地磅計量測試中異常數(shù)據(jù)剔除方法的探討

由于地磅計量測試工作屬于一項精細(xì)工作，它要求得到的各項數(shù)據(jù)要盡可能準(zhǔn)確，因此在通過計量測量得到大量數(shù)據(jù)后，還應(yīng)科學(xué)，合理的整理數(shù)據(jù)。為盡可能準(zhǔn)確、高效地剔除異常數(shù)據(jù)，保證測得數(shù)據(jù)的有效性，本文在闡述了電子地磅計量測試工作意義的基礎(chǔ)上，分析了計量儀器產(chǎn)生誤差的原因，研究了測量數(shù)據(jù)異常值判斷準(zhǔn)則，并結(jié)合本人實(shí)際工作經(jīng)驗，總結(jié)了剔除方法在應(yīng)用中應(yīng)注意的事項，以供同行參考。

一、地磅計量測試工作的意義

對日常各類生產(chǎn)實(shí)踐而言，基于使用各種數(shù)據(jù)的需要，應(yīng)評估檢測儀器，可借助評估結(jié)果來對檢測儀器的狀態(tài)能否滿足正常使用要求進(jìn)行判定，檢測數(shù)據(jù)非常重要，只有參照數(shù)據(jù)，才能判定生產(chǎn)工藝穩(wěn)定與否，各環(huán)節(jié)產(chǎn)成品與成品參數(shù)符合使用需要與否。通過計量測試工作，可對生產(chǎn)工藝的改進(jìn)與變革進(jìn)行指導(dǎo)，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，若計量測試不準(zhǔn)確、不科學(xué)，得到的數(shù)據(jù)就很難令人信服，那么想借助數(shù)據(jù)控制工藝過程、評定產(chǎn)品質(zhì)量，持續(xù)改善產(chǎn)品質(zhì)量就很難實(shí)現(xiàn)。

二、地磅計量儀器產(chǎn)生誤差的原因

從統(tǒng)計學(xué)的角度來看，我們通常會把一組重復(fù)測量數(shù)據(jù)中，明顯與其它數(shù)據(jù)有差異的數(shù)據(jù)稱為可疑數(shù)據(jù)，與組內(nèi)其它數(shù)據(jù)差異非常明顯是這種數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)，這一特點(diǎn)也就是我們通常所說的數(shù)據(jù)發(fā)生了變異，那么實(shí)際這種變異究竟合理與否，要想得出結(jié)論，必須得借助進(jìn)一步判斷。

計量儀器具有一定的高精密性，有嚴(yán)格的外界環(huán)境要求。若外界環(huán)境變化劇烈，實(shí)際計量儀器的測試很可能會有嚴(yán)重偏差出現(xiàn)，造成檢測儀器的結(jié)果誤差較大。一般情況下，下列原因通常會造成計量儀器產(chǎn)生誤差：

1.有機(jī)械或外界震動沖擊檢測儀器。

2.電網(wǎng)供電電壓發(fā)生變化或存在電磁干擾使檢測儀器的正常工作受到影響。

3.檢測人員工作素質(zhì)不高，工作技能不達(dá)標(biāo)。工作疏忽、缺乏足夠的工作經(jīng)驗，不正當(dāng)操作。

4.測量儀器自身存在故障，如部分零件存在松動，內(nèi)部有損壞的電子元件等。

異常值通常偏差正常合理值較大，若在計算中或判定過程中應(yīng)用了異常值，通常會嚴(yán)重干擾計算結(jié)果，對人們正確決策的做出造成影響。因此我們必須盡力把異常值剔除，若在剔除過程中應(yīng)用的剔除方法不正確，異常值造成的影響不但會很難消除，有時還會誤以為測量重復(fù)性較好，影響到數(shù)據(jù)判斷的真實(shí)性，只有正確剔除異常數(shù)據(jù)，最終的測量才能與人們的使用需求相符。

三、異常值判斷準(zhǔn)則

在計量實(shí)踐中，下列幾種準(zhǔn)則是我們常用來判斷異常值的準(zhǔn)則：1）3∑準(zhǔn)則；2）格拉布斯準(zhǔn)則；3）肖維勒準(zhǔn)則；4）t 檢驗法。

雖然以上幾種準(zhǔn)這的實(shí)際內(nèi)容存在差異，但置信概率在這幾種準(zhǔn)則中都要用到，置信概率主要指隨機(jī)變量在置信區(qū)間內(nèi)所落的概率，我們用 X 表示置信區(qū)間內(nèi)測量數(shù)據(jù)的實(shí)際取值范圍，則以上幾種準(zhǔn)則可進(jìn)行如下表示：

1）3∑準(zhǔn)則：

|Xd-X|＞3σ

這個式子的含義是可疑數(shù)據(jù)與整組數(shù)據(jù)算數(shù)平均值的差的絕對值比 3 倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差大，則應(yīng)舍棄此數(shù)值。我們可把測得數(shù)據(jù)代入上式，若符合上式，我們可判定這個值屬于異常值，應(yīng)剔除該值。

2）肖維勒準(zhǔn)則：|Xd-X|＞w·nσ在使用這個公式時，若獨(dú)立測量得到的數(shù)據(jù)，帶入上式后，上式成立，則我們可判斷異常值為 Xd，我們應(yīng)把 Xd 剔除。

3）格布拉斯準(zhǔn)則：

|Xd-X|≥G（α，n）s式中，測量數(shù)據(jù)用 Xd 表示，s 為貝塞爾公式計算的標(biāo)準(zhǔn)差，至于后面的G（α，n）查表可得到。

4）t 檢驗法。這種檢驗法主要是把可疑數(shù)值 Xi 外的數(shù)值來作為一個數(shù)據(jù)集合總體，我們可把這個數(shù)據(jù)集總體假定為正態(tài)分布，雖然這只是假定了一個數(shù)據(jù)分布，到底是正態(tài)分布與否，還需進(jìn)行進(jìn)一步判定，但在具體應(yīng)用時，對于樣本實(shí)際符合正態(tài)分布與否通常都不進(jìn)行深入判定，而將樣本近似看做是正態(tài)分布，可把可疑數(shù)值 Xi 看作樣本總?cè)萘繛?nbsp;1 的一個特殊替，在比較兩個總體時，若兩者在一個總體中包涵，那么顯著差異不應(yīng)在兩者間存在，統(tǒng)計量 k 便可由此計算出來：

在上式中，我們用X表示樣本數(shù)據(jù)算術(shù)平均值；s 表示樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差。用計算所得的 k 值，比較查t 分布表所得值，若比較結(jié)果比顯著性水平 a 下的 t 檢驗值大，則 Xi 的出現(xiàn)可說明只是一個小概率事件，可把它看作是一個異常值，進(jìn)而剔除這個值。

四、實(shí)例判定

下面我們就結(jié)合一個實(shí)例來判定一下以上異常值的判斷準(zhǔn)則：

如：等精度測量某測量量，得到了下列測量數(shù)據(jù)：10.002，10.204，0.218，10.228，10.230，10.312，10.320，10.342，10.346，可用以上方法進(jìn)行判斷并把異常值剔除，置信概率可取為 95%，也就是 α=0.05。

我們懷疑異常值為 10.346。

通過計算可得：這十個數(shù)的平均值為 10.2317，X1 的平均值為 10.2231，

δ=0.0912，s=0.0888。

綜合計算異常值為 10.346，應(yīng)把 10.346 剔除。

五、結(jié)語

在實(shí)際應(yīng)用中，為確保測試精度的足夠，避免誤判現(xiàn)象的出現(xiàn)，可對以上判定準(zhǔn)則的兩種或三種進(jìn)行綜合，同時判斷，如果應(yīng)用的這幾種判定方法，出現(xiàn)一致的結(jié)論，則應(yīng)把可疑數(shù)據(jù)剔除，這樣可使判斷的可靠性得到大幅提升，而若應(yīng)用這幾種方法后出現(xiàn)了不一致的判定結(jié)果，則對應(yīng)剔除的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行慎重考慮，再次進(jìn)行驗證，對于這種情況，筆者建議保留處理數(shù)據(jù)。這有這樣才能準(zhǔn)確、高效地剔除異常數(shù)據(jù)，保證測得數(shù)據(jù)的有效性。