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探索IVE方法估计测流不确定度的性能(5)

来源:水科学进展 作者:白直旭,黄艳,许月萍
发布于:2017-06-19 共8326字
  3. 2 MC 试验结果。
  
  对白河站各测次利用 1. 4 节介绍的方法构造河流断面,并进行 MC 试验。在 MC 试验中,测宽不确定度Xb取为 2%[14],系统误差 XS取 1%.在分析真实误差时,取真实误差分布的 95%分位数进行分析,舍弃超过的 5%数据,使统计更具平均意义。在国标中,随机误差、未定系统误差以及允许误差均要求按照置信水平为 95%的不确定度来描述[7].IVE 方法在同一测次的 MC 试验中得出的不确定度有一定的随机性,波动幅度不大,取平均值进行分析。在已有研究中,IVE 方法的不确定度与真实误差的 95%置信水平相近[13].因此,选择真实误差的 95%置信度进行分析,有利于真实误差与国标不确定度、IVE 不确定度之间进行比较。
  
  【图4】
  
  图 4 中,y 轴为 IVE 确定的不确定度,x 轴为真实误差的 95%分位数。真实误差与 IVE 不确定度之间存在一定的线性回归关系,相关系数为 0. 36.同时存在着一个与回归线距离较远的点( 第25 测次的 MC 试验结果) .考虑到第 25 次属于枯水位级的特殊情况,将其去除后进行线性回归分析,相关系数提升至 0. 64.国标方法计算得到的不确定度与真实误差的 95%分位数相近。因缺少部分实验数据,本文采用了黄陵庙站的误差试验数据进行计算,因此,国标不确定度可能有一定的偏差。国标不确定度与真实误差 95%分位数的Spearman 相关系数为 0. 76,IVE 不确定度平均值与真实误差的 95%分位数的 Spearman 相关系数为 0. 79.
  
  从白河站测次中选取第4、第19、第18 测次分别作为低、中、高水位的典型测次进行 MC 试验。表2 所示为典型测次根据实测数据计算得出的不确定度,表 3 所示为典型测次 MC 的实验结果。从 MC 试验结果来看,IVE 计算低水位级的不确定度偏高,中高水位则比较合理,同真实误差比较接近,而国标方法则相反。
  
  【表2】  
  【表3】  
  4 结 论。
  
  随着测流技术的发展和测流要求的提高,流速-面积法测流时测量的垂线数大大提高,IVE 方法得以应用。IVE 方法的统计分析特性使它更像一个黑盒方法,在分析的过程中得到测深不确定度和测速不确定度,而非测深和测流中的各误差分量。
  
  IVE 方法在反映测流不确定度与水位之间的关系方面比国标方法好。国标方法分别考虑了高、中、低水位的情况,但并不能反映同一水位级中水位变化导致的不确定度变化。无论与国标相比还是与 ISO 方法相比,IVE 方法都存在不确定度偏大的情况。因此,IVE 方法可以认为是一种偏安全的不确定度分析方法。
  
  从 MC 试验的分析结果来看,除第 25 测次之外,IVE 所计算的不确定度与真实误差存在明显的线性关系。
  
  第 25 测次属于枯水位级,在枯水位情况下,IVE 方法的效果仍需进一步探讨。分析 MC 试验中高、中、低水位测次的典型情况结果表明,高、中、低水位时 IVE 估计不确定度均偏大,但低水位时偏大的程度较大。
  
  由于 IVE 方法不需要进行误差试验,相比国标方法而言更加方便,可以作为河道剧变之后的临时方案对国标中的不确定度计算方法进行补充。IVE 方法也可以用在没有条件进行误差试验的情况,以便为后续工作提供不确定性分析的基础。
  
  国标和 ISO 的不确定度估计方法都是基于误差试验或经验。本文通过对基于实测数据和统计原理的 IVE方法进行验证,证明了这类方法的应用价值。从 Monte Carlo 试验结果来看,IVE 方法仍有改进空间,尚需进一步研究。
  
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作者单位:
原文出处:白直旭,黄艳,许月萍. 测流不确定度的插值方差估计法[J]. 水科学进展,2017,(01):59-66.
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