我們正處于工業(yè)化和日益全球化的世界中，比過去任何時候都更依賴于測量。無論是在科學(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，可測量性都是第一原則。然而，任何測量都存在一定的不確定度，如果沒有對這種不確定度進行準(zhǔn)確的評估和量化，所得到的測量結(jié)果就會變得毫無意義。因此，測量不確定度理論的發(fā)展對提高測量結(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)。通過合理評定測量不確定度，可以對測量過程中難以完全消除的隨機誤差和系統(tǒng)誤差進行定量描述，從而對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性進行判斷。目前，測量不確定度理論宏觀上可以分為統(tǒng)計法和非統(tǒng)計法兩大體系。統(tǒng)計學(xué)方法以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為基本原理，需要對測量過程及誤差分布有足夠的了解，可操作性較強，應(yīng)用范圍廣泛，其中GUM 法和蒙特卡洛法是由國際組織聯(lián)合發(fā)布并受到國際普遍公認(rèn)的評定方法，具有完整的不確定度評定流程和指南文件。非統(tǒng)計法如貝葉斯法、灰色評定法、模糊評定法、最大熵方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的間接評定法是相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者為解決特定測量問題總結(jié)出的探索性方法，一般只對應(yīng)于 GUM 所列出的不確定度來源中的某一項或多項，目前尚未形成統(tǒng)一的評定規(guī)范。這兩種方法各有優(yōu)勢，在不同的應(yīng)用場景下都發(fā)揮著重要作用，對完善測量不確定度理論體系具有重要作用。本文對測量不確定度理論的評定方法進行了系統(tǒng)梳理和回顧，厘清不同方法的優(yōu)勢、不足和適用場景，同時總結(jié)了近幾年的新觀點、新成果，以期對當(dāng)前測量不確定度理論體系進行相對完整的綜述。
測量不確定度的發(fā)展概況
測量不確定度的概念最早可以追溯到 1953 年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的 Beers 在研究中提出，計算實驗結(jié)果的誤差實質(zhì)上是對實驗不確定度的估計。1963 年，NBS 統(tǒng)計工程實驗室主任 Eisenhart提出了一些建議，旨在統(tǒng)一評估測量結(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，英國國家物理實驗室（NPL）的 Dietrich 在其專著中建議使用一組范圍來表示測量不確定度，這個范圍是基于平均測量值計算得出的。在接下來的十幾年里，不同計量領(lǐng)域的學(xué)術(shù)委員會都對這個建議進行了正式討論，進一步推動測量領(lǐng)域廣泛使用“不確定度”這一術(shù)語。而另一方面，各方對于測量不確定度的表達和評定也不盡相同。為此，國際計量局（BIPM）于 1980 年廣泛征集了各國家計量機構(gòu)（NMI）和有關(guān)國際組織的意見，決定統(tǒng)一測量不確定度的表達和評定方法，并于 1986 年組織起草了關(guān)于統(tǒng)一測量不確定度評定方法的指南性文件。經(jīng)過國際計量學(xué)家們多年的研究和討論，最終在 1993 年，國際計量局（BIPM）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）等 7 個國際組織聯(lián)合發(fā)布了《測量不確定度表示指南》（GUM）和第二版《國際通用計量學(xué)基本術(shù)語》（VIM），并于 1995 年對 GUM 進行了補充修訂，從而進一步加強了對測量不確定度的準(zhǔn)確評定和一致表示的要求，使得全球測量領(lǐng)域在不確定度評定方面達成共識。2008 年，JCGM 對 1995 年版 GUM 進行了細(xì)微的修訂，并在同年發(fā)布了增補文件 GUM.S1，介紹了一種基于蒙特卡洛模擬的測量不確定度評定方法。2011 年 JCGM 發(fā)布了增補文件 GUM.S2，介紹了適用于多輸出量的測量模型 。2012 年 JCGM 發(fā)布文件 JCGM 106，介紹了測量不確定度在合格評定中的作用。目前，JCGM 針對 GUM 的關(guān)于建模的增補文件 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。我國于 1999 年等同轉(zhuǎn)化了 GUM，發(fā)布規(guī)范性文件 JJF 1059-1999《測量不確定度評定與表示》，作為 JJG 1027-1991《測量誤差及數(shù)據(jù)處理》中“測量誤差”的替代部分。2011 年，國家質(zhì)量監(jiān)督管理總局（現(xiàn)國家市場監(jiān)督管理總局）又發(fā)布了等同轉(zhuǎn)化 GUM.S1 的 JJF 1059.2-2012《用蒙特卡洛法評定測量不確定度》，這也是迄今為止我國發(fā)布的測量不確定度評定的最新指南類文件。
