测量不确定度在交通工程试验检测数据处理中的应用

摘要：本文介绍了测量不确定度概念、来源、评定以及评定步骤，并以沥青软化点不确定度评定作为实例，阐述不确定度在交通工程试验检测数据处理中的应用及意义。

关键词：测量不确定度；交通工程；试验检测；数据

中图分类号：P258 文献标识码：A

一、前言

试验检测得出的数据，不管多么精确，都不能做到丝毫不差，都多少会存在一定的偏差。这种误差范围就是不确定度，它表示了测量结果的误差程度，数值越小，说明测量结果越准确。

二、测量不确定度概述

1、测量结果的不确定度

(1) 被测量的定义不完整; ( 2) 复现被测量的测量方法不理想; (3) 取样的代表不够, 即被测样本不能完全代表所定义的被测量; (4) 对测量过程受环境影响的认识不恰如其分或对环境参数的测量与控制不完善; (5) 对测量仪表的读数存在人为的偏移; (6) 测量仪器的计量性能的局限性; (7) 测量标准或标准物质的不确定度; ( 8) 引用的数据或参数的不确定度;(9) 测量方法和测量程序的近似和假设; (10) 在相同条件下被测量在复现观测中的变化。

2、测量不确定度包括由系统影响引起的分量，如与修正量和测量标准所赋量值有关的分量及定义的不确定度。有时对估计的系统影响未作修正，而是当作不确定度分量处理。

3、此参数可以是诸如称为标准测量不确定度的标准偏差(或其特定倍数)，或是说明了包含概率的区间半宽度。

4、测量不确定度一般由若干分量组成。其中一些分量可根据一系列测量值的统计分布，按测量不确定度的A类评定进行评定，并可用标准偏差表征。而另一些分量则可根据基于经验或其他信息获得的概率密度函数，按测量不确定度的B类评定进行评定，也用标准偏差表征。

5、通常，对于一组给定的信息，测量不确定度是相应于所赋予被测量的值的。该值的改变将导致相应的不确定度的改变。

6、本定义是按2008版VIM给出，而在GUM中的定义是:表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。

三、测量不确定度来源和评定

1、由测量所得的测得值只是被测量的估计值，测量过程中的随机效应及系统效应均会导致测量不确定度。对已认识的系统效应进行修正后的测量结果仍然只是被测量的估计值，还存在由随机效应导致的不确定度和由于对系统效应修正不完善导致的不确定度。从不确定度评定方法上所做的A类评定、B类评定的分类与产生不确定度的原因无任何联系，不能称为随机不确定度和系统不确定度。

（1）在实际测量中，有许多可能导致测量不确定度的来源。例如:

a)被测量的定义不完整;

b)被测量定义的复现不理想;

c)取样的代表性不够，即被测样本可能不完全代表所定义的被测量;

d)对测量受环境条件的影响认识不足或对环境条件的测量不完善;

e)模拟式仪器的人员读数偏移;;

f>测量仪器的计量性能(如最大允许误差、灵敏度、鉴别力、分辨力、死区及稳定性等)的局限性，即导致仪器的不确定度;

g)测量标准或标准物质提供的标准值的不准确;

h)引用的常数或其他参数值的不准确;

i)测量方法和测量程序中的近似和假设;

J)在相同条件下，被测量重复观测值的变化。

测量不确定度的来源必须根据实际测量情况进行具体分析。分析时，除了定义的不确定度外，可从测量仪器、测量环境、测量人员、测量方法等方面全面考虑，特别要注意对测量结果影响较大的不确定度来源，应尽量做到不遗漏、不重复。

（2）修正仅仅是对系统误差的补偿，修正值是具有不确定度的。在评定已修正的被测量的估计值的测量不确定度时，要考虑修正引人的不确定度。只有当修正值的不确定度较小，且对合成标准不确定度的贡献可忽略不计的情况下，才可不予考虑。

（3）测量中的失误或突发因素不属于测量不确定度的来源。在测量不确定度评定中，应剔除测得值中的离群值(异常值)。离群值的剔除应通过对数据的适当检验后进行。

2、测量不确定度的评定分类

（1） A 类评定

A 类评定是指用对观测列进行统计分析的方法进行的评定, 其标准不确定度用实验标准差表征

A 类评定的特点:

①A 类评定首先由实验量得到被测量的观测列并根据需要由观测列计算单次测量结果或平均值的标准偏差。

②A 类评点的自由度, 可以由测量次数、被测量的个数和其他约束条件的个数算出。

单次测量测量值的不确定度。A类不确定度分量是在对重复测量测得的一系列数据进行数理统计后获得的。在交通工程试验检测中，进行重复测量有时会受到时间和资源的限制，A类不确定度分析和评定是很难实现的，也没有意义的。以检测隧道周边位移为例，首先工程师根据量测需要将测头焊接在纵向连接筋上，然后将塑料袋或旧水泥袋等缠绕在测头上，再喷射混凝土，喷射完毕后，解开塑料袋或水泥袋，及时清理其表面混凝土形成凹槽，并用锚固剂对测点尾端进一步加固，防止爆破和出渣时破坏测点，由于测头放置工序复杂，且隧道施工特点，不可能重复安装测头进行复测量，对工程类检测已无实际意义，因此检测实验室必须建立单次测量不确定度。

（2） B 类评定

用非统计分析的方法评定出的不确定度都是 B 类标准不确定度。其不确定度的信息来源很多, 主要有: 以前的观测数据; 对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验; 生产部门提供的技术说明文件; 核准证书、鉴定证书或其他文件提供的数据准确度的级别; 手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度等; 规定的试验方法的国家标准或行业标准中给出的复性限 R 或重复性 r情况。

B 类不确定度评定的特点:

①B 类评定是通过其他已有信息进行评估, 如上面所列不确定度的信息来源存在重复观测列。

②根据极限值和被测量分布的信息直接估计出标准偏差或由检定证书或校准证书提供的扩展不确定度导出标准不确定度。

可以说所有于 A 类评定不同的其他评定方法均为 B类评定。其标准不确定度以标准差表示。无论采用 A 类评定或 B 类评定最后均用标准偏差来表示标准不确定度, 并且合成不确定度时, 两者的合成方法相同。

3、不确定度的评定步骤

测量的参数确定后测量结果的不确定度仅和测量方法有关, 测量方法包括测量原理、测量仪器、测量条件、测量程序和数据处理程序。根据标准不确定度的定义, 方差即是标准不确定度的平方, 故得

根据方差的性质可得

4、测量不确定度评定步骤

(1) 找出所有影响测量不确定度的影响量;

(2)建立满足测量不确定度评定所需的数学模型;

(3) 确定各影响因素的估计值以及对应的标准不确定度;

(4)确定对应于各影响因素标准不确定度分量;

(5) 列出不确定度分量汇总表;

(6) 将各标准不确定度分量合成标准不确定度;

(7) 确定测量可能值分布的包含因子;

(8) 确定扩展不确定度;

(9) 给出测量不确定度报告。

5、测量不确定度应用实例

以沥青软化点不确定度评定为例，介绍不确定度在沥青软化点试验检测中的应用。

四、结束语

通过分析，我们对不确定度及试验检测中不确定度评定有了一定的认识，其在交通工程试验检测中的应用发挥很大的作用，加强对不确定度的研究，是保证工程试验数据准确的有效保证。

参考文献

[1]解先荣.测量不确定度在交通工程试验检测数据处理中的应用[J].公路交通科技，2006

[2] 李方东.测量不确定度及其在工程试验检测中的应用[J].公路与汽运，2006