第六测量误差的基本理论.ppt
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1、第六测量误差的基本理论现在学习的是第1页,共70页6.1 6.1 概述概述 前面几章讲述的数据采集,要用到各种仪器(经纬仪、水准仪、测距仪),要由人进行操作,要在某种环境中工作,这些因素都会使采集到的数据不准确,即数据中有误差。例如:1)、距离测量误差 2)、角度测量误差 3)、高差测量误差现在学习的是第2页,共70页ABD往往D返返理论上:D往往=D返返实测中:D往往 D返返1)距离测量误差测量上一般要求:D D往往-D D返返/D=1/K(K=2000,4000,.),测量成果才合格.6.1 6.1 概述概述现在学习的是第3页,共70页A AB BC C理论上:A+B+C=180 实测中:
2、A+B+C180理论上:L1+L2+L3+L4=360 实测中:L1+L2+L3+L4 360L2L3L4ABCDL12)角度测量误差6.1 6.1 概述概述现在学习的是第4页,共70页 理论上:hAB+hBA=0 实测中:hAB+hBA 0P1P4P3P2h1Ah3h23)高差测量误差Bh4 理论上:h1+h2+h3+h4=0 实测中:h1+h2+h3+h4 06.1 6.1 概述概述现在学习的是第5页,共70页一、测量误差的概念人们对客观事物或现象的认识总会存在不同程度的误差。这种误差在对变量进行观测和量测的过程中反映出来,称为测量误差。二、测量误差及其来源1.真值和真误差真值:反映一个量
3、真正大小绝对准确的数值真误差:观测值与真值之差,即:真误差=观测值-真值约定符号:X真值 L观测值 真误差 现在学习的是第6页,共70页二、测量误差及其来源1.真值和真误差2.测量误差的反映(如何发现)测量误差是通过“多余观测”产生的差异反映出来的。3.测量误差产生的来源(1)测量仪器:仪器精度的局限、轴系残余误差等。(2)观测者:判断力和分辨率的限制、经验等。(3)外界环境条件:温度变化、风、大气折光等。现在学习的是第7页,共70页二、观测与观测值的分类1 1同精度观测和不同精度观测同精度观测和不同精度观测在相同的观测条件下,即用同一精度等级的仪器、设备,用在相同的观测条件下,即用同一精度等
4、级的仪器、设备,用相同的方法和在相同的外界条件下,由具有大致相同技术水相同的方法和在相同的外界条件下,由具有大致相同技术水平的人所进行的观测称为同精度观测,其观测值称为平的人所进行的观测称为同精度观测,其观测值称为同精同精度观测值度观测值或等或等精度观测值精度观测值。反之,则称为不同精度观测,。反之,则称为不同精度观测,其观测值称为不同(不等)精度观测值。其观测值称为不同(不等)精度观测值。2 2直接观测和间接观测直接观测和间接观测为确定某未知量而直接进行的观测,即被观测量就是所求未为确定某未知量而直接进行的观测,即被观测量就是所求未知量本身,称为知量本身,称为直接观测直接观测,观测值称为,观
5、测值称为直接观测值。直接观测值。通过通过被观测量与未知量的函数关系来确定未知量的观测称为被观测量与未知量的函数关系来确定未知量的观测称为间接观测间接观测,观测值称为,观测值称为间接观测值。间接观测值。现在学习的是第8页,共70页二、观测与观测值的分类3独立观测和非独立观测各观测量之间无任何依存关系,是相互独立的观测,称为独立观测,观测值称为独立观测值。若各观测量之间存在一定的几何或物理条件的约束,则称为非独立观测,观测值称为非独立观测值。现在学习的是第9页,共70页四、测量误差的分类 按测量误差对测量结果影响性质的不同,可将测量误按测量误差对测量结果影响性质的不同,可将测量误差分为差分为粗差、
6、粗差、系统误差和偶然误差系统误差和偶然误差。1、粗差定义:由作业人员的粗心大意或仪器故障所造成的差错措施:(1)加强观测者的责任心,培养细致的业务作风。(2)闭合差检验,剔除孤值。(3)近代平差中的抗差估计、粗差探测等。注意:在本门课程中,要求粗差消灭在平差前,今后我们一般认为,待平差的观测值无粗差!现在学习的是第10页,共70页四、测量误差的分类2、系统误差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律变化的误差,称为系统误差。例:例:误差误差 处理方法处理方法 钢尺尺长误差钢尺尺长误差 ld 计算改正计算改正 钢尺温度误差钢尺温度误差 lt 计算改正计
7、算改正 水准仪视准轴误差水准仪视准轴误差I 操作时抵消操作时抵消(前后视等距前后视等距)经纬仪视准轴误差经纬仪视准轴误差C 操作时抵消操作时抵消(盘左盘右取平均盘左盘右取平均)系统误差可以消除或减弱。(计算改正、观测方法、仪器检校)现在学习的是第11页,共70页四、测量误差的分类3、偶然误差在相同的观测条件下对某量进行一系列观测,单个误差的出现没有一定的规律性,其数值的大小和符号都不固定,表现出偶然性,这种误差称为偶然误差,又称为随机误差。例:估读数、气泡居中判断、瞄准、对中等误差,导致观测值产生误差。偶然误差是不可避免的。现在学习的是第12页,共70页WWWWWWWWWWWWWW例:测量上8
8、17个三角形闭合差统计五、偶然误差的特性及其概率密度函数现在学习的是第13页,共70页 本例中三角形闭合差所具有的这三条特性在测量中具有普遍性。这些闭合差数值上不会超出一定界限;绝对值小的比绝对值大的闭合差个数要多;绝对值相等的正负闭合差个数大致相等。误差的区间()为负 为正总数个数 ni个数 ni0.000.500.501.001.001.501.502.002.002.502.503.003.003.503.50 121907851391590123104755527201002441941531066635190和403414817817个三角形闭合差统计表现在学习的是第14页,共70页
9、五、偶然误差的特性及其概率密度函数1)界限性:一定的测量条件下,偶然误差的数值不超过一定的限值,或者说超出一定限值的偶然误差出现的概率为零。偶然误差的四个特性:2)聚中性:绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大。3)对称性:绝对值相等的正负误差出现的概率相同。4)补偿性:在相同条件下,对同一量进行重复观测,偶然误差的算术平均值随着观测次数的无限增加而趋于零,即现在学习的是第15页,共70页五、偶然误差的特性及其概率密度函数用频率直方图表示的偶然误差统计:现在学习的是第16页,共70页误差的区间()为负 为正总数频率=ni/n个数 ni频率=ni/n个数 ni频率=ni/n0.000.500
10、.501.001.001.501.502.002.002.502.503.003.003.503.50 1219078513915900.150.110.100.060.050.020.010.00123104755527201000.150.130.090.070.030.020.010.0024419415310666351900.300.240.190.130.080.040.020.00和4030.504140.508171.00现在学习的是第17页,共70页误差的区间()为负 为正总数个数 ni频率 个数 ni频率 0.000.500.501.001.001.501.502.002.
11、002.502.503.003.003.503.50 1219078513915900.150.110.100.060.050.020.010.000.300.220.200.120.100.040.020.00123104755527201000.150.130.090.070.030.020.010.000.300.260.180.140.060.040.020.002441941531066635190和4030.504140.50817现在学习的是第18页,共70页误差的区间()为负 为正0.000.500.501.001.001.501.502.002.002.502.503.003
12、.003.503.50 0.300.220.200.120.100.040.020.000.300.260.180.140.060.040.020.00和-4-4-3-3-2-2-1-10 01 12 23 34 40.10.10.20.2现在学习的是第19页,共70页五、偶然误差的特性及其概率密度函数频率直方图中,每一条形的面积表示误差出现在该区 间的频率ni/n,而所有条形的总面积等于1。频率直方图的中间高、两边低,并向横轴逐渐逼近,对称于y轴。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 的普遍规律。用频率直方图表示的偶然误差统计:-4-4-3-3-2-2-1-10 01 12
13、 23 34 40.10.10.20.2现在学习的是第20页,共70页五、偶然误差的特性及其概率密度函数当观测次数n无限增多(n)、误差区间d 无限缩小(d 0)时,各矩形的顶边就连成一条光滑的曲线,这条曲线称为“正态分布曲线”,又称为“高斯误差分布曲线”。所以偶然误差具有正态分布的特性正态分布的特性。-4-4-3-3-2-2-1-10 01 12 23 34 40.10.10.20.2现在学习的是第21页,共70页正态分布:正态分布的密度函数:数学期望和方差:五、偶然误差的特性及其概率密度函数现在学习的是第22页,共70页正态分布的数字特征正态分布的数字特征数学期望:数学期望:位置特征。位置
14、特征。方差:方差:离散特征,表示曲线的形状。离散特征,表示曲线的形状。小,曲线顶点愈高,曲线陡峭,高瘦;小,曲线顶点愈高,曲线陡峭,高瘦;大,曲线顶点愈低,曲线扁平,矮胖。大,曲线顶点愈低,曲线扁平,矮胖。今后,我们将正态分布作为研究偶然误差的数学工具。今后,我们将正态分布作为研究偶然误差的数学工具。现在学习的是第23页,共70页五、偶然误差的特性及其概率密度函数偶然误差处理方式 现在学习的是第24页,共70页精密度表示同一量各观测值之间的密集或离散的程度。准确度又称偏差,是指观测值的数学期望与其真值之差。它表征了观测结果系统误差大小的程度。精确度表示观测值与其真值的接近程度。测量中的精度严格
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