我們正處于工業(yè)化和日益全球化的世界中，比過去任何時(shí)候都更依賴于測(cè)量。無(wú)論是在科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量控制、健康與安全等領(lǐng)域，可測(cè)量性都是第一原則。然而，任何測(cè)量都存在一定的不確定度，如果沒有對(duì)這種不確定度進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估和量化，所得到的測(cè)量結(jié)果就會(huì)變得毫無(wú)意義。因此，測(cè)量不確定度理論的發(fā)展對(duì)提高測(cè)量結(jié)果的可靠性和可比性起到了至關(guān)重要的作用，為量化和控制測(cè)量中存在的各種誤差和偏差提供了方法論基礎(chǔ)。通過合理評(píng)定測(cè)量不確定度，可以對(duì)測(cè)量過程中難以完全消除的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差進(jìn)行定量描述，從而對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷。目前，測(cè)量不確定度理論宏觀上可以分為統(tǒng)計(jì)法和非統(tǒng)計(jì)法兩大體系。統(tǒng)計(jì)學(xué)方法以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基本原理，需要對(duì)測(cè)量過程及誤差分布有足夠的了解，可操作性較強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛，其中GUM 法和蒙特卡洛法是由國(guó)際組織聯(lián)合發(fā)布并受到國(guó)際普遍公認(rèn)的評(píng)定方法，具有完整的不確定度評(píng)定流程和指南文件。非統(tǒng)計(jì)法如貝葉斯法、灰色評(píng)定法、模糊評(píng)定法、最大熵方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的間接評(píng)定法是相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者為解決特定測(cè)量問題總結(jié)出的探索性方法，一般只對(duì)應(yīng)于 GUM 所列出的不確定度來(lái)源中的某一項(xiàng)或多項(xiàng)，目前尚未形成統(tǒng)一的評(píng)定規(guī)范。這兩種方法各有優(yōu)勢(shì)，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下都發(fā)揮著重要作用，對(duì)完善測(cè)量不確定度理論體系具有重要作用。本文對(duì)測(cè)量不確定度理論的評(píng)定方法進(jìn)行了系統(tǒng)梳理和回顧，厘清不同方法的優(yōu)勢(shì)、不足和適用場(chǎng)景，同時(shí)總結(jié)了近幾年的新觀點(diǎn)、新成果，以期對(duì)當(dāng)前測(cè)量不確定度理論體系進(jìn)行相對(duì)完整的綜述。
測(cè)量不確定度的發(fā)展概況
測(cè)量不確定度的概念最早可以追溯到 1953 年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的 Beers 在研究中提出，計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差實(shí)質(zhì)上是對(duì)實(shí)驗(yàn)不確定度的估計(jì)。1963 年，NBS 統(tǒng)計(jì)工程實(shí)驗(yàn)室主任 Eisenhart提出了一些建議，旨在統(tǒng)一評(píng)估測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的方式，這些建議是為了能夠定量地表示不確定度。1973年，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）的 Dietrich 在其專著中建議使用一組范圍來(lái)表示測(cè)量不確定度，這個(gè)范圍是基于平均測(cè)量值計(jì)算得出的。在接下來(lái)的十幾年里，不同計(jì)量領(lǐng)域的學(xué)術(shù)委員會(huì)都對(duì)這個(gè)建議進(jìn)行了正式討論，進(jìn)一步推動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域廣泛使用“不確定度”這一術(shù)語(yǔ)。而另一方面，各方對(duì)于測(cè)量不確定度的表達(dá)和評(píng)定也不盡相同。為此，國(guó)際計(jì)量局（BIPM）于 1980 年廣泛征集了各國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)（NMI）和有關(guān)國(guó)際組織的意見，決定統(tǒng)一測(cè)量不確定度的表達(dá)和評(píng)定方法，并于 1986 年組織起草了關(guān)于統(tǒng)一測(cè)量不確定度評(píng)定方法的指南性文件。經(jīng)過國(guó)際計(jì)量學(xué)家們多年的研究和討論，最終在 1993 年，國(guó)際計(jì)量局（BIPM）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）等 7 個(gè)國(guó)際組織聯(lián)合發(fā)布了《測(cè)量不確定度表示指南》（GUM）和第二版《國(guó)際通用計(jì)量學(xué)基本術(shù)語(yǔ)》（VIM），并于 1995 年對(duì) GUM 進(jìn)行了補(bǔ)充修訂，從而進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)測(cè)量不確定度的準(zhǔn)確評(píng)定和一致表示的要求，使得全球測(cè)量領(lǐng)域在不確定度評(píng)定方面達(dá)成共識(shí)。2008 年，JCGM 對(duì) 1995 年版 GUM 進(jìn)行了細(xì)微的修訂，并在同年發(fā)布了增補(bǔ)文件 GUM.S1，介紹了一種基于蒙特卡洛模擬的測(cè)量不確定度評(píng)定方法。2011 年 JCGM 發(fā)布了增補(bǔ)文件 GUM.S2，介紹了適用于多輸出量的測(cè)量模型 。2012 年 JCGM 發(fā)布文件 JCGM 106，介紹了測(cè)量不確定度在合格評(píng)定中的作用。目前，JCGM 針對(duì) GUM 的關(guān)于建模的增補(bǔ)文件 JCGM 103、關(guān)于最小二乘法應(yīng)用的指導(dǎo)文件 JCGM 107 已提出完整草案并征求意見。我國(guó)于 1999 年等同轉(zhuǎn)化了 GUM，發(fā)布規(guī)范性文件 JJF 1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，作為 JJG 1027-1991《測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理》中“測(cè)量誤差”的替代部分。2011 年，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督管理總局（現(xiàn)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局）又發(fā)布了等同轉(zhuǎn)化 GUM.S1 的 JJF 1059.2-2012《用蒙特卡洛法評(píng)定測(cè)量不確定度》，這也是迄今為止我國(guó)發(fā)布的測(cè)量不確定度評(píng)定的最新指南類文件。
