第一篇：野外地質測量中手持GPS定位的誤差分析(精)

四川測繪第29卷第1期2006年3月11 野外地質測量中手持GPS定位的誤差分析

劉少杰 宋在超 劉剛(中國地質大學,湖北武漢,430074)[摘 要]GPS在工程測量、導航定位等應用中所具有的優越性和方便性使其應用越來越廣泛。在野外地質測量中小巧方便的手持GPS機能夠起到輔助定點和導航的重要作用,是新時期實現現代化數字地質調查的基礎設備之一。但由于野外地形、樹木等多路徑環境因素的影響,其測量精度和應用受到限制。針對手持機的特點,通過實際測點分類統計分析各方面因素對誤差產生的影響程度,進而得出修正方案,提高測量精度和實用性。

[關鍵詞]地質測量;GPS定位;誤差分析;地形因素;數字地質調查;GeoSurvey系統[中圖分類號]P22814 [文獻標識碼]B [文章編號]1001-8379(2006)01-0011-04 ErrorAnalysisofHandheldGPSPositioninginFieldGeologicalSurvey LIUShao-jie SONGZai-chao LIUGang(ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)Abstract:GPSiswidelyusedmoreandmoreinprojectmeasure,navigationorientation,andsoon.Italsoplayanimportantroleinfieldworkofgeologicalmeasure.TherearekindsoferrorslimitingtheprecisionofhandheldGPSinfield.Basedonstatisticsmethod,wecananalyzetheinfluenceofdifferentaspectssuchasterrain,vegetationandtime,ofpointmeasureinfieldpractice.Andthen,wetrytofindamodifiedschemetoimprovetheprecisionofGPS.Keywords:geologicalsurvey;GPSpositioning;erroranalysis;terrainfactor;digitalgeologicalsurvey;GeoSurvey 1 引言

GPS的英文全稱是NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem。含義就是利用導航衛星進行測時和測距,在海、陸、空進行全方位實 時三維導航與定位,構成全球定位系統[1]。

各種類型的GPS接收機體積越來越小,重量越來越輕,也出現了基于藍牙無線傳輸的便攜式GPS,便于野外攜帶和觀測[2]。在利用GPS進行定位時,會受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可分為以下幾大類:GPS衛星有關的因素(衛星星歷誤差、衛星鐘差等);與傳播途徑有關的因素(電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應等);與接收機有關的因素(接收機天線相位中心偏差、接收機精度等);數據分析的軟硬件誤差等。本文探討和分析在野外地質調查工作中GPS手持機誤差產生的主要來源和具體類型,提出提高其定位精度的方法。[4][5][6][9]

若干個樣點的坐標,并利用微地形法則將其實際位置標注在地形圖手圖上,回到室內進行計算和統計分析。實測數據記錄項目包括每個點的GPS坐標、地形、高程以及定點時的天氣和時間。同時記錄該點較其他點的特殊因素(比如某一點的植被較好)。實際操作時,利用中國地質大學資源學院開發的計算機輔助地質調查系統GeoSurvey(圖1),對比計算實際點與GPS所定的點的距離誤差以及方位角誤差,然后分別得出各種地形、高程、天氣等因素對GPS定位誤差影響。以下是本次試驗流程:數據獲取y數據轉錄y統計比較y分析原因y提出校正模型。2 試驗方案設計

本次試驗所用的手持GPS是美國麥哲倫公司(Magellan)于1999年推出的GPS315手持式儀器。其大小如同手機,重量約200克,定點經緯度顯示精確到秒級。為了分析不同因素對GPS誤差產生的 ，圖1 GeoSurvey系統的操作界面

12四川測繪第29卷第1期2006年3月 數據分析

按照上述方案,筆者在典型的北京周口店地區對多個樣點進行對比研究,從實際出發,針對手持 點號

NO11NO12NO13NO14NO15NO16 坐標

39b41c30dN,115b56c35dE39b41c35dN,39b41c41dE39b41c26dN,115b56c19dE39b41c32dN,115b56c13dE39b41c34dN,115b56c15dE39b41c35dN,115b56c21dE 高程(m)***112148 型GPS的定位誤差進行分析。實際取得100余個點位的數據,具體如表1所示。通過對試驗區樣本與手圖實際值的對比計算, 地形溝谷山腰,平地陡崖下山腰高地山脊 時間16:4017:0015:3815:189:1810:02 天氣陰陰陰陰晴晴 植被較好備注

表1 野外原始數據點的記錄示例

路徑效應。由于接收機周圍環境的影響,使得接收機所接收到的衛星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響,甚至接受機無法捕獲衛星或接收不到衛星的信號,使定位精度大大降低。在城市或在野外使用GPS時,接收機有時僅僅能接收到2-4顆衛星信號(6-8顆衛星時才能做到精確定位),而且時間短促,加之手持型接收機的

定位精度一般也就在20-30m左右(排除以上因素),這樣誤差達到50米甚至近百米也就不足為奇。在地形因素中,還有一個非常重要的問題)))水。水面對電磁波有 圖2 極坐標系內GPS定點相對 于實際點的漂移投影散點圖

很強的反射能力,因此在湖面湖邊等處,GPS定位的精度也大打折扣。對于多路徑效應,目前在手持機方面還沒有很成熟的方法加以克服。

可以使用數據的離散程度來衡量在該種地形地貌下誤差的大小,使用統計學中的AVEDEV函數來計算某地形下數據絕對偏差的平均值。

AVEDEV:result= 在極坐標系(以距離誤差為極半徑,以方位誤差為極角)內繪出GPS定點相對于實際點的飄移投影散點圖(圖2)。可以看出GPS點相對于實際點的漂移并非雜亂無章。統計結果顯示7212%的漂移的距離誤差集中在0)80米范圍內,7210%的方位誤差集中在0)90b范圍內。誤差的這種分布規律可以認為是在影響GPS定位精度的眾多因素中有一個指導性因素的指示。地形的影響主要是引起信號傳播過程中產生多

E x-x/n x:數據平均值,n:樣本數。

表2即反映了各地形因素下的偏差平均值。換句話說,在地形因素影響下,偏差平均值越大,數據越混亂,在這種地形下的GPS誤差也就越大。表2 地形因素下的偏差平均值

四川測繪第29卷第1期2006年3月

(續表2)誤差影響 地形類型

距離誤差影響的范圍(m)均值(m)距離誤差影響的平均偏差 山脊山腳山坡山腰

2512)67174513)1461330)75122313-10410 ***39164

121

4435***96 13 方位誤差影響的平均偏差 261

***1775 圖3和圖4分別是不同地形因素下距離誤差和方位誤差的分布。從上面圖表可以非常直觀地看出在各個不同地形下誤差的大小(注意:對于方位誤差,筆者在進行統計時所用的是360b角形式,這不是一種有效的分析地形因素下角度誤差的方位表示值,所以超過180b的角進行圖4的統計時使用的是其與180b的差值。所以不能單從角度的大小來衡量方位誤差的大小)。

度、緯度、高度;若只能收到3顆衛星的信號,它

只能計算出2維坐標:經度和緯度,而且這時經度、緯度也不是一個很準確的值。這時它可能還會顯示高度數據,但這數據是無效的。在野外定點時,不推薦使用手持GPS進行高程測量。

從理論上講時間對GPS野外測量誤差沒有影響,實踐中GPS定位的距離誤差不受使用時間影響,而方位誤差則在時間因素上成不規律的波動。4 小結

手持型GPS從野外應用來看,具有方便攜帶、定位速度快等優點,但是精度不高,且誤差易受外界條件干擾。從上面對各因素對距離誤差和方位角誤差的影響分析可以看出,外界因素中對GPS測量

圖3 不同地形因素下距離誤差平均值

誤差的影響最大的是地形因素(也就是多路徑效應),其他因素雖對GPS測量誤差也有影響,但不及地形對其影響大。同時,GPS本身的定位精度也制約著其精度的提高,如GPS315,定位精度到秒級,接收機本身有可能產生15)20m的誤差。

同時,計算機輔助填圖(GeoSurvey)系統是利用投影轉換將GPS所測量的經緯度坐標,投影到地圖平面的大地坐標的相應位置上,而GPS使用 圖4 不同地形因素下角度誤差平均值

WGS84世界坐標體系[7],若不經坐標轉換直接輸入數據存在一定的誤差,但誤差在比較小(1-3m)的范圍內。實際誤差的計算需要通過相應的功能軟件來實現,本文不再展開討論。

衛星在運動過程中不停地發送信號,接收機接到信號后也在不停地運算,所以將手持機放在空曠的地方不動,定點后,其坐標數據仍會波動,并且高程的波動值要比經緯度波動值大。實際定位操作中,GPS開機后不宜立即讀數,應按GPS手持姿態要求運行幾分鐘后再讀數。

從以上的分析不難得出,在野外使用手持型GPS時,山腰、山脊、山頂、無山平坦處等地形下,GPS所受的影響相對較小。而在陡崖、溝谷等地GPS所受的影響較大。陡崖處的接收機定位誤差很大,又無規律可尋,可以考慮使用GPS相對定位代替絕對定位,至于在山腰等處的定位點可以加上修正模型加以更正。

此外,高程、時間不是影響誤差的關鍵因素。在地表范圍內甚至不能單純的說高程是影響GPS定位精度的因素。有個問題必須指出,手持型GPS高程定位能力是比較差的,GPS能夠收到4顆及以上衛星的信號時,它能計算出本地的3維坐標:經 5 修正方案探討

從前面對試驗區數據的分析中可以對數據給出簡單的修正方案,修正方案根據誤差類型可以分兩,2, 14四川測繪第29卷第1期2006年3月參考文獻 [1] 高成發.GPS測量[M].北京:人民交通出版社，2000.[2] 楊德麟,等.大比例尺數字測圖的原理、方法與應用 [M].北京:清華大學出版社,2001.[3] 胡家華,陳清禮.GPS定位精度的影響因素及差分定

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重新設定原點。按照以一定半徑的圓內落入的點數目最多為原則。經過嘗試,選定(36m,50b)為新的原點,也就是說要對GPS點進行向50b方向偏移36m的修正,修正的數據如表3所示。

表3 原始距離誤差與修正后的距離誤差對照表距離誤差 誤差范圍<30m30)50m50)100m>100m 所占百分比2513%2411%3713%1313% 修正后的距離誤差誤差范圍<30m30m)50m50m)100m>100m 所占百分比5017%1710%2513%617% 可以看出,經過修正以后,GPS的數據精度大大增加。再考慮地形因素,尤其對于山頂、山脊、山腰等地形下的數據精度非常適用,可以考慮作為開闊地區進行GPS手持接收機測量的一條具有參考價值的修正方法。

第二種方案是利用計算機輔助區域調查系統提供的相對定位方式來消除隨機誤差,即利用未知點在已知點的相對方位來定點。并且在運用這種相對定位方式時,同一類地形條件之間相對定位更為有效。本文提出的方法對于不同型號的GPS都是適用的。

(上接第16頁)總結

本文從遙感圖像監督分類的角度探討了最大似然分類和最小距離法聯合的分類器分類技術,該技術能有效提高分類準確率。對于其它分類器如K最近鄰法(KNN)、子空間分類法、地統計學分類法、概率松弛法以及非監督分類方法還沒有顧及,這將是今后需要進一步探討的問題。參考文獻

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最小距離分類器[J].計算機應用,2005,-9941(5):992 [收稿日期]2005-09-28

第二篇：gps系統的誤差來源分析

gps系統的誤差來源分析

關鍵字：gps 接收機 相位 誤差 定位 衛星 位置 影響 信號 天線

摘 要：GPS 系統的定位誤差直接影響著GPS定位精度，按其產生的來源、性質及對系統的影響等進行了介紹和初步分析,提出了相應的措施以便消除或削弱它們對測量結果的影響。

關鍵詞：GPS誤差 精度 衛星星歷 電離層 對流層

一、GPS 定位技術

GPS 全球衛星定位系統是美國國防部為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設施進行高精度導航和定位的要求而建立的。該系統具有全球性、全天候、連續性等三維導航和定位能力,并具有良好的抗干擾性和保密性。它已成為美國導航技術現代化的最重要標志,并被視為20 世紀美國繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的又一重大科技成就。在航空、航天、軍事、交通、運輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的領域中,它都被作為一項非常重要的技術手段，用于導航、定時、定位和進行大氣物理研究等。GPS 的主要特點有：

（1）全球覆蓋連續導航定位:由于GPS 有24 顆衛星,且分布合理,軌道高達20200km,所以在地球上和近地空間任何一點,均可連續同步地觀測4顆以上衛星,實現全球、全天候連續導航定位。

（2）高精度三維定位: GPS 能連續地為各類用戶提供三維位置、三維速度和精確時間信息。GPS提供的測量信息多,既可通過偽碼測定偽距,又可測定載波多普勒頻移、載波相位。

（3）抗干擾性能好、保密性強;GPS 采用數字通訊的特殊編碼技術,即偽噪聲碼技術,因而具有良好的抗干擾性和保密性。

二、GPS 定位的誤差來源分析

GPS 測量是通過地面接收設備接收衛星傳送來的信息，計算同一時刻地面接收設備到多顆衛星之間的偽距離，采用空間距離后方交會方法，來確定地面點的三維坐標。因此，對于GPS衛星、衛星信號傳播過程和地面接收設備都會對GPS 測量產生誤差。主要誤差來源可分為:與GPS衛星有關的誤差;與信號傳播有關的誤差;與接收設備有關的誤差。

1．與衛星有關的誤差

（1）衛星星歷誤差

衛星星歷誤差是指衛星星歷給出的衛星空間位置與衛星實際位置間的偏差,由于衛星空間位置是由地面監控系統根據衛星測軌結果計算求得的,所以又稱為衛星軌道誤差。它是一種起始數據誤差,其大小取決于衛星跟蹤站的數量及空間分布、觀測值的數量及精度、軌道計算時所用的軌道模型及定軌軟件的完善程度等。星歷誤差是GPS 測量的重要誤差來源.（2）衛星鐘差

衛星鐘差是指GPS衛星時鐘與GPS標準時間的差別。為了保證時鐘的精度，GPS衛星均采用高精度的原子鐘，但它們與GPS標準時之間的偏差和漂移和漂移總量仍在1ms～0.1ms以內，由此引起的等效誤差將達到300km～30km。這是一個系統誤差必須加于修正。

（3）SA干擾誤差

SA誤差是美國軍方為了限制非特許用戶利用GPS進行高精度點定位而采用的降低系統精度的政策，簡稱SA政策，它包括降低廣播星歷精度的ε技術和在衛星基本頻率上附加一隨機抖動的δ技術。實施SA技術后，SA誤差已經成為影響GPS定位誤差的最主要因素。雖然美國在2000年5月1日取消了SA，但是戰時或必要時，美國可能恢復或采用類似的干擾技術。

（4）相對論效應的影響

這是由于衛星鐘和接收機所處的狀態(運動速度和重力位)不同引起的衛星鐘和接收機鐘之間的相對誤差。

2．與傳播途徑有關的誤差

（1）電離層折射

在地球上空距地面50～100 km 之間的電離層中,氣體分子受到太陽等天體各種射線輻射產生強烈電離,形成大量的自由電子和正離子。當GPS 信號通過電離層時,與其他電磁波一樣,信號的路徑要發生彎曲,傳播速度也會發生變化,從而使測量的距離發生偏差,這種影響稱為電離層折射。對于電離層折射可用3 種方法來減弱它的影響: ①利用雙頻觀測值,利用不同頻率的觀測值組合來對電離層的延尺進行改正。②利用電離層模型加以改正。③利用同步觀測值求差,這種方法對于短基線的效果尤為明顯。

（2）對流層折射

對流層的高度為40km 以下的大氣底層,其大氣密度比電離層更大,大氣狀態也更復雜。對流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能,其溫度隨高度的增加而降低。GPS 信號通過對流層時,也使傳播的路徑發生彎曲,從而使測量距離產生偏差,這種現象稱為對流層折射。減弱對流層折射的影響主要有3 種措施: ①采用對流層模型加以改正,其氣象參數在測站直接測定。②引入描述對流層影響的附加待估參數,在數據處理中一并求得。③利用同步觀測量求差。

（3）多路徑效應

測站周圍的反射物所反射的衛星信號(反射波)進入接收機天線,將和直接來自衛星的信號(直接波)產生干涉,從而使觀測值偏離,產生所謂的“多路徑誤差”。這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應被稱作多路徑效應。減弱多路徑誤差的方法主要有: ①選擇合適的站址。測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中,應離開高層建筑物。②選擇較好的接收機天線,在天線中設置徑板,抑制極化特性不同的反射信號。

3．與GPS 接收機有關的誤差

（1）接收機鐘差

GPS 接收機一般采用高精度的石英鐘,接收機的鐘面時與GPS 標準時之間的差異稱為接收機鐘差。把每個觀測時刻的接收機鐘差當作一個獨立的未知數,并認為各觀測時刻的接收機鐘差間是相關的,在數據處理中與觀測站的位置參數一并求解，可減弱接收機鐘差的影響。

（2）接收機的位置誤差

接收機天線相位中心相對測站標石中心位置的誤差,叫接收機位置誤差。其中包括天線置平和對中誤差,量取天線高誤差。在精密定位時,要仔細操作,來盡量減少這種誤差影響。在變形監測中,應采用有強制對中裝置的觀測墩。相位中心隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化,這種差別叫天線相位中心的位置偏差。這種偏差的影響可達數毫米至厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線設計中的一個重要問題。在實際工作中若使用同一類天線,在相距不遠的兩個或多個測站同步觀測同一組衛星,可通過觀測值求差來減弱相位偏移的影響。但這時各測站的天線均應按天線附有的方位標進行定向,使之根據羅盤指向磁北極。

（3）接收機天線相位中心偏差

在GPS 測量時,觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準的,而天線的相位中心與其幾何中心,在理論上應保持一致。但是觀測時天線的相位中心隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化,這種差別叫天線相位中心的位置偏差。這種偏差的影響可達數毫米至厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線設計中的一個重要問題。

三、GPS的最新發展與改進

面對導航市場的迅速發展和強大的競爭壓力，美國政府不得不作出反映，計劃在未來10年內對GPS做一系列的調整和改進。對GPS的改進將對GPS系統的3個部分進行，其中對星座部分的改進最大。

1．GPS星座的改進

(1)改善星座的分布(2)增強衛星的自主導航能力(3)取消SA政策(4)增加民用頻率(5)頻率復用(6)增強衛星發射信號的功率

2．地面監控部分的改進

衛星位置的精度直接影響到用戶的定位精度，而地面監控站的數量和分布部分地決定了GPS衛星定軌的質量。目前GPS共有5個監控站，衛星位置的精度為1m～2m。美國軍方正計劃將國家制圖局（NIMA）的7個GPS監控站納入目前的控制網，使將來的監控站的分布更加均勻、密度更大，為了計算衛星的位置提供更多的、更及時的高質量觀測數據。預計在未來10年，衛星星歷的精度將達到亞米級，甚至達到厘米級，同時，向衛星上傳數據的頻率也將更高。

3．用戶接受部分的改進

由于用戶的用途不同，用戶接受機的改進也是多樣化的。接收機的硬件部分正朝多樣化、小型化、模塊化、集成化、操作簡單等方向發展，例如出現了一些新的接收機可根據用戶的需求用軟件設定單頻GPS、雙頻GPS等模式。接收機的面板上只有

一、兩個按鈕和若干個顯示燈組成，可完成接收機的基本操作。GPS的數據解算軟件將基于數據庫，朝著圖形化、智能化等方向發展。這些發展的最終的目的是讓一般用戶更方便的使用GPS。

參考文獻

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第三篇：GPS手持機測量 南方手持簡易野外操作步驟

簡易野外操作步驟

首先將手機卡正確的裝入手持GPS的卡槽里。

第一步打開軟件

開機（長按PWR鍵3-5秒等右下角指示燈閃了即可放開）

開機后按屏幕左下角的windows圖標進入主菜單界面，下拉菜單欄找到GIS數據采集軟件，單擊進入軟件界面。

第二步新建文件

管理→工程→新建文件

選擇手動命名，文件命按自己需求建立或按日期建立，輸入好文件命后直接點創建即可。

第三步CORS連接

管理→GPS→外部源連接（或直接點擊屏幕上方的地球圖標進入）

查看外部源連接是否正常（正常情況是接收欄中數據不停增加，狀態欄中顯示連接成功）如果有異常點停止再點開始。

第四步采集數據

采集前將平面坐標顯示到屏幕下方，直接點擊屏幕下方的經緯度選擇北坐標或東坐標（這樣方便坐標的查看）。并且把差分改為水平殘差即HRMS（數字越小測量效果越好740W一般在2-3時即可采集數據，750G2一般在1-1.5時即可采集，周圍環境不是很好時該數值可適當提高。該數值是衡量測量數據的效果不是衡量數據的精度）。

上述步驟都設置好后到指定點進行數據采集，采集時查看是不是差分狀態，當GPS欄顯示差分狀態即可采集。點擊屏幕右上方的加號鍵，或直接按ENT快捷鍵進入采集界面。進去采集界面設置下采集設置。點停止再點擊采集設置在采集條件這一欄將限制條件修改下，一般限制PDOP改為15，限制HRMS改為10，限制VRMS改為15.點確定進入采集界面這樣采集的時候就不需等太長時間。采集狀態中顯示采集完成后點確定進去名稱編寫界面，編寫好采集點的點名后點確定，該點就采集完成。

第五步數據導出

作業→輸出→數據文件

在數據文件中選擇當天建的文件，然后在GIS格式中選擇DXF格式，點擊導出到本地磁盤，選擇好路徑點確定即可。然后將導出的數據通過TF卡將數據拷到電腦上。或者直接用USB連接電腦。（用USB連接電腦需要在電腦上安裝下同步軟件）。

坐標系統和參數以及CORS的帳號設置供應商都會幫助設置好。這樣就方便貴公

司的外業工作。

如要詳細了解及研究請參考產品及軟件說明書。

第四篇：測量密度實驗中的誤差分析

測量密度實驗中的誤差分析

在初中物理學習中，“密度”這一知識點既是重點也是難點，在社會生活及現代科學技術中密度知識的應用也十分普遍，對未知物質密度的測定具有十分重要的現實意義，特別是為物理的探究式教學，自主參與式學習提供了很好的素材，值得我們認真地探索和挖掘。

在“測量物質密度”的實驗教學過程中初中物理只要求學生掌握測量固體和液體密度的方法，下面就從誤差的分類和來源兩各方面來分析常見的幾種實驗方法中的誤差產生原因和減小誤差的方法。

一、誤差及其種類和產生原因：

每一個物理量都是客觀存在，在一定的條件下具有不依人的意志為轉移的客觀大小，人們將它稱為該物理量的真值。進行測量是想要獲得待測量的真值。然而測量要依據一定的理論或方法，使用一定的儀器，在一定的環境中，由具體的人進行。由于實驗理論上存在著近似性，方法上難以很完善，實驗儀器靈敏度和分辨能力有局限性，周圍環境不穩定等因素的影響，待測量的真值 是不可能準確測得的，測量結果和被測量真值之間總會存在或多或少的偏差，這種偏差就叫做測量值的誤差。

測量誤差主要分為兩大類：系統誤差、隨機誤差。

（一）系統誤差產生的原因：

1、測量儀器靈敏度和分辨能力較低；

2、實驗原理和方法不完善等。

（二）隨機誤差產生的原因：

1、環境因素的影響；

2、實驗者自身條件等。

二、減小誤差的方法

1、選用精密的測量儀器；

2、完善實驗原理和方法；

3、多次測量取平均值。

三、測量固體密度

（一）測量規則固體的密度： 原理：ρ=m/V

實驗器材：天平（帶砝碼）、刻度尺、圓柱體鋁塊。實驗步驟：

1、用天平測出圓柱體鋁塊的質量m；

2、根據固體的形狀測出相關長度（橫截面圓的直徑：D、高：h），由相應公式（V=Sh=πDh/4）計算出體積V。

3、根據公式ρ=m/V計算出鋁塊密度。誤差分析：

1、產生原因：（1）測量儀器天平和刻度尺的選取不夠精確；

（2）實驗方法不完善；

（3）環境溫度和濕度因素的影響；

（4）測量長度時估讀和測量方法環節；

（5）計算時常數“π”的取值等。

2、減小誤差的方法：（1）選用分度值較小的天平和刻度尺進行測量；

（2）如果可以選擇其他測量工具，則在測量體積時可以選 擇量筒來測量體積。

（3）測量體積時應當考慮環境溫度和濕度等因素，如“熱

脹冷縮”對不同材料的體積影響。

（4）對于同一長度的測量，要選擇正確的測量方法，讀數

時要估讀到分度值的下一位，且要多測量幾次求平均 值。

（5）常數“π”的取值要盡量準確等。

（二）測量不規則固體的密度： 原理：ρ=m/V

實驗器材：天平（帶砝碼）、量筒、小石塊、水、細線。實驗步驟：

1、用天平測出小石塊的質量m；

2、在量筒中倒入適量的水，測出水的體積內V1；

3、用細線系住小石塊，使小石塊全部浸入水中，測出總體積V2；

4、根據公式計算出固體密度。ρ=m/V=m/(V2-V1)誤差分析：

1、產生原因：（1）測量儀器天平和量筒的選取不夠精確；

（2）實驗方法、步驟不完善；

（3）環境溫度和濕度等因素的影響；

2、減小誤差的方法：（1）選用分度值較小的天平和刻度尺進行測量；

（2）測量小石塊的質量和體積的順序不能顛倒；

（3）選擇較細的細線；

（4）測量體積時應當考慮環境溫度和濕度等因素，如“水的蒸發”等因素對的體積影響。

（5）測量質量和體積時，要多測量幾次求平均值。誤差分析：

1、產生原因：（1）測量儀器天平的選取不夠精確；

（2）實驗方法、步驟不完善；

（3）環境溫度和濕度等因素的影響。

2、減小誤差的方法：（1）選用分度值較小的天平進行測量；

（2）測量小石塊的質量和體積的順序不顛倒；

（3）選擇較細的細線；

（4）測量體積時應當考慮環境溫度和濕度等因素，如“水的蒸發”等因素對的體積影響、“水質（選用純凈水）” 因素對水的密度的影響等。

（5）測量質量時，要多測量幾次求平均值。

四、測量液體密度

原理：ρ=m/V 方法一：

實驗器材：天平、量筒、燒杯、水、鹽。實驗步驟：

1、用天平測出空燒杯的質量m1；

2、在燒杯中倒入適量的水，調制出待測量的鹽水，用用天平測出燒 杯和鹽水的總質量m2；

3、將燒杯中的鹽水全部導入量筒中測出鹽水的體積V；

4、根據公式ρ=m/V=(m2-m1)/V計算出固體密度。誤差分析：

1、產生原因：（1）測量儀器天平和量筒的選取不夠精確；

（2）實驗方法、步驟不完善；

（3）環境溫度和濕度因素的影響；

2、減小誤差的方法：（1）選用分度值較小的天平和量筒進行測量；（2）盡量將燒杯中的水倒入量筒中；

（3）測量體積時應當考慮環境溫度和濕度等因素，如“水的蒸發”等因素對的體積影響。

（4）測量質量和體積時，要多測量幾次求平均值。

說明：該試驗方法中因為無法將燒杯中的水全部倒入量筒中，在燒杯內壁上或多或少會殘留一些水，還有不好控制水的多少，所以實驗誤差較大，建議一般不選擇此方法測量液體密度。

方法二：

實驗器材：天平、量筒、燒杯、水、鹽。

實驗步驟：

1、在燒杯中倒入適量的水，調制出待測量的鹽水，用天平測出燒杯

和鹽水的總質量

；

；

2、將適量的鹽水倒入量筒中，測出量筒中的鹽水的體積

3、用天平測出剩余的鹽水和燒杯的總質量

；

4、根據公式ρ=m/V=(m2-m1)/V計算出鹽水的密度。誤差分析：

1、產生原因：（1）測量儀器天平和量筒的選取不夠精確；（2）環境溫度和濕度因素的影響；

2、減小誤差的方法：（1）選用分度值較小的天平和量筒進行測量；

（2）測量體積時應當考慮環境溫度和濕度等因素，如“水的蒸發”等因素對的體積影響；

（3）測量質量和體積時，要多測量幾次求平均值。

以上就是初中階段測量固體和液體密度的一些常用方法，以及這些實驗中產生誤差的原因和如何減小誤差的方法提出一些自己的意見。當然，初中階段不要求學生對誤差進行深入的分析和處理，但也要求學生能找出簡單的誤差原因，在教學過程教師應該對每個實驗中對產生誤差的原因進行分析，根據其原因提出如何來減小這些誤差的方法，從而培養學生的實驗設計、實驗操作、實驗數據和結果的處理和分析能力，提高學生自身的綜合素質。

第五篇：淺談煤質檢驗中的誤差分析及解決措施專題

淺談煤質檢驗中的誤差分析及解決措施

張小芳

大唐國際錫林浩特礦業公司生產技術部

【內容摘要】淺談煤質檢驗過程中在煤樣采取、制備、分析化驗過程中誤差產生的主要原因及減小誤差的措施 【關鍵字】煤質；檢驗：誤差；措施

在煤質檢驗工作中, 采制樣和實驗室檢驗工作是兩項十分重要的內容。根據煤種的不同, 需要檢驗人員采取不同的采樣方法和檢驗手段才能得到準確無誤的檢驗數據。煤質檢驗結果是評定煤炭質量及其工業利用價值，真實反映煤的組成和特性，充分合理地利用各種煤炭資源，使其發揮最大的經濟效益和社會效益的重要依據。在煤樣采、制、化的整個過程中，由于煤的不均勻性，可能會造成各個工作環節或多或少地產生各種偏差。誤差包括隨機誤差與系統誤差，誤差的產生是不可避免的，這就要求我們在工作過程中，提高采、制、化工作質量，采取相應措施來減小誤差。

一、煤樣的采取

采樣是整個工作過程的第一步，也是產生誤差最大的一個環節，采樣引起的誤差占整個誤差的80%，在檢查煤炭質量過程中，采樣是關鍵的一環。

1、采樣的最大誤差

（1）在采樣過程中，在不具代表性的部位采樣，沒有遵循均勻布點，使每部分 煤都有機會被采出的原則。如在礦場煤堆采樣，只在煤堆底部采樣。

（2）采樣單元不符合要求。如精煤應按品種、分用戶以1000t（±100t）為一采 樣單元。

（3）子樣數目和質量不符合要求。如在煤流、火車、汽車、船舶、煤堆未按照 規定采取相應子樣，并根據煤粒度確定每個子樣的質量。

2、煤樣采取誤差解決措施

化驗室技術檢查的一些統計資料指出，采樣、制樣和化驗三者對試樣的代表性都有影響，但采樣比制樣、化驗的影響要大得多，且不容易控制。主要是由于煤炭是粒度和組分都極不均一的混合物，而且一批煤的數量往往又比較大。為了保證從中抽取的少量煤樣盡可能地接近全部煤的平均質量，試樣具有代表性，減小采樣偏差，必須嚴格按照GB482 煤層煤樣采取方法、GB481 生產煤樣采取方法、GB475 商品煤樣采取方法認真布點, 運用數理統計原理確定所采子樣個數、子樣質量，確保總樣具有代表性,同時所采煤樣的礦別、種類、日期、編號必須標識清楚。有條件的應盡可能上新設備，使用機械化和自動化采樣。并至少半年核對一次采樣精密度。

二、煤樣制備

由于采樣量與化驗所要求煤樣數量有較大差異，通過煤樣制備程序，制成符合化驗要求的煤樣，縮制后的少量煤樣應在物、化性質和工藝特性上基本接近所采煤樣，并能代表原始煤樣的性質。

1、煤樣制備產生誤差的原因

（1）破碎：在破碎中采用手工破碎或多次破碎都可能因粒度未達要求引起誤差, 使用不符合標準的篩子篩分引起誤差。

（2）混合：人工混合時，可能因摻合不均勻引起誤差。

（3）縮分：縮分中可能因保留和棄去部分太多太少引起誤差。（4）干燥：煤樣干燥時因溫度過高引起誤差。

（5）煤樣制備中因樣品標簽錯號丟失、相互混雜污染引起較大誤差。

2、煤樣制備誤差解決措施

（1）收到煤樣后，應按來樣標簽逐項核對，并應將煤種、品種、粒度、采樣地 點、包裝情況、煤樣質量、收樣和制備時間等項詳細登記在冊，并進行編號。認 真編寫煤樣標簽，寫明化驗編號、來樣編號、收樣日期、制樣日期、要求分析項 目，必要時要標明樣品粒度和質量。

（2）在制樣前，應先根據GB474 和相關測試方法標準檢查制樣設備和各種樣篩 確認其規格和性能符合要求。

（3）制樣操作應嚴格按照制樣標準進行，盡量做到一次破碎到所需粒度，避免 多次破碎。

（4）縮分時盡量采用二分器縮分，如果采用堆錐四分法、棋盤縮分法縮分，一 定把樣品充分混勻，且縮分樣品的粒度和縮分后保留樣品的質量符合GB474 規定。

（5）收到樣品后應盡快加工制備（低變質煤在放置時易發生氧化變質），須預 干燥時，干燥溫度不能超過50℃，以免引起煤樣發生變質。

（6）在樣品加工的全過程中，樣品對其對應的標簽要始終相隨, 不錯位、不錯 號、不發生標簽丟失。加工不同樣品時，先清洗制樣工具設備，防止樣品相互污 染、混雜。制樣人員在制備煤樣的過程中，應穿專用鞋，以免污染煤樣。

（7）對工藝特性測試項目用樣的加工，嚴格規定的樣品制備方法制樣，使樣品 粒度組成和質量符合標準規定。

（8）每季檢查一次分析煤樣的制樣精密度。

三、分析化驗

煤質分析是整個采、制、化系統工作的最后一道環節，分析結果的正確與否，是以對同一試樣進行兩次重復測定，兩次重復測定結果的差值（重復性限與再現性臨界差）不得超過國家標準規定的數值進行判定。

1、分析化驗結果誤差產生原因：

（1）方法選擇：煤的所有測試項目均采用現行有關國家標準，有時也采用其它替代方法進行測定。各種方法的適用范圍不同，如快速灰化法適于例行分析，緩慢灰化法適于仲裁分析，同一試樣測定方法不同會導致結果的偏差。

（2）儀器設備試劑：主要是由于儀器設備本身不夠精密、試劑不合格造成誤差。如容量瓶等未經校正，分析天平放置不水平，高溫爐恒溫區不穩定，標準溶液未標定等。

（3）分析化驗：分析人員責任心不強，質量意識淡薄；業務操作技能不熟，分析知識不全面，未按標準進行操作等均會造成誤差。

2、化驗結果誤差解決措施

（1）選擇新的方法

采用新方法測定要經過對比驗證實驗，證實其精密度和準確度滿足參數要求；在能確保測試質量的前提下，也可使用原理先進、測值準確、速度快、效率高的新儀器。

（2）儀器設備和試劑

①樣品測試前應對儀器性能參數進行檢查，使儀器設備處于最佳有效工作狀態。

對實驗條件的控制應符合國家標準方法規定。用于成分分析的通用分析儀器應 保證其靈敏度、精密度和準確度滿足測試方法的要求，定期進行計量檢定、校驗 和自校，使其性能指標穩定、可靠。對高溫加熱設備，定期校驗熱電偶和毫伏溫 度表，檢查測定恒溫區。

②不定期檢查實驗用水、試劑及標準溶液的配制、標定與比對。

③加強儀器設備管理，做好儀器檢定、維護工作。給每個儀器設備單獨建立檔案，記錄儀器設備進貨和投入使用日期；出現故障后，及時查找原因和主要責任及維 修方法，并記錄。定期對儀器儀表進行維護和保養，并定期用標準煤樣進行校驗，以避免儀器設備帶來的系統誤差。還應進行不定期抽查，以確保功能正常、性能 完好、精密度與準確度滿足檢測工作的要求。

④建立健全操作規程和考核制度，在每日化驗開始之前，對所使用的儀器儀表、電熱設備和動力機械進行詳細檢查，若不符合要求，必須停機查明原因，只有全 部符合測試實驗條件后方能進行分析工作。化驗室除對所有儀器、設備按規定周 期進行計量檢定外，還應進行不定期抽查，以確保功能正常、性能完好、精密度 與準確度滿足檢測工作的要求。（3）分析化驗

①加強化驗員的培訓和素質培養。

在崗的采、制、化人員都必須取得上崗合格證書，并具有一定的專業知識、基礎理論和熟練的操作技巧；對測試方法原理、步驟和應注意的事項有正確的理解；懂得所用儀器設備的原理，會使用、調試、校正、維護保養；對分析所用試劑、溶液會配制、標定；對工作過程中出現的問題和現象能及時判斷與處理。對化驗員應嚴格要求與考核，使化驗員們時刻保持高度的責任心，養成良好、科學的工作作風，細心操作，避免因疏忽大意、錯誤操作、看錯、記錯造成的過失誤差。

②加強化驗員的工作質量控制。

不定期檢查儀器設備使用前的調試、校準登記情況。檢查是否嚴格按測試標準進行操作。檢查有無樣品處理、測試、測值記錄及異常現象的判斷與處理記錄。經常進行樣品空白測值的比較，每當發現有較大波動時，應分析原因，并及時研究解決。檢查測試原始記錄，記錄的格式是否規范，內容是否齊全，數據是否真實、準確，不帶主觀判斷的成分，要保證原始性，不得隨意更改。檢查結果計算，并核查、評估和校對等。③加強化驗結果質量控制。

在日常分析過程中，對測試結果有疑問的煤樣，要求必須重新稱量，重新試驗，直到確認。對于一些無法控制的隨機誤差，比如:煤樣質量的不均勻、溫度、壓力的變化等造成的，要求化驗員對一個測試數據進行仔細、重復地多次測量，以使隨機誤差在平均值中互相抵消；對收到的煤樣嚴格登記、編號和入庫保存，樣品存放環境應絕對保證不影響樣品性能的改變，一般煤樣保存3 個月, 實現整齊有序分日期進行規范擺放，以便于查找。

每天的煤質報告，化驗員及時匯報部門,同時每天的煤質分析結果執行化驗員、技術員、部門主任三級審核。即化驗員首先進行數據校核，技術員進行審核，部門主任進行審核后批準上報，確保數據的準確性，作到質級相符、質價相符。建立質量信息庫，實現質量控制、管理控制計算機化。為了確保化驗數據準確可靠，嚴格執行持證上崗制度，每天召開化驗室工作例會，分析煤質化驗的全過程，并結合用戶對煤質信息的反饋，及時進行化驗樣本對標工作，采取同一樣本化驗指標分析，驗證其重復性、再現性是否在誤差范圍內，從而提高檢驗要求標準，避免檢驗失誤，確保煤質監督檢測水平的穩定和提高。

【參考文獻】

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