野外地质测量中手持GPS定位的误差分析(精)

第一篇：野外地质测量中手持GPS定位的误差分析(精)

四川测绘第29卷第1期2006年3月11 野外地质测量中手持GPS定位的误差分析

刘少杰 宋在超 刘刚(中国地质大学,湖北武汉,430074)[摘 要]GPS在工程测量、导航定位等应用中所具有的优越性和方便性使其应用越来越广泛。在野外地质测量中小巧方便的手持GPS机能够起到辅助定点和导航的重要作用,是新时期实现现代化数字地质调查的基础设备之一。但由于野外地形、树木等多路径环境因素的影响,其测量精度和应用受到限制。针对手持机的特点,通过实际测点分类统计分析各方面因素对误差产生的影响程度,进而得出修正方案,提高测量精度和实用性。

[关键词]地质测量;GPS定位;误差分析;地形因素;数字地质调查;GeoSurvey系统[中图分类号]P22814 [文献标识码]B [文章编号]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的英文全称是NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem。含义就是利用导航卫星进行测时和测距,在海、陆、空进行全方位实 时三维导航与定位,构成全球定位系统[1]。

各种类型的GPS接收机体积越来越小,重量越来越轻,也出现了基于蓝牙无线传输的便携式GPS,便于野外携带和观测[2]。在利用GPS进行定位时,会受到各种各样因素的影响。影响GPS定位精度的因素可分为以下几大类:GPS卫星有关的因素(卫星星历误差、卫星钟差等);与传播途径有关的因素(电离层延迟、对流层延迟、多路径效应等);与接收机有关的因素(接收机天线相位中心偏差、接收机精度等);数据分析的软硬件误差等。本文探讨和分析在野外地质调查工作中GPS手持机误差产生的主要来源和具体类型,提出提高其定位精度的方法。[4][5][6][9]

若干个样点的坐标,并利用微地形法则将其实际位置标注在地形图手图上,回到室内进行计算和统计分析。实测数据记录项目包括每个点的GPS坐标、地形、高程以及定点时的天气和时间。同时记录该点较其他点的特殊因素(比如某一点的植被较好)。实际操作时,利用中国地质大学资源学院开发的计算机辅助地质调查系统GeoSurvey(图1),对比计算实际点与GPS所定的点的距离误差以及方位角误差,然后分别得出各种地形、高程、天气等因素对GPS定位误差影响。以下是本次试验流程:数据获取y数据转录y统计比较y分析原因y提出校正模型。2 试验方案设计

本次试验所用的手持GPS是美国麦哲伦公司(Magellan)于1999年推出的GPS315手持式仪器。其大小如同手机,重量约200克,定点经纬度显示精确到秒级。为了分析不同因素对GPS误差产生的 ，图1 GeoSurvey系统的操作界面

12四川测绘第29卷第1期2006年3月 数据分析

按照上述方案,笔者在典型的北京周口店地区对多个样点进行对比研究,从实际出发,针对手持 点号

NO11NO12NO13NO14NO15NO16 坐标

39b41c30dN,115b56c35dE39b41c35dN,39b41c41dE39b41c26dN,115b56c19dE39b41c32dN,115b56c13dE39b41c34dN,115b56c15dE39b41c35dN,115b56c21dE 高程(m)***112148 型GPS的定位误差进行分析。实际取得100余个点位的数据,具体如表1所示。通过对试验区样本与手图实际值的对比计算, 地形沟谷山腰,平地陡崖下山腰高地山脊 时间16:4017:0015:3815:189:1810:02 天气阴阴阴阴晴晴 植被较好备注

表1 野外原始数据点的记录示例

路径效应。由于接收机周围环境的影响,使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响,甚至接受机无法捕获卫星或接收不到卫星的信号,使定位精度大大降低。在城市或在野外使用GPS时,接收机有时仅仅能接收到2-4颗卫星信号(6-8颗卫星时才能做到精确定位),而且时间短促,加之手持型接收机的

定位精度一般也就在20-30m左右(排除以上因素),这样误差达到50米甚至近百米也就不足为奇。在地形因素中,还有一个非常重要的问题)))水。水面对电磁波有 图2 极坐标系内GPS定点相对 于实际点的漂移投影散点图

很强的反射能力,因此在湖面湖边等处,GPS定位的精度也大打折扣。对于多路径效应,目前在手持机方面还没有很成熟的方法加以克服。

可以使用数据的离散程度来衡量在该种地形地貌下误差的大小,使用统计学中的AVEDEV函数来计算某地形下数据绝对偏差的平均值。

AVEDEV:result= 在极坐标系(以距离误差为极半径,以方位误差为极角)内绘出GPS定点相对于实际点的飘移投影散点图(图2)。可以看出GPS点相对于实际点的漂移并非杂乱无章。统计结果显示7212%的漂移的距离误差集中在0)80米范围内,7210%的方位误差集中在0)90b范围内。误差的这种分布规律可以认为是在影响GPS定位精度的众多因素中有一个指导性因素的指示。地形的影响主要是引起信号传播过程中产生多

E x-x/n x:数据平均值,n:样本数。

表2即反映了各地形因素下的偏差平均值。换句话说,在地形因素影响下,偏差平均值越大,数据越混乱,在这种地形下的GPS误差也就越大。表2 地形因素下的偏差平均值

四川测绘第29卷第1期2006年3月

(续表2)误差影响 地形类型

距离误差影响的范围(m)均值(m)距离误差影响的平均偏差 山脊山脚山坡山腰

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

121

4435***96 13 方位误差影响的平均偏差 261

***1775 图3和图4分别是不同地形因素下距离误差和方位误差的分布。从上面图表可以非常直观地看出在各个不同地形下误差的大小(注意:对于方位误差,笔者在进行统计时所用的是360b角形式,这不是一种有效的分析地形因素下角度误差的方位表示值,所以超过180b的角进行图4的统计时使用的是其与180b的差值。所以不能单从角度的大小来衡量方位误差的大小)。

度、纬度、高度;若只能收到3颗卫星的信号,它

只能计算出2维坐标:经度和纬度,而且这时经度、纬度也不是一个很准确的值。这时它可能还会显示高度数据,但这数据是无效的。在野外定点时,不推荐使用手持GPS进行高程测量。

从理论上讲时间对GPS野外测量误差没有影响,实践中GPS定位的距离误差不受使用时间影响,而方位误差则在时间因素上成不规律的波动。4 小结

手持型GPS从野外应用来看,具有方便携带、定位速度快等优点,但是精度不高,且误差易受外界条件干扰。从上面对各因素对距离误差和方位角误差的影响分析可以看出,外界因素中对GPS测量

图3 不同地形因素下距离误差平均值

误差的影响最大的是地形因素(也就是多路径效应),其他因素虽对GPS测量误差也有影响,但不及地形对其影响大。同时,GPS本身的定位精度也制约着其精度的提高,如GPS315,定位精度到秒级,接收机本身有可能产生15)20m的误差。

同时,计算机辅助填图(GeoSurvey)系统是利用投影转换将GPS所测量的经纬度坐标,投影到地图平面的大地坐标的相应位置上,而GPS使用 图4 不同地形因素下角度误差平均值

WGS84世界坐标体系[7],若不经坐标转换直接输入数据存在一定的误差,但误差在比较小(1-3m)的范围内。实际误差的计算需要通过相应的功能软件来实现,本文不再展开讨论。

卫星在运动过程中不停地发送信号,接收机接到信号后也在不停地运算,所以将手持机放在空旷的地方不动,定点后,其坐标数据仍会波动,并且高程的波动值要比经纬度波动值大。实际定位操作中,GPS开机后不宜立即读数,应按GPS手持姿态要求运行几分钟后再读数。

从以上的分析不难得出,在野外使用手持型GPS时,山腰、山脊、山顶、无山平坦处等地形下,GPS所受的影响相对较小。而在陡崖、沟谷等地GPS所受的影响较大。陡崖处的接收机定位误差很大,又无规律可寻,可以考虑使用GPS相对定位代替绝对定位,至于在山腰等处的定位点可以加上修正模型加以更正。

此外,高程、时间不是影响误差的关键因素。在地表范围内甚至不能单纯的说高程是影响GPS定位精度的因素。有个问题必须指出,手持型GPS高程定位能力是比较差的,GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时,它能计算出本地的3维坐标:经 5 修正方案探讨

从前面对试验区数据的分析中可以对数据给出简单的修正方案,修正方案根据误差类型可以分两,2, 14四川测绘第29卷第1期2006年3月参考文献 [1] 高成发.GPS测量[M].北京:人民交通出版社，2000.[2] 杨德麟,等.大比例尺数字测图的原理、方法与应用 [M].北京:清华大学出版社,2001.[3] 胡家华,陈清礼.GPS定位精度的影响因素及差分定

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重新设定原点。按照以一定半径的圆内落入的点数目最多为原则。经过尝试,选定(36m,50b)为新的原点,也就是说要对GPS点进行向50b方向偏移36m的修正,修正的数据如表3所示。

表3 原始距离误差与修正后的距离误差对照表距离误差 误差范围<30m30)50m50)100m>100m 所占百分比2513%2411%3713%1313% 修正后的距离误差误差范围<30m30m)50m50m)100m>100m 所占百分比5017%1710%2513%617% 可以看出,经过修正以后,GPS的数据精度大大增加。再考虑地形因素,尤其对于山顶、山脊、山腰等地形下的数据精度非常适用,可以考虑作为开阔地区进行GPS手持接收机测量的一条具有参考价值的修正方法。

第二种方案是利用计算机辅助区域调查系统提供的相对定位方式来消除随机误差,即利用未知点在已知点的相对方位来定点。并且在运用这种相对定位方式时,同一类地形条件之间相对定位更为有效。本文提出的方法对于不同型号的GPS都是适用的。

(上接第16页)总结

本文从遥感图像监督分类的角度探讨了最大似然分类和最小距离法联合的分类器分类技术,该技术能有效提高分类准确率。对于其它分类器如K最近邻法(KNN)、子空间分类法、地统计学分类法、概率松弛法以及非监督分类方法还没有顾及,这将是今后需要进一步探讨的问题。参考文献

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EM改进算法[J].测绘学报,2002,234-2391[6] 任靖,李春平.最小距离分类器的改进算法)))加权

最小距离分类器[J].计算机应用,2005,-9941(5):992 [收稿日期]2005-09-28

第二篇：gps系统的误差来源分析

gps系统的误差来源分析

关键字：gps 接收机 相位 误差 定位 卫星 位置 影响 信号 天线

摘 要：GPS 系统的定位误差直接影响着GPS定位精度，按其产生的来源、性质及对系统的影响等进行了介绍和初步分析,提出了相应的措施以便消除或削弱它们对测量结果的影响。

关键词：GPS误差 精度 卫星星历 电离层 对流层

一、GPS 定位技术

GPS 全球卫星定位系统是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统具有全球性、全天候、连续性等三维导航和定位能力,并具有良好的抗干扰性和保密性。它已成为美国导航技术现代化的最重要标志,并被视为20 世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中,它都被作为一项非常重要的技术手段，用于导航、定时、定位和进行大气物理研究等。GPS 的主要特点有：

（1）全球覆盖连续导航定位:由于GPS 有24 颗卫星,且分布合理,轨道高达20200km,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。

（2）高精度三维定位: GPS 能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。GPS提供的测量信息多,既可通过伪码测定伪距,又可测定载波多普勒频移、载波相位。

（3）抗干扰性能好、保密性强;GPS 采用数字通讯的特殊编码技术,即伪噪声码技术,因而具有良好的抗干扰性和保密性。

二、GPS 定位的误差来源分析

GPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS 测量产生误差。主要误差来源可分为:与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。

1．与卫星有关的误差

（1）卫星星历误差

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差,其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是GPS 测量的重要误差来源.（2）卫星钟差

卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。这是一个系统误差必须加于修正。

（3）SA干扰误差

SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA，但是战时或必要时，美国可能恢复或采用类似的干扰技术。

（4）相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位)不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。

2．与传播途径有关的误差

（1）电离层折射

在地球上空距地面50～100 km 之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。当GPS 信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层折射。对于电离层折射可用3 种方法来减弱它的影响: ①利用双频观测值,利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正。②利用电离层模型加以改正。③利用同步观测值求差,这种方法对于短基线的效果尤为明显。

（2）对流层折射

对流层的高度为40km 以下的大气底层,其大气密度比电离层更大,大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的增加而降低。GPS 信号通过对流层时,也使传播的路径发生弯曲,从而使测量距离产生偏差,这种现象称为对流层折射。减弱对流层折射的影响主要有3 种措施: ①采用对流层模型加以改正,其气象参数在测站直接测定。②引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求得。③利用同步观测量求差。

（3）多路径效应

测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线,将和直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。减弱多路径误差的方法主要有: ①选择合适的站址。测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中,应离开高层建筑物。②选择较好的接收机天线,在天线中设置径板,抑制极化特性不同的反射信号。

3．与GPS 接收机有关的误差

（1）接收机钟差

GPS 接收机一般采用高精度的石英钟,接收机的钟面时与GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差。把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,并认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的,在数据处理中与观测站的位置参数一并求解，可减弱接收机钟差的影响。

（2）接收机的位置误差

接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,叫接收机位置误差。其中包括天线置平和对中误差,量取天线高误差。在精密定位时,要仔细操作,来尽量减少这种误差影响。在变形监测中,应采用有强制对中装置的观测墩。相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。在实际工作中若使用同一类天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向,使之根据罗盘指向磁北极。

（3）接收机天线相位中心偏差

在GPS 测量时,观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的,而天线的相位中心与其几何中心,在理论上应保持一致。但是观测时天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。

三、GPS的最新发展与改进

面对导航市场的迅速发展和强大的竞争压力，美国政府不得不作出反映，计划在未来10年内对GPS做一系列的调整和改进。对GPS的改进将对GPS系统的3个部分进行，其中对星座部分的改进最大。

1．GPS星座的改进

(1)改善星座的分布(2)增强卫星的自主导航能力(3)取消SA政策(4)增加民用频率(5)频率复用(6)增强卫星发射信号的功率

2．地面监控部分的改进

卫星位置的精度直接影响到用户的定位精度，而地面监控站的数量和分布部分地决定了GPS卫星定轨的质量。目前GPS共有5个监控站，卫星位置的精度为1m～2m。美国军方正计划将国家制图局（NIMA）的7个GPS监控站纳入目前的控制网，使将来的监控站的分布更加均匀、密度更大，为了计算卫星的位置提供更多的、更及时的高质量观测数据。预计在未来10年，卫星星历的精度将达到亚米级，甚至达到厘米级，同时，向卫星上传数据的频率也将更高。

3．用户接受部分的改进

由于用户的用途不同，用户接受机的改进也是多样化的。接收机的硬件部分正朝多样化、小型化、模块化、集成化、操作简单等方向发展，例如出现了一些新的接收机可根据用户的需求用软件设定单频GPS、双频GPS等模式。接收机的面板上只有

一、两个按钮和若干个显示灯组成，可完成接收机的基本操作。GPS的数据解算软件将基于数据库，朝着图形化、智能化等方向发展。这些发展的最终的目的是让一般用户更方便的使用GPS。

参考文献

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[3] 张小红等．GPS定位技术在不同领域的应用[J]．武汉:测绘信息与工程．2001,1．

第三篇：GPS手持机测量 南方手持简易野外操作步骤

简易野外操作步骤

首先将手机卡正确的装入手持GPS的卡槽里。

第一步打开软件

开机（长按PWR键3-5秒等右下角指示灯闪了即可放开）

开机后按屏幕左下角的windows图标进入主菜单界面，下拉菜单栏找到GIS数据采集软件，单击进入软件界面。

第二步新建文件

管理→工程→新建文件

选择手动命名，文件命按自己需求建立或按日期建立，输入好文件命后直接点创建即可。

第三步CORS连接

管理→GPS→外部源连接（或直接点击屏幕上方的地球图标进入）

查看外部源连接是否正常（正常情况是接收栏中数据不停增加，状态栏中显示连接成功）如果有异常点停止再点开始。

第四步采集数据

采集前将平面坐标显示到屏幕下方，直接点击屏幕下方的经纬度选择北坐标或东坐标（这样方便坐标的查看）。并且把差分改为水平残差即HRMS（数字越小测量效果越好740W一般在2-3时即可采集数据，750G2一般在1-1.5时即可采集，周围环境不是很好时该数值可适当提高。该数值是衡量测量数据的效果不是衡量数据的精度）。

上述步骤都设置好后到指定点进行数据采集，采集时查看是不是差分状态，当GPS栏显示差分状态即可采集。点击屏幕右上方的加号键，或直接按ENT快捷键进入采集界面。进去采集界面设置下采集设置。点停止再点击采集设置在采集条件这一栏将限制条件修改下，一般限制PDOP改为15，限制HRMS改为10，限制VRMS改为15.点确定进入采集界面这样采集的时候就不需等太长时间。采集状态中显示采集完成后点确定进去名称编写界面，编写好采集点的点名后点确定，该点就采集完成。

第五步数据导出

作业→输出→数据文件

在数据文件中选择当天建的文件，然后在GIS格式中选择DXF格式，点击导出到本地磁盘，选择好路径点确定即可。然后将导出的数据通过TF卡将数据拷到电脑上。或者直接用USB连接电脑。（用USB连接电脑需要在电脑上安装下同步软件）。

坐标系统和参数以及CORS的帐号设置供应商都会帮助设置好。这样就方便贵公

司的外业工作。

如要详细了解及研究请参考产品及软件说明书。

第四篇：测量密度实验中的误差分析

测量密度实验中的误差分析

在初中物理学习中，“密度”这一知识点既是重点也是难点，在社会生活及现代科学技术中密度知识的应用也十分普遍，对未知物质密度的测定具有十分重要的现实意义，特别是为物理的探究式教学，自主参与式学习提供了很好的素材，值得我们认真地探索和挖掘。

在“测量物质密度”的实验教学过程中初中物理只要求学生掌握测量固体和液体密度的方法，下面就从误差的分类和来源两各方面来分析常见的几种实验方法中的误差产生原因和减小误差的方法。

一、误差及其种类和产生原因：

每一个物理量都是客观存在，在一定的条件下具有不依人的意志为转移的客观大小，人们将它称为该物理量的真值。进行测量是想要获得待测量的真值。然而测量要依据一定的理论或方法，使用一定的仪器，在一定的环境中，由具体的人进行。由于实验理论上存在着近似性，方法上难以很完善，实验仪器灵敏度和分辨能力有局限性，周围环境不稳定等因素的影响，待测量的真值 是不可能准确测得的，测量结果和被测量真值之间总会存在或多或少的偏差，这种偏差就叫做测量值的误差。

测量误差主要分为两大类：系统误差、随机误差。

（一）系统误差产生的原因：

1、测量仪器灵敏度和分辨能力较低；

2、实验原理和方法不完善等。

（二）随机误差产生的原因：

1、环境因素的影响；

2、实验者自身条件等。

二、减小误差的方法

1、选用精密的测量仪器；

2、完善实验原理和方法；

3、多次测量取平均值。

三、测量固体密度

（一）测量规则固体的密度： 原理：ρ=m/V

实验器材：天平（带砝码）、刻度尺、圆柱体铝块。实验步骤：

1、用天平测出圆柱体铝块的质量m；

2、根据固体的形状测出相关长度（横截面圆的直径：D、高：h），由相应公式（V=Sh=πDh/4）计算出体积V。

3、根据公式ρ=m/V计算出铝块密度。误差分析：

1、产生原因：（1）测量仪器天平和刻度尺的选取不够精确；

（2）实验方法不完善；

（3）环境温度和湿度因素的影响；

（4）测量长度时估读和测量方法环节；

（5）计算时常数“π”的取值等。

2、减小误差的方法：（1）选用分度值较小的天平和刻度尺进行测量；

（2）如果可以选择其他测量工具，则在测量体积时可以选 择量筒来测量体积。

（3）测量体积时应当考虑环境温度和湿度等因素，如“热

胀冷缩”对不同材料的体积影响。

（4）对于同一长度的测量，要选择正确的测量方法，读数

时要估读到分度值的下一位，且要多测量几次求平均 值。

（5）常数“π”的取值要尽量准确等。

（二）测量不规则固体的密度： 原理：ρ=m/V

实验器材：天平（带砝码）、量筒、小石块、水、细线。实验步骤：

1、用天平测出小石块的质量m；

2、在量筒中倒入适量的水，测出水的体积内V1；

3、用细线系住小石块，使小石块全部浸入水中，测出总体积V2；

4、根据公式计算出固体密度。ρ=m/V=m/(V2-V1)误差分析：

1、产生原因：（1）测量仪器天平和量筒的选取不够精确；

（2）实验方法、步骤不完善；

（3）环境温度和湿度等因素的影响；

2、减小误差的方法：（1）选用分度值较小的天平和刻度尺进行测量；

（2）测量小石块的质量和体积的顺序不能颠倒；

（3）选择较细的细线；

（4）测量体积时应当考虑环境温度和湿度等因素，如“水的蒸发”等因素对的体积影响。

（5）测量质量和体积时，要多测量几次求平均值。误差分析：

1、产生原因：（1）测量仪器天平的选取不够精确；

（2）实验方法、步骤不完善；

（3）环境温度和湿度等因素的影响。

2、减小误差的方法：（1）选用分度值较小的天平进行测量；

（2）测量小石块的质量和体积的顺序不颠倒；

（3）选择较细的细线；

（4）测量体积时应当考虑环境温度和湿度等因素，如“水的蒸发”等因素对的体积影响、“水质（选用纯净水）” 因素对水的密度的影响等。

（5）测量质量时，要多测量几次求平均值。

四、测量液体密度

原理：ρ=m/V 方法一：

实验器材：天平、量筒、烧杯、水、盐。实验步骤：

1、用天平测出空烧杯的质量m1；

2、在烧杯中倒入适量的水，调制出待测量的盐水，用用天平测出烧 杯和盐水的总质量m2；

3、将烧杯中的盐水全部导入量筒中测出盐水的体积V；

4、根据公式ρ=m/V=(m2-m1)/V计算出固体密度。误差分析：

1、产生原因：（1）测量仪器天平和量筒的选取不够精确；

（2）实验方法、步骤不完善；

（3）环境温度和湿度因素的影响；

2、减小误差的方法：（1）选用分度值较小的天平和量筒进行测量；（2）尽量将烧杯中的水倒入量筒中；

（3）测量体积时应当考虑环境温度和湿度等因素，如“水的蒸发”等因素对的体积影响。

（4）测量质量和体积时，要多测量几次求平均值。

说明：该试验方法中因为无法将烧杯中的水全部倒入量筒中，在烧杯内壁上或多或少会残留一些水，还有不好控制水的多少，所以实验误差较大，建议一般不选择此方法测量液体密度。

方法二：

实验器材：天平、量筒、烧杯、水、盐。

实验步骤：

1、在烧杯中倒入适量的水，调制出待测量的盐水，用天平测出烧杯

和盐水的总质量

；

；

2、将适量的盐水倒入量筒中，测出量筒中的盐水的体积

3、用天平测出剩余的盐水和烧杯的总质量

；

4、根据公式ρ=m/V=(m2-m1)/V计算出盐水的密度。误差分析：

1、产生原因：（1）测量仪器天平和量筒的选取不够精确；（2）环境温度和湿度因素的影响；

2、减小误差的方法：（1）选用分度值较小的天平和量筒进行测量；

（2）测量体积时应当考虑环境温度和湿度等因素，如“水的蒸发”等因素对的体积影响；

（3）测量质量和体积时，要多测量几次求平均值。

以上就是初中阶段测量固体和液体密度的一些常用方法，以及这些实验中产生误差的原因和如何减小误差的方法提出一些自己的意见。当然，初中阶段不要求学生对误差进行深入的分析和处理，但也要求学生能找出简单的误差原因，在教学过程教师应该对每个实验中对产生误差的原因进行分析，根据其原因提出如何来减小这些误差的方法，从而培养学生的实验设计、实验操作、实验数据和结果的处理和分析能力，提高学生自身的综合素质。

第五篇：浅谈煤质检验中的误差分析及解决措施专题

浅谈煤质检验中的误差分析及解决措施

张小芳

大唐国际锡林浩特矿业公司生产技术部

【内容摘要】浅谈煤质检验过程中在煤样采取、制备、分析化验过程中误差产生的主要原因及减小误差的措施 【关键字】煤质；检验：误差；措施

在煤质检验工作中, 采制样和实验室检验工作是两项十分重要的内容。根据煤种的不同, 需要检验人员采取不同的采样方法和检验手段才能得到准确无误的检验数据。煤质检验结果是评定煤炭质量及其工业利用价值，真实反映煤的组成和特性，充分合理地利用各种煤炭资源，使其发挥最大的经济效益和社会效益的重要依据。在煤样采、制、化的整个过程中，由于煤的不均匀性，可能会造成各个工作环节或多或少地产生各种偏差。误差包括随机误差与系统误差，误差的产生是不可避免的，这就要求我们在工作过程中，提高采、制、化工作质量，采取相应措施来减小误差。

一、煤样的采取

采样是整个工作过程的第一步，也是产生误差最大的一个环节，采样引起的误差占整个误差的80%，在检查煤炭质量过程中，采样是关键的一环。

1、采样的最大误差

（1）在采样过程中，在不具代表性的部位采样，没有遵循均匀布点，使每部分 煤都有机会被采出的原则。如在矿场煤堆采样，只在煤堆底部采样。

（2）采样单元不符合要求。如精煤应按品种、分用户以1000t（±100t）为一采 样单元。

（3）子样数目和质量不符合要求。如在煤流、火车、汽车、船舶、煤堆未按照 规定采取相应子样，并根据煤粒度确定每个子样的质量。

2、煤样采取误差解决措施

化验室技术检查的一些统计资料指出，采样、制样和化验三者对试样的代表性都有影响，但采样比制样、化验的影响要大得多，且不容易控制。主要是由于煤炭是粒度和组分都极不均一的混合物，而且一批煤的数量往往又比较大。为了保证从中抽取的少量煤样尽可能地接近全部煤的平均质量，试样具有代表性，减小采样偏差，必须严格按照GB482 煤层煤样采取方法、GB481 生产煤样采取方法、GB475 商品煤样采取方法认真布点, 运用数理统计原理确定所采子样个数、子样质量，确保总样具有代表性,同时所采煤样的矿别、种类、日期、编号必须标识清楚。有条件的应尽可能上新设备，使用机械化和自动化采样。并至少半年核对一次采样精密度。

二、煤样制备

由于采样量与化验所要求煤样数量有较大差异，通过煤样制备程序，制成符合化验要求的煤样，缩制后的少量煤样应在物、化性质和工艺特性上基本接近所采煤样，并能代表原始煤样的性质。

1、煤样制备产生误差的原因

（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达要求引起误差, 使用不符合标准的筛子筛分引起误差。

（2）混合：人工混合时，可能因掺合不均匀引起误差。

（3）缩分：缩分中可能因保留和弃去部分太多太少引起误差。（4）干燥：煤样干燥时因温度过高引起误差。

（5）煤样制备中因样品标签错号丢失、相互混杂污染引起较大误差。

2、煤样制备误差解决措施

（1）收到煤样后，应按来样标签逐项核对，并应将煤种、品种、粒度、采样地 点、包装情况、煤样质量、收样和制备时间等项详细登记在册，并进行编号。认 真编写煤样标签，写明化验编号、来样编号、收样日期、制样日期、要求分析项 目，必要时要标明样品粒度和质量。

（2）在制样前，应先根据GB474 和相关测试方法标准检查制样设备和各种样筛 确认其规格和性能符合要求。

（3）制样操作应严格按照制样标准进行，尽量做到一次破碎到所需粒度，避免 多次破碎。

（4）缩分时尽量采用二分器缩分，如果采用堆锥四分法、棋盘缩分法缩分，一 定把样品充分混匀，且缩分样品的粒度和缩分后保留样品的质量符合GB474 规定。

（5）收到样品后应尽快加工制备（低变质煤在放置时易发生氧化变质），须预 干燥时，干燥温度不能超过50℃，以免引起煤样发生变质。

（6）在样品加工的全过程中，样品对其对应的标签要始终相随, 不错位、不错 号、不发生标签丢失。加工不同样品时，先清洗制样工具设备，防止样品相互污 染、混杂。制样人员在制备煤样的过程中，应穿专用鞋，以免污染煤样。

（7）对工艺特性测试项目用样的加工，严格规定的样品制备方法制样，使样品 粒度组成和质量符合标准规定。

（8）每季检查一次分析煤样的制样精密度。

三、分析化验

煤质分析是整个采、制、化系统工作的最后一道环节，分析结果的正确与否，是以对同一试样进行两次重复测定，两次重复测定结果的差值（重复性限与再现性临界差）不得超过国家标准规定的数值进行判定。

1、分析化验结果误差产生原因：

（1）方法选择：煤的所有测试项目均采用现行有关国家标准，有时也采用其它替代方法进行测定。各种方法的适用范围不同，如快速灰化法适于例行分析，缓慢灰化法适于仲裁分析，同一试样测定方法不同会导致结果的偏差。

（2）仪器设备试剂：主要是由于仪器设备本身不够精密、试剂不合格造成误差。如容量瓶等未经校正，分析天平放置不水平，高温炉恒温区不稳定，标准溶液未标定等。

（3）分析化验：分析人员责任心不强，质量意识淡薄；业务操作技能不熟，分析知识不全面，未按标准进行操作等均会造成误差。

2、化验结果误差解决措施

（1）选择新的方法

采用新方法测定要经过对比验证实验，证实其精密度和准确度满足参数要求；在能确保测试质量的前提下，也可使用原理先进、测值准确、速度快、效率高的新仪器。

（2）仪器设备和试剂

①样品测试前应对仪器性能参数进行检查，使仪器设备处于最佳有效工作状态。

对实验条件的控制应符合国家标准方法规定。用于成分分析的通用分析仪器应 保证其灵敏度、精密度和准确度满足测试方法的要求，定期进行计量检定、校验 和自校，使其性能指标稳定、可靠。对高温加热设备，定期校验热电偶和毫伏温 度表，检查测定恒温区。

②不定期检查实验用水、试剂及标准溶液的配制、标定与比对。

③加强仪器设备管理，做好仪器检定、维护工作。给每个仪器设备单独建立档案，记录仪器设备进货和投入使用日期；出现故障后，及时查找原因和主要责任及维 修方法，并记录。定期对仪器仪表进行维护和保养，并定期用标准煤样进行校验，以避免仪器设备带来的系统误差。还应进行不定期抽查，以确保功能正常、性能 完好、精密度与准确度满足检测工作的要求。

④建立健全操作规程和考核制度，在每日化验开始之前，对所使用的仪器仪表、电热设备和动力机械进行详细检查，若不符合要求，必须停机查明原因，只有全 部符合测试实验条件后方能进行分析工作。化验室除对所有仪器、设备按规定周 期进行计量检定外，还应进行不定期抽查，以确保功能正常、性能完好、精密度 与准确度满足检测工作的要求。（3）分析化验

①加强化验员的培训和素质培养。

在岗的采、制、化人员都必须取得上岗合格证书，并具有一定的专业知识、基础理论和熟练的操作技巧；对测试方法原理、步骤和应注意的事项有正确的理解；懂得所用仪器设备的原理，会使用、调试、校正、维护保养；对分析所用试剂、溶液会配制、标定；对工作过程中出现的问题和现象能及时判断与处理。对化验员应严格要求与考核，使化验员们时刻保持高度的责任心，养成良好、科学的工作作风，细心操作，避免因疏忽大意、错误操作、看错、记错造成的过失误差。

②加强化验员的工作质量控制。

不定期检查仪器设备使用前的调试、校准登记情况。检查是否严格按测试标准进行操作。检查有无样品处理、测试、测值记录及异常现象的判断与处理记录。经常进行样品空白测值的比较，每当发现有较大波动时，应分析原因，并及时研究解决。检查测试原始记录，记录的格式是否规范，内容是否齐全，数据是否真实、准确，不带主观判断的成分，要保证原始性，不得随意更改。检查结果计算，并核查、评估和校对等。③加强化验结果质量控制。

在日常分析过程中，对测试结果有疑问的煤样，要求必须重新称量，重新试验，直到确认。对于一些无法控制的随机误差，比如:煤样质量的不均匀、温度、压力的变化等造成的，要求化验员对一个测试数据进行仔细、重复地多次测量，以使随机误差在平均值中互相抵消；对收到的煤样严格登记、编号和入库保存，样品存放环境应绝对保证不影响样品性能的改变，一般煤样保存3 个月, 实现整齐有序分日期进行规范摆放，以便于查找。

每天的煤质报告，化验员及时汇报部门,同时每天的煤质分析结果执行化验员、技术员、部门主任三级审核。即化验员首先进行数据校核，技术员进行审核，部门主任进行审核后批准上报，确保数据的准确性，作到质级相符、质价相符。建立质量信息库，实现质量控制、管理控制计算机化。为了确保化验数据准确可靠，严格执行持证上岗制度，每天召开化验室工作例会，分析煤质化验的全过程，并结合用户对煤质信息的反馈，及时进行化验样本对标工作，采取同一样本化验指标分析，验证其重复性、再现性是否在误差范围内，从而提高检验要求标准，避免检验失误，确保煤质监督检测水平的稳定和提高。

【参考文献】

[1] 王兴无,李春艳.煤质检测实验室质量控制[J].煤质技术,2007.[2] 李英华,煤质分析应用技术指南[M].中国标准出版社,2009.[3]段云龙，煤炭试验方法标准及其说明[M].中国标准出版社,2004.