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誤差傳播定律計(jì)算及注意事項(xiàng)

 Jcstone 2015-07-08

在測量工作中一般采用中誤差作為評定精度的指標(biāo)。
誤差傳播定律:
說明觀測值中誤差與其函數(shù)中誤差之間關(guān)系的定律 。
間接觀測量:
在實(shí)際測量工作中,往往會(huì)碰到有些未知量是不可能或者是不便于直接觀測的,
則:由直接觀測的量,通過函數(shù)關(guān)系間接計(jì)算得出的量稱為~。
例如:用水準(zhǔn)儀測量兩點(diǎn)間的高差h,通過直接觀測值后視讀數(shù)a 和前視讀數(shù)b 來求得的高差:h =a-b 。
間接觀測量的誤差:
由于直接觀測值(a、b)中都帶有誤差,因此間接觀測量——函數(shù)(h)也必然受到影響而產(chǎn)生誤差。
一、誤差傳播定律? 
設(shè)Z是獨(dú)立觀測量x1,x2,…,xn的函數(shù),即
    
式中:x1,x2,…,xn為直接觀測量,它們相應(yīng)的觀測值的中誤差分別為m1,m 2,…,mn,則觀測值的函數(shù)Z的中誤差為:
    
 式中為函數(shù)Z分別對各變量 xi 的偏導(dǎo)數(shù),并將觀測值(xi=Li)代入偏導(dǎo)數(shù)后的值,故均為常數(shù)。

求任意函數(shù)中誤差的方法和步驟如下:
列出獨(dú)立觀測量的函數(shù)式:
      
求出真誤差關(guān)系式。對函數(shù)式進(jìn)行全微分,得
      
求出中誤差關(guān)系式。只要把真誤差換成中誤差的平方,系數(shù)也平方,即可直接寫出中誤差關(guān)系式:
      
表5-2 常用函數(shù)的中誤差公式
      

二、應(yīng)用舉例
【例5-2】 在比例尺為1:500的地形圖上,量得兩點(diǎn)的長度為 d=23.4 mm,其中誤差 md=±0.2 mm,求該兩點(diǎn)的實(shí)際距離D及其中誤差 mD 。
解:函數(shù)關(guān)系式:D=M d,屬倍數(shù)函數(shù),M=500是地形圖比例尺分母。
    
兩點(diǎn)的實(shí)際距離結(jié)果可寫為:11.7 m±0.1 m。

【例5-3】水準(zhǔn)測量中,已知后視讀數(shù)a =1.734 m,前視讀數(shù)b=0.476 m,中誤差分別為ma=±0.002 m,mb=±0.003 m,試求兩點(diǎn)的高差及其中誤差。
解:函數(shù)關(guān)系式為h=a-b,屬和差函數(shù),得
   
兩點(diǎn)的高差結(jié)果可寫為1.258 m±0.004 m。

【例 5-4】在斜坡上丈量距離,其斜距為L=247.50 m,中誤差mL=±0.05 m,并測得傾斜角α=10°34′,其中誤差mα=±3′,求水平距離D及其中誤差mD
解: 1)首先列出函數(shù)式
  
2)水平距離
  
這是一個(gè)非線性函數(shù),所以對函數(shù)式進(jìn)行全微分, 
3)先求出各偏導(dǎo)值如下
  
4)寫成中誤差形式:
  
5)得結(jié)果 : D=243.30 m±0.06 m。

【例5-5】
圖根水準(zhǔn)測量中,已知每次讀水準(zhǔn)尺的中誤差為m讀=±2 mm,假定視距平均長度為50 m,若以3倍中誤差為容許誤差,試求在測段長度為L km的水準(zhǔn)路線上,圖根水準(zhǔn)測量往返測所得高差閉合差的容許值。
解:1)每站觀測高差為:h=a-b
2)每站觀測高差的中誤差:
  
因視距平均長度為50 m,則每公里可觀測10個(gè)測站,L公里共觀測10L個(gè)測站,L公里高差之和為:
  
L(km)高差和的中誤差為:
  
往返高差的較差(即高差閉合差)為:
  
高差閉合差的中誤差為:
  
以3倍中誤差為容許誤差,則高差閉合差的容許值為:
  
在第二章中,取 (5-3-41.4)作為閉合差的容許值是考慮了除讀數(shù)誤差以外的其它誤差的影響(如外界環(huán)境的影響、儀器的i角誤差等)。

三、注意事項(xiàng)
應(yīng)用誤差傳播定律應(yīng)注意以下兩點(diǎn):
1.要正確列出函數(shù)式
例:用長30 m的鋼尺丈量了10個(gè)尺段,若每尺段的中誤差為ml =±5 mm,求全長D及其中誤差mD。
1)函數(shù)式 D=10l=10×30=300 m
按倍數(shù)函數(shù)式求全長中誤差,將得出
  
2)實(shí)際上全長應(yīng)是10個(gè)尺段之和,故函數(shù)式應(yīng)為
  
用和差函數(shù)式求全長中誤差,因各段中誤差均相等,故得全長中誤差為
  
按實(shí)際情況分析用和差公式是正確的,而用倍數(shù)公式則是錯(cuò)誤的。 
2.在函數(shù)式中各個(gè)觀測值必須相互獨(dú)立,即互不相關(guān)。
如有函數(shù)式:z=y1+2y2=1 (a)
而:y1=3x;y2=2x+2 (b)
若已知x的中誤差為mx,求Z的中誤差mz。
1)直接用公式計(jì)算,由(a)式得:
  
由(b)式得:
  
代入(c)式得
  
(上面所得的結(jié)果是 錯(cuò)誤)

上面的結(jié)果為什么是錯(cuò)誤的 ?
因?yàn)閥1和y2都是x的函數(shù),它們不是互相獨(dú)立的觀測值,因此在(a)式的基礎(chǔ)上不能應(yīng)用誤差傳播定律。
正確的做法是:先把(b)式代入(a)式,再把同類項(xiàng)合并,然后用誤差傳播定律計(jì)算。
  

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