【例3-1】 某地25年年标准最大风压Qi(N/m2)的记录为
111.4, 138.1, 143.1, 436.7, 352.0,
374.4, 214.2, 198.0, 239.6, 222.5,
314.4, 218.3, 198.0, 160.4, 148.2,
138.1, 204.2, 202.0, 198.0, 118.9,
198.0, 160.4, 126.7, 79.8, 101.2。
求该地设计基准期T=50年的标准最大风压的统计特征(概率分布函数及统计参数)。
解:(1)计算年标准最大风压统计参数μi、σi。
由点估法得到
式中n=25。
(2)统计假设。
统计假设是先假设样本数据服从某种概率分布,再对所假设的概率分布进行统计检验(拟合优度检验)。即:给定信度α并确定相应的接受域下边界(也即否定域上边界),计算检验统计量并作出判断,若统计量在接受域内,表明样本数据以信度α接受假设,所设概型为真。否则重新假设分布类型并检验,直至结果为真为止。
统计检验方法有多种,如K-S检验,χ2检验等。本例采用χ2检验,其基本思想为:
将已知样本数据的全体视为k个互不相容区间上的事件A1,A2,…,Ak。在概型假设成立的条件下,计算各区间上事件Ai发生的概率值Pi=P(Ai)(i=1~k),同时计算样本数据落在各区间内的频率(i=1~n,mi是样本数据落于区间i内的频数,n为样本总数)与概率pi的差值,若概型假设为真,则该差值应该很小,否则就大,基于这种思想,利用如下统计量来检验假设是否为真
且当样本容量n充分大(一般n≥50)时,不论所设分布为何种类型,只要假设为真,则统计量χ2总是近似地服从自由度为k—r—1的χ2分布(r是待求分布函数中待估参数的个数)。也就是
应该是大概率事件,而
应该是小概率事件。设式(c)的概率为一足够小的数α,有
称α为置信度(简称信度),一般取0.05。
从而由式(d)可得概型检验的拒绝域为
则接受域为
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当由式(a)求出的统计量χ2满足式(f)时,则样本数据以信度α接受所设概率分布类型,即假设为真。α愈小,符合程度愈好。
(3)计算步骤。
1)设样本数据Qi服从极值Ⅰ型分布,其中均值μi、标准差σi未知,均为待估参数,故r=2。由式(3-13a、b)得
ui=μi—0.5772αi=199.9—0.5772×68.69=160.3
则得
2)取k=5,即将样本数据分成5个互不相容的区间:A1,A2,…,A5,由式(a)计算统计量χ2,见表3-1。
表3-1 χ2统计量计算表
表3-1中,p1=P(A1)=P[0≤Qi≤100]=Fi(100)—Fi(0)
或 P5=1—P1—P2—P3—P4=0.03
(4)取信度α=0.05,k—r—1=5—2—1=2,查附表Ⅱ-4得
(2)=5.991
由表3-1知,χ2=1.653,可见
χ2<(2)
因此,假设为真,即接受该地区年最大风压Qi的分布Fi(x)为极值Ⅰ型的假设。
(5)求设计基准期T=50年的标准最大风压统计参数。
由式(3-14)知,设计基准期T=50年的标准最大风压也服从极值Ⅰ型分布,由式(3-17)和式(3-19)可得其均值和标准差为
σT=σi=88.1
而参数为
αT=αi=68.69
uT=μT—0.5772αT=468.6—0.5772×68.69=429.0
于是,设计基准期T=50年的标准最大风压QT的概率分布函数为
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