現有測量學理論的幾大敗筆

現有測量學理論的幾大敗筆
武漢大學 葉曉明
老葉從事測量學基礎概念體系的研究近十年，發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》已經正式由國際測量技術聯合會（IMEKO）的《Measurement》正式出版，論文《誤差理論的新哲學觀》也于同期由中國計量測試學會的《計量學報》發表。核心論點是對誤差分類學說的否定，相關論文見鏈接http://blog.sciencenet.cn/blog-630565-969989.html。
但是，畢竟傳統觀念的慣性必然存在，部分專業人士（包括有些學者大佬）自認為對測量誤差理論很精通，而全然不相信現有測量理論存在什么毛病，因而對本人的研究采取不屑一顧的態度，甚至還有人還暗地竭力阻擾這一新型理論，阻擾人們對它關注和研究，妨礙該理論的推廣（見http://blog.sciencenet.cn/blog-630565-969463.html）。為此，老葉這里專門對現有測量理論在哲學上和概念邏輯上的幾大敗筆做個簡短的介紹，以激發學術界對老葉新型測量理論的興趣。
1        哲學上的敗筆
測量是確定物理量數量值的過程。這個過程當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、儀器應用的所有過程都是測量過程。這個過程實際就是一個量值溯源鏈，在這個溯源鏈上，有些領域處于上游，有些領域處于下游。
這樣，在現有的誤差分類主義思維下，上游測量領域認為其輸出誤差是隨機誤差，是遵循隨機分布的；但下游的測量領域卻認為上游的輸出誤差能對下游測量產生系統性影響，是系統誤差，是不遵循隨機分布的。
譬如：測距儀加乘常數誤差是儀器制造廠的輸出誤差，是經過校正(改正)處理后的殘差，站在制造者的角度看是隨機誤差，遵循隨機分布，這只需將其檢驗數據進行統計就可以證明；但是，測繪領域卻認為該誤差是系統誤差，是不遵循隨機分布的。
就是說，因為視角不同，同一誤差被不同測量領域歸類為性質上完全相反的類別。這就是現有測量學理論的盲人摸象哲學。
2        概念邏輯敗筆
因為基于一種錯誤的哲學認識，現有測量理論在概念邏輯上的敗筆當然就有很多了，詳細請見論文《The new concepts of measurement error theory》在結尾處的表格羅列對比。這里僅僅只說幾個最關鍵的敗筆。
2.1        概念邏輯敗筆一——精度正確度概念
所有測量學教科書都在講解系統誤差、隨機誤差和正確度、精度概念之間邏輯對應關系，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謹，師者津津樂道，學生代代相傳。但是實際上，這種邏輯關系根本就不存在，矛盾比比皆是。
譬如：電子秤的測量誤差被認為是隨機誤差（或包含有隨機誤差），相信許多人都有這個經驗，在超市里購買商品時電子秤的示值經常是不變的，標準差的統計值是0（或很小），比電子秤的標稱隨機誤差要小得多。就是說，電子秤的隨機誤差根本沒有影響到精度。
再譬如：水準儀的i角誤差、交叉誤差、補償誤差等都被測繪領域歸類為系統誤差，但是，這些誤差實際都是影響水準網的精度而不是正確度。
津津樂道的所謂邏輯實際都是亂套的。
2.2        概念敗筆二——同樣測量條件
現有理論經常有“同樣測量條件下重復測量”“測量結果序列離散”的說法，這也是一個敗筆。
測量是一個過程，既然重復測量中每個測量的物理過程的所有條件（包括儀器內部的各種工作狀態）都完全絕對相同，那么，誤差的結合過程就當然完全一樣，那重復測量的每個測量結果憑什么會不同呢？同源同過程則必然同結果，同結果就不存在“離散”之說，這是必然的。
所以，把“同樣測量條件”和“測量結果離散”糾集在一起實際是個敗筆。
2.3        概念敗筆三——標準偏差概念
    諸多測量教科書都把標準偏差（精度或精密度）解釋成測量結果的離散度，而實際上，（平差后的）一個唯一的測量結果根本不存在離散性問題，未來同樣測量條件下的測量結果又將保持不變（不離散），未來不同測量條件下的測量又與當前測量無關。所以，這個概念解釋實際也存在嚴重的毛病。
譬如：2005年中國國家測繪局給出的珠峰高程測量值為8844.43米，標準偏差為±0.21米。一個唯一的8844.43米它如何離散？這根本沒法解釋。
老葉當然知道這個8844.43米和標準偏差±0.21米是由離散的結果序列平差得來的，平差前的結果序列的分散性用標準差評價當然沒有原則問題。但現在的問題是，怎么能把平差完成后的一個唯一的8844.43米也解釋出一個“離散”來呢？先前的離散已經被平差掉了呀！
有人說這是未來按當前同樣的測量條件下重復測量結果的離散度。姑且不說未來能否實現完全相同的測量過程，就當一模一樣的重復測量過程能夠實現，可那必然是，所有誤差形成過程一模一樣，所有原始數據一模一樣，平差結果還是一模一樣，何來離散？
有人說這是未來按不同的測量條件下的測量結果的離散度。那就更沒譜了，畢竟不同條件沒有限定邊界，這樣當前測量跟未來測量就毫無關聯性，那憑什么能預測未來甚至是胡亂進行測量的結果呢？把胡亂測量的結果進行統計也一定等于±0.21米嗎？
3        結束語
這就是現有測量理論中的幾個經典敗筆，正確的答案都在老葉的論文里，這里就不再詳細解答了。
這里需要說明的是，老葉指出現有測量理論的錯誤并不意味著對前人研究的全盤否定，許多學者在測量誤差理論中的貢獻仍然是需要肯定的。譬如：李德仁院士在粗差剔除方法上的研究，楊元喜院士在系統誤差處理方法上的研究等等等等。他們的理論貢獻受限在一個缺陷的概念邏輯框架下進行已經很不容易，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》（武漢大學出版社 2002）中開篇也曾經明確表達過對誤差分類理論的看法，其原文是：“盡管在多年的測量實踐中已習慣地如此分類，但從統計檢驗理論的觀點出發，并不存在一個普遍而又明確的定義，我們只能從不同側面來分析和將他們分類。”“系統誤差可以僅視為函數模型的誤差或僅視為隨機模型的誤差，當然也可以同時作為函數模型和隨機模型的誤差處理。”這其中的意思表達就煩請讀者自己去求證了。

2016年5月11日于武漢大學

需要這種尋根問底的哲學性思考和探討1