1、1水文水资源测量不确定度问题探讨摘要：文章介绍了水文水资源测量不确定度问题的提出，简单介绍了测量不确定度的概念和产生不确定度的主要因素，还阐述了测量不确定度的基本评定方法，简单分析了其数学模型的建立。 关键词：水文水资源；测量不确定度；基本评定方法 中图分类号：TV211.1 文献标识码： A 文章编号： 测量是人们认识自然界量值关系的重要手段，是人类有意识的实践活动。当人们用测量来认识客观存在的量值时，该量值就是被测量，其定义值就是被测量真值。被测量真值是一种客观存在，其关键是被测量真值的定义。有测量史以来，测量准确度评估始终处于计量技术的核心位置。测量不确定度表征被测量真值在某个量值范围的
2、估计。测量不确定度的提出引发了经典真值误差概念、误差理论研究和应用、测量结果评定与表示的重大变革。水文水资源测量不确定度问题的提出水文水资源测量中的雨量、水位、流量、泥沙、蒸发、墒情、地下水观测和水质分析等活动，以及水情、水质自动测报等，都可称为水文水资源测量或计量，均属于计量学的范畴。计量是实行单位统一、量值准确可靠的活动。现在有不少领域对水文水资源测量的结果要求都比较高，如水行政执法和水事纠分的仲裁等，对所需的水文水资源测量结果的质量要求较高，如计量（水质、水量）不准，供方或需方有意见，甚至引起诉讼，使水文水资源测量单位非常被动，并可能受到经济损失；水工程的规划2设计、防汛抗旱决策都依赖于
3、水文水资源测量结果。因此，测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小，测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征。所以，测量结果必须附有不确定度说明才是完整并有意义的。遗憾的是，目前我国在水文水资源测量结果不确定度的评定与表示方面还有一些不完善的地方，尤其是流量测量方面还有待于进一步的完善。 测量不确定度的简单介绍 测量不确定度的概念：测量不确定度是用以表征测量过程中各项误差综合影响测量结果分散程度的一个误差限，或者说它是各项误差综合影响测量结果对其真值可能偏离的一个区间，也就是说测量不确定度，不仅包括计量器具的不确定度，也包括环境及操作人员等因素引起的不确定度。测量不确定度是指“表征合理
4、地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数” 。这个定义中的“合理” ，意指应考虑到各种因素对测量的影响所做的修正，特别是测量应处于统计控制的状态下，即处于随机控制过程中。对同一被测量做多次测量，所得测量结果的分散性可贝塞尔公式算出，并用重复性标准（偏）差或复现性标准（偏）差表示。定义中的“相联系” ，意指测量不确定度是一个与测量结果“在一起”的参数，在测量结果的完整表示中应包括测量不确定度。测量不确定度从词义上理解，意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。实际上由于测量不完善和人们的认识不足，所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不
5、是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域内的许多个值。虽然3客观存在的系统误差是一个不变值，但由于我们不能完全认知或掌握，只能认为它是以某种概率分布存在于某个区域内，而这种概率分布本身也具有分散性。测量不确定度就是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。为了表征这种分散性，测量不确定度用标准偏差表示。在实际使用中，往往希望知道测量结果的置信区间，测量不确定度也可用标准偏差的倍数或说明了置信水准的区间的半宽度表示。为了区分这两种不同的表示方法，分别称它们为标准不确定度和扩展不确定度。 产生不确定度的主要因素：（1）被测量的定义不完善；（2）实现被测量定义方法的不理想；（3）测量
6、样本不能完全代表定义的被测量；（4）没有充分了解环境条件对测量过程的影响，或环境条件的不完善；（5）对模拟式仪器的读数存在人为偏差；（6）测量仪器的计量性能的局限性；（7）测量标准和标准物质的赋值不准确；（8）从外部资料获得并在数据简化计算中使用的常数及其参数的不准确；测量方法和测量过程中引入的近似值及假设；（10）在相同条件下, 重复观测的随机变化；（11）系统误差修正不完善。 测量不确定度的基本评定方法 A 和 B 分类的目的是表明不确定度评定的两种方法，仅为了讨论方便，并不意味着两类评定方法之间存在着本质上的区别。它们都基于概率分布，并都用方差或标准差表示。测量不确定度愈小，测量结果愈接
7、近真值，其质量愈高，使用价值也愈高；反之，测量不确定度愈大，测量结果离真值愈远，其质量愈低，使用价值也愈低。 4测量不确定度的 A 类评定：A 类评定是对一系列重复观测值用统计分析的方法，以标准差表征。可能是偶然误差（如重复测量中的变化） ，也可能是系统误差（如外径千分尺校对棒的误差） 。对随机变化量 x 在相同条件下得到 n 个独立测得值(不含系统误差） ，则 x 的最佳估计值为：= 对单次测量: 标准偏差为= 对多次测量: 平均值 x 的标准偏差为= =称为 A 类测量不确定度。 2、测量不确定度的 B 类评定：B 类评定是不同于统计分析的其他方法的评定(基于经验或其他信息所认定的概率分布
8、评定)，以估计的标准差表征。B 类可能是偶然误差( 如估计室内外温度波动影响)，也可能是系统误差( 如所用常数的不确定度)。B 类的评定方法要求具有经验和洞察力，B 类的评定方法和 A 类评定方法是同样可信的。B 类评定有以下几种情况：(1)若检定证书或其他技术资料给出某量的不确定度值 D 为测量不确定度的 K 倍，则测量不确定度 u= D/K；(2)若服从正态分布的某量，它的不确定度 D 的置信水平为 P，则它的测量不确定度 u 为 D 除以与 P 相对应的包含因子 K；(3)正态随机变量以置信水平 P 落在区间(-a，+a)，则测量不确定度 u 为区间半宽 a 除以与 P 相应包含因子 K
9、。 数学模型的建立的概述 测量不确定度通常由测量过程的数学模型。由于数学模型可能不完善，所有有关的量应充分地反映其实际情况的变化，以便可以根据尽可能多的观测数据来评定不确定度。在可能的情况下，应采用按长期积累的数据建立起来的经验模型。核查标准和控制图是否处于统计控制状态5之中，有助于数学模型的建立和测量不确定度的评定。在测量结果的完整表述中，应包括测量不确定度。测量不确定度由多个分量组成，其中一些分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准差表征。另一些分量则可用基于经验或其它信息的假定概率分布估算，也可用标准差表征。测量结果应理解为被测量之值的最佳估计，全部不确定度分量均贡献给了分散性，包
10、括了那些由系统效应引起的（与修正值和参考测量标准有关的）分量。如果发现测量中有异常值，则应将其剔除，但在剔除资料前应对异常值依据适当规则。在有些情况下，系统效应引起的不确定度分量本身很小，对测量结果的合成不确定度影响也很小，这样的分量在评定不确定度时就可以忽略。如果修正值本身与合成标准不确定度相比也是很小的值时，修正值本身也可以忽略不计，不加到测量结果之中。在很多实际测量中，被测量 Y（即输出量）不能直接测得，而是由n 个其它量(即输入量)通过函数关系来确定，即： Y=（1） （1）式中表示的这种函数关系，就称为测量模型或数学模型，或称为测量模型或数学模型。如被测量 Y 的估计值为 y，输入量
11、的估计值为，则有：y=（2） ； （1）在式（1）中，大写字母表示的量的符号既代表可测的量，也代表随机变量。当叙述为具有某概率分布时，这个符号的含义就是随机变量。由于数学模型与测量程序有关，因此输出量 Y 的输入量本身可看作被测量，也可取决于其它量，甚至包括具有系统效应的修正值，从而可能导出一个十分复杂的函数关系式，以至函数不能明确地表示出来。 6结束语 测量不确定度是测量质量的一个极其重要的指标, 其广泛应用于计量、标准、认可认证、质量监督等部门。本文简单分析了水文水资源的测量不确定的的评定方法，不够详细。 参考文献: 1钱钟泰，童光球，何强.测量准确度的实际控制方法与有关的国际标准J .现代计量测试，1998，5(2) :25 28. 2李慎安，李兴仁. 测量不确定度与检测辞典M.北京:中国计量出版社, 1996. 3叶德培. 测量不确定度M.北京: 国防工业出版社,l996. 4国家质量技术监督局.JJF 1027 1991，测量误差及数据处理技术规范(试行)S 北京: 中国计量出版社, 1991.
