淺析測(cè)繪學(xué)精度與儀器精度理念差異概要

1、淺析測(cè)繪學(xué)精度與儀器精度理念的差異大綱淺析測(cè)繪學(xué)精度與儀器精度理念的差異大綱7/7淺析測(cè)繪學(xué)精度與儀器精度理念的差異大綱淺析測(cè)繪學(xué)精度與儀器精度理念的差異胡成忠胡曉民婁鳳坡（鐵煤企業(yè)曉南礦遼寧調(diào)兵山112700）綱要：簡(jiǎn)要提出測(cè)繪學(xué)科和儀器學(xué)科之間的精度看法的不一致問(wèn)題，也提出測(cè)繪學(xué)科中存在的對(duì)測(cè)量平差成就的濫用問(wèn)題，還指出了測(cè)繪學(xué)科中尚存在的對(duì)系統(tǒng)誤差認(rèn)識(shí)的片面性的問(wèn)題。測(cè)繪學(xué)術(shù)界誤差理論的好多，看法也很雜，特別是和其他學(xué)科的學(xué)術(shù)相接軌更是存在認(rèn)識(shí)的片面性和相互誤解。此文淺析測(cè)繪學(xué)精度與儀器精度理念的差異，目的在于減少和防備出現(xiàn)測(cè)繪學(xué)科和儀器學(xué)科之間的精度看法應(yīng)用上的不一致等一系列問(wèn)題。要點(diǎn)

2、詞：測(cè)繪學(xué)精度儀器精度綜合精度測(cè)量值改正數(shù)1精度看法問(wèn)題在儀器學(xué)等相關(guān)學(xué)科，精度是對(duì)測(cè)量可靠度或測(cè)量結(jié)果可靠度的一種議論，是指測(cè)量結(jié)果與真值的湊近程度。精度乃精確度的看法，精確度乃精美度加之正確度。精度的看法即所謂精美度，是多個(gè)測(cè)量結(jié)果的失散程度，反響測(cè)量結(jié)果對(duì)被測(cè)物理量的分辨矯捷程度，是由測(cè)量誤差的分布區(qū)間的大小來(lái)議論，其主要本源于隨機(jī)誤差；所謂正確度是指多個(gè)測(cè)量結(jié)果的整體性誤差程度，其主要本源于系統(tǒng)誤差，其表述方式就是系統(tǒng)誤差值?；诰劝蓝群驼_度雙重看法的相對(duì)抽象屬性，精度是一個(gè)定性的看法，難以定量。比方精度好精度差等。而定量也只能分別按精美度和正確度人為設(shè)限制量到分等級(jí)的程度，

3、比方精度水平儀的S1級(jí)、S2級(jí)、S3級(jí)，經(jīng)緯儀的J07級(jí)、J1級(jí)、J2級(jí)、J6級(jí)等等。而在測(cè)繪學(xué)科中，精度其實(shí)就是單純的精美度的看法，是測(cè)量結(jié)果對(duì)其數(shù)學(xué)期望的失散程度的描述，不涉及真值，不包含正確度的看法，其表述方式就是標(biāo)準(zhǔn)差。也就是說(shuō)，測(cè)繪學(xué)科中的精度實(shí)質(zhì)可是測(cè)量成就的隨機(jī)誤差甚至是部分隨機(jī)誤差特點(diǎn)的描述，更多的是對(duì)測(cè)量過(guò)程的部分精度損失量的估計(jì)，根本不是對(duì)測(cè)量成就的絕對(duì)誤差范圍的描述！測(cè)繪學(xué)對(duì)精度的追求，其實(shí)可是單純的對(duì)測(cè)量的重復(fù)性的追求，其實(shí)不追求測(cè)量結(jié)果與真值的完好一致。2綜合精度指標(biāo)正由于測(cè)繪學(xué)科的精度可是是測(cè)量結(jié)果對(duì)其數(shù)學(xué)希望的失散程度的描述，不涉及真值，甚至也不重申分辨力和有效位

4、，因此才有了甚至降低測(cè)量分辨位反而可能實(shí)現(xiàn)更高精度的邏輯。比方：將水平測(cè)量的原始讀數(shù)將毫米位四舍五入到厘米位反而精度更“高”，將經(jīng)緯儀的角度讀數(shù)的秒位四舍五入到分位反而精度可能更“高”。測(cè)繪生產(chǎn)中有人用S3級(jí)水平儀做沉降變形察看犯的就是這個(gè)錯(cuò)誤。顯然，若是精度的議論過(guò)程涉及真值就不會(huì)出現(xiàn)這樣的邏輯悖論。這也是多少年來(lái)計(jì)量學(xué)和測(cè)繪學(xué)之間的一個(gè)矛盾焦點(diǎn)。正由于精度看法存在著不一致，測(cè)繪成就經(jīng)常給非測(cè)繪專(zhuān)業(yè)人士造成巨大誤解。比方：國(guó)家一二等水平點(diǎn)的結(jié)果都是以保留四位以上小數(shù)的方式供應(yīng)，這樣就經(jīng)常使非測(cè)繪專(zhuān)業(yè)人士感覺(jué)驚詫?zhuān)?jīng)過(guò)綿延數(shù)千公里的水平測(cè)量路徑依舊獲得這樣高的測(cè)量“有效位”不能夠不叫人感覺(jué)迷惑

5、。綜合精度問(wèn)題這里暫時(shí)撇開(kāi)其他學(xué)科不談，暫時(shí)精度看法就是精美度看法。那么現(xiàn)在又有一個(gè)問(wèn)題名詞叫綜合精度，由于沒(méi)有找到這一看法的明確定義，可是在諸多儀器精度表述中經(jīng)常有到。比方：經(jīng)緯儀的綜合精度為2，測(cè)距儀的綜合精度為(2mm+2ppmD等。可是從這些綜合精度指標(biāo)的測(cè)試方法卻看到的是：經(jīng)緯儀的所謂綜合精度實(shí)質(zhì)是把經(jīng)緯儀的軸系誤差、度盤(pán)獨(dú)愛(ài)誤差等進(jìn)行了補(bǔ)償剔除辦理、對(duì)調(diào)焦誤差等進(jìn)行了回避辦理后的殘剩誤差的失散程度的議論，其實(shí)質(zhì)實(shí)主若是對(duì)度盤(pán)刻畫(huà)不均勻誤差的一個(gè)單項(xiàng)誤差的議論。而測(cè)距儀的綜合精度是對(duì)加乘常數(shù)誤差、周期誤差等進(jìn)行了改正剔除辦理后的殘剩誤差的失散程度的議論。這樣把主要的誤差進(jìn)行剝離辦理后

6、的殘剩部分或單項(xiàng)指標(biāo)冠之以“綜合”指標(biāo)的做法再次為精度一詞加重了凌亂。就是說(shuō)，所謂的“綜合精度”實(shí)質(zhì)是精度的進(jìn)一步剝離分解的含義而恰巧不是綜合的含義。3精度計(jì)算方法問(wèn)題精度的計(jì)算方法：是不但要將好多主要誤差進(jìn)行剝離剔除辦理、擁有必然的自我欣慰色彩，而且在精度的起算數(shù)據(jù)的使用上也存在不加區(qū)其他問(wèn)題。是單儀器的同時(shí)期的測(cè)量重復(fù)性？還是單儀器不同樣時(shí)期的測(cè)量重復(fù)性？還是不同樣儀器同時(shí)測(cè)量的結(jié)果的重復(fù)性，任意改變一個(gè)測(cè)量條件（比方儀器條件、操作者條件、時(shí)間條件、氣象條件、路徑條件等）就能獲得一組不同樣的測(cè)量結(jié)果，就都能獲得一個(gè)不同樣測(cè)量重復(fù)性精度議論，也沒(méi)有誰(shuí)去仔細(xì)區(qū)分這些不同樣的精度所代表的物理意義

7、。聯(lián)想到珠峰高程的精度0.21m，就不知道這個(gè)精度代表的是什么條件下的測(cè)量重復(fù)性。甚至還有以閉合差的重復(fù)性來(lái)議論測(cè)量精度的。比方水平測(cè)量的一公里往返標(biāo)準(zhǔn)差。請(qǐng)注意，一公里往返標(biāo)準(zhǔn)差的直接原始起算數(shù)據(jù)是環(huán)路高程閉合差，而不是每一測(cè)量點(diǎn)的真誤差！因此一公里往返標(biāo)準(zhǔn)差反響的是水平測(cè)量環(huán)路閉合差的失散特點(diǎn)，而不是水平測(cè)量點(diǎn)位誤差的失散特點(diǎn)！用高程閉合差的失散特點(diǎn)與點(diǎn)位高程的誤差的失散特點(diǎn)進(jìn)行關(guān)系是偷換看法。最能證明水平測(cè)量點(diǎn)位誤差的失散度和水平測(cè)量閉合差的失散度沒(méi)有數(shù)學(xué)上的直接或間接關(guān)系的憑據(jù)就是：1、水平標(biāo)尺的尺長(zhǎng)比率改正誤差（系統(tǒng)誤差）對(duì)水平測(cè)量點(diǎn)位誤差的影響是直接的，而它對(duì)水平環(huán)路閉合差卻不產(chǎn)生

8、影響；2、測(cè)量參照起點(diǎn)自己的誤差對(duì)每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的精度的影響是直接的，但它卻也不影響環(huán)路閉合差；3、儀器的分辨誤差對(duì)每一測(cè)量點(diǎn)的精度的影響是直接的，但分辨誤差足夠大時(shí)卻反而能致使閉合差為零。正由于有了這樣的以閉合差來(lái)議論精度，才有了甚至測(cè)量結(jié)果的精度反而比測(cè)量參照起點(diǎn)的“精度”更高的反邏輯，才有了“精度”越測(cè)越高的反邏輯，才有了經(jīng)過(guò)綿延數(shù)千公里測(cè)量路徑而“精度”絲絕不受損失。這都是用于平差的統(tǒng)計(jì)起算原始數(shù)據(jù)不涉及真誤差、不涉及真值的結(jié)果，是把測(cè)量過(guò)程的部分精度損失量偷換成測(cè)量結(jié)果的精度的結(jié)果。實(shí)質(zhì)上，測(cè)量成就的精度測(cè)量參照源的精度+測(cè)量過(guò)程的精度損失量測(cè)量參照源的精度測(cè)量過(guò)程的系統(tǒng)誤差損失量測(cè)量

9、過(guò)程的隨機(jī)誤差損失量。測(cè)量學(xué)一般的原理是：測(cè)量過(guò)程實(shí)質(zhì)都是精度的損失過(guò)程，被測(cè)量的結(jié)果的精度不能能高出測(cè)量參照源的精度。測(cè)量平差能夠?qū)y(cè)量結(jié)果的誤差進(jìn)行估計(jì)議論自然是無(wú)庸置疑的，而由于平差結(jié)果因統(tǒng)計(jì)起算的原始數(shù)據(jù)不同樣而有著斷然不同樣的含義。若是以真誤差直接統(tǒng)計(jì)，則自然能夠獲得結(jié)果的整體誤差議論；若是誠(chéng)然以真誤差為統(tǒng)計(jì)起算數(shù)據(jù)但卻將系統(tǒng)誤差模型納入進(jìn)行最小二乘平差，則獲得的平差值將是測(cè)量結(jié)果的隨機(jī)誤差部分的議論；若是不以測(cè)量結(jié)果的真誤差為統(tǒng)計(jì)起算數(shù)據(jù)，而以測(cè)量結(jié)果的組合值的真誤差（比方閉合差）為統(tǒng)計(jì)起算數(shù)據(jù)，則平差結(jié)果將可能可是測(cè)量過(guò)程的隨機(jī)誤差損失量的一部分的議論，由于測(cè)量結(jié)果的組合過(guò)程可能

10、將結(jié)果中包含的好多誤差（比方：一些測(cè)量工具的系統(tǒng)誤差、測(cè)量參照源自己的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差等）進(jìn)行了補(bǔ)償和消減，這些被補(bǔ)償和消減掉的誤差自然不能能在平差結(jié)果中再反響出來(lái)。自然，實(shí)質(zhì)測(cè)量中的點(diǎn)位真值的確是不知道的，以點(diǎn)位真誤差為統(tǒng)計(jì)起算原始數(shù)據(jù)多半不現(xiàn)實(shí)（但這不組成必定對(duì)測(cè)量平差的成就進(jìn)行濫用的原由），因此以組合值的真誤差作為平差統(tǒng)計(jì)的起算數(shù)據(jù)來(lái)議論成就的可靠度也依舊有著很重要的參照意義，但要求測(cè)量人員應(yīng)該熟悉誤差的形成機(jī)理、規(guī)律和總誤差的邏輯結(jié)構(gòu)，應(yīng)該擁有清楚的原理誤差思想，知道那些誤差源在組合計(jì)算的過(guò)程中被剝離掉了，從而正確界定平差成就的邏輯地位（充分也許必要、總誤差也許分項(xiàng)誤差），不至于出現(xiàn)

11、以偏蓋全的錯(cuò)誤；也應(yīng)該善于估計(jì)那些被剝離的誤差的大小，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量成就的整體誤差估計(jì)（不確定度合成）。好多測(cè)量?jī)x器的工作過(guò)程，實(shí)質(zhì)上也是進(jìn)行了大量的節(jié)余察看，利用平差技術(shù)給出最正確估值的過(guò)程。比方：相位式測(cè)距儀中大多都是進(jìn)行了數(shù)以千萬(wàn)次的相位測(cè)量，從而求出最正確估值的。但儀器的設(shè)計(jì)師們向來(lái)不會(huì)拿這個(gè)估值的標(biāo)準(zhǔn)差作為儀器的標(biāo)稱(chēng)精度，由于大家知道這可是測(cè)相誤差一個(gè)誤差重量的影響結(jié)果。再回頭看水平測(cè)量。水平測(cè)量的一公里往返標(biāo)準(zhǔn)差是以環(huán)路閉合差為統(tǒng)計(jì)起算的原始數(shù)據(jù)，閉合差是察看值經(jīng)過(guò)加減運(yùn)算后的組合值，最少不涉及水平尺的尺長(zhǎng)比率改正誤差，最少不包含起算參照點(diǎn)的自己的誤差，因此其實(shí)質(zhì)可是測(cè)量過(guò)程的隨機(jī)誤

12、差的損失量的一種描述，可是是測(cè)量成就的精度的一個(gè)組成部分而已。這種精度損失量用來(lái)必然測(cè)量成就是必要而不充分的，但用來(lái)否定測(cè)量成就則是充分的。而水平測(cè)量的從海平面驗(yàn)潮站的水平原點(diǎn)向內(nèi)陸延伸的測(cè)量過(guò)程實(shí)質(zhì)是一個(gè)精度不斷損失的過(guò)程，是誤差的不斷累積的過(guò)程，是精度的不斷降低過(guò)程。這種存在誤差遞延累積的測(cè)量方法恰巧是觸犯了測(cè)量的大忌（自然在GPS測(cè)量原理未出生從前的確找不到更好的大跨度范圍的高程測(cè)量方法，而且GPS高程和水平高程屬于不同樣系統(tǒng)），依據(jù)不確定度的合成原理，其綿延幾千公里今后的誤差累積值將是巨大的，好多水平點(diǎn)資料中提交的實(shí)質(zhì)上是計(jì)算保留位而不是精度的有效位，這一點(diǎn)是應(yīng)該負(fù)責(zé)任地向其他應(yīng)用的成

13、就的行業(yè)詳細(xì)說(shuō)明。4測(cè)量值的改正數(shù)問(wèn)題前邊提到測(cè)繪界習(xí)慣于將好多誤差剔除而用殘剩誤差來(lái)議論精度，而把那些所剔除的誤差命名為改正數(shù)，這一命名就為剔除的合理性表示了依據(jù)：改正數(shù)嘛，改了自然就沒(méi)了，自然也就不影響精度。但這些改正數(shù)都是些什么呢？其實(shí)就是系統(tǒng)誤差。前邊提到的經(jīng)緯儀軸系誤差、度盤(pán)獨(dú)愛(ài)誤差，測(cè)距儀的測(cè)距加乘常數(shù)誤差、周期誤差等都是系統(tǒng)誤差。這就是測(cè)繪思想的一個(gè)理論基礎(chǔ)：系統(tǒng)誤差是牢固的，牢固的誤差是能夠改正的，改正了就不影響精度。因此系統(tǒng)誤差就是改正數(shù)，改正數(shù)就可以為任意大小。這里的一個(gè)典型的例子就是測(cè)繪儀器國(guó)家計(jì)量規(guī)程JJG703-90、JJG703-2003從前對(duì)測(cè)距儀的測(cè)距加乘常數(shù)誤

14、差居然不規(guī)定限差?？墒窍到y(tǒng)誤差果真都是絕對(duì)牢固的嗎？事實(shí)恰巧相反，絕大部分系統(tǒng)誤差其實(shí)都是不牢固的，其所謂的系統(tǒng)誤差的“牢固”可是可是有對(duì)于隨機(jī)誤差隨機(jī)性而言的，根本不是絕對(duì)的牢固，“改正數(shù)”辦理方法不是不講前提條件的。實(shí)踐中好多低質(zhì)儀器的系統(tǒng)誤差的計(jì)量檢驗(yàn)結(jié)果每年都不同樣甚至差異巨大的事實(shí)就是例證。正由于系統(tǒng)誤差的不牢固屬性，儀器的設(shè)計(jì)師們經(jīng)常為此冥思苦想，而這與測(cè)繪界的一個(gè)簡(jiǎn)單的“改正”辦理形成了一個(gè)巨大的反差。正由于有了這樣一個(gè)“改正數(shù)不影響精度”的思想，因此就有了存在巨大誤差的儀器也是合格儀器的怪事。正由于有了這樣一個(gè)“改正數(shù)不影響精度”的思想，因此就有了甚至儀器存在非原理性系統(tǒng)誤差的

15、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，但按我國(guó)測(cè)繪儀器計(jì)量規(guī)程依舊屬于“合格儀器”的荒唐之事。事實(shí)上，好多文件對(duì)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的分類(lèi)相對(duì)性、對(duì)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差之間的辨證關(guān)系都有特別充分的論述。這應(yīng)該碰到特其他重視。5結(jié)論若是將測(cè)量的重復(fù)性和改正數(shù)這樣的精度理念引入儀器學(xué)，人們很簡(jiǎn)單想到讓儀器的測(cè)量示值永遠(yuǎn)為0，讓改正數(shù)等于真值，至于改正數(shù)的大小則和測(cè)繪學(xué)同樣甩給計(jì)量部門(mén)解決。一個(gè)示值永遠(yuǎn)為0的儀器自然是測(cè)量重復(fù)性最高的儀器了。也會(huì)因此便產(chǎn)生笑話(huà)。事實(shí)上，測(cè)繪儀器的國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)大量表現(xiàn)著測(cè)繪學(xué)的精度思想，致使測(cè)繪儀器的精度等級(jí)分類(lèi)實(shí)質(zhì)上還不夠清楚。大量系統(tǒng)誤差嚴(yán)重參差不齊的儀器也可能同樣都成了高精度儀器，歷史上甚至出現(xiàn)過(guò)單邊讀數(shù)又無(wú)獨(dú)