本帖最后由 yeses 于 2015-8-29 14:43 编辑
不确定度概念定义分析
几乎所有的科学概念定义,对于相应的专业人士来说,都是通俗易懂的。唯有测量领域的不确定度概念,20年都争执不休。
VIM给出的不确定度概念定义的原文是:non-negative parameter characterizing the dispersion of the quantity values being attributed to a measurand, based on the information used. 我国JJF1059,JJF1001给出的定义是:根据所用到的信息,表征赋予被测量值分散性的非负参数。二者表达的意思是一样的。
单从文字上说,识字的人都能理解意思:分散特性的参数。谁的分散特性?量值的分散特性。什么量值的分散特性?被测量值的分散特性。那么,什么是被测量(measurand)?什么是量值?让我们看一下相关规范的表述。
被测量(measurand)---拟测量的量[JJF1001,4.7,JJF1059, 3.1], quantity intended to be measured[VIM3,2.3]
量值(quantity values)---用数和参照对象一起表示的量的大小[JJF1001,3.20],number and reference together expressing magnitude of a quantity[VIM3,1.19]。
再看一下量的真值和测量结果的定义:
量的真值true quantity value简称真值( true value)---与量的定义一致的量值[JJF1001,3.21],quantity value consistent with the definition of a quantity[VIM3,2.11]。
测量结果measurement result---与其他有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值[JJF1001,5.1],set of quantity values being attributed to a measurand together with any other available relevant information[VIM3,2.9]。
可见,这里的量值(quantity values)绝对不是指量的真值true quantity value,而是指测量结果measurement result。
还值得注意的是,不确定度和测量结果的定义中,quantity values都采用的是复数形式!是指多个而不是一个!
所以,不确定度概念用真正的中国话表达实际就是:根据所用信息给出的多个测量结果的分散性参数。
再看我们测绘学科的精密度(precision)概念:在一定测量条件下,对某一量的多次测量中,各测量值间的离散程度[GB14911-2008,4.20]。
很明显,这个所谓的不确定度在定义的字面意思居然与精密度相似!是一个与真值无关的东西!那这种意义的不确定度有什么实际意义?
还有一个更实际的问题是,任何测量,不论是否有多余观测,我们最终都是提交一个唯一的测量结果,并不存在定义中的多个测量结果的情况,一个唯一的数值它如何分散?这自然更让人莫名其妙,这才是最让人迷惑的地方。
于是,也出现了一些自以为是的解释:不确定度还是对当前测量条件下的其他可能出现的测量结果的存在区间的评判,就是说,如果重新按当前测量条件测量,获得多个测量结果,它们就发散了,发散度就是当前的这个不确定度。
且不说其他可能的测量结果跟当前测量结果差别多大有没有讨论意义、用户对其他可能测量结果是否会关心,单就这种预判论的正确性而言,它实际是没有任何实践经验的,甚至是违背基本常识的。因为连家庭妇女都知道,电子秤上的数字通常是不变的,同样的测量条件下只能是同样的测量结果。只要强调相同测量条件---同一仪器同一环境同一分辨位。。。什么测量条件都绝对相同的情况下,测量结果其实是不变的,根本就不可能离散!更不会出现离散度等于(或接近)当前的不确定度的情况。
那么,是否改变测量条件就可以了呢?更不是!因为无法给出测量条件的改变限度,更换仪器?改变分辨位?改变量程?改变环境?更换测量方法?。。。那样的测量结果又跟当前测量结果毫不沾边了,差别甚至可能十万八千里,分散度又完全离谱了,分散度也难以和当前的不确定度评价值相等。究竟要怎么改变测量条件才能让还没有发生测量结果的离散度跟当前的不确定度一样,恐怕只有专家自己知道了。反正我是不敢跟学生讲这种“理论”的,我怕学生对我提出要做实验的要求。
总之,不确定度概念的字面实际是不能自圆其说的,不确定度概念的真实含义根本不是定义字面表达的意思。理解不确定度的真实内涵决不能仅仅看不确定度概念的字面!
那么,怎么才能正确理解不确定度概念?我们的唯一出路就是分析不确定度的评定原理,比较其和传统的精密度评定过程的差别,同时要正确理解样本统计结果的含义,从整个量值溯源链的不确定度传递过程来理解不确定度概念的真实内涵。 |