探析環(huán)境監(jiān)測(cè)中的不確定度評(píng)估

王倩

摘 要：近些年來，環(huán)境污染已經(jīng)成為影響社會(huì)發(fā)展的重要問題，其相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映當(dāng)下的環(huán)境情況，能夠?yàn)榄h(huán)境治理工作提供可靠的依據(jù)，同時(shí)了解污染的主要原因、發(fā)展趨勢(shì)以及變化規(guī)律等特性，能夠?yàn)榄h(huán)境治理工作提供一定的信息輔助，環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)于環(huán)境的保護(hù)與治理來說起著非常重要的作用，目前，該項(xiàng)工作已經(jīng)引起了社會(huì)各界的密切關(guān)注，越來越多的技術(shù)人員開始投入到相關(guān)的課題研究中。因此，該文也主要針對(duì)不確定度的評(píng)定、主要程序以及具體應(yīng)用等多個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行分析，希望能為我國(guó)環(huán)境質(zhì)量的提升提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè) 不確定度 評(píng)估

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（a）-0087-02

不確定度主要作為表示環(huán)境測(cè)量結(jié)果分散性的指標(biāo)之一，其能夠有效反映工作人員對(duì)數(shù)值的了解程度，不確定度評(píng)估能夠有效提升監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性，從而為管理人員的科學(xué)決策奠定基礎(chǔ)，目前，我國(guó)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中還缺乏一個(gè)規(guī)范、系統(tǒng)的不確定度評(píng)估體系，這在很大程度上影響了環(huán)境監(jiān)測(cè)水平的提升。但是由于測(cè)量誤差是不可避免的，因此，不確定度的應(yīng)用能夠有效避免測(cè)量誤差對(duì)決策造成的影響，同時(shí)，其還能夠?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供統(tǒng)一、規(guī)范的衡量標(biāo)準(zhǔn)，最大程度減小測(cè)量誤差，使得誤差能夠控制在合理、科學(xué)的范圍內(nèi)，總而言之，實(shí)現(xiàn)不確定度的準(zhǔn)確評(píng)估對(duì)于提升環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量來說起著非常重要的作用。

1 不確定度的簡(jiǎn)化評(píng)定

1.1 忽略原則

在一般情況下，對(duì)于不確定度的評(píng)定程序相對(duì)較為繁瑣，但是在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，由于對(duì)不確定度的要求不高，因此，相關(guān)的技術(shù)人員可以通過采取必要的措施對(duì)評(píng)定程序進(jìn)行一定的忽略，從而達(dá)到簡(jiǎn)化的目的。不確定度主要是由大量的不確定分量通過計(jì)算得到的，忽略原則的應(yīng)用會(huì)在一定程度上使得不確定度減小，因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用過程中，技術(shù)人員往往通過方差相加求和的方法計(jì)算不確定度，在計(jì)算中，部分影響較小的分量能夠自動(dòng)忽略，因此，技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)不確定度的選擇與篩選，使得忽略數(shù)據(jù)的結(jié)果計(jì)算與原始結(jié)果的差距控制在10%的范圍內(nèi)，從而最大程度降低忽略原則對(duì)不確定度評(píng)定結(jié)果的影響。

1.2 相關(guān)性處理

由于輸入量的關(guān)系系數(shù)一般只具有-1、0與1三種可能，只有在具有明確證據(jù)表示輸入量存在明顯相關(guān)的情況下，才能夠?qū)⑤斎肓窟M(jìn)行相關(guān)性處理，否則，輸入量往往都是按照不相關(guān)處理，即相關(guān)系數(shù)的取值為0，若具有大量的明確數(shù)據(jù)表示輸入量存在明顯的相關(guān)性，則技術(shù)人員可以進(jìn)一步根據(jù)輸入量的正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)選擇1或是-1。對(duì)于相關(guān)性較強(qiáng)的輸入量，技術(shù)人員可以通過采取線性相加的方法對(duì)評(píng)定程序進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，首先，技術(shù)人員應(yīng)該選擇具有相關(guān)性的不確定量進(jìn)行必要的線性相加，并得到明確的結(jié)果；其次，再選擇不相關(guān)的不確定量進(jìn)行一定的合成；最后，技術(shù)人員需要通過測(cè)量理論、方式以及設(shè)備儀器等必要措施最大程度提升數(shù)據(jù)的不確定性?？偠灾?，相關(guān)性處理對(duì)于不確定度評(píng)定程序的簡(jiǎn)化來說起著非常重要的作用。

1.3 實(shí)際應(yīng)用

伴隨著社會(huì)生產(chǎn)水平的高速提升，環(huán)境污染對(duì)人們生活的負(fù)面影響越來越大，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作也日益復(fù)雜與困難，因此，就要求相關(guān)的技術(shù)人員需要對(duì)不確定度評(píng)定程序進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化。評(píng)定結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)在很大程度上影響環(huán)境污染的衡量標(biāo)準(zhǔn)，在大部分的化學(xué)物質(zhì)分析的過程中，對(duì)其元素的含量都具有嚴(yán)格的衡量標(biāo)準(zhǔn)，若超出安全的評(píng)定范圍，則說明該環(huán)境條件會(huì)對(duì)人體健康造成較大的影響，從而為相關(guān)部門環(huán)境處理方案的制定提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。評(píng)定結(jié)果的科學(xué)性與準(zhǔn)確性會(huì)在很大程度上決定相關(guān)部門對(duì)環(huán)境情況的判斷，因此，不確定度的應(yīng)用會(huì)在很大程度上提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而制定出一份具有信服力的監(jiān)測(cè)報(bào)告。目前，我國(guó)還缺乏一套系統(tǒng)、規(guī)范的不確定度評(píng)定體系，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，通過長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)積累，我國(guó)已經(jīng)具有了一套常用的工作標(biāo)準(zhǔn)，例如室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，不確定度的取值應(yīng)該控制在25%以內(nèi)。

2 不確定度的測(cè)量程序

2.1 建立基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型

在環(huán)境監(jiān)測(cè)不確定度的評(píng)定過程中，數(shù)學(xué)模型的建立是其基本工作，能夠?yàn)樵u(píng)定工作的順利開展奠定一定的基礎(chǔ)，同時(shí)其能夠得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)關(guān)系式，并明確監(jiān)測(cè)結(jié)果的不確定度。但是，由于數(shù)學(xué)模型并不具有唯一性，若測(cè)量方式與步驟具有差異，最終的數(shù)學(xué)模型也會(huì)不一致，因此，對(duì)于數(shù)學(xué)模型的建立具有一定的復(fù)雜性。數(shù)學(xué)模型是評(píng)定工作開展的依據(jù)，其需要通過對(duì)輸入量的明確與忽略，得到最貼切的監(jiān)測(cè)結(jié)果，由于技術(shù)人員對(duì)忽略輸入量的選擇不同，往往導(dǎo)致模型與公式的差異，因此，相關(guān)的技術(shù)人員可以通過對(duì)監(jiān)測(cè)方法的分析，尋找造成不確定度的主要原因，并針對(duì)其原因采取必要的措施加以改進(jìn)，從而最大程度提升監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 測(cè)量方法的確定

在一般情況下，不確定度的評(píng)定工作往往是在概率統(tǒng)計(jì)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而測(cè)量方法的確定對(duì)于評(píng)定工作的開展來說起著非常重要的作用。首先，相關(guān)的技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際條件與情況制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，其中包括采樣、樣品分析以及溶液搭配等程序；其次，技術(shù)人員需要對(duì)不確定量的獲得途徑與準(zhǔn)確性進(jìn)行必要的分析與篩選，通過對(duì)設(shè)備、儀器以及實(shí)驗(yàn)程序等分析，了解影響不確定度的主要因素；最后，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)不確定量進(jìn)行必要的評(píng)定處理，其主要針對(duì)A類與B類兩種方法，對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行一定的分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定度的估算與預(yù)測(cè)。

2.3 不確定度的合成

該程序?qū)Σ淮_定度的準(zhǔn)確性具有直接的影響作用。首先，相關(guān)的技術(shù)人員需要明確測(cè)量對(duì)象，其中包括各大儀器設(shè)備、溶液參數(shù)等輸入量，同時(shí)，技術(shù)人員還需要對(duì)不確定度的來源進(jìn)行必要的分析，從而最大程度對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行有效控制；其次，技術(shù)人員需要對(duì)分量進(jìn)行必要的量化處理，對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的利用與測(cè)量，并準(zhǔn)確計(jì)算各大標(biāo)準(zhǔn)差；最后，由于在不確定度的測(cè)量中，得到的結(jié)果往往都是分量，因此，相關(guān)的技術(shù)人員需要將分量進(jìn)行必要的合成，從而得到明確的最終結(jié)果。

3 不確定度的測(cè)量方法

3.1 A類評(píng)定方式

目前，我國(guó)普遍使用的評(píng)定方式主要包括A類與B類兩大類型，其差別主要體現(xiàn)在評(píng)定方式上，在本質(zhì)上，這兩種方法并未存在較大的差別，其主要是在概率分布的基礎(chǔ)上通過方差與標(biāo)準(zhǔn)差，從而對(duì)不確定度進(jìn)行一定的計(jì)量。在不同的使用條件下，這兩種方法可以進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化，但是不確定度與實(shí)驗(yàn)誤差并不具有本質(zhì)上的聯(lián)系。在A類評(píng)定方式中，貝塞爾法是最常用的方法，其主要是將被測(cè)量對(duì)象在重復(fù)的環(huán)境中，經(jīng)過無數(shù)次的獨(dú)立分析，將得到的結(jié)果通過平均值進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算與表示。除此之外，最小二乘法也是在A類評(píng)定中常用的方法，這一般適用于大于2個(gè)測(cè)量對(duì)象的情況下，其主要通過相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用得到準(zhǔn)確的不確定度。在A類評(píng)定中的具體方法還有很多，因此，相關(guān)的技術(shù)人員需要加強(qiáng)對(duì)不確定度評(píng)定方法的了解與掌握，科學(xué)、合理地使用評(píng)定方法，從而最大程度提升監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量。

3.2 B類評(píng)定方式

相較于A類評(píng)定方式，B類評(píng)定方式主要是利用對(duì)觀測(cè)列的計(jì)算與分析，得到估算的不確定度，該種方法是建立在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與固有信息的基礎(chǔ)上，例如在搭配溶液的過程中，不確定度主要是由儀器、設(shè)備以及器皿等物質(zhì)的誤差與不確定造成的。B類評(píng)定方式主要基于對(duì)以往數(shù)據(jù)的使用與分析，其中包括有關(guān)部門提供的數(shù)據(jù)與證書、國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，例如在確定估計(jì)值來源的情況下，可以通過對(duì)分量不確定度與包含因子的使用，得到標(biāo)準(zhǔn)的不確定量。

3.3 不確定度的估算

A類與B類評(píng)定方法中，都具有單獨(dú)的不確定度的估算方式，例如對(duì)于A類不確定度的計(jì)算，其往往是利用原子吸收法，測(cè)量樣品中的金屬溶度，并通過計(jì)算相關(guān)的估計(jì)方差與標(biāo)準(zhǔn)差，得到最終的不確定度數(shù)值。而在B類不確定度的估算中，相關(guān)的技術(shù)人員往往需要對(duì)其進(jìn)行必要的取樣，通過使用分度吸管進(jìn)行三步取樣，然后通過對(duì)各個(gè)步驟的不確定度進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算與控制，達(dá)到提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與真實(shí)性的目的。第一，技術(shù)人員需要先計(jì)算出吸管體積的不確定度；第二，技術(shù)人員需要測(cè)量誤差進(jìn)行合理的平均與計(jì)算，得到明確的誤差范圍；第三，相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)吸管與溶液在不同溫度條件下的體積不確定度進(jìn)行合理的計(jì)算，通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)、各大設(shè)備的不確定度與誤差的計(jì)算，能夠有效保證最終監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。總而言之，相關(guān)的技術(shù)人員在環(huán)境監(jiān)測(cè)的過程中，需要密切關(guān)注在各個(gè)環(huán)節(jié)與各種情況下不確定度的產(chǎn)生，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不確定度，并對(duì)其進(jìn)行合理的分析與控制，從而有效提升監(jiān)測(cè)報(bào)告的質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，伴隨著不確定度應(yīng)用范圍與用途的不斷拓展，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了巨大的作用。在最初，不確定度主要使用于計(jì)量的統(tǒng)計(jì)，通過多年的應(yīng)用與研究，目前我國(guó)對(duì)于不確定度的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的理論與實(shí)踐成果，但是相關(guān)技術(shù)人員還需要不斷努力，繼續(xù)挖掘不確定度的評(píng)定方式與作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系的完善，提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)范性與準(zhǔn)確性。就當(dāng)下我國(guó)不確定度應(yīng)用情況的分析，這在一定程度上優(yōu)化了傳統(tǒng)的誤差分析方法，通過科學(xué)的理論與方式，有效提升了數(shù)據(jù)的精確度，從而增強(qiáng)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境保護(hù)的價(jià)值。在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過程中，眾多的不確定度評(píng)定方法都是在實(shí)際應(yīng)用過程中通過不斷地改進(jìn)與挖掘發(fā)展而來的，因此，這要求相關(guān)的技術(shù)人員需要加強(qiáng)對(duì)不確定度評(píng)定方法的完善，提升我國(guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)水平。

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