量误差概述

一、测量误差分类
   
测量工作中,尽管观测者按照规定的操作要求认真进行观测,但在同一量的各观测值之间,或在各观测值与其理论值之间仍存在差异。例如,对某一三角形的三个内角进行观测,其和不等于180°;又如所测闭合水准路线的高差闭合差不等于零等,这说明观测值中包含有观测误差。研究观测误差的来源及其规律,采取各种措施消除或减小其误差影响,是测量工作者的一项主要任务。

二、观测误差产生的原因

    观测误差产生的原因是多种多样的。概括起来可分为下列三个方面:

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、仪器误差

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、外界条件影响造成的误差

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系。
三、观测误差按其对观测成果的影响

观测误差按其对观测成果的影响性质,可分为系统误差和偶然误差两种。

(一)系统误差

在相同的观测条件下作一系列观测,若误差的大小及符号表现出系统性,或按一定的规律变化,那么这类误差称为系统误差。例如,用一把名义为30m长、而实际长度为30.02m的钢尺丈量距离,每量一尺段就要少量2cm,该2cm误差在数值上和符号上都是固定的,且随着尺段的倍数呈累积性。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。

2、加改正数,在观测结果中加入系统误差改正数,如尺长改正等。

3、采用适当的观测方法,使系统误差相互抵消或减弱,如测水平角时采用盘左、盘右现在每个测回起始方向上改变度盘的配置等。

(二)偶然误差

在相同的观测条件下作一系列观测,若误差的大小及符号都表现出偶然性,即从单个误差来看,该误差的大小及符号没有规律,但从大量误差的总体来看,具有一定的统计规律,这类误差称为偶然误差或随机误差。例如用经纬仪测角时,测角误差实际上是许多微小误差项的总和,而每项微小误差随着偶然因素影响不断变化,因而测角误差也表现出偶然性。对同一角度的若干次观测,其值不尽相同,观测结果中不可避免地存在着偶然误差的影响。

除上述两类误差之外,还可能发生错误,也称粗差,如读错、记错等。这主要是由于粗心大意而引起。一般粗差值大大超过系统误差或偶然误差。粗差不属于误差范畴,不仅大大影内测量成果的可靠性,甚至造成返工。因此必须采取适当的方法和措施,杜绝错误发生。
四、偶然误差的特性

偶然误差是由多种因素综合影响产生的,观测结果中不可避免地存在偶然误差,因而偶然误差是误差理论主要研究的对象。就单个偶然误差而言,其大小和符号都没有规律性,呈现出随机性,但就其总体而言却呈现出一定的统计规律性,并且是服从正态分布的随机变量。即在相同观测条件下,大量偶然误差分布表现出一定的统计规律性。

1、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;

2、绝对值较小的误差比绝对值大的误差出现的概率大;

3、绝对值相等的正、负误差出现的概率相同;

4、同一量的等精度观测,其偶然误差的算术平均值,随着观测次数的无限增加而趋近于零,即

                  

式中[Δ]—观测值真误差之和;

      n—观测次数。

图中,横坐标表示误差的正负和大小,纵坐标方向的每一区间,表示误差在该区间出现的个数。该图可以更明显的表示出偶然误差的性质。