测量误差基本知识
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名称:测量误差的基本知识一、基本概念1.真值:一个物理量的真实数值称为真值。
真值是难以准确测量的。
2.约写真值:足够接近真值的量,它与真值的差异可以忽略不计,称这个量为约定真值。
3.标称值:测量器具上标注的数值称为标称值。
4.示值:在测量过程中,测量仪器、仪表的指示值简称示值。
5.影响量:影响测量仪器示值的任何量称为影响量。
6.测量误差:表示测量数值与被测量真值之间的差异称为测量误差。
二、误差的来源1.仪器误差由于仪器本身及附件的电气和机械性能不完善而引入的误差2.使用误差由于仪器的安装、布置、调节不当所造成的误差。
3.影响误差由于受外界温度、湿度、电磁场、机械振动等影响超出仪器技术条件而造成的误差。
4.人身误差由于测量者的分辨能力、工作习惯及责任心等原因引起的误差。
5.方法和理论误差由于采用测量方法或仪表选择不当所造成的误差称为方法误差。
测量时,依据的理论不严格或用近似公式、近似值(例如π,√2,√3等)计算等造成的误差称理论误差。
三、测量误差的表示方法1.绝对误差指测量结果与被测量的真值之差,(因通常真值不能确定,实际上用的是约定真值,一般指被测量的算术平均值或标准值)表示为Δx=x-x0x—测量结果,x0—约定真值,Δx —绝对误差(Δx有大小和符号,其单位与测量结果的单位相同)另:与Δx的绝对值相等但符号相反的量称为修正值。
(用C表示)C=–Δx= x0–x通过检定(校准),由上级标准仪器给出受检仪器的修正值。
因此,将测得值与已知的修正值相加,即可算出被测量的约定真值:x0=x+c我厂仪器分内检和外检两种,检定结果若合格(兰色标签),所得修正值都在公司许可的误差内(这样才能判为合格),对使用者测量不会产生影响,故不再给出修正值,使用者可认为所用仪器的测量结果是准确的。
对于“准用”的仪器,请参照“准用证”旁的准用说明,对测量结果予以修正。
2.相对误差指测量结果的绝对误差:Δx与真值x0之比δx=Δx/x0×100%3.引用误差指计量器具的示值的绝对误差与器具的特定值x lim(如计量的上限值,量程)之比即:δx lim=Δx/x lim×100%一般x lim常指满度值,因此,也称满度相对误差,它是指仪器仪表度盘上最大的绝对误差与量程值(满度值)之比的百分数。
测量误差的基本知识在测量工作中,对某量(如某一个角度、某一段距离或某两点间的高差等)进行多次观测,所得的各次观测结果总是存在着差异,这种差异实质上表现为每次测量所得的观测值与该量的真值之间的差值,这种差值称为测量真误差,即:测量真误差=真值-观测值一、误差产生的原因:1.观测者由于观测者感觉器官鉴别能力有一定的局限性,在仪器安置、照准、读数等方面都产生误差。
同时观测者的技术水平、工作态度及状态都对测量成果的质量有直接影响。
2.测量仪器每种仪器有一定限度的精密程度,因而观测值的精确度也必然受到一定的限度。
同时仪器本身在设计、制造、安装、校正等方面也存在一定的误差,如钢尺的刻划误差、度盘的偏心等。
3.外界条件观测时所处的外界条件,如温度、湿度、大气折光等因素都会对观测结果产生一定的影响。
外界条件发生变化,观测成果将随之变化。
上述三方面的因素是引起观测误差的主要来源,因此把这三方面因素综合起来称为观测条件。
观测条件的好坏与观测成果的质量有着密切的联二 观测误差分类: 1.系统误差在相同的观测条件下,对某量进行一系列的观测,若观测误差的符号及大小保持不变,或按一定的规律变化,这种误差称为系统误差。
这种误差往往随着观测次数的增加而逐渐积累。
如某钢尺的注记长度为30m ,经鉴定后,它的实际长度为30.016m ,即每量一整尺,就比实际长度量小0.016m ,也就是每量一整尺段就有+0.016m 的系统误差。
这种误差的数值和符号是固定的,误差的大小与距离成正比,若丈量了五个整尺段,则长度误差为5×(+0.016)=+0.080m 。
若用此钢尺丈量结果为167.213m,则实际长度为:167.213+30213.167×0.0016=167.213+0.089=167.302(m)系统误差对测量成果影响较大,且一般具有累积性,应尽可能消除或限制到最小程度,其常用的处理方法有: 1.检校仪器,把系统误差降低到最小程度。
四、测量误差基本知识1、测量误差分哪两类?它们各有什么特点?测量中对它们的主要处理原则是什么?2、产生测量误差的原因有哪些?偶然误差有哪些特性?3、何谓标准差、中误差和极限误差?4、对某个水平角以等精度观测4个测回,观测值列于下表(表4-1)。
计算其算术平均值x、一测回的中误差m及算术平均值的中误差m x。
表4-15、对某一三角形(图4-1)的三个内角重复观测了九次,定义其闭合差∆=α+β+γ-180︒,其结果如下:∆1=+3",∆2=-5",∆3=+6",∆4=+1",∆5=-3",∆6=-4",∆7=+3",∆8=+7",∆9=-8";求此三角形闭合差的中误差m∆以及三角形内角的测角中误差mβ。
图 4-16、在一个平面三角形中,观测其中两个水平角(内角)α和β,其测角中误差均为m=±20",根据角α和角β可以计算第三个水平角γ,试计算γ角的中误差m γ。
7、量得某一圆形地物直径为64.780m ,求其圆周的长S 。
设量测直径的中误差为±5㎜,求其周长的中误差m S 及其相对中误差m S /S 。
8、对某正方形测量了一条边长a =100m ,a m =±25mm ;按S=4a 计算周长和P=a 计算面积,计算周长的中误差m 和面积的中误差p m 。
9、某正方形测量了四条边长a 1=a 2=a 2=a 4=100m ,m =m =m =m =±25mm ;按S=1a +2a +3a +4a 计算周长和P=(1a ⨯2a +3a ⨯4a )/2计算面积,求周长的中误差m 和面积的中误差p m 。
10.误差传播定律应用 (1)(1)已知m a =m c =m ,h=a-b ,求m 。
(2)已知a m =m =±6",β=a-c ,求βm 。
(3)已知a m =m =m ,S=100(a-b) ,求m 。
(4)已知D=()h S -,m =±5mm ,m =±5mm ,求m 。
(5)如图4-2,已知m =±40 mm ,ya m =±30 mm ;S=30.00m ,β=30︒ 15'10",m =±5.0mm ,βm =±6"。
求P 点坐标的中误差xp m 、yp m 、M (M=mm+)。
PA B图 4-2(6)如图4-3,已知m =±40 mm ,ya m =±30 mm ;S=130.00m ,β=130︒ 15'10",m =±5.0mm ,βm =±6"。
求P 点坐标的中误差xp m 、yp m 、M 。
图4-3(7)如图4-4,已知m =±40 mm ,ya m =±30 mm ;S=30.00m , m =±5.0mm ,P 点位于AB 的延长线上。
求P 点坐标的中误差xp m 、yp m 、M 。
A B S P图 4-4(8)如图4-5,已知m =±40 mm ,ya m =±30 mm ;AP 距离S=30.00m , m =±5.0mm ,P 点位于AB 的直线上。
求P 点坐标的中误差xp m 、yp m 、M 。
A PB S图 4-5 (9)已知h=Ssin α+i-L ,S=100m , α=15︒30';m =±5.0mm ,αm =±5 ",m =m =±1mm ,计算中误差m 。
(10)已知边长C=100m ,α=23︒15',β=35︒25';αm =βm =±5 ",m =±5 mm ,边长a 和b 可由下式求出:)sin(sin ;)sin(sin βααβαα+=+=c b c a ,计算中误差m 和m 。
11、限差讨论(1)已知m m ==±8.5 ",β=(L+R )/2,f=L-R 。
求容许误差β∆、∆(∆取3倍中误差)。
(2)已知f=βββββ++++++......-(n -2)⨯180︒;βm =±8.5 ",求∆(∆取2倍中误差)。
(3)已知用J6经纬仪一测回测量角的中误差βm =±8.5 ",采用多次测量取平均值的方法可以提高观测角精度,如需使所测角的中误差达到±6 ",问需要观测几测回?(4)已知三角形三个内角α、β、γ的中误差αm =βm =γm =±8.5 ",定义三角形角度闭合差为:f=α+β+γ-180︒,求m 和∆(∆=3m )。
(5)已知三角形三个内角α、β、γ的中误差αm =βm =γm =±8.5 ",定义三角形角度闭合差为:f=α+β+γ-180︒,α'=α- f/3;求αm 。
12、何谓不等精度观测?何谓权?权有何实用意义?13、某点P离开水准点A为1.44㎞(路线1),离开水准点B为0.81㎞(路线2)。
今用水准测量从A点到P点测得其高程为16.848m,又从B点至P点测得其高程为16.834m。
设水准测量高差观测值的权为路线长度(单位为㎞)的倒数,试用加权平均的方法计算P点的高程H P及其高程中误差mH(表4-3)。
表4-314、由实验和推算得知:在三、四等水准测量中,每观测一次的中误差(包括气泡居中误差、瞄准误差、读数误差、仪器误差和外界影响等)分别为±0.78mm和±1.04mm. 根据这两个数据, 并取两倍中误差作为容许误差, 推算验证现行规范中对黑红面读数差、黑红面高差之差的限差。
15、DJ6光学经纬仪出厂检验的精度为方向一测回中误差±6″,请推证:(1)半测回中照准单方向的中误差m方=±8.5″;(2)斗测回的测角中误差;(3)一测回的测角中误差等于照准单方向的中误差;(4)测回差的限差为±24″。
16、若三角形的三内角为α、β、γ,已知α及β角之权分别为4、2,α角的中误差为±9″,则(1)根据α、β计算γ角,求γ角之权pγ;(2)计算单位权中误差;(3)求β、γ角的中误差mβ和mγ。
17、已知观测值L1、L2、L3的中误差分别为±2″、±3″、±4″,应用公式p i=μ2/m i2完成以下作用;(1)设L1为单位权观测,求L1、L2、L3的权;(2)设L2为单位权观测,求L1、L2、L3的权;(3)设单位权中误差u=±1″,求L1、L2、L3的权;(4)根据以上结果,写出一组权的比例关系,并说明它与中误差表示精度的区别。
18、设观测一个方向的中误差(为单位权中误差)m0=±4″,求由两个方向组成角度的权。
19、设10km水准路线的权为单位权,其单位权中误差m0=±16mm,求1km水准测量的中误差及其权。
20、已知三角形三内角α、β、γ观测值的权分别为pα=1/2 、pβ= 1/2、 pγ=1/4,求三角形闭合差w的权倒数。
21、在图4-6中,B点的高程由水准点BM0经a、b、c三条水准路线分别测得,设每个测站观测高差的精度相同,若取一测站观测高差的权力为30,问a、b、c三段水准线的权各是多少?两点间高差最或然值的权又是多少?图4-622、已知在角度观测在一测回中误差为±4″,欲使测角精度提高一倍,问应观测几个测回?23、甲、乙、丙三人在A、B两水准点间作水准测量。
甲路线观测,高差为a,单位权中误差为±3mm,(以2公里为单位权)。
乙路线观测高差为b,单位权中说差为±2mm(为1公里为单位权)。
丙路线观测高差为c,单位权中误差为±4mm(以4公里为单位权)。
现欲根据a、b、c三值求A、B之间高差的带权平均值,试求三者的权之比。
24、X角为L1、L2两角之和,L1=32°18′14″,是由20次观测结果平均而得,每次观测中误差为±5″。
L2=80°16′07″,是由16次观测结果平均而得,每次观测中误差为±8″,如以±5″作为单位权中误差,求X角的权。
25、若要在坚强点间布设一条附含水准路线,已知每公里观测中误差等于±5.0mm,欲使平差后线路中点高程中误差不大于±10mm,问该路线长度最多可达几公里?26、有单一水准路线AB,其距离S AB=40km,已知A、B两点高程的中误差为m a=±4mm,m b=±2mm。
15,问每公里观测高差的中误(相互独立),欲使路线上的最弱点的高程中误差为±mm差应为多少?最弱点在何处?27、设对10km的距离同精度丈量10次,令其平均值的权为5,现以同样等级的精度丈量2.5 km。
问丈量此距离一次的权是多少?在本题计算中是以几公里的丈量中误差作为单位权中误差的?28、已知L1、L2是相互独立的观测值,其中分别是σ1和σ2。
又知W1=3L1-L2,W2=L1+L2,而且有:3X1+X2-W1=0X1-X2-W2=0试求X1和X2的中误差σX1,σX2。
29、在同精度直接平差中,设被观测量的最或然值为X,第二个观测值及其改正数分别为L2、V2。
已知σX=±4.6cm,σV2=±10.2cm,试求L2的中误差是多少?解:∵L2=X-V2,σV22=±10.2cm,∴σL2=±11.2cm,这样解法对不对?为什么?。