計(jì)量測試中異常數(shù)據(jù)的處理方式

王威

摘要：在計(jì)量測試中，由于受到一些因素的影響，從而使得常常會出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，為確保計(jì)量測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除?；诖它c(diǎn)，本文從計(jì)量測試中異常數(shù)據(jù)的成因分析入手，提出計(jì)量測試異常數(shù)據(jù)的處理方式。期望通過本文的研究能夠?qū)τ?jì)量測試數(shù)據(jù)精度的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：計(jì)量測試異常數(shù)據(jù)處理

引言

計(jì)量測量，其本身便是一項(xiàng)對數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性有著極高要求的工作。而要確保數(shù)據(jù)獲取的精準(zhǔn)性，除了需科學(xué)處理計(jì)量測量所得出的數(shù)據(jù)外，尚需找出其中的異常數(shù)據(jù)并將之剔除，如此方能作為相關(guān)科學(xué)的參考依據(jù)。當(dāng)前，國內(nèi)已然根據(jù)計(jì)量測量中異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)原因提出了4種有針對性的異常數(shù)據(jù)剔除方法，這些方法可獨(dú)立使用，亦可綜合利用，其目的均在于判定異常值并將之剔除，以確保計(jì)量測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1對于計(jì)量測試的作用分析

計(jì)量測試是對日常生產(chǎn)科學(xué)性的體現(xiàn)，也會對每天的實(shí)際數(shù)據(jù)類別予以分析，而后再應(yīng)用專業(yè)的測量設(shè)備進(jìn)行評估和審計(jì)，對評估的最終結(jié)果進(jìn)行分析，再對其實(shí)際工作情況進(jìn)行探究，判定其是否符合實(shí)際的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章制度的內(nèi)容。數(shù)據(jù)的檢測也是極為重要的環(huán)節(jié)，只有通過數(shù)據(jù)的核實(shí)和校對，才會對生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)和所生產(chǎn)的最終產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，才會對其檢測參數(shù)予以合理的判定和分析，最終判定檢測結(jié)果是否符合實(shí)際的生產(chǎn)需求。不具備精準(zhǔn)度的測量方式就無法對實(shí)際的生產(chǎn)工藝予以指導(dǎo)，也無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性的判斷，最終也不能對工藝流程予以合理的控制，導(dǎo)致后期的產(chǎn)品生產(chǎn)的合格以及工作落實(shí)的科學(xué)性均無法得到切實(shí)的保障。

2計(jì)量儀器出現(xiàn)誤差的原因

由于計(jì)量儀器對外部環(huán)境有著極高的要求，加之其本身也是一種高精密的儀器，因而任何外部環(huán)境的變化都可能導(dǎo)致儀器測試結(jié)果產(chǎn)生偏差，并最終影響到檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（1）儀器受到了外界諸如震動(dòng)、機(jī)械動(dòng)蕩一類的自然或人為因素影響;

（2）受電磁干擾或因供電電壓不穩(wěn)而導(dǎo)致的檢測儀器出現(xiàn)故障;

（3）操作人員本身經(jīng)驗(yàn)不足，加之操作事物所因其的檢測不準(zhǔn)確;

（4）儀器本身存在如元件損壞、零件松動(dòng)一類的質(zhì)量問題，這類問題一旦發(fā)生，將直接導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，從而影響到工作人員的正常測量。

對于以上影響因素，操作人員在實(shí)際的操作過程中，務(wù)必全面排除，如此方能確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，在此過程中，針對異常值的剔除尚需注意采取合適的剔除方法，若剔除方法選擇不當(dāng)則可能收獲適得其反的效果。

3計(jì)量測試異常數(shù)據(jù)的處理方式

3.1異常數(shù)據(jù)的判斷方法

在計(jì)量測試過程中，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇正確的方法。目前，較為常用的判斷方法有以下幾種：

3.1.1拉依達(dá)判斷法

這種方法基于的是拉依達(dá)準(zhǔn)則，具體的判定原理如下：假定某一組測試數(shù)據(jù)當(dāng)中只包含隨機(jī)誤差，通過計(jì)算處理可以獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)特定的概率可確定出一個(gè)區(qū)間范圍，如果誤差超出這個(gè)區(qū)間范圍，則可將之判定為粗大誤差，含有粗大誤差的數(shù)據(jù)則為異常數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行剔除。該方法可對正態(tài)或是接近正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，應(yīng)用時(shí)，需要確保測試次數(shù)充分，若是測試次數(shù)不足，則會造成粗大誤差的可靠性降低。所以當(dāng)測試次數(shù)較少時(shí)，不宜采用該方法對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。該方法具體的判斷過程如下：對被測試量進(jìn)行等精度測量，由此可獲得x₁，x₂，…x_n，隨后求取算術(shù)平均值x和剩余誤差v_i，其中v_i可用下式表示：v_i=xi-x（1）上式中i=（1，2，…n），在根據(jù)貝賽爾公式可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。如果某個(gè)測量值xb的剩余誤差vb（1≤b≤n），并滿足下式：|vb|=|xb-x|>3σ（2）則可認(rèn)為xb是含有粗大誤差值的壞值，應(yīng)當(dāng)予以剔除。

3.1.2格拉布斯判斷法

這種方法是以測試量的正態(tài)分布作為判斷前提，從理論的角度上講，該方法較為嚴(yán)謹(jǐn)，操作過程也比較簡便。該方法的判定原理如下：當(dāng)某個(gè)測量值的殘余誤差的絕對值|vi|>Gg時(shí)，則可判定該值當(dāng)中存在相對較大的誤差，應(yīng)當(dāng)對誤差進(jìn)行剔除。該方法對異常數(shù)據(jù)的判斷過程如下：

按照測量結(jié)果偏離真值的程度（誤差理論），想要對偶然誤差進(jìn)行有效剔除，至少需要進(jìn)行10次以上的測量，為了確保測量精度和響應(yīng)速度，可將15次確定為一個(gè)單位，當(dāng)獲得15次測量數(shù)據(jù)后，其中可能會含有較大的誤差，可以通過分檢的方法，將可疑值剔除掉。當(dāng)測量值xi對應(yīng)的殘差vi滿足下式時(shí)應(yīng)當(dāng)該數(shù)據(jù)舍去：

（3）

在上式當(dāng)中，x表示n次采集到的平均值（∑xi）/n;σ（x）表示測量數(shù)據(jù)組的標(biāo)準(zhǔn)差，可由貝賽爾公式求取;中的n表示測量次數(shù)，表示顯著性水平（可取0.01或0.05）。當(dāng)測量次數(shù)n=15，顯著性水平=0.05時(shí)，則

=2.41。隨后可將15次的采集值存入到同一個(gè)數(shù)組當(dāng)中，求取平均值，對殘差進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而求出σ（x），并將殘差的絕對值與2.41倍的σ（x）進(jìn)行比較，剔除可疑值后再次求取平均值，然后重復(fù)上述步驟驗(yàn)證是否仍有可疑值。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，基本不需要重復(fù)，通常第一遍即可達(dá)到要求。

3.1.3t-檢驗(yàn)法

這是一種假設(shè)檢驗(yàn)的方法，可在測量次數(shù)n<30的條件下使用，通過對隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望進(jìn)行檢驗(yàn)，看是否與某個(gè)已知的值相等。該方法的檢驗(yàn)過程如下：假設(shè)（x₁，x₂，…x_n）為正態(tài)隨機(jī)變量x的樣本，期望Mx與已知值m0相等。按照統(tǒng)計(jì)理論，如果上述假設(shè)成立，則統(tǒng)計(jì)量服從自由度n-1的t-分布。當(dāng)正態(tài)隨機(jī)變量小于樣本時(shí)，可用該方法對數(shù)學(xué)期望進(jìn)行檢驗(yàn)，看是否存在較為顯著的差異，若是有則可將之剔除。

4實(shí)例判定

以下為結(jié)合實(shí)例所判定的異常值判斷準(zhǔn)則：如經(jīng)過某測量得出了如下一系列的測量數(shù)據(jù)：10.002，10.204，0.218，10.228，10.230，10.312，10.320，10.342，10.346，結(jié)合以上方式進(jìn)行判斷并剔除異常值，那么置信概念的可取值可設(shè)定為95%，那么相應(yīng)地。此時(shí)，我們將異常值懷疑為10.346，之后通過計(jì)算可得出這十個(gè)數(shù)的平均值為10.2317，那么對應(yīng)的X₁的平均值則為10.2231，，經(jīng)過綜合計(jì)算，得出10.346為異常值，應(yīng)將其剔除。通過采用四種方法來進(jìn)行判定，其10346為異常值，而G（a，n）與10.002-10.2317非常相近，這在一定程度上說明了應(yīng)用格拉布斯準(zhǔn)則的效果較好。在整個(gè)判定過程中，作為判定異常數(shù)值的基本思想是：先做好某一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，如果這個(gè)統(tǒng)計(jì)量在規(guī)定的范圍之內(nèi)，便可以認(rèn)為是服從止態(tài)分布，否則就認(rèn)為相關(guān)的數(shù)據(jù)并不服從止態(tài)分布，這則說明了其中的數(shù)據(jù)存在一定的誤差。

結(jié)語

綜上所述，在實(shí)際的生產(chǎn)和運(yùn)作過程中，都會通過各類的科學(xué)的手段對生產(chǎn)精準(zhǔn)度予以確定，而后為生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量提供保障，而這一發(fā)展趨勢，為計(jì)量測試的應(yīng)用普遍性奠定了基礎(chǔ)。計(jì)量測試是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，在具體的測試過程中，為提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。在實(shí)際的運(yùn)用過程中，為切實(shí)保障準(zhǔn)側(cè)的景準(zhǔn)確并盡量降低誤判現(xiàn)象的發(fā)生概率，通常情況下可結(jié)合兩種或三種判定準(zhǔn)則進(jìn)行綜合判定，若集中判定方式所得出之結(jié)論均保持一直，則可將之可疑數(shù)據(jù)處理，如此判斷方式方可切實(shí)提升測量的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，格拉布斯判斷法的效果最佳。

參考文獻(xiàn)

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