第五章测量误差基本知识PPT课件

1、 测量实践中可以发现，测量结果不可避免的存在误差，比如：1、对同一量多次观测，其观测值不相同。2、 观测值之和不等于理论值： 三角形 +180 闭合水准 h0误差：观测值与其客观真实值之差。第1页/共41页一、 等精度观测：观测条件相同的各次观测。 不等精度观测：观测条件不相同的各次观测。1. 仪器误差2. 观测者自身条件3. 外界条件的影响观测条件粗差：因读错、记错、测错造成的错误。第2页/共41页二、 在相同的观测条件下，无论在个体和群体上，呈现出以下特性： 误差的绝对值为一常量，或按一定的规律变化； 误差的正负号保持不变，或按一定的规律变化； 误差的绝对值随着单一观测值的倍数而积累。 1

2、、系统误差 误差的大小、符号相同或按 一定的规律变化。第3页/共41页 钢尺尺长、温度、倾斜改正 水准仪 i角 经纬仪 c角、i角 注意：系统误差具有累积性，对测量成果影响较大。 1）校正仪器； （2）观测值加改正数； （3）采用一定的观测方法加以抵消或削弱。 第4页/共41页 在相同的观测条件下，对某个固定量作一系列的观测，如果观测结果的差异在正负号及数值上，都没有表现出一致的倾向， 即没有任何规律性，这类误差称为偶然误差。 2、偶然误差第5页/共41页 偶然误差的特性内角和误差区间负误差正误差kk/n误差频率kk/n0 2470.129460.1262 4420.115410.1124 6

3、320.088340.0936 8220.060220.0608 10160.044180.05010 12120.033140.03912 1460.01670.01914 1630.00830.00816以上00001800.4931850.507表1 偶然误差的统计第6页/共41页 绝对值相等的正、负误差出现的机会相等， 可相互抵消；（对称性） 同一量的等精度观测，其偶然误差的算术平 均值，随着观测次数的增加而趋近于零， 即： 0limnn在一定的条件下，偶然误差的绝对值不会超 过一定的限度;（有界性）绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机 会要多；（密集性、区间性）（抵偿性）第7页/共

4、41页1、粗差：舍弃含有粗差的观测值，并重新进行观测。2、系统误差：按其产生的原因和规律加以改正、抵 消和削弱。3、偶然误差：根据误差特性合理的处理观测数据 减少其影响。返回第8页/共41页精度：又称精密度，指在对某量进行多 次观测中，各观测值之间的离散 程度。评定精度的标准 中误差 容许误差 相对误差第9页/共41页一、一、 中误差及其计算中误差及其计算 1. 中误差定义 在相同条件下，对某量（真值为X）进行n次独立观测，观测值l1， l2，ln，偶然误差（真误差）1，2，n，则中误差m的定义为：nmxliin,.2232221式中式中第10页/共41页2.用真误差计算中误差（真值已知的情况

5、）1）计算真误差2）计算中误差第11页/共41页式中：例：试根据下表数据，分别计算各组观测值的中误差。第12页/共41页解：第一组观测值的中误差：解：第一组观测值的中误差：第二组观测值的中误差：第二组观测值的中误差： ，说明第一组的精度高于第二组的精度。，说明第一组的精度高于第二组的精度。说明：中误差越小，观测精度越高5 . 210) 4(2) 1() 2(34) 3(12022222222221 m2 . 310) 1() 3(017) 1(0) 6(2) 1(22222222222 m21mm 第13页/共41页3.用改正数计算中误差1）求最或是值2）求改正数3）利用白塞尔公式计算中误差第

6、14页/共41页第15页/共41页 定义 由偶然误差的特性可知，在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值。这个限值就是容许（极限）误差。二、容许误差（极限误差）二、容许误差（极限误差） 测量中通常取2倍或3倍中误差作为偶然误差的容许误差； 即容=2m 或容=3m 。极限误差的作用： 区别误差和错误的界限。第16页/共41页偶然误差的绝对值大于中误差9的有14个，占总数的35%，绝对值大于两倍中误差18 的只有一个，占总数的2.5%，而绝对值大于三倍中误差的没有出现。中误差、真误差和容许误差均是绝对误差。第17页/共41页 相对误差K 是中误差的绝对值 m 与相应观测值 D 之比，

7、通常以分母为1的分式 来表示，称其为相对（中）误差。即:mDDmK1三、三、 相对误差相对误差 :角度、高差的误差用m表示， 量距误差用K表示。第18页/共41页例 已知：D1=100m, m1=0.01m，D2=200m, m2=0.01m，求： K1, K2解：20000120001. 010000110001. 0222111DmKDmK返回第19页/共41页 概念 误差传播定律：阐述观测值的中误差与观测值 函数中误差的关系的定律。 函数形式倍数函数和差函数线性函数一般函数第20页/共41页1.倍数函数设有函数第21页/共41页第22页/共41页2.和、差函数设有函数第23页/共41页根

8、据偶然误差的第三、第四特性，当根据偶然误差的第三、第四特性，当 时，上式时，上式等号右端第三项趋于零，按中误差定义有：等号右端第三项趋于零，按中误差定义有：第24页/共41页3.一般线性函数为：nnxkxkxkz2211式中 为独立的直接观测值， 为常数， 相应的 观测值的中误差为 。 nxxx,21nkkk,21nxxx,21nmmm,212222222121nnzmkmkmkm第25页/共41页设非线性函数的一般式为：式中： 为独立观测值； 为独立观测值的中误差。 求函数的全微分，并用“”替代“d”，得),(321nxxxxfz ixnmmmm,321 nxnxxZxfxfxf )()()

9、(2121第26页/共41页式中： 是函数F对 的偏导数，当函数式与观测值确定后，它们均为常数，因此上式是线性函数，其中误差为：ixf), 2 , 1(ni 22222221212)()()(nnZmxfmxfmxfm ix2222222121)()()(nnZmxfmxfmxfm 误差传播定律的一般形式第27页/共41页 1.列出观测值函数的表达式： 2.对函数式全微分，得出函数的真误差与观测值真误差之间的关系式： 式中， 是用观测值代入求得的值。 ),(21nxxxfZ nxnxxZdxfdxfdxfd)()()(2121 )(ixf 求观测值函数中误差的步骤：三、三、 运用误差传播定律的

10、步骤运用误差传播定律的步骤第28页/共41页 3、根据误差传播率计算观测值函数中误差： 注意：在误差传播定律的推导过程中，要求观 测值必须是独立观测值。 22222221212)()()(nnZmxfmxfmxfm 第29页/共41页函数名称函数名称函数式函数式函数的中误差函数的中误差倍数函数倍数函数和差函数和差函数线性函数线性函数一般函数一般函数nxxxz21nnxkxkxkz2211),(21nxxxfZ kxz xzkmm22221nzmmmm2222222121nnzmkmkmkm2222222121)()()(nnZmxfmxfmxfm 返回第30页/共41页 设在相同的观测条件下对

11、未知量观测了n次，观测值为l1、l2ln，中误差为m1、 m2 mn，则其算术平均值（最或然值、似真值）L 为： nlnlllxn 21一、 求最或是值L L第31页/共41页 设未知量的真值为x，可写出观测值的真误差公式为 （i=1i=1，2 2，n n）将上式相加得 或故 nxlllnn )(2121nxl xnln推导过程：xlii第32页/共41页 由偶然误差第四特性知道，当观测次数无限增多时， 即 （算术平均值） 说明，n趋近无穷大时，算术平均值即为真值。 0limnn Lnlxn,第33页/共41页 因为 式中，1n为常数。由于各独立观测值的精度相同，设其中误差均为m。 设平均值的

12、中误差为mL，则有 nlnlnlnnlL11121 22222221221111mnmnmnmnmnL 二、二、 算术平均值中误差算术平均值中误差mL第34页/共41页nmmL 由此可知，算术平均值的中误差为观测值的中误差的 倍。 n1故故第35页/共41页三、精度评定 第一公式 第二公式 （白塞尔公式）条件：观测值真值 x已知条件：观测值真值 x 未知， 算术平均值L已知nm1nVVm其中 观测值改正数，iViilLV第36页/共41页证明证明：1nVVnmiilLVxlii（i=1，2，3，n）两式相加，有xLViiiiv即解解：（i=1，2，3，n）设 则 xL第37页/共41页将上列等式两端各自平方，并求其和，则 22nVVV将将 代入上式，则代入上式，则 2nvv 0lLnv故故 222nnnnQPn 2222)(12433221222212（PQ）又因又因 nnxlxnlxL第38页/共