樓平兒　杜秉華　戴美玲　毛元良　唐國慶　張和軍

摘? 要：電子測定技術(shù)是在現(xiàn)代育種技術(shù)需要和現(xiàn)代科技進(jìn)步下發(fā)展起來的一種針對飼料報(bào)酬測定的新技術(shù)，不僅極大提高了測定工作效率，也提供了現(xiàn)代育種技術(shù)所需要的動物生長全過程的表型值信息。但電子測定工作數(shù)據(jù)也帶來了與傳統(tǒng)習(xí)慣認(rèn)知不同的表現(xiàn)，主要是在工作數(shù)據(jù)的正確性表述上。

測量不確定觀點(diǎn)認(rèn)為，測量過程中的不確定性廣泛存在于所有的測量工作中，被測量值（“真值”）是一個(gè)理想化概念，而且測量得到的量值（“測量結(jié)果”）也必定存在某些不確定的誤差。電子測定與傳統(tǒng)習(xí)慣的人工測定在工作數(shù)據(jù)正確性表述上不同的原因是測量不確定效應(yīng)對這兩種數(shù)據(jù)的影響不同，而且電子測定工作數(shù)據(jù)到目前為止還是一個(gè)沒有測定意義的純記錄性質(zhì)的觀測列數(shù)據(jù)。

在電子測定過程中，對測定過程的監(jiān)測和測定數(shù)據(jù)正確程度的評估是測定管理中一個(gè)很重要的工作內(nèi)容，監(jiān)測是監(jiān)視工作數(shù)據(jù)中的異常表現(xiàn)，評估計(jì)算工作數(shù)據(jù)中的異常表現(xiàn)對其正確性的影響程度。本文在測量不確定性觀點(diǎn)下，從監(jiān)測和評估電子測定工作數(shù)據(jù)正確性的可行性上分析電子測定過程中可能出現(xiàn)的問題和評定測定工作數(shù)據(jù)質(zhì)量可信度的方法。

關(guān)鍵詞：工作數(shù)據(jù)可信性；測量不確定度；種豬生產(chǎn)性能

中圖分類號：S813.24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-0769（2023）05-0047-06

根據(jù)種豬生產(chǎn)性能電子測定工作數(shù)據(jù)的表現(xiàn)和性質(zhì)，從測量不確定性出發(fā)，決定了不能用習(xí)慣的數(shù)據(jù)誤差的評判方法來評估電子測定工作數(shù)據(jù)的正確性，因?yàn)榱?xí)慣的數(shù)據(jù)誤差概念是建立在一個(gè)被測量的真值基礎(chǔ)上，而電子測定工作數(shù)據(jù)在實(shí)踐中和理論上都不能得到這個(gè)基礎(chǔ)真值。習(xí)慣的數(shù)據(jù)誤差計(jì)算方法是建立在孤立和單獨(dú)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的四則運(yùn)算數(shù)學(xué)模型上的，而電子測定工作數(shù)據(jù)的表現(xiàn)是一個(gè)無法用習(xí)慣方法進(jìn)行管理和處理的數(shù)據(jù)集合，顯然也需要異于習(xí)慣的分析方法和較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型才能判斷測定過程中發(fā)生的問題和評估工作數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題。

電子測定工作數(shù)據(jù)在實(shí)踐運(yùn)行中沒有表現(xiàn)出有測定意義數(shù)據(jù)屬性和大數(shù)據(jù)特征的狀況，而是引申出了在管理電子測定工作時(shí)需要改變的四個(gè)觀念：

①電子測定工作由測定的工作過程和對工作數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行評定兩部分組成，即得到了工作數(shù)據(jù)后還要對其正確性進(jìn)行評定，這才是一個(gè)完整的種豬生產(chǎn)性能測定行為。

②評定電子工作數(shù)據(jù)正確性的原因不以傳統(tǒng)影響因素分類，如各種類型的系統(tǒng)誤差等，但可以把測定過程中的各種影響結(jié)果所涉及到的數(shù)據(jù)、資料和經(jīng)驗(yàn)等信息按統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行處理和分析。

③用測定不確定性觀點(diǎn)評定電子工作數(shù)據(jù)正確性時(shí)，關(guān)注的不是每次測定數(shù)據(jù)的“真值”，而是數(shù)據(jù)觀測列中相關(guān)數(shù)據(jù)段“表現(xiàn)出”的符合動物行為和測定條件下的表型值。

④人工測定數(shù)據(jù)的正確性以孤立的真值為中心，測量結(jié)果與真值的差異程度是一個(gè)數(shù)量差值。電子測定種豬生長性能數(shù)據(jù)的正確性在測量不確定性的框架下進(jìn)行評定，工作數(shù)據(jù)的正確性以數(shù)據(jù)觀測列的測量結(jié)果為中心，所以測量結(jié)果與被測量值的相符程度是一個(gè)分散性區(qū)間范圍，也就是這種數(shù)據(jù)的“正確性”用一定置信范圍的可信程度來表述更合適。

電子測定工作數(shù)據(jù)需要在上述四個(gè)觀念改變的基礎(chǔ)上，對電子測定工作數(shù)據(jù)的可信性按測量不確定度的評定方法進(jìn)行評定，用評定的結(jié)果幫助監(jiān)測過程的運(yùn)行和評估測定數(shù)據(jù)的質(zhì)量。評定其工作數(shù)據(jù)的測量不確定度的具體工作由以下幾方面組成：分析不確定度的來源和確定不確定度分量項(xiàng)目；對作為不確定度來源的分量進(jìn)行評定；把所有影響數(shù)據(jù)正確性的分量進(jìn)行合成以得到觀測列數(shù)據(jù)的階段測定或全測定期的測定數(shù)據(jù)不確定度報(bào)告。

1? 分析不確定度來源

用測量不確定性觀點(diǎn)評定電子工作數(shù)據(jù)正確性影響原因不以傳統(tǒng)影響因素分類，而是把測定過程中的各種影響結(jié)果所涉及到的數(shù)據(jù)、資料和經(jīng)驗(yàn)等信息以統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行處理和分析。電子測定工作數(shù)據(jù)的測量不確定度來源就是實(shí)踐工作中得到的信息和分析，不確定度分量的確定就是根據(jù)對測定監(jiān)測需要和測定數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求，再在諸多影響的結(jié)果中選擇所需要的項(xiàng)目。

雖然在電子測定過程中反映種豬生長性能的飼料報(bào)酬是個(gè)間接被測量值，但有直接相關(guān)的三個(gè)直接被測量值：采食量、體重和身份識別，種豬生產(chǎn)性能報(bào)告的正確性與這三個(gè)被測量值的正確性都直接相關(guān)。影響這三個(gè)被測量值正確性的因素主要是稱重系統(tǒng)的穩(wěn)定性和故障、飼料秤和體重秤校正值、動態(tài)投料功能故障（特指動態(tài)投料型設(shè)備）、數(shù)據(jù)缺省和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。我們的經(jīng)驗(yàn)是把稱量值的正確性、動態(tài)投料型設(shè)備的正確性（特指動態(tài)投料型設(shè)備）、數(shù)據(jù)鏈完整的正確性和系統(tǒng)維護(hù)信息等四類項(xiàng)目作為電子測定工作數(shù)據(jù)不確定度的分量。

減少各分量彼此間的相關(guān)性可以減少數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性，減少分量的項(xiàng)目有利于一線工作人員的可操作性，我們認(rèn)為電子測定工作數(shù)據(jù)不確定度分量項(xiàng)目的設(shè)定宜為：

飼料稱量正確性；

體重稱量正確性；

動態(tài)投料正確性；

數(shù)據(jù)鏈正確性；

系統(tǒng)維護(hù)信息（包括飼料秤和體重秤的校正信息，工作系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)信息）。

2? 評定輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ui

對測量不確定度分量進(jìn)行評定是評估電子工作數(shù)據(jù)可信性工作的重要組成部分，不僅是為了確定某個(gè)不確定度分量作為總不確定度的計(jì)算單元，而且是測定管理工作中監(jiān)測影響數(shù)據(jù)正確性的原因的需要。

測量不確定度對其影響產(chǎn)生誤差的估計(jì)方法可用被測量值的分散性來表示，而分散性通常用統(tǒng)計(jì)概率分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示。由于電子測定的狀況和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，不能以復(fù)測和復(fù)驗(yàn)為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)方法來求得其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，測量科學(xué)認(rèn)為可以用“基于經(jīng)驗(yàn)或其他信息所認(rèn)定的概率分布來評定”，參考JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。也就是說，不能使用統(tǒng)計(jì)方法對電子測定工作數(shù)據(jù)不確定度分量評定時(shí)，可以用我們的工作經(jīng)驗(yàn)和其他的非統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行。

以飼料稱重正確性的不確定度分量評定為例，我們評定這個(gè)分量的信息源是從分析數(shù)據(jù)觀測列中有關(guān)負(fù)采食事件的數(shù)據(jù)狀況（負(fù)采食事件是指一次采食事件的采食量為0 g以下的有效記錄量），這個(gè)信息在很大程度上與飼料稱重常見的粘連相關(guān)，當(dāng)然也包括一些其他原因，如設(shè)備的電子噪聲、動物行為等情況，然后把這個(gè)結(jié)果作為評定飼料稱重的不確定度分量，再進(jìn)入下一步的總不確定度的合成。以下是評定這個(gè)分量過程的經(jīng)驗(yàn)介紹。

我們的材料數(shù)據(jù)來自良好管理下的32個(gè)測定站涉及250多頭測定豬全程記錄的近32萬個(gè)工作數(shù)據(jù)記錄。所用方法參照杜秉華等[1]推薦的方法?！傲己霉芾怼钡母拍钍钦麄€(gè)測定過程中，按操作規(guī)程管理測定工作；沒有發(fā)生過重大的運(yùn)行故障和嚴(yán)重的數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象；日常管理中發(fā)生問題的處置時(shí)間基本不超過24 h。

產(chǎn)生負(fù)采食量的原因有多種，如設(shè)備的電子噪聲、機(jī)械粘連、動物行為甚至意外故障等。其原因可分成兩類，即隨機(jī)和非隨機(jī)，兩類原因?qū)е碌呢?fù)采食量事件在數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)和量值方面會有不同表現(xiàn)特點(diǎn)，這兩類性質(zhì)的數(shù)據(jù)通常也是所謂的“正?！焙汀安徽！惫ぷ鲾?shù)據(jù)的特征，“隨機(jī)原因”在這里指的是只能估計(jì)但不能消除的原因，如設(shè)備性能和操作方法帶來的原因；“非隨機(jī)原因”在這里是指可以分析出并采取措施能減少影響程度的原因，如故障等。這里要指出的是，上述的“正?！惫ぷ鲾?shù)據(jù)表述只用于在良好管理下的數(shù)據(jù)表現(xiàn)情況，而在不良好管理下的工作數(shù)據(jù)表現(xiàn)基本是無意義和無法分析的。

圖1顯示的情況是以上述引用的材料數(shù)據(jù)中所有負(fù)采食量事件的情況分析，并基于產(chǎn)生負(fù)采食量的原因把其大致分成4個(gè)量值段，觀察藍(lán)色曲線的概況。

圖1顯示的情況表現(xiàn)如下：

①在現(xiàn)在科技支持下的電子測定運(yùn)行時(shí)不屏蔽這類“出錯”信息情況下，出現(xiàn)負(fù)采食量事件的記錄是一定有的。

②表示負(fù)采食量事件比例數(shù)的粗黑曲線在右起第三個(gè)量值段內(nèi)有轉(zhuǎn)折的變化，表示轉(zhuǎn)折變化“拐點(diǎn)”的右面曲線呈急劇上升狀況，而左面顯示平緩并趨于零的狀態(tài)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的連續(xù)平滑的粗黑曲線在某處出現(xiàn)一個(gè)明顯的斜率變化，這表示引起“拐點(diǎn)”兩邊的比例變化很可能是由不同的原因造成的，是屬于可控和不可控的原因。設(shè)備運(yùn)行的可控因素通常是外界因素引起的故障等，不可控因素是設(shè)備本身的性能如噪聲等。

③我們認(rèn)為，拐點(diǎn)左面出現(xiàn)的小概率并趨于零的負(fù)采食事件數(shù)是因?yàn)樵诹己霉芾硐赂黝愡\(yùn)行“出錯”被控制，拐點(diǎn)右面出現(xiàn)的大概率負(fù)采食事件數(shù)很可能是即使在良好管理下還不可控的設(shè)備性能“噪聲”而致。

再細(xì)化圖1中顯示“拐點(diǎn)”的情況，對分析這個(gè)拐點(diǎn)的意義有幫助。為此在－20 g位置左右檢查了幾個(gè)量值段之后，發(fā)現(xiàn)拐點(diǎn)發(fā)生的準(zhǔn)確范圍應(yīng)是－5 g～－20 g量值段。? ?見圖2。

圖2顯示的情況表現(xiàn)如下：

①負(fù)采食量事件數(shù)比例從－5 g～－20 g的量值段急劇降低。圖2顯示的情況是這個(gè)“拐點(diǎn)”經(jīng)過放大后實(shí)際上的一個(gè)范圍，可以看到這個(gè)基本范圍為－5 g～－14 g。

②關(guān)于系統(tǒng)主要部件稱重傳感器的電子噪聲問題。畜牧設(shè)備通用的飼料稱重傳感器規(guī)格是C3級20 kg量程，該傳感器的設(shè)計(jì)和制造稱量精度是6.7 g，參考GB/T 7551-2008《稱重傳感器》。稱量精度體現(xiàn)在幾個(gè)因素上，如非線性、重復(fù)性、穩(wěn)定性等在時(shí)間和空間上的影響。這就是說傳感器帶來的電子噪聲可能產(chǎn)生6.7 g的稱量誤差。

③關(guān)于電子測定設(shè)備的示值精度和反映不確定度分量信息的分辨率問題。測定站現(xiàn)場和終端電腦的現(xiàn)場顯示1 g通常是單位的示值精度，所以當(dāng)測定設(shè)備的系統(tǒng)噪聲幅度遠(yuǎn)超1 g時(shí)，沒有必要考慮用0.1 g作為單位示值精度，這里用0 g～－19 g量值段來分析拐點(diǎn)位置是合適的。

④系統(tǒng)噪聲的表現(xiàn)特點(diǎn)是低幅度和呈統(tǒng)計(jì)規(guī)律的分布，這是隨機(jī)性質(zhì)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。從圖2的觀測列數(shù)據(jù)記錄來看：粗黑曲線拐點(diǎn)右側(cè)的負(fù)采食量事件數(shù)顯示了這些數(shù)據(jù)的低幅度和統(tǒng)計(jì)規(guī)律的隨機(jī)性，而這些表現(xiàn)與電子測定設(shè)備系統(tǒng)性能的噪聲特點(diǎn)有很高的吻合性，由此可認(rèn)為拐點(diǎn)右側(cè)的負(fù)采食量事件是由系統(tǒng)噪聲引起的。選定0 g～－19 g量值段的另一個(gè)理由：這是最大限度避免測定豬實(shí)際采食的時(shí)刻，是顯示設(shè)備噪聲的合適窗口。

⑤隨機(jī)性質(zhì)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)是平衡性和抵償性，也就是說負(fù)采食量事件發(fā)生的飼料量對總采食量的影響在大數(shù)據(jù)情況下是可以被平衡抵償?shù)摹?/p>

⑥拐點(diǎn)右側(cè)的量值是系統(tǒng)噪聲在負(fù)方向上的半寬值，這個(gè)“拐點(diǎn)”可以被認(rèn)為飼料稱重粘連“出錯”的量值段起點(diǎn)。

隨機(jī)性質(zhì)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)是平衡性和抵償性，而其隨機(jī)產(chǎn)生的“誤差”表現(xiàn)則是一個(gè)數(shù)據(jù)隨機(jī)波動的范圍。這個(gè)以某個(gè)參考值為中心的范圍，在數(shù)軸上表示就是一個(gè)寬度，以該參考值為中心的右邊是正方向的半寬值，左邊則是負(fù)方向的半寬值。我們在分析電子測定系統(tǒng)的噪聲時(shí)，選擇了零采食量作為中心原點(diǎn)，在這里幾個(gè)數(shù)據(jù)圖表中顯示的都是零采食量事件記錄表現(xiàn)出來的負(fù)方向的隨機(jī)性質(zhì)數(shù)據(jù)的半寬值。

圖1和圖2的分析顯示了這類事件數(shù)據(jù)的表現(xiàn)態(tài)勢，為確定飼料稱重粘連的“出錯”值起點(diǎn)，我們把材料數(shù)據(jù)中32個(gè)測定站在0 g～? －19 g量值段內(nèi)從各自的實(shí)際狀況再做一個(gè)統(tǒng)計(jì)分析，見圖3。

圖3顯示的情況表現(xiàn)如下：

①圖3最右端測定站的負(fù)采食量事件數(shù)比例高達(dá)6.9％，而采食量影響只有0.05％；右側(cè)第2～7測定站的負(fù)采食量事件數(shù)比例平均為3.2％，而其平均采食量影響為0.07％。所以這些測定站的實(shí)際結(jié)果還是采食量低幅度變化的狀況，其總負(fù)采食量對總采食量的影響很小，這表示這些測定站發(fā)生的事件還是隨機(jī)性質(zhì)的。

②圖3顯示0 g～－19 g量值段的負(fù)采食量事件數(shù)比例超過平均值2.67％的測定站數(shù)有9個(gè)，比例達(dá)28.1％。所以就圖3右端的7個(gè)測定站在設(shè)備噪聲影響范圍內(nèi)的實(shí)際狀況，“拐點(diǎn)”的左側(cè)終點(diǎn)可以擴(kuò)展到－20 g。

③從整體上的理解實(shí)際發(fā)生的記錄：整個(gè)稱重系統(tǒng)是一個(gè)除傳感器外還有其他電子、電器和機(jī)械元器件等構(gòu)成的總成，各零部件的性能特性和遲滯效應(yīng)等產(chǎn)生的噪聲都會加持到合成的總稱量精度上。因此，系統(tǒng)的實(shí)際噪聲幅度超過6.7 g是可能的，也是符合實(shí)際的。故“拐點(diǎn)”的左側(cè)終點(diǎn)設(shè)定在－20 g處更合適些。

以上操作設(shè)定了－20 g為評定稱重粘連原因引起觀測值變化的起點(diǎn)；同樣的原則再評定該量值段的終點(diǎn)位置，得到的結(jié)果是－200 g左右。這樣確定了評定飼料稱重粘連原因的量值段。

對評定飼料稱重粘連原因的下一步是輸入需要分析數(shù)據(jù)觀測列相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈段內(nèi)的負(fù)采食量事件數(shù)與總采食量事件數(shù)的比值作為分散度，以這個(gè)結(jié)果作為該不確定度分量進(jìn)入不確定度合成評定。

3? 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

把評定后的各相關(guān)不確定度分量進(jìn)行合成計(jì)算，得到數(shù)據(jù)觀測列的總測量不確定度。由于在評定不確定度分量來源時(shí)考慮了相關(guān)各分量彼此間的相互獨(dú)立性，所以在合成過程中得以簡化了合成公式。

不確定度uc的合成公式如下：

按照前文確定的不確定度來源和幾個(gè)分量，電子測定工作數(shù)據(jù)的不確定度合成公式如下：

4? 報(bào)告測量結(jié)果

測量報(bào)告結(jié)果包括兩個(gè)部分：測量不確定度分量評定結(jié)果和合成不確定度結(jié)果。

測量不確定度分量評定結(jié)果：各個(gè)分量是對應(yīng)各相關(guān)影響工作數(shù)據(jù)因素的正確性而制定的，這個(gè)報(bào)告的內(nèi)容是測定過程中的影響數(shù)據(jù)的相關(guān)原因和及其影響的程度，所以該報(bào)告不僅是合成不確定度的計(jì)算單元，也是測定過程的監(jiān)測以及維護(hù)工作需要的工作報(bào)告。

合成不確定度結(jié)果：測量的目的是為得到測量數(shù)據(jù)的可信程度，為此需要把各個(gè)相關(guān)的測量不確定度分量進(jìn)行合成評定。評定測量不確定度報(bào)告既反映了該批次測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量水平，又顯示了該批次測量管理的工作水平。

5? 小結(jié)

種豬生產(chǎn)性能人工測定與電子測定在工作數(shù)據(jù)的正確性概念和管理方法上是不同的，將人工測定的數(shù)據(jù)正確性概念和管理方法用在電子測定工作上是不合適的。

我們曾經(jīng)將測定不確定觀點(diǎn)用于一個(gè)原種場的電子測定管理中，用評定測量不確定度分量的方法對一些主要影響數(shù)據(jù)正確性信息源進(jìn)行監(jiān)測。工作中有3個(gè)項(xiàng)目是與本文提到過的飼料稱重正確性、動態(tài)投料正確性和數(shù)據(jù)鏈完整正確性有關(guān)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)，這3個(gè)項(xiàng)目的內(nèi)容和量值與美國的一篇有關(guān)研究電子測定出錯問題的文獻(xiàn)所介紹的情況相似[2]，這些數(shù)據(jù)是美國國家豬肉委員會在明尼蘇達(dá)州豬業(yè)協(xié)會測定站進(jìn)行3個(gè)科研項(xiàng)目所采信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對美國和我們的同類數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，我們的工作數(shù)據(jù)在這3項(xiàng)的“出錯”率比美國文獻(xiàn)數(shù)據(jù)均降低了2個(gè)數(shù)量級[3]，這也意味著我們的工作數(shù)據(jù)在這3項(xiàng)因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)誤差范圍方面縮小了2個(gè)數(shù)量級，雖然這不是不確定度評定的結(jié)果，也不是與美國全部數(shù)據(jù)比較的結(jié)果，但從場內(nèi)測定的實(shí)踐來講，把測量不確定度觀點(diǎn)和方法用于場內(nèi)電子測定工作的管理是可行的，對提高工作數(shù)據(jù)的可信度也是有實(shí)際效果的。

在探討此方法的過程中還有相當(dāng)多的工作需要深入：如APP的問題，因?yàn)楝F(xiàn)代機(jī)電一體技術(shù)下的工作數(shù)據(jù)形成受到其APP的影響很大，而不同原則思想指導(dǎo)編制的APP運(yùn)行下的工作數(shù)據(jù)對影響原因的反映表現(xiàn)會有不同，所以對不同設(shè)備產(chǎn)生的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定分量評定可能會獲得不同的結(jié)果。如對什么測量不確定度分量的來源更有代表性和多少個(gè)來源更合理，以及對不確定度合成后的分散性是否需要指定相應(yīng)的定性標(biāo)準(zhǔn)等，也會因目標(biāo)和要求不同而不同。

參考文獻(xiàn)

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