European knowledge baseEuropean calibration knowledge platform
Measurement uncertainty · 30 perc

Monte Carlo method for measurement uncertainty evaluation

When linear uncertainty propagation is insufficient, how numerical propagation of distributions works, and what must be validated under JCGM 101.

Monte Carlo method for measurement uncertainty evaluation – szakmai ábra

A Monte Carlo módszer nem „pontosabb GUM”, hanem más numerikus megközelítés. Particularly hasznos nemlineáris modelleknél, aszimmetrikus distributionoknál, limitek közelében és akkor, amikor a kimeneti distribution nem írható le jól egyetlen standard uncertaintygal és szimmetrikus intervallummal.

Miért van szükség Monte Carlo módszerre?

A klasszikus uncertaintyterjedési törvény elsőrendű Taylor-közelítésre épül. Ha a modell erősen nemlineáris, a bemeneti uncertaintyok nagyok a görbülethez képest, vagy a kimenet korlátos és ferde distributionú, a linearizált közelítés torzulhat. A JCGM 101 distributionok propagálását írja le Monte Carlo módszerrel.

Monte Carlo distributionpropagálás
A bemeneti quantityekből mintát veszünk, a modellt sokszor kivalueeljük, majd a kimeneti mintából becslést és lefedettségi intervallumot számítunk.

A propagálás folyamata

A bemeneti quantityek PDF-jeinek megadása

Minden bemenethez olyan distributiont kell rendelni, amely a rendelkezésre álló tudást reprezentálja.

Véletlen minták generálása

A függőségeket, correlationkat vagy közös paramétereket a mintavételben is meg kell őrizni.

A measurement modell ismételt futtatása

Minden bemeneti mintahalmazhoz kiszámítjuk a kimeneti valueet.

A kimeneti distribution assessmente

Átlag, medián, standard uncertainty és lefedettségi intervallum határozható meg.

Bemeneti distributionok és függőség

A szimuláció nem javítja meg a hibás bemeneti modellt. Ha indokolatlan distributiont vagy függetlenséget feltételezünk, a nagy mintaszám csak nagy accuracygal reprodukálja a hibás modellt. A numerikus algoritmusnak furthermore stabilan kell kezelnie az érvénytelen tartományokat és fizikai korlátokat.

Kimeneti distribution és lefedettségi intervallum

A kimenet becslése lehet for example az átlag vagy más, a measurand definíciójával összhangban álló statisztika. A 95%-os lefedettségi intervallum lehet egyenlő végvalószínűségű vagy legrövidebb intervallum. Aszimmetrikus distributionnál a „y ± U” forma információvesztő lehet; it is advisable to két intervallumhatárt közölni.

A GUM-keret validálása

A JCGM 101 proceduret ad arra, hogyan hasonlítható össze a lineáris GUM-result a Monte Carlo eredménnyel. A validálás célja nem a két szám mechanikus egyezése, hanem annak vizsgálata, hogy a GUM-keretből kapott lefedettségi intervallum a szükséges numerikus tolerancián belül conforming-e.

Common mistakes

  • elégtelen mintaszám vagy konvergenciavizsgálat hiánya;
  • korrelált bemenetek független mintavétele;
  • a modell érvénytelen tartományának figyelmen kívül hagyása;
  • szimmetrikus U közlése erősen ferde distributionnál;
  • véletlenszám-generator és algoritmus dokumentálásának hiánya.

Elsődleges sources

  1. JCGM 101:2008 – Propagation of distributions using a Monte Carlo method
  2. JCGM 100:2008 – Guide to the expression of uncertainty in measurement
  3. JCGM GUM-6:2020 – Developing and using measurement models

A cikk a sources magyarázó feldolgozása. A normatív vagy hivatalos requirement megállapításához mindig az eredeti dokumentum valid kiadását kell használni.

Position in the knowledge system

Recommended next steps

Measurement uncertainty áttekintése →
Foundation szint2 perc estimated reading11 fejezet
Szakmai edit

A accreditedcalibration.eu tartalma a LightingLab accredited calibrationi és measurementügyi tapasztalatára épül. A requirement, az útmutatás és a szakmai értelmezés a szövegben elkülönül.