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GB∕T 27419-2018

基本信息

标准号: GB∕T 27419-2018

中文名称:测量不确定度评定和表示 补充文件1:基于蒙特卡洛方法的分布传播

标准类别:国家标准(GB)

标准状态:现行

出版语种:简体中文

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相关标签: 测量 评定 表示 补充 文件 基于 方法 分布 传播

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标准内容

ICS17.020
中华人民共和国国家标准
GB/T27419—2018/ISO/IECGuide98-3/Suppl.1:2008测量不确定度评定和表示
补充文件 1:
基于蒙特卡洛方法的分布传播
Guideto theevaluationand expression of uncertainty in measurement-Supplement1:Propagation of distributions using aMonte Carlo method(ISO/IECGuide98-3/Suppl.1:2008,UncertaintyofmeasurementPart3:Guidetotheexpressionof uncertaintyinmeasurement(GUM:1995)Supplementl:Propagation of distributions using a Monte Carlo method,IDT)2018-05-14发布
国家市场监督管理总局
中国国家标准化管理委员会
2018-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
约定和符号
基本原则
不确定度评定的主要阶段
分布传播
获取报告信息
分布传播的实施
报告结果
GUM不确定度框架
GB/T 27419—2018/IS0/IEC Guide 98-3/Suppl.1:2008目
GUM不确定度框架有效用于线性模型的条件次
GUM不确定度框架有效用于非线性模型的条件基于蒙特卡洛方法的分布传播和结果报告有效利用MCM的条件
GUM不确定度框架与蒙特卡洛方法的比较输人量的概率密度函数
贝叶斯理论
最大信息愉原理.
常见条件下的概率密度函数的确定6.4.1
矩形分布
界值不确定的矩形分布
梯形分布
三角分布
反正弦(U形)分布
正态分布
多元正态分布
1分布
指数分布
Gamma分布
从先前不确定度计算中确定概率分布蒙特卡洛方法的计算。
GB/T27419—2018/IS0/IEC Guide98-3/Suppl.1:20087.1
蒙特卡洛试验次数,
从概率分布中抽样
模型的计算,
输出量分布函数的离散表示
输出量的估计值及其标准不确定度输出量的包含区间
计算时间
自适应蒙特卡洛程序,
与一个数值有关的数值容差
自适应程序的目的
自适应程序
结果的验证
用蒙特卡洛方法验证GUM不确定度框架基于验证目的蒙特卡洛方法结果的获取..·案例·
本标准有关方面的说明
加法模型wwW.bzxz.Net
输入量服从正态分布
输人量服从相同宽度的矩形分布输入量服从不同宽度的矩形分布础码校准
传播与报告结果
微波功率计校准的比较损失
传播与报告结果:零协方差
传播与报告结果:非零协方差
量块校准
公式:分布的确定
传播与报告结果
附录A(资料性附录)
附录B(资料性附录)
附录C(资料性附录)
附录D(资料性附录)
附录E(资料性附录)
历史观点
灵敏系数和不确定度贡献量
从概率分布中抽样
输出量分布函数的连续近似
矩形分布的四重卷积包含区间
附录F(资料性附录)
附录G(资料性附录)
参考文献
比较损失问题
主要符号汇总表
GB/T27419—2018/IS0/IEC Guide98-3/Suppl.1:200858
GB/T27419—2018/IS0/IECGuide98-3/Suppl.1:2008前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准使用翻译法等同采用ISO/IECGuide98-3/Suppl.1:2008《测量不确定度不确定度表示指南(GUM:1995)补充文件1:基于蒙特卡洛方法的分布传播》。本标准与ISO/IECGuide98-3/Suppl.1:2008相比,做了下列编辑性修改:修改了标准名称。
本标准由全国认证认可标准化技术委员会(SAC/TC261)提出并归口。第3部分:测量
本标准起草单位:中国计量大学、中国计量科学研究院、浙江省计量科学研究院、上海市计量测试研究院、广州计量检测技术研究院、杭州质量技术监督检测院、滨州学院、陕西省计量科学研究院、中检国测(北京)检验检测科学研究院。本标准主要起草人:宋明顺、高蔚、邵力、徐生坚、方兴华、周伦彬、童俊、黄乐富、王伟、张俊亮、股志军。
GB/T27419—2018/IS0/IECGuide98-3/Suppl.1:2008引言
0.1概述
本标准是“测量不确定度表示指南”(GUM)的补充文件,主要是通过建立测量模型,运用蒙特卡洛方法(简称:MCM)执行概率分布传播,进行测量不确定度评定[ISO/IECGuide98-3:2008,3.1.6]。该方法应用于多个输人量和单个输出量的模型以下两种情况用MCM代替GUM不确定度框架进行不确定度评定是有价值的[ISO/IECGuide98-3;2008,3.4.8]:
a)非线性模型;
输出量的概率密度函数(PDF)明显地背离正态分布或t分布,如分布显著的不对称。b)车
在a)中,用GUM不确定度框架中的方法得到输出量的估计值及其标准不确定度可能会不可靠;在b)中,用GUM不确定度框架中的方法得到输出量的包含区间(即GUM不确定度框架中的\扩展不确定度”)可能不切实际,
GUM[ISO/IECGuide98-3;2008,3.4.8]\....提供了不确定度评定的方法....”,是基于不确定度传播律[ISO/IECGuide98-3;2008,第5章]和用正态分布或1分布表征输出量[ISO/IECGuide98-3:2008,G.6.2,G.6.4。在该方法中,不确定度传播律提供了通过模型传播不确定度的方法。具体地,在下述条件下,它给出了输出量的最佳估计值及标准不确定度:各输入量的最佳估计值;
各输入量估计值的标准不确定度;c)
可能时,与这些标准不确定度相关联的自由度;各输入量之间的非零协方差。
在该方法中,通过输出量的PDF,给出输出量特定包含概率下的包含区间。最佳估计值、标准不确定度、协方差和自由度是输入量可获得的信息。本标准中的方法,输入量的可获得信息是输入量PDFs,通过输入量PDFs的传播得到输出量的PDF。鉴于GUM不确定度框架存在局限性,分布传播总是可以获得与输入量PDFs一致的输出量的PDF。输人量的PDFs描述了输入量的知识,根据这些输人量知识所确定的输出量PDF描述了输出量的知识。一旦获得输出量的PDF,输出量就可以用它的期望,即其最准估计值,以及它的标准差,即标准不确定度来概括;并且可以根据PDF得到给定包含概率下输出量的包含区间。本标准中PDFs的运用与隐含在GUM中的概念相一致。一个量的PDF表示该量的知识状态.即它定量反映基于可获得信息赋予该量量值的可信程度。这些可获得信息通常包括原始的统计数据、测量结果或者其他相关的科学说明以及专业判断。为了构建一个量的PDF,可以基于该量的一系列观测值应用贝叶斯理论进行构建[27.3];当可获得关于系统效应的恰当信息时,可以用最大信息摘原理确定一个适当的PDF[51.56]。分布传播比GUM不确定度框架有更广泛的应用范围。它利用了比最佳估计值和标准不确定度(适当时还有有效自由度和协方差)更多的信息小数点符号:小数点符号在英语版用文中的点表示,在法语版中用文中的句号表示。(见4.12)附录A给出了基于历史的一些观点。注1:GUM给出了线性化不充分时的一种方法[ISO/IECGuide98-3:2008,5.1.2注]。这个方法的缺陷是:仅用了模型泰勒级数展开式中的主要非线性项,并且输人量被认为是正态分布。M
GB/T27419—2018/IS0/IECGuide98-3/Suppl.1:2008注2:严格地,GUM是用1分布表征变量(Y一y)/u(y)的统计特性,其中Y是输出量,y为Y的估计值,(y)为估计值y的标准不确定度[ISO/IECGuide98-3:2008,G.3.1]。这个特性在本标准中也适用。[实际上,GUM中变量为(y—Y)/u(y)。
注3:一个量的PDF不能理解为频率密度。注4:“不确定度评定既不是程序性工作也不是纯释的数学间题,它取决于被测量的属性、使用的测量方法和程序等详尽知识。因此,测量结果引用的不确定度的质量和效用取决于对评定有贡献的信息的理解、严格的分析及其完整性。\[17]
2JCGM背景信息
从1993年开始制定\测量不确定度表示指南\(Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasure-ment,GUM)和\国际通用计量学基本术语”(Internationalvocabularyofbasicandgeneralterms inmetrology,VIM)的7个国际组织,在1997年创立了计量学指南联合委员会(JointCommitteeforGuidesinMetrology,JCGM),由国际计量局(BureauInternationaldesPoids etMesures,BIPM)局长任主席。JCGM从ISO的第四技术咨询组(TAG4)接手对这两项标准的制定。该联合委员会由BIPM联合国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission,IEC)、国际临床化学联合会(InternationalFederationof ClinicalChemistryandLaboratoryMedicine,IFCC)、国际实验室认可合作组织(InternationalLaboratoryAccreditationCooperation,ILAC)、国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization,ISO)、国际理论与应用化学联合会(Interna-tionalUnionofPureandAppliedChemistry,IUPAC)、国际理论与应用物理联合会(InternationalU-nionofPureandAppliedPhysics,IUPAP)以及国际法制计量组织(InternationalOrganizationofLegalMetrology,OIML)等组织组成。JCGM有两个工作组。第一工作组为“测量不确定度表示工作组”,任务是推进GUM的使用和制定补充文件以及其他GUM拓展应用的文件。第二工作组为“国际通用计量学基本术语(VIM)工作组”,任务是修订和推进VIM的应用。关于JCGM活动的更多信息,见www,bipm.org.增添包括本标准在内的GUM补充文件,目的是通过提供在GUM中未明确涉及的不确定度评定方面的指导,增强GUM的价值。这些补充的指南将尽可能地与GUM中通用的概率基础保持一致1范围
GB/T27419—2018/IS0/IEC Guide 98-3/Suppl.1:2008测量不确定度评定和表示补充文件1:基于蒙特卡洛方法的分布传播
本标准为测量不确定度评定提供了一种通用的数值方法,这种数值方法与GUM广义原则是一致的[ISO/IECGuide98-3:2008,G.1.5]。适用于具有多个可由具体的PDFs表征的输人量和单一输出量的模型[ISO/IECGuide98-32008,G.1.4,G.5.3]。同GUM中一样,本标准主要涉及具有明确定义的物理量一一即可以用唯一的值表征的被测量的不确定度的表示方法[ISO/IECGuide98-3:2008,1.2],本标准也为不满足或者不能确定是否满足GUM不确定度框架条件[ISO/IECGuide98-3:2008,G.6.6]的不确定度评定提供了指南。它可用于诸如模型的复杂性等造成GUM不确定度框架难以适用的情况。本标准给出了适用于计算机执行的方法指南。本标准可获得输出量的PDF,并由此确定下列参数:输出量的估计值;
估计值的标准不确定度;
与给定包含概率相对应的输出量的包含区间。)
已知(i)输人量与输出量之间的关系模型,(ii)输入量PDFs,那么输出量有唯一的PDF。通常输出量的PDF不能通过解析法确定。因此,本标准提出这种方法的目的是:在不引人非量化近似的前提下,在规定的数值容差内确定上述a)、b)和c)。对于一个给定的包含概率,本标准可用于确定相应的包含区间,包括概率对称的包含区间和最短的包含区间。
本标准适用于两类输人量,一类为所有输入量相互独立、并且可以各自用一个适当的PDF来表征;另一类为输入量相互不独立,即这些输入量的一部分或全部可以用一个联合PDF来表征。本标准适用于评定以下典型情况的不确定度问题:各不确定度分量的大小不相近[ISO/IECGuide98-3;2008,G.2.2];应用不确定度传指律时.计算模型的偏导数很困难或不方便[ISO/IECGuide98-3:2008.第5章」;—输出量的PDF不是正态分布或t分布[ISO/IECGuide98-3:2008,G.6.5];输出量的估计值与其标准不确定度大小近似相同[ISO/IECGuide98-3:2008,G,2.1];模型具有复杂性[ISO/IECGuide98-3:2008,G.1.5];各输人量的PDFs不对称ISO/IECGuide98-3:2008,G.5.3]本标准提供了一个验证方法以检查GUM不确定度框架是否适用。在GUM不确定度框架明显适用的情况下,其仍然是不确定度评定的主要方法。通常不确定度报告保留一位或者两位有效数字就足够了。本标准给出了计算指南,合理保证依据提供信息所报告的有效数字是正确的。本标准提供了详细的案例说明,本标准是GUM的补充,应与GUM联合使用。也可采用与GUM基本一致的其他方法替代。本标准的使用者与GUM的使用者相同。注1:本标准未考虑不是单一输出量的模型的情况(例如,涉及二次方程的解,没有指定取哪个根的情况)、注2:本标准未考虑输出量先验PDF可获得的情形,但本标准的处理方法适用于这种情况。1
GB/T27419—2018/IS0/IECGuide98-3/Suppl.1:20082规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件ISO/IECGuide98-3:2008
3测量不确定度
第3部分:测量不确定度表示指南(GUM:1995)[Uncertainty of measurementPart 3:Guideto the expression of uncertainty in measurement(GUM:1995)J
ISO/IECGuide99:2007
国际计量学词汇基本和通用概念及相关术语(VIM)[Internationalvo-cabulary of metrology—Basic andgeneral concepts and associated terms(VIM)3术语和定义
除非有另外说明,本标准采用ISO/IECGuide98-3和ISO/IECGuide99中的术语和定义。其中采用上述文件中与本标准最相关的定义在下面给出(见4.2)。更多的定义也在下面给出,包括从其他领域采用的并且对本标准重要的定义。主要符号汇总表见附录G。
概率分布
probabilitydistribution
给出随机变量取任意给定值或取值于给定集合的概率的(随机变量)函数。注:随机变量取集合中所有值的概率等于1。[引自ISO3534-1:19931.3;ISO/IECGuide98-3:2008C.2.3]注1:当概率分布与单个(标量)随机变量有关时,称为单变量截率分布;如果概率分布与多个随机变量有关时,称为多变量概率分布。多变量概率分布也可称为联合分布。注2:一个概率分布可以采用分布函数或者概率密度函数的形式。3.2
分布函数
distribution function
对于每个值,给出了随机变量X取值小于或等于的概率的函数,该函数为:Gx()=Pr(X≤e)
[引自ISO 3534-1:19931.4;GUM;1995 C.2.4]3.3
概率密度函数
probability density function分布函数的导数,若导数存在,该函数为:注:%()d为\概率单元”
gx()d=Pr(gx()=dGx()/de
[引自ISO 3534-1;1993 1.5;ISO/IEC Guide 98-3;2008,C.2.5]3.4
正态分布
normal distribution
连续随机变量X的概率分布,其概率密度函数为:gx()-
0/2元
注:为随机变量X的期望,为随机变量X的标准差。G
[引自ISO 3534-1;19931.37;ISO/IEC Guide 98-3:2008,C.2.14]2
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