测量可靠性理论哲学思维

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1引言

测量中的可靠性理论，是指测量系统(比如一个控制网、一个测量设计)发现和抵抗粗差的能力。发现粗差的能力称为内部可靠性，抵抗粗差的能力称为外部可靠性。内部可靠性可通过多余观测数r来描述，一个观测值的内部可靠性可通过多余观测分量ri来描述。外部可靠性可以通过对平差结果的影响来描述，内部可靠性和外部可靠性具有一致性。如巴尔达在可靠性理论方面主要研究了检测单个粗差的能力和不可发现的粗差对平差结果的影响。李德仁提出了摄影测量平差系统的可靠性理论［1］，包括平差系统发现单个模型误差(粗差、系统误差)、发现多个模型误差的能力。从单个一维备选假设发展到单个多维备选假设，发展到两个多维备选假设，提出了粗差和系统误差、粗差和变形的可区分性理论，并提出了处理含粗差观测值的选择权迭代法和稳健估计法。可靠性理论对测量设计、数据处理和成果质量评定有重要指导意义。但是可靠性理论也存在一些问题，例如一条附合导线的多余观测分量很小，内部、外部可靠性都很差［3，8］，难道说，附合导线及其成果就不可靠，附合导线就不能使用了吗?另外，在许多情况下，仅靠平差模型的改进，是不能发现粗差和系统误差的，更不能区分粗差和系统误差、粗差和变形。为此，作者将可靠性理论进行了扩展，提出了广义可靠性理论，广义可靠性是测量系统发现和抵抗粗差与系统误差的能力，以及减小偶然误差的能力。可通过重复观测、多余观测和计量检测来描述。本文主要阐述可靠性理论的哲学思想。

2可靠性与精度的关系

对于一个测量控制网来说，由间接观测平差模型(l，Ax，σ20p－1)可得观测值li的内部可靠性量度指标(多余观测分量)ri为［1］:ri=(QVVP)ii(1)且满足∑n1ri=r=n－t(2)外部可靠性量度指标即能发现li中粗差的下界值为0li=σi?ω0/r槡i(3)上面公式中，n为观测值数，t为必要观测数。ω0为非中心参数，对于单个观测值粗差而言，其取值与显著水平α和检验功效γ有关，常取2.79(α=0.05，γ=0.80)或4.13(α=0.01，γ=0.80)［2］。ri可以反映控制网发现观测值li(中误差为σi)中粗差的能力。ri愈大，通过统计检验，能发现li中粗差的下界值0li愈小;或对同一个粗差，检验功率愈大。因此，ri被定义为观测值li的内部可靠性。假设观测值相互独立，有ri=1－^σ2i/σ2i(4)上式中^σi为li的平差值的中误差。又定义bi=1－ri(5)称bi为必要观测数。若观测值li的精度很高，即σi很小，则平差后的精度提高很小，^σi虽小了一点，但有^σi≈σi，这时该观测值的内部可靠性ri→0，但必要观测数bi→1。若观测值没有误差，如已知点的坐标，已知边或已知方位角，平差前后的精度将不变，这时ri=0，但必要观测数bi=1。若观测值li的精度很低，则平差后精度将显著提高，^σi将比σi小很多，这时ri则较大。即有:在一个测量控制网平差系统中，观测值li的精度与该观测值的可靠性成反比，精度越高的观测值，可靠性越低，精度越低的观测值，可靠性越高。在测量平差中，又引入了权的概念，观测值li的精度和其权的关系如下:Pi=σ20σ2i(6)式中，σ0为单位权中误差，可设为一常数，观测值li的精度越高(σi越小)，则该观测值的权越大，观测值li的精度越低(σi越大)，则该观测值的权越小，即精度和权成正比。由此可得:在一个测量控制网平差系统中，观测值li的权于其可靠性的关系:观测值li的权与该观测值的可靠性成反比，权越大的观测值，其可靠性越低，权越小的观测值，其可靠性越高。由内部可靠性和外部可靠性具有一致性来看，权越大的观测值，其不能发现的粗差对结果的影响也越大。

3可靠性理论的哲学思想

如果我们将测量中观测值的权和其可靠性扩展到社会，将会是怎样呢?社会上的权和可靠性概念可以定义为:权，指权力、权势、权能和重要性，对人来说，与职位、能力有关。一个系统可以是一个国家、部门、单位、团体或组织。可靠性在这里与社会生活中的可靠有所不同，比如说一个人可靠，一般是指这个人有忠心，办事认真可靠。可靠性由测量扩展到社会时，乃是指系统发现个人可能犯错误的能力。在一个测量控制网平差系统中，系统研究可靠性的对象是组成该系统的所有观测值，在社会系统中，系统研究可靠性的对象是组成该系统的所有人。可靠性理论扩展到社会，他的哲学意义是:在一个社会系统中，一个人的可靠性与他的权成反比，权越大，其可靠性越低，权越小，其可靠性越高。从系统发现个人可能犯错误的能力的角度看，一个人的权越大，则他可能犯的甚至是很大的错误，是不易被发现和纠正的，而且他所犯的未被发现和纠正的错误所造成的影响和后果越严重。为了避免这种情况，最好的方法是有监督机构和制度，例如，不是一人的权独大，有多人的有相近的权，而且有监督机制和限制权力的法制。如在一个测量控制网中，若有多个已知点，则其中一个点有问题，也容易通过基准点检验而被发现，而且，他对结果的影响也会得到限制。上面仅仅是事情的一面，从必要观测数的角度来看，一个社会系统中，权大者的必要性也越大，而且是不可少的，更不是不可没有的，正如一个测量控制网需要基准点一样。相反，对于那些权极小即可靠性很高的，其必要观测数趋近于零，完全成为多余，这种观测值在平差系统中不起作用，可以删除，且对平差结果没有任何影响，通过删除多余观测值，可以节省建网费用。作者提出的“一种基于可靠性的工程控制网优化设计新方法”正是这一思想的体现。对于社会，根据可靠性理论，可以按权的大小来选取人才，权很小，也意味能力低下，许多事情都不能胜任，虽然对系统无害，但可有可无，不如裁减的好。

4结束语

综上所述，在一个测量控制网平差系统中，观测值的权(或精度)与该观测值的可靠性成反比，权越大(或精度越高)的观测值，其可靠性越低，权越小的观测值，其可靠性越高。将可靠性的这一理论由测量扩展到社会，其哲学意义是:在一个社会系统中，一个人的可靠性与他的权成反比，权越大，其可靠性越低，权越小，其可靠性越高。权越大，其所犯的未被发现和纠正的错误所造成的影响和后果越严重。另一方面，权越大(或精度越高)，其可靠性虽然越低，但在系统中却是不可缺少的;权越小，越可靠，但却应当除去不用。