現(xiàn)有測(cè)量學(xué)理論的幾大敗筆

現(xiàn)有測(cè)量學(xué)理論的幾大敗筆
武漢大學(xué) 葉曉明
老葉從事測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)概念體系的研究近十年，發(fā)表過多篇成熟程度不同的論文。目前，最成熟的論文《The new concepts of measurement error theory》已經(jīng)正式由國際測(cè)量技術(shù)聯(lián)合會(huì)（IMEKO）的《Measurement》正式出版，論文《誤差理論的新哲學(xué)觀》也于同期由中國計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)的《計(jì)量學(xué)報(bào)》發(fā)表。核心論點(diǎn)是對(duì)誤差分類學(xué)說的否定，相關(guān)論文見鏈接http://blog.sciencenet.cn/blog-630565-969989.html。
但是，畢竟傳統(tǒng)觀念的慣性必然存在，部分專業(yè)人士（包括有些學(xué)者大佬）自認(rèn)為對(duì)測(cè)量誤差理論很精通，而全然不相信現(xiàn)有測(cè)量理論存在什么毛病，因而對(duì)本人的研究采取不屑一顧的態(tài)度，甚至還有人還暗地竭力阻擾這一新型理論，阻擾人們對(duì)它關(guān)注和研究，妨礙該理論的推廣（見http://blog.sciencenet.cn/blog-630565-969463.html）。為此，老葉這里專門對(duì)現(xiàn)有測(cè)量理論在哲學(xué)上和概念邏輯上的幾大敗筆做個(gè)簡(jiǎn)短的介紹，以激發(fā)學(xué)術(shù)界對(duì)老葉新型測(cè)量理論的興趣。
1        哲學(xué)上的敗筆
測(cè)量是確定物理量數(shù)量值的過程。這個(gè)過程當(dāng)然是全局過程而不是局部過程，就是說，從量的定義開始到儀器制造、儀器應(yīng)用的所有過程都是測(cè)量過程。這個(gè)過程實(shí)際就是一個(gè)量值溯源鏈，在這個(gè)溯源鏈上，有些領(lǐng)域處于上游，有些領(lǐng)域處于下游。
這樣，在現(xiàn)有的誤差分類主義思維下，上游測(cè)量領(lǐng)域認(rèn)為其輸出誤差是隨機(jī)誤差，是遵循隨機(jī)分布的；但下游的測(cè)量領(lǐng)域卻認(rèn)為上游的輸出誤差能對(duì)下游測(cè)量產(chǎn)生系統(tǒng)性影響，是系統(tǒng)誤差，是不遵循隨機(jī)分布的。
譬如：測(cè)距儀加乘常數(shù)誤差是儀器制造廠的輸出誤差，是經(jīng)過校正(改正)處理后的殘差，站在制造者的角度看是隨機(jī)誤差，遵循隨機(jī)分布，這只需將其檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)就可以證明；但是，測(cè)繪領(lǐng)域卻認(rèn)為該誤差是系統(tǒng)誤差，是不遵循隨機(jī)分布的。
就是說，因?yàn)橐暯遣煌?，同一誤差被不同測(cè)量領(lǐng)域歸類為性質(zhì)上完全相反的類別。這就是現(xiàn)有測(cè)量學(xué)理論的盲人摸象哲學(xué)。
2        概念邏輯敗筆
因?yàn)榛谝环N錯(cuò)誤的哲學(xué)認(rèn)識(shí)，現(xiàn)有測(cè)量理論在概念邏輯上的敗筆當(dāng)然就有很多了，詳細(xì)請(qǐng)見論文《The new concepts of measurement error theory》在結(jié)尾處的表格羅列對(duì)比。這里僅僅只說幾個(gè)最關(guān)鍵的敗筆。
2.1        概念邏輯敗筆一——精度正確度概念
所有測(cè)量學(xué)教科書都在講解系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和正確度、精度概念之間邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系，并以打靶例子來比喻正確度、精度不能合成。這種講法似乎邏輯很嚴(yán)謹(jǐn)，師者津津樂道，學(xué)生代代相傳。但是實(shí)際上，這種邏輯關(guān)系根本就不存在，矛盾比比皆是。
譬如：電子秤的測(cè)量誤差被認(rèn)為是隨機(jī)誤差（或包含有隨機(jī)誤差），相信許多人都有這個(gè)經(jīng)驗(yàn)，在超市里購買商品時(shí)電子秤的示值經(jīng)常是不變的，標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)值是0（或很小），比電子秤的標(biāo)稱隨機(jī)誤差要小得多。就是說，電子秤的隨機(jī)誤差根本沒有影響到精度。
再譬如：水準(zhǔn)儀的i角誤差、交叉誤差、補(bǔ)償誤差等都被測(cè)繪領(lǐng)域歸類為系統(tǒng)誤差，但是，這些誤差實(shí)際都是影響水準(zhǔn)網(wǎng)的精度而不是正確度。
津津樂道的所謂邏輯實(shí)際都是亂套的。
2.2        概念敗筆二——同樣測(cè)量條件
現(xiàn)有理論經(jīng)常有“同樣測(cè)量條件下重復(fù)測(cè)量”“測(cè)量結(jié)果序列離散”的說法，這也是一個(gè)敗筆。
測(cè)量是一個(gè)過程，既然重復(fù)測(cè)量中每個(gè)測(cè)量的物理過程的所有條件（包括儀器內(nèi)部的各種工作狀態(tài)）都完全絕對(duì)相同，那么，誤差的結(jié)合過程就當(dāng)然完全一樣，那重復(fù)測(cè)量的每個(gè)測(cè)量結(jié)果憑什么會(huì)不同呢？同源同過程則必然同結(jié)果，同結(jié)果就不存在“離散”之說，這是必然的。
所以，把“同樣測(cè)量條件”和“測(cè)量結(jié)果離散”糾集在一起實(shí)際是個(gè)敗筆。
2.3        概念敗筆三——標(biāo)準(zhǔn)偏差概念
    諸多測(cè)量教科書都把標(biāo)準(zhǔn)偏差（精度或精密度）解釋成測(cè)量結(jié)果的離散度，而實(shí)際上，（平差后的）一個(gè)唯一的測(cè)量結(jié)果根本不存在離散性問題，未來同樣測(cè)量條件下的測(cè)量結(jié)果又將保持不變（不離散），未來不同測(cè)量條件下的測(cè)量又與當(dāng)前測(cè)量無關(guān)。所以，這個(gè)概念解釋實(shí)際也存在嚴(yán)重的毛病。
譬如：2005年中國國家測(cè)繪局給出的珠峰高程測(cè)量值為8844.43米，標(biāo)準(zhǔn)偏差為±0.21米。一個(gè)唯一的8844.43米它如何離散？這根本沒法解釋。
老葉當(dāng)然知道這個(gè)8844.43米和標(biāo)準(zhǔn)偏差±0.21米是由離散的結(jié)果序列平差得來的，平差前的結(jié)果序列的分散性用標(biāo)準(zhǔn)差評(píng)價(jià)當(dāng)然沒有原則問題。但現(xiàn)在的問題是，怎么能把平差完成后的一個(gè)唯一的8844.43米也解釋出一個(gè)“離散”來呢？先前的離散已經(jīng)被平差掉了呀！
有人說這是未來按當(dāng)前同樣的測(cè)量條件下重復(fù)測(cè)量結(jié)果的離散度。姑且不說未來能否實(shí)現(xiàn)完全相同的測(cè)量過程，就當(dāng)一模一樣的重復(fù)測(cè)量過程能夠?qū)崿F(xiàn)，可那必然是，所有誤差形成過程一模一樣，所有原始數(shù)據(jù)一模一樣，平差結(jié)果還是一模一樣，何來離散？
有人說這是未來按不同的測(cè)量條件下的測(cè)量結(jié)果的離散度。那就更沒譜了，畢竟不同條件沒有限定邊界，這樣當(dāng)前測(cè)量跟未來測(cè)量就毫無關(guān)聯(lián)性，那憑什么能預(yù)測(cè)未來甚至是胡亂進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果呢？把胡亂測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)也一定等于±0.21米嗎？
3        結(jié)束語
這就是現(xiàn)有測(cè)量理論中的幾個(gè)經(jīng)典敗筆，正確的答案都在老葉的論文里，這里就不再詳細(xì)解答了。
這里需要說明的是，老葉指出現(xiàn)有測(cè)量理論的錯(cuò)誤并不意味著對(duì)前人研究的全盤否定，許多學(xué)者在測(cè)量誤差理論中的貢獻(xiàn)仍然是需要肯定的。譬如：李德仁院士在粗差剔除方法上的研究，楊元喜院士在系統(tǒng)誤差處理方法上的研究等等等等。他們的理論貢獻(xiàn)受限在一個(gè)缺陷的概念邏輯框架下進(jìn)行已經(jīng)很不容易，這些誤差處理方法在新型概念邏輯框架下僅僅只是換個(gè)說法而已。
而更值得一提的是，李德仁院士在教材《誤差處理與可靠性理論》（武漢大學(xué)出版社 2002）中開篇也曾經(jīng)明確表達(dá)過對(duì)誤差分類理論的看法，其原文是：“盡管在多年的測(cè)量實(shí)踐中已習(xí)慣地如此分類，但從統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)理論的觀點(diǎn)出發(fā)，并不存在一個(gè)普遍而又明確的定義，我們只能從不同側(cè)面來分析和將他們分類?！薄跋到y(tǒng)誤差可以僅視為函數(shù)模型的誤差或僅視為隨機(jī)模型的誤差，當(dāng)然也可以同時(shí)作為函數(shù)模型和隨機(jī)模型的誤差處理?！边@其中的意思表達(dá)就煩請(qǐng)讀者自己去求證了。

2016年5月11日于武漢大學(xué)

需要這種尋根問底的哲學(xué)性思考和探討1