测量误差的来源
计量器具 误差
计量器具误差是指计量器具本身在设计、制造和使用
（2）随机误差的评定指标
① 算术平均值 。对同一被测量进行n次等精度测量，测
量结果为x1、x2、…、xn，则算术平均值x 为：
x
x1 x2 xn n
1 n
n i1
xi
测量次数n越大，算术平均值 越趋近于真值x0。因此，用
算术平均值 x 作为最后测量结果是可靠的、合理的。
② 标准偏差σ。
用算术平均值 x 表示测量结果虽然可靠，但不能全面反
映测量精度。例如，有两组测得值： 第一组：12.005，11.996，12.003，11.994，12.002； 第二组：11.90，12.10，11.95，12.05，12.00。
两组测得值的算术平均值 x1＝ x2＝12，但第一组测得
值比较集中，第二组测得值比较分散，也就是说，第一组的 每一个测得值比第二组的更接近于算术平均值，第一组测得 值的测量精度比第二组高。此时，算术平均值就不能准确地 反映测量精度了，而常用标准偏差σ来反映测量精度的高低。
源
误差
所引起的误差。环境条件主要包括温度、湿度、气压、振
动和灰尘等，其中，温度对测量结果的影响最大。
测量人员 误差
测量人员误差是指由测量人员的主观因素所引起的误
差。例如，测量人员技术不熟练、测量瞄准不准确、估读 判断错误和测量习惯等引起的误差。
测量误差的概念及其处理方法
选用高灵敏度的偏差式仪表。即使差值的测量精度不 高，但最终结果仍可达到较高的精度。
1.3 测量误差 在检测过程中，被测对象、检测系统、检测方法
和检测人员都会受到各种变动因素的影响。而且，对 被测量的转换，有时也会改变被测对象原有的状态。 这就造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一 定的差别。这个差值称为测量误差。测量误差的主要 来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人 员误差等。
传感器与检测技术
测量误差的概念及其处理方法 1.1 测量及测量误差
1. 测量定义 测量是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器 或设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较， 并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测量 的定量信息。 测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。数 值的大小可以用数字表示，也可以是曲线或者图形。 无论表现形式如何，在测量结果中必须注明单位。测 量过程的核心是比较。
间的关系式为：y＝f(x1x2x3…) 。间接测量手续多，
花费时间长，当被测量不便于直接测量或没有相应直 接测量的仪表时才采用。
（2）偏差式测量、零位式测量和微差式测量 Ⅰ.偏差式测量 在测量过程中，利用测量仪表指针相对 于刻度初始点的位移(即偏差)来决定被测量的测量方法，称为 偏差式测量。它以间接方式实现被测量和标准量的比较。 偏差式测量仪表在进行测量时，一般利用被测量产生的 力或力矩，使仪表的弹性元件变形，从而产生一个相反的作 用，并一直增大到与被测量所产生的力或力矩相平衡时，弹 性元件的变形就停止了，此变形即可通过一定的机构转变成 仪表指针相对标尺起点的位移，指针所指示的标尺刻度值就 表示了被测量的数值。偏差式测量简单、迅速，但精度不高， 这种测量方法广泛应用于工程测量中。
第五章 测量误差
（2）水准路线高差的中误差
如果在这段水准路线当中一共观测了n站，则总高 差为： 设每站的高差中误差均为m站 ，则 mh = 取3倍中误差为限差，则普通水准路线的容许误差为： m容= 3
2.水平角观测的误差分析
用DJ6经纬仪进行测回法观测水平角，那么用盘左 盘右观测同一方向的中误差为±6” ，即 =±6”。 假设盘左瞄准A点时读数为A左，盘右瞄准A时读数 为A右，那么瞄准A方向一个测回的平均读数应为
求真误差的方差： 由方差的性质可得：
中误差为标准差σ的估计值，而标准差的平方就等 于方差，故
二、线性函数
1、倍数函数 设有函数 Z=Kx 式中 x—直接观测值，其中误差为mx； K—常数 Z—观测值x的函数 若对x作n次同精度观测，其真误差列为 设对应的函数的真误差列为 。 观测值与函数间的真误差关系式为：
三、非线性函数 设有非线性函数 z=f（x1、x2、…、xn） 式中，x1、x2、…、xn为独立观测值，其相应的中
误差分别为m1、m2、…、mn，对其全微分得到
四、误差传播定律的应用 1.水准测量的误差分析
（1）一个测站的高差中误差 每站的高差为：h=a-b；a、b为水准仪在前后水准 尺上的读数，读数的中误差m读，m读≈±3mm，则 每个测站的高差中误差为
二、中误差（均方差）
1.测量工作中，用标准差来衡量观测的精度，我 们称之为中误差，用ｍ表示。 设在相同的观测条件下，对未知量进行重复独立 观测，观测值为:l1,l2,…,ln,其真误差为Δ １,
Δ ２,…,Δ n ,则真误差的方差
式中当ｎ→∞，E(Δ ) ＝ 0 ，根据数学期望的定义 E(Δ 2)就是Δ 2的算术平均值。
将上式平方，得 按上式求和，并除以n，得
测量学 第五章 测量误差及测量平差
第五章 测量误差及测量平差§5.1 测量误差概述一、测量误差的概念某量的各测量值相互之间或观测值与理论值之间的往往存在着某些差异，说明观测中存在误差。
观测值与真值之差称为测量误差，也叫真误差。
X l i i -=∆ （i =1、2、……、n ） X 为真值。
二、研究测量误差的目的分析测量误差的产生原因、性质和积累规律；正确地处理测量成果，求出最可靠值；评定测量结果的精度；为选择合理的测量方法提供理论依据。
三、测量误差产生的原因1.测量仪器因素2.观测者的因素3.外界条件的因素测量观测条件——测量仪器、观测人员和外界条件这三方面的因素综合起来称为测量观测条件。
等精度观测——测量观测条件相同的各次观测称为等精度观测。
非等精度观测——测量观测条件不相同的各次观测称为非等精度观测。
四、测量误差的分类1.系统误差在相同的观测条件下对某量作一系列观测，如果误差的大小、符号表现出系统性，或按一定的规律变化，或保持不变，这种误差称为系统误差。
其特点：具有累积性，但可以采用适当的观测方法或加改正数来消除或减弱其影响。
2.偶然误差在相同的观测条件下对某量作一系列观测，如果误差的大小和符号不定，表面上没有规律性，但实际上服从于一定的统计规律性，这种误差称为偶然误差。
偶然误差单个的出现上没有规律性，不能采用适当的观测方法或加改正数来消除或减弱其影响。
因此，观测结果中偶然误差占据了主要地位，是偶然误差影响了观测结果的精确性。
五、减少测量误差的措施对系统误差，通常采用适当的观测方法或加改正数来消除或减弱其影响。
对偶然误差，通常采用多余观测来减少误差，提高观测成果的质量。
§5.2 偶然误差的特性一、精度的含义1.准确度准确度是指在对某一个量的多次观测中，观测值对该量真值的偏离程度。
2.精密度精密度是指在对某一个量的多次观测中，各观测值之间的离散程度。
3.精度精度也就是精确度，是评价观测成果优劣的准确度与精密度的总称，表示测量结果中系统误差与偶然误差的综合影响的程度。
第三章,测量误差与检测分析.
➢ 方法误差
测量方法不正确而引起的误差称为方法误差。 测量仪器安装和使用方法不正确，测量时所依据 的原理不正确而产生的误差。
➢ 人员误差
测量者生理特性和操作熟练程度的优劣而引 起的误差称为人员误差。测量者的习惯和精神状 态的变化也都会带来误差。
四. 误差的分类
1. 随机误差 在实际测量条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对
即
100%
A
3. 诱导相对误差 测量中最大绝对误差与仪器量程范
围之比。也称引用误差。
即
0
max
xm
max
Amax Amin
100 %
通常用引用误差表示仪器的精度等级。
国家标准GB776-76《电测量指示仪器通用技术条件》规
定，电测仪器精度分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5， 5.0等7级。它们的基本误差以最大引用误差计，分别不超过：
六. 不确定度
不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量不能确 定的程度。不确定度按估计其数值所用的方法不同归并 成两类： A类分量：对一系列多次重复测量后，用统计方法计算出 的标准偏差。 B类分量：用其它方法估算出的近似的标准偏差。
然后用通常合成标准偏差的方法来合成A类分量和B类 分量，合成后仍以标准偏差的形式表征，称为合成不确 定度。该不确定度仍具有概率的概念。
3. 粗大误差(疏失误差)
测量过程中出现的明显与事实不符的误差。主要是由 于测量人员的疏失或环境条件的突变影响所致。
粗大误差由于误差数值特别大，容易从测量结果中发 现，一经发现有粗大误差，可以认为该次测量无效，测 量数据作废，即可消除它对测量结果的影响。
五.精度
➢ 正确度 表示测量结果偏离真值的程度。它标志着系统误差的大小。
测量误差的概念各种误差的基77
根据误差传播理论以及权系数的定义式可以 推导得加权平均值的中误差计算公式
mx p
5.7 由真误差计算观测值中误差
设以等精度观测n个三角形中各内角 ，则闭合差 就是三角形内角和的真误差。所以根据中误差 的定义，三角形内角和的中误差为
ww
mw 3n
设测角中误差为m（等精度观测），则根据误差 传播定律可得三角形测角中误差为
mmw 1 ww
3 3n
3B0y (v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnW kShPeMaJ7F4 C1 z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E 3B+y (v%r#oXlTiQeN bK8G5 D2A-x *t$qZn V kShPdMaI7F4C0 z)w&s!pYmUjRfOcL9H6 E3B+y (u%r#o WlTiQ eNbJ8 G5D1A -x*t$q YnV kSgPdMaI 7F3C0 z)v&s!pXmUiRfOcK9 H6E2B+x(u%r ZoWlT hQeNb J8G4D 1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y )v&s#pXmUiRfNcK9H5E 2B+x(u $rZoW kThQe MbJ7G 4D1 z- w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y )v%s#pX lUiRfN cK8H5 E2A+x (u$rZn W kThPeMbJ7 G4C1 zw&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y (v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZn W kShPeMaJ7 G4C1 z) w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y (v%r# oXlTi
测量误差及处理.
为了减小测量误差, 必须仔细分析测量误差产生的原因，提高测量精度。
在实际1.测量误差的基本概念由于测量过程中计量器具本身和测量方法等误差的影响，以及测量条件的限制, 任何一次测量的测得值都不可能是被测量的真值，两者存在着差异。
这种差异在数值 上则表现为测量误差。
测量误差指被测量的测得值与其真值之差，用公式表示如下:x X 0式中，为绝对误差；X 为被测量的测得值；X 0为被测量的真值。
测量误差有下列两种表示形式: （1）绝对误差于或小于X 0，因而绝对误差可能是正值，也可能是负值。
这样，被测量的真值可以用 下式来表示:X 0 X利用上式，可以由被测量的量值和测量误差来估算真值所在的范围。
测量误差的绝对值越小， 则被测量的量值越接近于真值,测量精度就越高； 反之，测量精度越低。
用绝对误差表示测量精度，适用于评定或比较大小相同被测量的测量精度。
对于 大小不同的被测量，则需要用相对误差来评定或比较它们的测量精度。
（2）相对误差相对误差是指绝对误差的绝对值与被测量真值之比。
由于被测量的真值无法得 到，因此在实际应用中常以被测量的测得值代替真值进行估算，即X 0X式中，f 为相对误差。
2 .测量误差的来源(1-20)由式（1-20 ）所定义的测量误差也称绝对误差。
在式（1-21 ）中，由于 x 可能大(1-21 )(1-22)相对误差通常用百分比来表示。
例如, 某两轴径的测得值分别为 199.865mm 和80.002mm ，它们的绝对误差分别为+ 0.004mm 和一0.003mm ，则由式（1-22 ）计算得 对误差分 另 U 为 h 0.004/199.8650.002%f 20.003/80.002 0.0037%，因此前者的测量精度比后者高。
测量中，产生测量误差的因素很多，归结起来主要有以下几个方面。
（1）计量器具误差计量器具误差是指计量器具本身在设计、制造和使用过程中的各项误差。
设计计量器具时，为了简化结构而采用近似设计会产生测量误差。
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测量误差是指测量结果与真实值之间的差异。
在科学、工程和各种测量领域中，由于各种因素的影响，几乎所有的测量都会存在一定的误差。
测量误差可以分为系统误差和随机误差两种类型：
系统误差：系统误差是由于测量过程中的固有偏差或缺陷引起的，导致测量结果在整个测量范围内偏离真实值。
系统误差可能是由于仪器的校准不准确、环境条件的影响、测量方法的选择等造成的。
系统误差在多次重复测量中通常是一致的，可以通过校准和修正来减小。
随机误差：随机误差是由于各种随机因素引起的，例如测量设备的噪声、操作人员的不稳定性、环境的变化等。
随机误差是在多次重复测量中出现的不一致的偏差，其大小和方向是随机的。
通过多次重复测量可以通过统计方法来估计和减小随机误差。
测量误差的大小通常用以下指标来表示：
绝对误差：指测量结果与真实值之间的实际差异，通常用绝对值来表示。
相对误差：指测量结果与真实值之间的差异相对于真实值的比例。
常用百分比或小数表示。
精度：指测量结果的可靠程度和接近真实值的程度。
精密度：指重复测量结果之间的一致性和重复性。
在测量过程中，准确地估计和控制误差对于获取可靠的测量结果至关重要。
这可以通过校准仪器、采用适当的测量方法、重
复测量、数据处理和合理的数据分析等措施来实现。