摘要：結(jié)合信陽市供水集團有限公司討論電子技術(shù)在數(shù)理統(tǒng)計中的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：電子、計算機、數(shù)理統(tǒng)計、質(zhì)控
　　一、 概述
　　電子設(shè)備、打印機、計算機和大型分析儀器工作站聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)，自動采集數(shù)據(jù)并進行數(shù)理統(tǒng)計和報表輸出。人工進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等管理工作時，難度很大。采用電子技術(shù)做成的水質(zhì)綜合管理系統(tǒng)很好的解決了這個問題。
　　數(shù)理統(tǒng)計是一門研究在自然界和人類社會廣泛存在的隨機現(xiàn)象性的科學(xué)，隨機現(xiàn)象所特有的規(guī)律性稱為統(tǒng)計規(guī)律性。這種現(xiàn)象需要通過對同類現(xiàn)象進行大量的觀測才能發(fā)現(xiàn)。數(shù)理統(tǒng)計的目的主要在于：（1）準確地簡化和顯示數(shù)據(jù)。（2）充分利用試驗和調(diào)查所得的有用資料、數(shù)據(jù)，合理地給出所需量的最佳估計。（3）經(jīng)過對所獲數(shù)據(jù)誤差的來源及其相對大小的分析，為合理的安排試驗和進一步改善同類試驗和調(diào)查，提供寶貴的經(jīng)驗性資料。
　　二、 信陽市供水集團有限公司部分
　　（一） 數(shù)據(jù)處理的重要性和電子技術(shù)引進
　　在自來水的生產(chǎn)過程中和水質(zhì)檢驗中，信陽供水集團有限公司堅持每日收集大量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行觀測和分析，作為下一步工作（合理安排試驗和進一步改善同類試驗和調(diào)查提供經(jīng)驗性資料）的基礎(chǔ)。
　　對于日益龐大的數(shù)據(jù)處理工作，單由人工來完成非常麻煩，而且延長結(jié)果報出，以容易出現(xiàn)差錯。為此，公司引進電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以便及時準確地得出分析結(jié)果，科學(xué)有效地安排下一步工作，為全市人民吃上放心水提供保障。
　　（二） 本數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理范圍
　　1、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與自來水生產(chǎn)設(shè)備及自控系統(tǒng)PLC聯(lián)接，采集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
　　(a)取水源頭數(shù)據(jù)，如開關(guān)機時間、每小時水壓、流量、電壓等；
　　(b)加藥間數(shù)據(jù)，如加藥時間、加藥量、電壓等；
　　(c)加氯間數(shù)據(jù)，如加氯時間、加氯量、電壓等；
　　(d)過濾系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如V型濾池反沖洗時間、次數(shù)等；
　　(e)送水泵房數(shù)據(jù)，如開關(guān)水泵時間、次數(shù)、水壓、電壓、流量等。
　　2、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)打印機聯(lián)接，將數(shù)據(jù)做成報表。
　　3、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與技術(shù)設(shè)備科電腦聯(lián)接，將報表送到技術(shù)設(shè)備科進行分析處理，并接收處理結(jié)果和調(diào)度指令。
　　4、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與調(diào)度室聯(lián)接，發(fā)送調(diào)度指令。
　　5、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與水質(zhì)檢驗系統(tǒng)聯(lián)接，采集化驗結(jié)果，打印報表。
　　(a)放大器、AD轉(zhuǎn)換器、氣象色譜儀、放射性測量儀、液相色譜儀、原子吸收儀、原子熒光儀、離子計、分光光度計、濁度儀、PH計；
　　(b)細菌室工作站；
　　(c)理化室工作站；
　　(d)質(zhì)控室工作站；
　　(e)站長工作站。
　　（三）電子計算機在數(shù)理統(tǒng)計及質(zhì)控中的應(yīng)用
　　1、電子計算機與儀器的聯(lián)接
　　（1）總體規(guī)劃
　　（a）局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
　　以WindowsNT作為網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為使用集線器的星形結(jié)構(gòu)，各工作站通過網(wǎng)絡(luò)試配器與網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，采用一般微機作為文件服務(wù)器。
　　（b）綜合管理系統(tǒng)
　　本系統(tǒng)對化驗項目數(shù)據(jù)的管理符合化驗室目前日常工作的要求。對所有的化驗項目具有人工錄入、修改、貯存、輸出、綜合報表的整理打印及有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和查詢功能，并具有收集從指定的分析儀器輸送來的數(shù)據(jù)的功能，功能符合用戶提出的系統(tǒng)要求。
　　（c）分析儀器聯(lián)網(wǎng)
　　利用現(xiàn)有分析儀器的通用計算機，配用網(wǎng)絡(luò)接口卡作為網(wǎng)絡(luò)工作站與局域網(wǎng)實現(xiàn)物理連接。
　　對已有利用通用計算機進行數(shù)據(jù)處理的分析儀器，在不改變原有功能的基礎(chǔ)上，選用適當方法，將測定結(jié)果送入綜合管理系統(tǒng)；對國產(chǎn)的分析儀器進行微機化改造，建立通用的數(shù)據(jù)處理工作站，實現(xiàn)對分析測試數(shù)據(jù)的自動采集、處理并將測定結(jié)果送入綜合管理系統(tǒng)。
　　（2）軟件設(shè)計
　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計共包括兩大部分：一是將分析儀器的測定結(jié)果轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)可接受的數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理軟件（簡稱數(shù)據(jù)接收軟件）；二是水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)管理自動化軟件（簡稱綜合管理軟件）
　　（a）綜合管理軟件
　　綜合管理軟件的設(shè)計具有數(shù)據(jù)錄入、檢索查詢、報表打印、參數(shù)修改及水樣管理等模塊。使用VisualFoxPro6.0語言編程，在Windows9x、Windowsme、Windows2000、WindowsNT等操作系統(tǒng)下運行，并可進行檢測數(shù)據(jù)的自動收集、整理及具有數(shù)據(jù)庫的自我維護等功能。
　　（b）數(shù)據(jù)錄入包括儀器分析工件站檢測結(jié)果數(shù)據(jù)的自動收集/人工錄入和其它自動化或化學(xué)分析結(jié)果的人工錄入。
　　（c）報表打印包括打印原始記錄和打印結(jié)果報告。
　　（d）數(shù)據(jù)查詢可實現(xiàn)按地點或項目的查詢及分析。即根據(jù)某一地點，查詢給定時間內(nèi)的某一項或全部項目的分析結(jié)果，或根據(jù)某一項目，查詢給定時間內(nèi)的某一地點或全部地點的分析結(jié)果；顯示及打印相應(yīng)的變化曲線圖。
　　（e）數(shù)據(jù)接收軟件
　　（f）對本身已有微機工作站的分析儀器，使用VisualFoxPro、VisualBasic等語言將分析測定結(jié)果進行改造，使其適合本系統(tǒng)使用，加入計算機網(wǎng)絡(luò)。
　　（g）對國產(chǎn)分析儀器進行微機改造的工作站，分析操作過程實現(xiàn)屏幕漢字提示、數(shù)據(jù)處理具有自動繪制曲線、自動判別及剔除粗差點的功能。可自動計算測定結(jié)果并將有關(guān)數(shù)據(jù)送入綜合管理系統(tǒng)。
　　為此，將國產(chǎn)分光光度計等分析儀器進行微機化改造，設(shè)立數(shù)據(jù)處理工作站，使其適合本系統(tǒng)使用，加入計算機網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　2、電子計算機進行數(shù)理統(tǒng)計及質(zhì)控
　　(1)多次測定值統(tǒng)計處理
　　用于計算多次測定值的平均值、極值、標準偏差和相對標準偏差，是判斷測量精密度好壞的重要指標。
　　輸入對某一項目的測定次數(shù)和各次測定結(jié)果，系統(tǒng)自動算出上述各項參數(shù)，可隨時將統(tǒng)計結(jié)果打印、儲存和讀取。
　　(2)測量的準確度評估
　　準確度、精密度和檢出限是評價一個測量方法和一個測量結(jié)果的重要指標。準確度是表明測量值與真值的接近程度，越接近表明準確度越高。它用來衡量檢測結(jié)果的可靠性，因此準確度是系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合反映。
　　而本程序是通過標準物質(zhì)評估法或回收率評估法來評估測定結(jié)果的準確度（置信度為95％），輸入測定的結(jié)果和規(guī)定的控制標準（如：標準物質(zhì)的保證值和不確定度），系統(tǒng)即判斷出測定的結(jié)果是否合格。
　　(3)粗差值判斷及剔除
　　異常值是指樣本中的個別值，其數(shù)值明顯偏離它（或它們）所在樣本的其余觀測值。異常值可能僅僅是數(shù)據(jù)中固有的隨機誤差的極端表現(xiàn)，也可能是偶然偏離所規(guī)定的試驗方法的后果，或是在計算或記錄這個數(shù)據(jù)時出現(xiàn)的失誤。因此本程序采用荻克松（DIXON）或格魯布斯準則來判斷異常值是粗差值或是偏離值，若是粗差值應(yīng)該剔除，若是偏離值則查明原因后決定取舍（測定次數(shù)必須不少于二次）
　　輸入多次測定的結(jié)果，系統(tǒng)即自動判斷測量的最大值或最小值是否應(yīng)剔出，同時可以用另一種方法繼續(xù)判斷，當某一數(shù)值接近臨界值時，系統(tǒng)會提醒使用者是否剔除。
　　(4)質(zhì)控圖及其分析
　　質(zhì)量控制圖是一種直觀、有效的質(zhì)量控制手段，可以連續(xù)觀察分析質(zhì)量的變化情況，及早發(fā)現(xiàn)質(zhì)量的變化趨勢，以采取必要的措施，盡量避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)失控。
　　本程序采用了常用的平均值-減差控制圖和回收率控制圖進行質(zhì)量控，輸入測定次數(shù)和各次的測定結(jié)果，系統(tǒng)能自動判斷質(zhì)控圖是否合格并繪出質(zhì)控圖，可以對新加入的質(zhì)控點進行分析、判斷并可以重新制作質(zhì)控圖，質(zhì)控圖及結(jié)果可以儲存、打印和讀取。
　　(5)線性回歸分析
　　本程序可求〔Xi,Yi〕(i=1,2,3……n)的線性回歸方程Y=a+bX及繪制相應(yīng)曲線，并可自動刪除粗差點，還具有Xi,Yi數(shù)據(jù)作對數(shù)變換、指數(shù)交換（即將非線性變換為線性）的功能。
　　本程序具有判斷是否合格、判斷兩條曲線之間有無顯著性差異和對兩條曲線進行自動擬合的功能。
　　(6)統(tǒng)計推斷和統(tǒng)計假設(shè)檢驗
　　統(tǒng)計推斷是從一個樣本或一系列樣本所得到的統(tǒng)計量去推斷總體的結(jié)果，統(tǒng)計推斷包括假設(shè)檢驗和參數(shù)估計兩個內(nèi)容。用統(tǒng)計的方法判斷由試驗誤差或真正的差異造成差別的可能性有多大，這種統(tǒng)計方法叫做假設(shè)檢驗。本程序可對樣本進行總體正態(tài)分布性檢驗及畫出其頻數(shù)分布圖，還可以進行各種假設(shè)檢驗，主要包括：(a)頻數(shù)分布圖;(b)T-檢驗法;(c)F-檢驗法;(d)X2-檢驗法;(e)秩和檢驗法;(f)多個總體的方差檢驗。
　　(7)統(tǒng)計圖形的繪制
　　調(diào)查或試驗資料經(jīng)整理、加工、計算后，用一定的表格形式表達出來就成為統(tǒng)計表，利用各種圖形把統(tǒng)計資料的內(nèi)容陳列出來就成為統(tǒng)計圖，它具有明顯的直觀性，是分析研究資料的一種重要手段。本程序可以繪制散點圖、條形圖、扇形圖和折線圖。
　　(8)非線性擬合與插值
　　本程序可求〔Xi,Yi〕(i=1,2,3……n)的最小二乘二次或三次多相式擬合及繪制相應(yīng)的擬合曲線，還具有對Xi,Yi數(shù)據(jù)求三次自然樣條插值或一元三節(jié)點插值的功能。
　　(9)正交試驗及結(jié)果分析
　　本程序提供二至四因素三水平九次試驗的正交設(shè)計〔L9(3,4)〕及其結(jié)果分析，對于因素數(shù)多于四或水平數(shù)大于三的情況，可分批試驗。
　　
　　三、 綜上所述，先進的電子技術(shù)應(yīng)用于數(shù)理統(tǒng)計和質(zhì)控中，不僅可以替代大量人工的采集觀測數(shù)據(jù)工作，并且比人工工作更加快速、精確、合理。把有限的技術(shù)工作人員從數(shù)據(jù)收集工作中解放出來，讓他們?nèi)�心投入到分析處理和實驗研究工作中來，好鋼用在刀刃上，既減輕技術(shù)工作人員的負擔又提高了工作效率。
　　參考文獻《水質(zhì)分析理論及技能》國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)鄭州監(jiān)測站主編朱培珊