Unsicherheitsmethoden

Unsicherheitsmethoden bezeichnen Verfahren zur Bestimmung, Quantifizierung und Berichterstattung von Unsicherheit in Messungen, Berechnungen und Prognosen. Sie unterscheiden zwischen zufälligen (statistischen) Unsicherheiten, die sich aus endlicher Stichprobengröße oder Messrauschen ergeben, und systematischen Unsicherheiten, die auf Bias, Kalibrier- oder Modellfehlern beruhen. In der Metrologie wird oft von der Messunsicherheit gesprochen, die nach einem international anerkannten Rahmen bewertet wird.

Der Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) bietet eine systematische Vorgehensweise: Identifikation der Unsicherheitsquellen, Schätzung ihrer Standardunsicherheiten, Erstellung eines Unsicherheitsbudgets und Kombination zu einer Gesamtsicherheit. Die Gesamtheit kann als kombinierte Standardunsicherheit uc oder als erweiterte Unsicherheit U = kc angegeben werden, wobei k typischerweise 2 ist und ein Konfidenzniveau von etwa 95 Prozent repräsentiert.

Zu den Methodiken gehören analytische Fehlerfortpflanzung durch first-order Taylor-Expansion, Monte-Carlo-Simulationen zur Propagierung von Verteilungen, Bootstrap-Verfahren zur Resampling-ähnlichen Abschätzung sowie Intervalarithmetik. In vielen Fällen kommen auch Bayesianische Ansätze zum Einsatz, insbesondere wenn Vorinformationen vorhanden sind oder Daten knapp sind.

Anwendungsfelder umfassen Messlabore und Kalibrierbetriebe nach ISO/IEC 17025, Qualitätsmanagement, experimentelle Forschung sowie Risiko- und Entscheidungsanalysen. Eine transparente Berichterstattung umfasst den Wert der Messung, die kombinierte Standardunsicherheit, die erweiterte Unsicherheit samt Anwendungswahrscheinlichkeit, sowie Angaben zu Annahmen, Verteilungen und möglichen Korrelationen zwischen Quellen.