多波束测深数据的误差分析与处理(精)

第23卷第1期1998年3月武汉测绘科技大学学报JournalofWuhanTechnicalUniversityofSurveyingandMapping.23No.1Vol

March1998

多波束测深数据的误差分析与处理

朱庆李德仁

(武汉测绘科技大学地理信息系统研究中心,武汉市珞喻路129号,430079)

摘要在系统分析多波束测深数据的误差来源与性质的基础上,介绍了条带式多波束测深仪所采用的误差处理的理论模型。针对海洋测量的特点,特别强调了基于趋势面分析的粗差探测与剔除和相邻条带数据的整体拼接以及对航向误差的改正等关键问题。本文介绍的误差处理模型对保证多波束测深系统必要的精度和数据质量有着重要的实际意义。

关键词多波束测深仪;误差处理;粗差;条带拼接;航向改正分类号P207;P22911 近年来,要,量设备,效率,(又称高精)作为高效率、高精度和高分辨率的一种船载海底地形测绘设备受到了普遍的重视[1]。多波束条带测深系统在向海底发射一次声波的过程中,能获得两侧一个条带上许多点的海深数据,一般测得的水深数据为沿航向、宽是深度3倍左右的一个条带,并且相邻条带之间有一定的重叠,即获得海区全覆盖海底地形。利用条带测深设备获得的深度数据以及相关的船舶定位和姿态等信息,便可以绘出高分辨率高精度的海底地形图。

多波束条带测深系统最终给出的是以海平面为参考,以海深为参数的海底地形图。由于船舶的运动,加上海平面经常受到潮汐和气象条件的影响而时涨时落,还有鱼和水草等反回的假回声等复杂原因,最后所得海区地形资料的精度不仅依赖于各种先进的硬件设备,还依赖于完备的辅助数据和先进的数据处理技术。

海底地形测量不同于一般地面测量。在海上,测量工作必须在不断运动着的海面上进行,因此就某点而言,无法进行重复观测,而其连续观测的结果总是对应着与原观测点接近但又不同点的观测数据,所以不存在平差问题。要提高海底地形测绘的精度,只有分析各种因素,对水深观测结果进行改正。由于影响测深数据质量和精度的主要因素是仪器误差和外界环境因素,而仪器误差一般收稿日期:1996211225. ,所以测绘精度的关键主要取决于对诸如由于鱼和水草等反回的假回声(即粗差)和由于舰船偏航及各项系统误差改正的残差造成的条带扭曲等误差的处理。对于粗差,传统方法需在野外或在测深记录的解释中增加额外的工作以消除其影响或者打印出受大于一定输入阈值滤波影响的断面点来探测粗差,或者直接绘出等深线图形再通过目视检查凭经验确定[2,5]。这种方法显然不适宜于大规模快速测量数据的自动化处理。为了得到覆盖全海区的海深数据,须将相邻条带之间的数据拼接起来。通过条带拼接也可

以消减条带模型的各种扭曲误差。常规的方法是基于图形拼接的方式,即先由测深数据插绘每一条带的等深线图形,再将相邻条带的等深线图形拼接起来。实际上,

这种拼接处理只能解决重叠区域若干线迹的误差均衡问题,而不能解决连续覆盖问题。另外,由于相邻条带之间的重叠特性和采样数据的非均匀性,最终得到的海深

数据存在很大的冗余,因此也有必要进行海深数据的筛选。

1误差分析

从理论上讲,测深误差包括粗差、系统误差和随机误差3部分。粗差的绝对值较大,但个数稀少。系统误差按某种规律存在于观测数据之中。粗差和系统误差是影响观测数据精度的主要原因。从测量过程看,误差来源则包括实时测量误差和非实时测量误差两类。前者指实时计算海深和水平距离参数对所需的有关参数的测量误差,而后

朱庆,男,31岁,博士,副教授,现从事数字地面模型和GIS的理论与应用研究。

武汉测绘

科技大学学报1998年2

者则是数据后处理所需数据的测量误差或算法等因素所产生的误差。根据误差与海深的关系,测深误差又有绝对误差和相对误差之分。所谓绝对误差是指那些跟海水深度值的大小没有关系的误差,如舰船升沉测量误差、潮汐改正误差、舰船纵横摇引起的误差和绝对计时误差引起的测深误差等;而相对误差则指与深度值相关的误差,如声速测量误差和接收波束角测量误差引起的测深误差等。对不同来源、不同性质的各种误差,只有采取相应的处理才能保证测深系统的必要精度。‘111实时测量误差

影变换、潮汐改正、数据筛选和条带拼接等数据处理。可见,非实时测量的误差可以是由于定位误差引起的实际海域的深度误差,或者由于验潮仪本身的精度及验潮

仪与测深处理系统不同步造成的误差,以及数据筛选和条带拼接等处理带来的误差等。这类误差常常包含系统误差、随机误差和粗差3种类型。

1

13航向计算误差

如图1所示,多波束测深仪每一发射周期所

对i号波束,测距公式为:

ri=cti,hi=cticosΗi

(1)

式中,ri为第i号波束对应的斜距;c为声速;hi为

第i号波束对应的海深;ti为声波单程传播时间;

。Ηi为声线与垂线的夹角

可见,实时计算海深hi差、1)、含盐量和静水压力密切相关,而温度和含盐量又随海区、深度、时间和季节等海况条件而变化,声速仪不可能实时提供每一个测量条带上的声速,而只能在某一海域、某一时间取若干个声速剖面测出声速值并取平均声速。可见,测深系统装定的声速与实际声速之间总存在一定的误差,并且这种误差在整个海区呈随机分布,不可能完全消除。

2)测时误差

条带测深实际测量的是双程传播时间,即脉冲从发射时刻起到每个波束输出海底反向散射信号为止脉冲信号在海洋中的传播时间。由于绝对计时与使用频率、各类噪声、接收机带宽和信道多途等因素有关,加上假回声、声线弯曲、船的摇摆和升

沉运动等因素的影响,所测声程会与实际声程不符。因此,时间测量的误差是十分

复杂的,既有系统性的误差,也有随机性的误差。

3)测角误差接收波束角的测量同样会有误差。一方面基阵安装的误差会导致预成波束的实际方向与理论值不符,而产生系统性的误差;另外,接收处理器不能及时准确补偿舰船的摇摆或仪器本身对摇摆测量不准都会对测角产生影响,而造成系统性和随机性的测角误差。112非实时测量误差

在得到最基本的海深数据后,还要根据舰船的定位信息产生覆盖全海区的海深数据,进行投

图1海底地形点大地坐标计算示意图

Fig.1TheIllustrationofGeodeticCoordinates

ComputationofBathymetricPoint

采集的数据包括龙骨点(如B)的大地坐标和左右

两侧各16个海底地形点(如中心点0和任意点1)的水深。对任意点而言,波束角Η是预知的,所以要计算海底地形点1的三维坐标,关键在于确定航向BC的方位如式(2):

(2)Y1=Depth1×tanΗ×sinΑBC实际上BC的方位可以简单地根据B和C的大

地坐标反算出来。然而,由于数据采集的中断和GPS定位的误差,特别是在舰船改变航向时,这种简单处理却难以取得满意的结果。这种计算航向不准确的误差往往是影响采样点大地坐标精度的主要因素。因此对航向进行改正是改善数据质量的必要手段。

2误差处理模型

处理系统误差的有效方式是在知道其规律的前提下在最接近误差源的地方对观测量进行有效的补偿或改正;对于粗差,则必须进行有效的探测和定位,最终剔除之;随机误差则可以通过最小二乘法平差得到有效解决。然而,因海上测量不可能进行重复观测,不存在平差的问题,所以对各种随机误差也就无法处理,也就不能在平差过程中对粗差进行自动定位。这就要求对粗差和系统误差进行如下妥善的处理。1)对影响测深精度的几个关键因素如声速误

第1期朱庆等:多波束测深数据的误差分析与处理

3

差、舰船纵横摇、船的升沉和潮汐等,该系统通过采用先进的定型设备并利用专门装置进行实时测量与同步补偿或记录有关数据在后处理过程中予以改正。由于许多误差仅仅分析单个独立的测深数据往往得不到很好的解决,也难以精确模拟和测量,只有最终从整体上来分析一个区域的海深数据,尽可能地去逼近或减小这些物

理现象的复杂程度[3,4]。

2)为了精确计算航向,将每相邻的5个舰船龙骨点即航迹采样点用B样条函数进行拟合,每个点处的航向根据曲线的法线方向进行计算。为了排除数据中断的影响,给定一阈值限制相邻扫描线之间的距离。

3)根据3Ρ原则,即从统计意义上讲,当观测值与模型值之差(模型误差)的绝对值大于3倍均方根模型误差时,则可以认为是小概率事件。(大于3Ρ);,为粗差而被剔除掉。该系统采用的最小二乘趋势面为如下的多项式:

j

k

ki

?=a+bX+cY+dX2+eXY+fY2(4)

图2可视化粗差处理

Fig.2VisualizationofGroErrorProcessing

论[。整体平i和i+1的一个公共(位于重叠区域根据最小二乘趋势面内插的点),建立如下的一个误差方程:

-(Vi+1-Vi)=(a0+a1x+a2y+a3x2

+a4xy+a5y2)i+1-+a5y2)i-(a0

(5)

+a1x+a2y+a3x2+a4xy

(Zi+1-Zi)

Depth(x,y)=

∑∑a

k=0i=0

x

k-i

y,(j=2,3)

i

(3)

短条带用二次多项式,长条带用三次多项式。由每一个采样点(深度Depth和大地坐标X、Y均已知)都可以建立一个这样的方程,经过最小二乘平差即可解算出多项式(3)的系数。将每个采样点的大地坐标代入该多项式即可计算出相应的模型值,该值与实际观测值之差称为模型误差,由此可以计算整个区域内所有采样点的模型误差的均方根值Ρ。由于条带模型的复杂性,模型误差大于3Ρ的采样点并不一定都是异常点。为此,我们提供了一种人机交互式的辅助手段,将可疑点附近的一个局部区域进行基于TIN的三维线框透视显示,同时突出可疑点位置如图2所示。在此可视化环境下,结合区域地形变化规律很容易作出准确的判断。

4)经过上述处理,由于各种残余误差的影响,条带模型被扭曲变形,导致相邻2个条带重叠部分的数据不一致。为了得到覆盖全海区的连续的测量数据,

须将重叠区域的采样数据进行拼接处理。我们设计了一种称为条带网平差的方法进行整体数据拼接。其基本思想是用如式(4)的二次多项式来表达条带模型变形: 其中,Vi为第i条带上位置(x,y)处的模型变形

改正数;Zi为相应位置处的模型值。由整个测区的若干条带的若干公共点便可组建一系列误差方程,并根据∑(Vi+1-Vi)2=min解算方程即可得到每一条带的误差改正系数。最后再根据式(4)对重叠区域内的每一个深度数据进行改正即可达到条带的整体拼接。经过整体拼接处理,相邻条带重叠区域的趋势面将会一致起来。

5)为了合理评价原始观测数据和条带拼接后数据的精度,利用趋势面分析的结果,直接计算相邻条带重叠区域内所有数据点在两个条带模型中的模型值之差(称之为残差)的均方根,并以此为依据评判数据精度。

6)为了保证最后用于建立数据库的数据分布的无冗余性和一致性,往往需要进行数据筛选处理。数据筛选(即从稠密深度数据点中选取可以代表总体的样本)的原则是根据深度排序的结果,每确定一个点便排除落在其一定邻域(影响范围)内的其它点。对于一个测量条上的若干波束数据,

通过差分分析,判断其中的一些深度数据是否可以由其它相邻的数据线性内插得到。若是,则可以筛选掉这些数据。最后便能得到一个可以代表全体的没有冗余数据的重要点集VIP(VeryImpor2

武汉测绘科技大学学报

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tantPoints)。

7)为了保证所有后续分析和绘图都基于经过

采用一样的二次多项式模型,所以通过整体拼接处理两个条带模型的重叠部分完全一致。

改正、拼接和筛选的原始VIP数据,本系统直接利用随机分布的VIP建立基于Delaunay三角形的不规则三角网模型TIN。这种DEM具有逼真描述实际地形表面的特点,因而可以利用较简单的方法从中提取各种地形特征因子如等深线、坡度坡向,并进行三维表面的线框透视和逼真晕渲显示等。

3实验结果

为了检验多波束条带测深系统硬件原型与数据处理软件的可靠性和实用性,在浙江省新安江水库进行了试验。由于整个试验在风平浪静的情况下进行,小,当然也没有潮汐的影响。水深在18～70m之间,24个条带的数据。,这次试验采用的条带测深仪只安装了半个发射阵(左阵),即每个发射周期只能得到16个采样数据,所以每个条带包含约650条扫描线,每条扫描线有16个数据。图3所示分别为航向改正前后中心波束的分布情况,如图4所示为相邻条带数据的分布情况,对重叠

图4相邻条带整体拼接

Fig.4IntegratedMosaicNeighborStrips

表1.1RStripsMosaic

多项式改正多项式改正

域内采的均方根模前的均方根后的均方根样点数

C30DT207C30DT208

8645

型误差m

1160921306

残差

m

51255

残差m

01000

4结论

本文提出的计算机自动判别和人工审查相结

合的方法,有利于对大数据量的粗差进行高效可靠的处理。基于条带网法平差的整体数据拼接与常规的基于等高线的图形拼接相比,更有利于建立一致性的连续覆盖全部海区的海底地形数据库。

参考文献

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(a)航向改正前(b)航向改正后

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1988.

图3实验据航向改正的结果

Fig.3HeadingCorrectionforCaseStudy

的相邻条带进行了整体拼接处理,结果见表1所

示。值得注意的是,由于这次实验只有两个条带存在部分重叠,并且趋势面分析和模型变形改正都

(下转第46页)

武汉测绘科技大学学报

1998年46

3贺仲雄.模糊数学及其应用.天津:天津科学技术出版4沈清,汤霖.模式识别导论.长沙:国防科技大学

社,1983.出版社,1991.

ResearchonApplicationofPatternRecognitioninthe AutomaticRecognitionofHumanBeing’sHandWrists

YangTing LiuYouguang HuangYoucai (BeijingInstituteofCivilEngineeringandArchitecture,1ZhanlanRoad,Beijing,China,1000 44)

Abstract

Theautomaticrecognitionofhumanbeing’shandwristsisthekeytotheautoma2tionofboneag eevaluating.Basedonacquiringdatawithdigitizinginstrumt,thetheoryandmethodofpatternr ecognitiontechniqueandfuzzymaticsarewhichareap2pliedintheautomaticrecognitionofha ndwrists.erimtslicationof

.patternrecognitiontechniqueissuccessful

Keywords handwrist;boneage;;fuzzymathematics(上接第4页) ErrorAnalysisandProcessingofMultibeamSoundings

ZhuQing LiDeren

(ResearchCentreforGIS,WTUSM,129LuoyuRoad,Wuhan,China,430079)

Abstract Asagoodchoiceofmorepowerfulautomaticbatymetricsurveytechniqueswithhighaccuracya ndfullcoverage,themultibeamstripsounderequippedforthefirstmiddle2pelagicsurveyvesse lmadeinChinahasbeenbroughtoutrecently.Basedonsystematicanal2ysistotheerrorsources anderrorpropertiesofmultibeamsoundings

,thetheorymodelsforerrorprocessingwillbepresentedinthispaper.Especiallybasedontrends urfaceanalysis,themethodsforgrosserrorprocessandstripsmosaic,andheadingcorrectionwi llbestressed.

Keywords mltibeamsounder;errorprocess;grosserror;stripsmosaic;headingcorrection

误差和分析数据处理

第二章 误差和分析数据处理 第一节 概 述 定量分析的任务是要准确地解决“量”的问题，但是定量分析中的误差是客观存在的，因此，必须寻找产生误差的原因并设法减免，从而提高分析结果的可靠程度，另外还要对实验数据进行科学的处理，写出合乎要求的分析报告。 第二节 测量误差 一、绝对误差和相对误差 1. 绝对误差 测量值与真实值之差称为绝对误差。δ = x - μ 2. 相对误差 绝对误差与真值的比值称为相对误差。 %100%100?-=?μ μμδ x 若真实值未知，但δ 已知，也可表示为 %100?x δ 3. 真值与标准参考物质 理论真值：如某化合物的理论组成等。 约定真值：如国际计量大会上确定的长度、质量、物质的量单位等。 相对真值：如标准参考物质的含量。 标准参考物质：经权威机构鉴定并给予证书的，又称标准试样。 实际工作中，常把最有经验的人用最可靠的方法对标准试样进行多次测定所得结 果的平均值作为真值的替代值。 二、系统误差和偶然误差 1. 系统误差（可定误差） 由某种确定的原因引起，一般有固定的方向，大小在试样间是恒定的，重复测定 时重复出现。

按系统误差的来源分类：方法误差、仪器或试剂误差、操作误差。 方法误差：滴定分析反应进行不完全、干扰离子的影响、滴定终点与化学计量点 不符、副反应的发生、沉淀的溶解、共沉淀现象、灼烧时沉淀的分解或挥发。 仪器或试剂误差：砝码、容量器皿刻度不准、试剂中含有被测物质或干扰物质。 操作误差：称样时未注意防止吸湿、洗涤沉淀过分或不充分、辨别颜色偏深（浅）、 读数偏高（低）。 按系统误差的数值变化规律分类：恒定误差、比例误差。 系统误差可用加校正值的方法予以消除。 2. 偶然误差（随机误差、不可定误差） 由于偶然的原因如温度、湿度波动、仪器的微小变化、对各份试样处理时的微小 差别等引起，其大小和正负都不固定。 偶然误差服从统计规律，可用增加平行测定次数加以减免。 三、准确度和精密度 1. 准确度与误差 准确度表示分析结果与真实值接近的程度。准确度的大小用绝对误差或相对误差 表示。评价一个分析方法的准确度常用加样回收率衡量。 2. 精密度与偏差 精密度表示平行测量的各测量值之间互相接近的程度。精密度的大小可用偏差、 相对平均偏差、标准偏差和相对标准偏差表示。重复性与再现性是精密度的常见别名。 偏差：d = x i - x 平均偏差： n x x d n i i ∑=-=1 相对平均偏差： %100/)(%1001?-=?∑=x n x x x d n i i 标准偏差（标准差）： 1 )(1 2 --= ∑=n x x S n i i

两种深水多波束测深技术的对比

刘方兰余平肖波罗伟东 （广州海洋地质调查局广州 510760） E-mail：lflhome@https://www.wendangku.net/doc/a610781139.html, 摘要：近年来，在深水进行多波束水深测量使用最多的是SeaBeam2112系统和EM120系统。本文作者根据这两套系统在相同海域的实测资料，进行了数据密度、地形剖面以及不同比例尺成果图的对比，两套不同系统在深水测量具有较好的一致性，但EM120系统测量数据相对密度较大，分布均匀，可以绘制更大比例尺地形图。 关键词：EM120 SeaBeam 多波束测深比较 中图分类号： P24 至2006年底，我国海域200m以深海域已经完成了大约80％面积的多波束全覆盖水深测量，主要使用的测深系统有SeaBeam2112、SeaBat 8150以及EM120系统。随着国土资源大调查项目的开展，深水海域多波束水深测量仍将继续进行。目前，多波束测深技术的已经普及，专业海洋调查船一般都会固定安装的多波束测深系统，而且多波束测深技术还在不断发展与更新，这样，用于水深测量的多波束系统的种类还会越来越多。不同种类的多波束系统的实际测量效果如何？它们的测量精度如何？它们的测量结果有何区别？这些都是我们关心的问题。本文利用2004年6月SeaBeam2112和Em120两套多波束系统在南海北部相同海域测量资料，对两系统测量数据密度、测量精度以及成果图等进行了比较。 1.深水多波束系统简介 测深范围在5000m以上的深水多波束测深系统主要有SeaBeam系列、EM系列、SeaBat 系列和DS系列四种，我国目前拥有其中前三个系列的深水系统：SeaBeam 2112系统、EM120多波束系统和SeaBat8150系统。SeaBeam2112多波束系统是美国SeaBeam公司声纳技术军转民的第二代产品，工作频率12kHz，测量水深10～11000m，波束大小为2.0°×2.0°，最大波束数151个。80年代以来，SeaBeam2112系列多波束系统大量应用于海洋地形地貌测量。EM120多波束系统是Kingsberg Simrad公司90年代中后期产品，工作频率与测深范围与SeaBeam2112系统一样，波束大小有1°×1°～2.0°×2.0°，最大条幅开角140°，最多可以接收191个波束。由于该系统良好的的技术性能，很快成为全球海洋测量使用较多的深水多波束系统，目前在世界上拥有最多的用户。新的SeaBat8150系统技术指标相对其他系统，其深水测量的分辨率具有明显的优势，但因国内用户少，没有实际应用的资料。 广州海洋地质调查局于1994年在国内率先引进SeaBeam2112多波束系统，安装于“海洋四号”船上。多年来，“海洋四号”船多波束测深的范围遍及南海、东海、太平洋，覆盖的面积超过了40万平方公里，取得了大量的实际资料，特别是在南海，由于使用了差分GPS 定位，多波束测量资料精度高，质量可靠。中国大洋协会属下“大洋一号”科学考察船早期于1995安装了同样的SeaBeam系统，但2003年把SeaBeam2112系统更新为现在的EM120系统，2004年已经正式投入使用。国内还有一些海洋调查和研究机构也装备有不同型号的深水或中深水多波束系统，但公开的资料少，特别是很少有可进行对比的测量资料。2004年6月，拥有EM120系统的德国太阳号来到南海进行调查，为SeaBeam2112、EM120这两套深水多波束系统的实测对比提供了条件。

实验大数据误差分析报告与大数据处理

第一章实验数据误差分析与数据处理 第一节实验数据误差分析 一、概述 由于实验方法和实验设备的不完善，周围环境的影响，以及人的观察力，测量程序等限制，实验测量值和真值之间，总是存在一定的差异，在数值上即表现为误差。为了提高实验的精度，缩小实验观测值和真值之间的差值，需要对实验数据误差进行分析和讨论。 实验数据误差分析并不是即成事实的消极措施，而是给研究人员提供参与科学实验的积极武器，通过误差分析，可以认清误差的来源及影响，使我们有可能预先确定导致实验总误差的最大组成因素，并设法排除数据中所包含的无效成分，进一步改进实验方案。实验误差分析也提醒我们注意主要误差来源，精心操作，使研究的准确度得以提高。 二、实验误差的来源 实验误差从总体上讲有实验装置（包括标准器具、仪器仪表等）、实验方法、实验环境、实验人员和被测量五个来源。 1.实验装置误差 测量装置是标准器具、仪器仪表和辅助设备的总体。实验装置误差是指由测量装置产生的测量误差。它来源于： （1）标准器具误差 标准器具是指用以复现量值的计量器具。由于加工的限制，标准器复现的量值单位是有误差的。例如，标准刻线米尺的0刻线和1 000 mm刻线之间的实际长度与1 000 mm单位是有差异的。又如，标称值为 1kg的砝码的实际质量（真值）并不等于1kg等等。 （2）仪器仪表误差 凡是用于被测量和复现计量单位的标准量进行比较的设备，称为仪器或仪表．它们将被测量转换成可直接观察的指示值。例如，温度计、电流表、压力表、干涉仪、天平，等等。 由于仪器仪表在加工、装配和调试中，不可避免地存在误差，以致仪器仪表的指示值不等于被测量的真值，造成测量误差。例如，天平的两臂不可能加工、调整到绝对相等，称量时，按天平工作原理，天平平衡被认为两边的质量相等。但是，由于天平的不等臂，虽然天平达到平衡，但两边的质量并不等，即造成测量误差。 （3）附件误差 为测量创造必要条件或使测量方便地进行而采用的各种辅助设备或附件，均属测量附件。如电测量中的转换开关及移动测点、电源、热源和连接导线等均为测量附件，且均产生测量误差。又如，热工计量用的水槽，作为温度测量附件，提供测量水银温度计所需要的温场，由于水槽内各处温度的不均匀，便引起测量误差，等等。 按装置误差具体形成原因，可分为结构性的装置误差、调整性的装置误差和变化性的装置误差。结构性的装置误差如：天平的不等臂，线纹尺刻线不均匀，量块工作面的不平行性，光学零件的光学性能缺陷，等等。这些误差大部分是由于制造工艺不完善和长期使用磨损引起的。调整性的装置误差如投影仪物镜放大倍数调整不准确，水平仪的零位调整不准确，千分尺的零位调整不准确，等等。这些误差是由于仪器仪表在使用时，未调整到理想状态引起的。变化性的装置误差如：激光波长的长期不稳定性，电阻等元器件的老化，晶体振荡器频率的长期漂移，等等。这些误差是由于仪器仪表随时间的不稳定性和随空间位置变化的不均匀性造成的。 2.环境误差 环境误差系指测量中由于各种环境因素造成的测量误差。 被测量在不同的环境中测量，其结果是不同的。这一客观事实说明，环境对测量是有影响的，是测量的误差来源之一。环境造成测量误差的主要原因是测量装置包括标准器具、仪器仪表、测量附件同被测对象随着环境的变化而变化着。 测量环境除了偏离标准环境产生测量误差以外，从而引起测量环境微观变化的测量误差。 3.方法误差

多波束勘测系统工作基础学习知识原理及其结构

第二章多波束勘测系统工作原理及结构 多波束系统是70年代兴起、80年代中、末期又得到飞速发展的一项全新的海底地形精密勘测技术。它是当前兴趣的焦点，因为它既有条带测深数据，又同时可获取反映底质属性的回波强度数据(Laurent Hellequin et al.,2003)。该技术采取广角度定向发射和多通道信息接收，获得水下高密度具有上百个波束的条幅式海底地形数据，彻底改变了传统测深技术概念，使测深原理、勘测方法、外围设备和数据处理技术诸方面都发生了巨大变化，大大提高了海底地形勘测的精度、分辨率和工作效率，实现了测深技术史上的一次革命性突破（李家彪等，2000）。多波束系统的工作原理与传统的单波束回声测深仪工作原理类似，都是根据声波在水下往返传播的时间与声速的乘积得到距离，从而得到水深。不同的是单波束测深仪一般采用较宽的发射波束（8°左右）向船底垂直发射，声传播路径不会发生弯曲，来回的路径最短，能量衰减很小，通过对回声信号的幅度检测确定信号往返传播的时间，再根据声波在水介质中的平均传播速度计算测量水深。在多波束系统中，换能器配置有一个或者多个换能器单元的阵列，通过控制不同单元的相位，形成多个具有不同指向角的波束，通常只发射一个波束而在接收时形成多个波束。除换能器天底波束外，外缘波束随着入射角的增加，波束在倾斜穿过水层时会发生折射，同时由于多波束沿航迹方向采用较窄的波束角而在垂直航迹方向采用较宽的覆盖角，要获得整个测幅上精确的水深和位置，必须要精确地知道测量区域水柱的声速剖面和波束在发射和接收时船的姿态和船艏向。因此，多波束测深在系统组成和测量时比单波束测深仪要复杂得多（周兴华等，1999）。 §2.1 多波束勘测系统的工作原理 2.1.1 单波束的形成 2.1.1.1 发射阵和波束的形成 一个单波束在水中发射后，是球形等幅度传播，所以方向上的声能相等。这种均匀传播称为各向同性传播（isotropic expansion），发射阵也叫各向同性源（isotropic source）。例如，一个小石头扔进池塘时就是这种情况，如图2.7所示。

误差分析和数据处理

误差和分析数据处理 1 数据的准确度和精度 在任何一项分析工作中，我们都可以看到用同一个分析方法，测定同一个样品，虽然经过多少次测定，但是测 定结果总不会是完全一样。这说明在测定中有误差。为此 我们必须了解误差产生的原因及其表示方法，尽可能将误 差减到最小，以提高分析结果的准确度。 1.1 真实值、平均值与中位数 （一）真实值 真值是指某物理量客观存在的确定值。通常一个物理量的真值是不知道的，是我们努力要求测到的。严格来讲，由于测量仪器，测定方法、环境、人的观察力、测量的程 序等，都不可能是完善无缺的，故真值是无法测得的，是 一个理想值。科学实验中真值的定义是：设在测量中观察 的次数为无限多，则根据误差分布定律正负误差出现的机 率相等，故将各观察值相加，加以平均，在无系统误差情 况下，可能获得极近于真值的数值。故“真值”在现实中 是指观察次数无限多时，所求得的平均值（或是写入文献 手册中所谓的“公认值”）。 （二）平均值 然而对我们工程实验而言，观察的次数都是有限的，

故用有限观察次数求出的平均值，只能是近似真值，或称 为最佳值。一般我们称这一最佳值为平均值。常用的平均 值有下列几种： （1）算术平均值 这种平均值最常用。凡测量值的分布服从正态分布 时，用最小二乘法原理可以证明：在一组等精度的测量中， 算术平均值为最佳值或最可信赖值。 n x n x x x x n i i n ∑=++==121 式中： n x x x 21、——各次观测值；n ――观察的次数。 （2）均方根平均值 n x n x x x x n i i n ∑=++==1222221 均 （3）加权平均值 设对同一物理量用不同方法去测定，或对同一物理量 由不同人去测定，计算平均值时，常对比较可靠的数值予 以加重平均，称为加权平均。 ∑∑=++++++===n i i n i i i n n n w x w w w w x w x w x w w 11212211 式中；n x x x 21、——各次观测值； n w w w 21、——各测量值的对应权重。各观测值的

(完整版)多波束测深与测扫声呐的比较

多波束测深与测扫声呐的比较： （1）侧扫声纳是目前常用的海底目标(如沉船、水雷、管线等)探测工具,在测深领域,多波束以全覆盖和高效率证明了它的优越性。由于多波束具有很高的分辨率,目前在工程上已经开始应用多波束进行海底目标物的探测。 （2）多波束的最大优点在于定位精度高,但其适用范围不如侧扫声纳广泛,尤其受到水深和波束角的限制,多波束和侧扫声纳在探测海底目标时具有很好的互补性,同时应用可以提高目标解译的准确性。 （3）侧扫声纳能直观地提供海底形态的声成像,但这种声像只能由目标影子长度等参数估计目标的高度,所以对数据解译人员的要求很高。多波束测深系统主要用于进行水下地形测量。 （4）探测目标机制的差异：多波束是一种测深工具而并非成像系统,无法直接在记录纸上进行打印,必须先构建数字地形模型(digital terrainmode,l DTM)，再根据DTM构建地貌影像图，从而能够反映细微的地形起伏所导致的坡度和坡向变化;此外,多波束的中央波束探测效好，边缘波束效果差;多波束采用三维可视化的方法进行目标判断,在3D GIS系统中可以直接提取目标物的平面位置和高度,还能够从不同的角度进行观察,便于掌握目标物的形状特征。但是,除非我们在进行测深的同时采集反向散射强度信息,否则我们无法得到与目标物的底质类型相关的信息,因此,多波束比较适合于沉船或者管线等容易根据形状进行判断的目标。 现在的侧扫声纳技术有两个缺点,首先它的横向分辨率取决于声纳阵的水平角宽,分辨率随距离的增加而线性增大,其次它给不出海底的准确深度。当前只有两种声纳可做海底三维成像,即等深线成像和反向散射声成像,前一种是多波束测深声纳(如Multi -beamSonarSystem) ,后一种是测深侧扫声纳。总体说来,前者适宜于安装在船上做大面积测量,后者适宜于安装在各类水下载体上,包括拖体、水下机器人(AUV) 、遥控潜水器( ROV ) 和载人潜水器(HUV) ,进行细致的测量。 侧扫声纳通常安装在拖体上,其到海底面的距离是可以调节的,而多波束换能器大多数固定安装在船体上,随着水深的增大,换能器至海底的距离增加,导致波束与海底面的接触面即脚印 变大,所以多波束垂直于航行方向的分辨率降低。此外,水深增大也导致换能器单位时间内能够接收到的有效声信号数目(即采样更新率)减少,因此沿着航行方向的分辨率同样降低。 侧扫声纳不存在波束角的问题,而Seabat8101的波束角为115b,每个声波波束与海底面的接触面被视为一个水深点,因此波束角的影响与水深是正相关的。 在同样的海况条件下,多波束数据的信噪比常常比侧扫声纳图像要高,这是因为多波束的旁瓣波束被有效压制,因而没有假回波。 多波束的定位精度比侧扫声纳要高2~5m。这是因为,一方面多波束的平面位置误差传递方程比侧扫声纳系统要简单;另一方面多波束系统中的电罗经和船资测量传感器具有很高的精度,可以精确地测定船体的姿态和船首向;此外,多波束系统的校正比超短基线要容易,各种系统 误差的消除也更为彻底。因此,对于多波束靠近中央波束所探测到的海底目标,可以认为其定位精度近似地等于GPS本身所能提供的精度。

误差分析和数据处理

误差分析和数据处理

误差和分析数据处理 1 数据的准确度和精度 在任何一项分析工作中，我们都可以看到用同一个分析方法，测定同一个样品，虽然经过多 少次测定，但是测定结果总不会是完全一样。这 说明在测定中有误差。为此我们必须了解误差产 生的原因及其表示方法，尽可能将误差减到最 小，以提高分析结果的准确度。 1.1 真实值、平均值与中位数 （一）真实值 真值是指某物理量客观存在的确定值。通常一个物理量的真值是不知道的，是我们努力要求 测到的。严格来讲，由于测量仪器，测定方法、 环境、人的观察力、测量的程序等，都不可能是 完善无缺的，故真值是无法测得的，是一个理想 值。科学实验中真值的定义是：设在测量中观察 的次数为无限多，则根据误差分布定律正负误差 出现的机率相等，故将各观察值相加，加以平均， 在无系统误差情况下，可能获得极近于真值的数 值。故“真值”在现实中是指观察次数无限多时， 所求得的平均值（或是写入文献手册中所谓的 “公认值”）。

（二）平均值 然而对我们工程实验而言，观察的次数都是 有限的，故用有限观察次数求出的平均值，只能 是近似真值，或称为最佳值。一般我们称这一最 佳值为平均值。常用的平均值有下列几种： （1）算术平均值 这种平均值最常用。凡测量值的分布服从正 态分布时，用最小二乘法原理可以证明：在一组 等精度的测量中，算术平均值为最佳值或最可信 赖值。 n x n x x x x n i i n ∑=++==121 式中： n x x x 21、——各次观测值；n ――观察 的次数。 （2）均方根平均值 n x n x x x x n i i n ∑=++==12 22221 均 （3）加权平均值 设对同一物理量用不同方法去测定，或对同 一物理量由不同人去测定，计算平均值时，常对 比较可靠的数值予以加重平均，称为加权平均。

多波束测深系统声速校正

多波束测深系统声速校正 3 何高文 (广州海洋地质调查局二海,510760) 摘要 海水声速是多波束测深系统进行水深测量的基本参数之一,声速剖面正确与否直接影响测量结果的精度和可靠性。本文阐述了声速对多波束水深测量的影响机理,并通过对南海SA 12试验区采集的声速资料的分析,以SeaBeam 2100多波束测深系统为例,对声速校正的技术方法进行了探讨。 关键词　 海洋　声速校正　多波束测深　SeaBeam 2100测深系统中图分类号:P 73312 文献标识码:B 前言 自1994年原地矿部引进第一套多波束测深仪(SeaB eam 2100系统,安装于“海洋四号”船)以来,我国先后引进了多套深、浅水多波束测深系统,在大洋矿产资源调查和目前正在开展的近海大陆架及专属经济区的地形勘测中,发挥了巨大作用,引发了一场海底地形测量的革命,为有效地维护国家权益和即将开展的海域划界作出了很大贡献。 如何保证测量数据的精度及其可靠性,是任何测量仪器必须关注的问题,多波束测深仪也不例外。作为一种有别于传统单波束测深仪的水深测量仪器,影响多波束测深数据的因素 有很多,其中海水声速(简称“声速” )是重要的因素之一。下面以SeaB eam 2100系统为例,探讨声速对多波束测量数据的影响以及声速校正的技术方法。 由于SeaB eam 多波束测深系统的水深测量值是根据发射声波的往返时间与声波在海水中的传播速度来确定的,因此,及时为系统提供当时当地准确的声速值是获取可靠水深测量数据的基本保证之一;此外,多波束测深系统对所输入的声速数据量有一定的限制,不同的数据取点,也将对测量结果产生影响。与传统的单波束测深仪相比,多波束测深仪对声速的要求更为严格(见后述)。所以,为了获得准确可靠的多波束测深数据,必须进行声速校正。通过对南海SA 12试验区海水声速系统测量结果的研究,获得了声速变化规律的认识,从而为SeaB eam 系统的声速校正提供科学依据。 1　声速影响因素 海洋中的声速是一个比较活跃的海洋学变量,它取决于介质中的许多声传播特性,随季 收稿日期:2000204220第19卷　第4期2000年12月 海　洋　技　术O CEAN T ECHNOLO GY V o l 119,N o 14 D ec,2000

物理误差分析及数据处理

第一章 实验误差评定和数据处理 （课后参考答案） 制作：李加定 校对：陈明光 3.改正下列测量结果表达式的错误： （1）± 625 （cm ） 改:±（cm ） （2） ± 5（mm ） 改: ± 5（mm ） （3）± 6 （mA ） 改: ± （mA ） （4）96 500±500 （g ） 改: ± （kg ） （5）±（℃） 改: ±（℃） 4.用级别为，量程为10 mA 的电流表对某电路的电流作10次等精度测量，测量数据如下表所示。试计算测量结果及标准差，并以测量结果形式表示之。 解：①计算测量列算术平均值I ： 10 1 19.548 ()10i i I I mA ===∑ ②计算测量列的标准差I σ： 0.0623 (cm)I σ= = ③根据格拉布斯准则判断异常数据： 取显著水平a ＝，测量次数n ＝10，对照表1-3-1查得临界值0(10,0.01) 2.41g =。取max x ?计算i g 值，有 6 60.158 2.536 2.410.0623 I I g σ?= = => 由此得6I ＝为异常数据，应剔除。 ④用余下的数据重新计算测量结果

重列数据如表1-3-3。 计算得 9 1 19.564 ()9i i I I mA ===∑ ，0.0344 ()I mA σ== 再经过格拉布斯准则判别，所有测量数据符合要求。 算术平均值I 的标准偏差为I σ 0.01145I σ= = = （mA ） 按均匀分布计算系统误差分量的标准差σ仪 为 0.0289σ?=仪0.5%10 （mA ） 合成标准差σ为 0.031σ (mA ) 取0.04σ= (mA)，测量结果表示为 9.560.04x x σ=±=± (mA ) 5．用公式24m d h ρπ= 测量某圆柱体铝的密度，测得直径d ＝±（cm ），高h ＝±（cm ），质量m ＝±（g ）。计算铝的密度ρ和测量的标准差ρσ，并以测量结果表达式表示之。 解 （1）计算铝的密度ρ： 322 4436.488 2.7003g /m 3.1416 2.042 4.126 m c d h ρπ?= =??＝（） （2）计算g 标准差相对误差： 对函数两边取自然对数得 ln ln 4ln ln 2ln ln m d h ρπ=-+-- 求微分，得

“误差分析和数据处理”习题及解答

“误差分析和数据处理”习题及解答 1．指出下列情况属于偶然误差还是系统误差？ （1）视差；（2）游标尺零点不准；（3）天平零点漂移；（4）水银温度计毛细管不均匀。 答：（1）偶然误差；（2）系统误差；（3）偶然误差；（4）系统误差。 2．将下列数据舍入到小数点后3位： 3.14159； 2.71729； 4.510150； 3.21650； 5.6235； 7.691499。 答：根据“四舍六入逢五尾留双”规则，上述数据依次舍为： 3.142； 2.717； 4.510； 3.216； 5.624； 7.691。 3．下述说法正确否？为什么？ （1）用等臂天平称衡采取复称法是为了减少偶然误差，所以取左右两边所称得质量的平均值作为测量结果，即 ()1 2 m m m = +左右 （2）用米尺测一长度两次，分别为10.53 cm 及10.54 cm ，因此测量误差为0.01 cm 。 答：（1）错。等臂天平称衡时的复称法可抵消因天平不等臂而产生的系统误差。被测物（质量为m ）放在左边，右边用砝码（质量为m r ）使之平衡，ml 1 = m r l 2，即 2 r 1 l m m l = 当l 1 = l 2时，m = m r 。当l 1 ≠ l 2时，若我们仍以m r 作为m 的质量就会在测量结果中出现系统误差。为了抵消这一误差，可将被测物与砝码互换位置，再得到新的平衡，m l l 1 = ml 2，即 1 l 2 l m m l = 将上述两次称衡结果相乘而后再开方，得 m = 这时测量结果中不再包含因天平不等臂所引起的系统误差。 （2）错。有效数字末位本就有正负一个单位出入；测量次数太少；真值未知。 4．氟化钠晶体经过五次重复称量，其质量（以克计）如下表所示。试求此晶体的平均质量、平均误差和标准误差。

多波束测深系统优势

多波束测深系统优势： 多波束测深系统，是一种多传感器的复杂组合系统，是现代信号处理技术、高性能计算机技术、高分辨显示技术、高精度导航定位技术、数字化传感器技术及其他相关高新技术等多种技术的高度集成。最初的设计构想就是为了提高海底地形测量效率。与传统的单波束测深系统每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值相比，多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，其技术进步的意义十分突出。因此多波束测深系统正日益受到海道测量同行的认可，并在实际生产中发挥着越来越重要的作用。 与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点，它把测深技术从点、线扩展到面,并进一步发展到立体测深和自动成图，特别适合进行大面积的海底地形探测。这种多波束测深系统使海底探测经历了一个革命性的变化，深刻地改变了海洋学领域的调查研究方式及最终成果的质量。 正因为多波束条带测深仪与其它测深方法相比具有很多无可比拟的优点，仅仅近20多年时间，世界各国便开发出了多种型号的多波束测深系列产品。20世纪60年代初开始，相继研制了几种类型的多波束测深系统，最大工作深度200～12000米，横向覆盖宽度可达深度的3倍以上。多波束测深系统同综合卫星定位系统配合，由计算机实时处理标绘等深线图，是70年代末以来海道测量工作的一个突破。时至今日，各个国家生产的多波束又更新换代，横向覆盖宽度可达深度的6倍，波束角可达140°，分辨率可达1cm。 因我国的高精度的水下多波束测量系统正处于研发阶段，尚未有成熟的国产系统，故只能采用进口仪器。 应用领域： 广泛应用于江河、湖泊、沿海水下地形的测量;河道疏浚及港口、码头、桥梁工程的测量；并在沉船、水下物体打捞搜寻方面有着良好的应用，在国家基础经济建设中发挥着越来越重要的作用。 总之，多波束测深系统在水下地形测量中的应用将会日益普及。 综上所述，为了快速准确地提供高精度的江河及沿海水下地形、地貌等资料，满足沿海地区的开发、利用的需要，建议购买多波束测深系统。

多波束测深数据的误差分析与处理(精)

第23卷第1期1998年3月武汉测绘科技大学学报JournalofWuhanTechnicalUniversityofSurveyingandMapping.23No.1Vol March1998 多波束测深数据的误差分析与处理 朱庆李德仁 (武汉测绘科技大学地理信息系统研究中心,武汉市珞喻路129号,430079) 摘要在系统分析多波束测深数据的误差来源与性质的基础上,介绍了条带式多波束测深仪所采用的误差处理的理论模型。针对海洋测量的特点,特别强调了基于趋势面分析的粗差探测与剔除和相邻条带数据的整体拼接以及对航向误差的改正等关键问题。本文介绍的误差处理模型对保证多波束测深系统必要的精度和数据质量有着重要的实际意义。 关键词多波束测深仪;误差处理;粗差;条带拼接;航向改正分类号P207;P22911 近年来,要,量设备,效率,(又称高精)作为高效率、高精度和高分辨率的一种船载海底地形测绘设备受到了普遍的重视[1]。多波束条带测深系统在向海底发射一次声波的过程中,能获得两侧一个条带上许多点的海深数据,一般测得的水深数据为沿航向、宽是深度3倍左右的一个条带,并且相邻条带之间有一定的重叠,即获得海区全覆盖海底地形。利用条带测深设备获得的深度数据以及相关的船舶定位和姿态等信息,便可以绘出高分辨率高精度的海底地形图。 多波束条带测深系统最终给出的是以海平面为参考,以海深为参数的海底地形图。由于船舶的运动,加上海平面经常受到潮汐和气象条件的影响而时涨时落,还有鱼和水草等反回的假回声等复杂原因,最后所得海区地形资料的精度不仅依赖于各种先进的硬件设备,还依赖于完备的辅助数据和先进的数据处理技术。 海底地形测量不同于一般地面测量。在海上,测量工作必须在不断运动着的海面上进行,因此就某点而言,无法进行重复观测,而其连续观测的结果总是对应着与原观测点接近但又不同点的观测数据,所以不存在平差问题。要提高海底地形测绘的精度,只有分析各种因素,对水深观测结果进行改正。由于影响测深数据质量和精度的主要因素是仪器误差和外界环境因素,而仪器误差一般收稿日期:1996211225. ,所以测绘精度的关键主要取决于对诸如由于鱼和水草等反回的假回声(即粗差)和由于舰船偏航及各项系统误差改正的残差造成的条带扭曲等误差的处理。对于粗差,传统方法需在野外或在测深记录的解释中增加额外的工作以消除其影响或者打印出受大于一定输入阈值滤波影响的断面点来探测粗差,或者直接绘出等深线图形再通过目视检查凭经验确定[2,5]。这种方法显然不适宜于大规模快速测量数据的自动化处理。为了得到覆盖全海区的海深数据,须将相邻条带之间的数据拼接起来。通过条带拼接也可

实验数据误差分析和数据处理

第二章实验数据误差分析和数据处理 第一节实验数据的误差分析 由于实验方法和实验设备的不完善，周围环境的影响，以及人的观察力，测量程序等限制，实验观测值和真值之间，总是存在一定的差异。人们常用绝对误差、相对误差或有效数字来说明一个近似值的准确程度。为了评定实验数据的精确性或误差，认清误差的来源及其影响，需要对实验的误差进行分析和讨论。由此可以判定哪些因素是影响实验精确度的主要方面，从而在以后实验中，进一步改进实验方案，缩小实验观测值和真值之间的差值，提高实验的精确性。 一、误差的基本概念 测量是人类认识事物本质所不可缺少的手段。通过测量和实验能使人们对事物获得定量的概念和发现事物的规律性。科学上很多新的发现和突破都是以实验测量为基础的。测量就是用实验的方法，将被测物理量与所选用作为标准的同类量进行比较，从而确定它的大小。 1.真值与平均值 真值是待测物理量客观存在的确定值，也称理论值或定义值。通常真值是无法测得的。若在实验中，测量的次数无限多时，根据误差的分布定律，正负误差的出现几率相等。再经过细致地消除系统误差，将测量值加以平均，可以获得非常接近于真值的数值。但是实际上实

验测量的次数总是有限的。用有限测量值求得的平均值只能是近似真值，常用的平均值有下列几种: (1) 算术平均值 算术平均值是最常见的一种平均值。 设1x 、2x 、……、n x 为各次测量值，n 代表测量次数，则算术平均值为 n x n x x x x n i i n ∑==+???++=1 21 (2-1) (2) 几何平均值 几何平均值是将一组n 个测量值连乘并开n 次方求得的平均值。即 n n x x x x ????=21几 (2-2) （3）均方根平均值 n x n x x x x n i i n ∑== +???++= 1 2222 21 均 (2-3) (4) 对数平均值 在化学反应、热量和质量传递中，其分布曲线多具有对数的特性，在这种情况下表征平均值常用对数平均值。 设两个量1x 、2x ，其对数平均值 2 1212 121ln ln ln x x x x x x x x x -=--=对 (2-4) 应指出，变量的对数平均值总小于算术平均值。当1x /2x ≤2时，可以用算术平均值代替对数平均值。 当1x /2x =2，对x =, =x , (对x -x )／对x =%, 即1x /2x ≤2，引起的误差不超过%。

物理实验误差分析与数据处理

物理实验误差分析与数 据处理 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】

目录 实验误差分析与数据处理 (2) 1 测量与误差 (2) 2 误差的处理 (6) 3 不确定度与测量结果的表示 (10) 4 实验中的错误与错误数据的剔除 (13) 5 有效数字及其运算规则 (15) 6 实验数据的处理方法 (17) 习题 (25)

实验误差分析与数据处理 1 测量与误差 测量及测量的分类 物理实验是以测量为基础的。在实验中，研究物理现象、物质特性、验证 物理原理都需要进行测量。所谓测量，就是将待测的物理量与一个选来作为标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 准的同类量进行比较，得出它们的倍数关系的过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 。选来作为标准的同类量称之为单位，倍数称为测量数值。一个物理量的测量值等于测量数值与单位的乘积。 在人类的发展历史上，不同时期，不同的国家，乃至不同的地区，同一种物理量有着许多不同的计量单位。如长度单位就分别有码、英尺、市尺和米等。为了便于国际交流，国际计量大会于1990年确定了国际单位制（SI ），它规定了以米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉作为基本单位，其他物理量（如力、能量、电压、磁感应强度等）均作为这些基本单位的导出单位。 1．直接测量与间接测量 测量可分为两类。一类是直接测量，是指直接将待测物理量与选定的同类物理量的标准单位相比较直接得到测量值的一种测量。它无须进行任何函数关系的辅助运算。如用尺测量长度、以秒表计时间、天平称质量、安培表测电流等。另一类是间接测量，是指被测量与直接测量的量之间需要通过一定的函数关系的辅助运算，才能得到被测量物理量的量值的测量。如单摆测量重力加速 度时，需先直接测量单摆长l 和单摆的周期T ，再应用公式224T l g π=，求得重力 加速度g 。物理量的测量中，绝大部分是间接测量。但直接测量是一切测量的基础。不论是直接测量，还是间接测量，都需要满足一定的实验条件，按照严格的方法及正确地使用仪器，才能得出应有的结果。因此实验过程中，一定要充分了解实验目的，正确使用仪器，细心地进行操作读数和记录，才能达到巩固理论知识和加强实验技能训练的目的。 2．等精度测量与不等精度测量 同一个人，用同样的方法，使用同样的仪器，在相同的条件下对同一物理量进行多次测量，尽管各次测量并不完全相同，但我们没有任何充足的理由来判断某一次测量更为精确，只能认为它们测量的精确程度是完全相同的。我们把这种具有同样精确程度的测量称之为等精度测量。在所有的测量条件中，只要有一个发生变化，这时所进行的测量即为不等精度测量。在物理实验中，凡是要求多次测量均指等精度测量，应尽可能保持等精度测量的条件不变。严格地说，在实验过程中保持测量条件不变是很困难的。但当某一条件的变化对测量结果的影响不大时，乃可视为等精度测量。在本书中，除了特别指明外，都作为等精度测量。

《多波束测深系统测量技术要求》编制说明09-12-24

《多波束测深系统测量技术要求》送审稿 编制说明 一、编制理由 随着科学技术的发展，测深技术发生了质的飞跃，从单波束线的测深发展到多波束面的测深。无论是测深精度还是工作效率都得到了一定的提高。因此多波束测深系统已广泛应用于全覆盖水深测量作业，在港口航道测量中发挥着重要作用。 目前用于沿海港口、航道水深测量的规范是《海道测量规范》（GB 12327-1998），它主要是针对单波束水深测量的，而利用多波束测深系统进行全覆盖水深测量以及对其测量数据的处理、检验等作业技术要求规范中并没有提到。这两种手段测量水深其技术要求是有些区别的，所以不能完全参照单波束水深测量的技术要求，原因主要表现在以下几个方面： 1、计划线的步设不一样：单波束水深测量垂直于等深线的总方向，而多波束水深测量是平行于等深线的总方向； 2、测量模式不一样：单波束是线测量，而多波束是全覆盖测量； 3、记录模式不一样：单波束测深仪有模拟记录和数字记录两种，而多波束只有数字记录一种； 4、仪器设备安装、校准不一样：多波束水深测量涉及的设备多，其系统安装、校准要求高； 6、质量控制要求不一样：对外业数据采集质量要求高。 为了规范多波束测深系统的测量作业，提高测量成果的质量，有必要制定多波束测深系统外业测量和后处理的技术要求。 二、编制经过

2003年开始，交通部海事局组织上海海事局编写《多波束测深系统测量技术规定》。2004年，《多波束测深系统测量技术规定》列入交通部行业标准制定计划。编写组听取了海事测绘系统内专家以及行业内相关单位的征求意见，修改了《多波束扫测系统测量技术规定》，并将其更名为《多波束测深系统测量技术规定》。2008年根据交通运输部海事局要求，再次修改《多波束测深系统测量技术规定》，同时根据其内容更名为《多波束测深系统测量技术要求》，于2009年5月上报交通运输部海事局。 三、主要技术说明 《多波束测深系统测量技术要求》对采用多波束测深系统进行水深测量的范围、引用标准、术语、系统配置要求、总则、测量实施、数据处理、资料检验和上交资料等具体要求作出了明确的规定。 （一）“范围”一章规定了多波束测深系统的适用范围。 目前用于港口航道测量的多波束测深系统都是浅水多波束测深系统（一般工作频率不小于95Khz，测深范围小于600米的系统）。对于深水多波束测深系统由于技术要求不等同于浅水多波束测深系统，所以不适用本技术要求。 本标准只适用于沿海港口、航道测量，水运工程测量只可以参照执行。沿海港口、航道测量执行的国家标准是《海道测量规范》（GB 12327-1998），水运工程测量执行的是《水运工程测量规范》（JTJ203-2001），这两种标准在测量精度等方面存在着冲突，为了不引起误会，所以本标准制定的技术要求是针对沿海港口、航道测量的。由于仪器验收以及处理软件对水深的评估都是依据《STANDARDS FOR HYDROGRAPHIC SUEVEYS》（IHO-S44）（《国际海道测量规范》），为了与国际接轨，本标准要求多波束测深系统的测量精度采用国际标准IHO-S44（见表1），其特等测量精度高

第三章 误差和分析数据的处理汇总

本章目录 §3-1 误差及其产生的原因 §3-2 测定值的准确度与精密度 §3-3 随机误差的正态分布 §3-4 有限测量数据的统计处理 §3-5 有效数字及其运算规则 §3-6 提高分析结果可靠性的方法 §3-1 误差及其产生的原因 分析结果与真实值之间的差值称为误差。分析结果大于真实值，误差为正；分析结果小于真实值，误差为负。 根据误差的性质与产生的原因，可将误差分为系统误差和偶然误差两类。 一、系统误差 系统误差也叫可测误差，它是定量分析误差的主要来源，对测定结果的准确度有较大影响。 产生原因: 由于分析过程中某些确定的、经常的因素造成的，对分析结果的影响比较固定。 特点: 是具有?°重现性?±、?°单一性?±和?°可测性?±。即在同一条件下，重复测定时，它会重复出现；使测定结果系统偏高或系统偏低，其数值大小也有一定的规律；如果能找出产生误差的原因，并设法测出其大小，那么系统误差可以通过校正的方法予以减小或消除。 系统误差产生的主要原因 (一)方法误差这种误差是由于分析方法本身所造成的。例如：在重量分析中，沉淀的溶解损失或吸附某些杂质而产生的误差；在滴定分析中，反应进行不完全，干扰离子的影响，滴定终点和等当点的不符合，以及其他副反应的发生等，都会系统地影响测定结果。 (二)仪器误差主要是仪器本身不够准确或未经校准所引起的。如天平、法码和量器刻度不够准确等，在使用过程中就会使测定结果产生误差。 (三)试剂误差由于试剂不纯或蒸馏水中含有微量杂质所引起。 (四)操作误差 主要是指在正常操作情况下，由于分析工作者掌握操作规程与正确控制条件稍有出入而引起的。例如，使用了缺乏代表性的试样；试样分解不完全或反应的某些条件控制不当等。 与上述情况不同的是，有些误差是由于分析者的主观因素造成的，称之为?°个人误差?±例如，在读取滴定剂的体积时，有的人读数偏高，有的人读数偏低；在判断滴定终点颜色时，有的人对某种颜色的变化辨别不够敏锐，偏深或偏浅等所造成的误差。 二、偶然误差 偶然误差也叫不可测误差，是由于某些偶然的因素(如测定时环境的温度、湿度和气压的微小波动，仪器性能的微小变化等)所引起的，其影响时大，时小，时正，时负。偶然误差难以察觉，也难以控制。 偶然误差的分布完全服从一般的统计规律： (一)大小相等的正、负误差出现的几率相等； (二)小误差出现的机会多，大误差出现的机会少，特别大的正、负误差出现的几率非常小、故偶然误差出现的几率与其大小有关。 §3-2 测定值的准确度与精密度 一、准确度与误差

(整理)实验数据误差分析和数据处理.

第二章 实验数据误差分析和数据处理 第一节 实验数据的误差分析 由于实验方法和实验设备的不完善，周围环境的影响，以及人的观察力，测量程序等限制，实验观测值和真值之间，总是存在一定的差异。人们常用绝对误差、相对误差或有效数字来说明一个近似值的准确程度。为了评定实验数据的精确性或误差，认清误差的来源及其影响，需要对实验的误差进行分析和讨论。由此可以判定哪些因素是影响实验精确度的主要方面，从而在以后实验中，进一步改进实验方案，缩小实验观测值和真值之间的差值，提高实验的精确性。 一、误差的基本概念 测量是人类认识事物本质所不可缺少的手段。通过测量和实验能使人们对事物获得定量的概念和发现事物的规律性。科学上很多新的发现和突破都是以实验测量为基础的。测量就是用实验的方法，将被测物理量与所选用作为标准的同类量进行比较，从而确定它的大小。 1.真值与平均值 真值是待测物理量客观存在的确定值，也称理论值或定义值。通常真值是无法测得的。若在实验中，测量的次数无限多时，根据误差的分布定律，正负误差的出现几率相等。再经过细致地消除系统误差，将测量值加以平均，可以获得非常接近于真值的数值。但是实际上实验测量的次数总是有限的。用有限测量值求得的平均值只能是近似真值，常用的平均值有下列几种: (1) 算术平均值 算术平均值是最常见的一种平均值。 设1x 、2x 、……、n x 为各次测量值，n 代表测量次数，则算术平均值为 n x n x x x x n i i n ∑==+???++=121 (2-1) (2) 几何平均值 几何平均值是将一组n 个测量值连乘并开n 次方求得的平均值。即 n n x x x x ????=21几 (2-2) （3）均方根平均值 n x n x x x x n i i n ∑==+???++= 1 222221均 (2-3) (4) 对数平均值 在化学反应、热量和质量传递中，其分布曲线多具有对数的特性，在这种情况下表征平均值常用对数平均值。 设两个量1x 、2x ，其对数平均值