- •Учебное пособие
- •«Теория математической обработки геодезических измерений»
- •Часть I
- •Программа курса
- •Часть 1 «Теория ошибок измерений».
- •Введение
- •Нормальный закон распределения
- •1.1 Нормальный закон и его основные параметры
- •1.3 Вероятность попадания нормально распределённой случайной величины на заданный интервал
- •1.4 Интеграл вероятностей
- •1.2 Понятие о центральной предельной теореме
- •Элементы математической статистики
- •2.1 Основные понятия.
- •2.2 Числовые характеристики.
- •Дополнительные характеристики разброса случайной величины
- •2.4 Дополнительные характеристики формы кривой распределения: асимметрия и эксцесс
- •2.5.1 Определение закона распределения на основе опытных данных
- •2.5.2 Критерий согласия пирсона
- •2.5.3 Оценивание параметров. Методы оценивания параметров.
- •Состоятельности, т.Е. ; (2.20)
- •Несмещённости, т.Е. ; (2.21)
- •Эффективности, т.Е. (2.22)
- •2.5.4 Доверительные интервалы и доверительная вероятность
- •2.6.3 Уравнение регрессии
- •3. Теори я ошибок измерений. Современная теория ошибок измерений базируется на теории вероятностей и математической статистике.
- •3.1 Задачи теории ошибок
- •3.2 Классификация ошибок измерений
- •Устанавливают закон появления систематических ошибок, после чего ошибки уменьшают введением поправок в результаты измерений;
- •Применяют соответствующую методику измерений для того, чтобы, например, односторонне действующие систематические ошибки изменяли знак на обратный;
- •Используют определённую методику обработки результатов измерений.
- •3.3 Свойства случайных ошибок измерений
- •3.4 Критерии точности измерений
- •3.5 Исследование ряда истинных ошибок на нормальное распределение
- •2).Вычисление средней ошибки и коэффициента :
- •3).Определение вероятной ошибки и коэффициента .
- •4).Построение статистического группированного ряда.
- •5).Построение гистограммы и выравнивающей её кривой плотности нормального распределения.
- •6).Применение критерия 2‑Пирсона.
- •7).Вычисление оценок скошенности и эксцесса
- •3.6 Оценка точности функций измеренных величин
- •3.6.1 Средняя квадратическая ошибка функции
- •3.6.2 Обратная задача теории ошибок
- •3.7 Равноточные измерения
- •3.7.1 Математическая обработка ряда многократных независимых равноточных измерений одной величины
- •Определение наиболее надёжного значения измеряемой величины (наилучшей оценки неизвестного истинного значения х) - простой арифметической средины:
- •Построение доверительного интервала, с заданной вероятностью накрывающего неизвестное истинное значение X:
- •3.7.2 Порядок обработки ряда равноточных измерений одной величины
- •3.8 Неравноточные измерения
- •3.8.1 Общие сведения о весах
- •3.8.2 Обратный вес функции общего вида
- •3.8.3 Математическая обработка ряда независимых многократных неравноточных измерений
- •Построение доверительного интервала, с заданной вероятностью накрывающего неизвестное истинное значение X
- •3.8.4 Порядок обработки ряда неравноточных измерений
- •3.9. Оценка точности по разностям двойных измерений
- •3.9.1 Двойные равноточные измерения
- •3.9.2 Двойные неравноточные измерения
- •1. Определяют среднюю квадратическую ошибку измерения с весом, равным единице, предварительно выполнив контроли вычислений по формулам (3.53):
- •3.9.3 Порядок обработки двойных равноточных измерений ряда однородных величин
- •Находим остаточное влияние систематических ошибок: ; ,
- •Задача №3
- •Задача №4
- •Все вычисления необходимо выполнять в соответствии со схемой решения задачи 3.7.1 (среднее значение угла следует округлить до десятых долей сек.).
- •Задача №5
- •Все вычисления необходимо выполнять в соответствии со схемой решения задачи 3.8.3. Задача №6
- •Литература
- •Приложения
- •Теория математической обработки геодезических измерений
- •Часть I. Теория ошибок измерений
5).Построение гистограммы и выравнивающей её кривой плотности нормального распределения.
По данным таблицы 3.5.2 (столбцы 2 и 6) строим гистограмму (рис. 3.5.1) — график эмпирического распределения (на выбор масштаба изображения наложим лишь условие наглядности).
Рис. 3.5.1 —
Гистограмма и выравнивающая кривая
Вид гистограммы позволяет действительно предположить нормальный закон распределения ошибок i.
Теоретическая кривая, наилучшим образом выравнивающая (сглаживающая) гистограмму, определяется уравнением
|
(3.6) |
где
;
;
;
;
.
Вычисление
ординат кривой
выполняем, используя таблицу
Приложения A. Результаты
вычислений поместим в таблице 3.5.3.
Таблица 3.5.3 |
|||||
№ п/п |
Левые границы интервалов i |
|
yi |
|
|
1 |
0 |
0 |
0,564 |
0,645 |
0,364 |
2 |
0,5m |
0,5 |
0,498 |
―"― |
0,321 |
3 |
1,0m |
1,0 |
0,342 |
―"― |
0,220 |
4 |
1,5m |
1,5 |
0,183 |
―"― |
0,118 |
5 |
2,0m |
2,0 |
0,076 |
―"― |
0,049 |
6 |
2,5m |
2,5 |
0,025 |
―"― |
0,016 |
7 |
3,0m |
3,0 |
0,006 |
―"― |
0,004 |
По
данным таблицы 3.5.3 (столбцы 2 и 6)
на графике рис. 3.5.1 наносим ряд точек
,
которые соединяем плавной кривой. Левую
ветвь кривой строим по тем же ординатам.
Как видно из графика, кривая () удовлетворительно сглаживает гистограмму.
6).Применение критерия 2‑Пирсона.
Для оценки степени приближения теоретического закона (кривой плотности нормального распределения) к статистическому распределению (гистограмме) вычисляем величину
|
(3.7) |
где
|
(3.8) |
|
|
Результаты вычислений по формулам (3.8) и (3.7) поместим в таблице 3.5.4.
В
этой таблице значения величин
находим из Приложения B
для левых границ интервалов ti.
Число степеней свободы определяем по формуле
(
k -
число интервалов,
s
- число
параметров, оцениваемых по выборке).
Находим:
(
,
так как только один параметр
оценивался по выборке, а
принято равным нулю).
Таблица 3.5.4 |
|||||||
№ п/п |
Интервалы ti |
|
pi |
mi |
npi |
|
|
1 |
–3,0 |
–2,5 |
–0,5 |
0,0062 |
0 |
0,20 |
0,20 |
2 |
–2,5 |
–2,0 |
–0,4938 |
0,0166 |
1 |
0,53 |
0,42 |
3 |
–2,0 |
–1,5 |
–0,4772 |
0,0440 |
1 |
1,41 |
0,12 |
4 |
–1,5 |
–1,0 |
–0,4332 |
0,0918 |
4 |
2,94 |
0,38 |
5 |
–1,0 |
–0,5 |
–0,3414 |
0,1500 |
6 |
4,80 |
0,30 |
6 |
–0,5 |
+0 |
–0,1914 |
0,1914 |
5 |
6,12 |
0,20 |
7 |
+0 |
+0,5 |
+0 |
0,1914 |
7 |
6,12 |
0,13 |
8 |
+0,5 |
+1,0 |
+0,1914 |
0,1500 |
2 |
4,80 |
1,63 |
9 |
+1,0 |
+1,5 |
+0,3414 |
0,0918 |
4 |
2,94 |
0,38 |
10 |
+1,5 |
+2,0 |
+0,4332 |
0,0440 |
1 |
1,41 |
0,12 |
11 |
+2,0 |
+2,5 |
+0,4772 |
0,0166 |
1 |
0,53 |
0,42 |
12 |
+2,5 |
+3,0 |
+0,4938 |
0,0062 |
0 |
0,20 |
0,20 |
13 |
+3,0 |
+∞ |
+0,5 |
― |
― |
― |
― |
|
|
|
|
1,0000 |
32 |
32,00 |
4,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Определив
по формуле (3.7) 2выч.=
4,5, находим из таблицы Приложения E
по числу степеней свободы
для
вероятность
,
а для
находим вероятность
.
Интерполируя, окончательно получаем
вероятность
.

,
,