水文儀器設(shè)備與測試計量技術(shù)

牛福義

（遼寧省水文水資源勘測局，遼寧 沈陽 110003）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，對水文信息不斷提出新要求，水文觀測項目和內(nèi)容不斷增加，對觀測手段和方法及水文監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求。

當(dāng)今在水文行業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，新型測量儀器不斷出現(xiàn)，如 ADCP流速儀、超聲波流速儀、光學(xué)流速儀、超聲波水位計、光學(xué)流速儀、流量積算儀等等。與傳統(tǒng)水文測量儀器相比，現(xiàn)代測量儀器設(shè)備的測量精度有了質(zhì)的變化，借助計算機(jī)及微電腦芯片，其功能得到了極大的拓展，自動化程度顯著提高。

測試、計量科學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)、科學(xué)研究以及社會生活中都起著極其重要的作用，是社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)活動的技術(shù)基礎(chǔ)和基本手段，是特殊的社會生產(chǎn)力。測試、計量是人們從客觀事物中提取所需信息，借以認(rèn)識客觀事物并掌握其客觀規(guī)律的一種科學(xué)方法。測試計量技術(shù)是應(yīng)用科學(xué)，推動著測試計量和儀器研究的進(jìn)步與發(fā)展。

近年來由于在水文領(lǐng)域監(jiān)測、遙測傳感器等各方面的測量儀器設(shè)備中，新型的測量儀器相繼產(chǎn)生，引進(jìn)的測量儀器設(shè)備也越來越多樣化。目前，水文測試計量基礎(chǔ)設(shè)備、技術(shù)比較薄弱，沒有形成完善的測試計量工作體系，與快速發(fā)展的制造、引進(jìn)還不協(xié)調(diào)。加強(qiáng)測試計量技術(shù)研究，是當(dāng)前水文科學(xué)現(xiàn)代化發(fā)展中重要的基礎(chǔ)性技術(shù)支撐。

1 測試計量現(xiàn)狀與新特點(diǎn)

我國水文行業(yè)的測試計量工作基礎(chǔ)比較薄弱，在過去的 20多年，由于水文行業(yè)的各種儀器產(chǎn)品不屬于國家的計量器具范疇，因此相關(guān)產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、檢測中的品質(zhì)控制與評價，主要依靠各種水文儀器的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還沒有自己行業(yè)的產(chǎn)品檢定規(guī)程。

水文計量雖然起步，但受國家總體科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢的影響，計量管理工作一直未受到足夠的重視，沒能形成統(tǒng)一的計量管理。目前僅在水質(zhì)計量管理、流速儀檢定水槽管理等有限的幾個方面開展過一些技術(shù)工作。

縱觀其它行業(yè)，與水文江河流速測量相近的風(fēng)速風(fēng)向觀測中，氣象行業(yè)早就建設(shè)有“低速風(fēng)洞”等氣象行業(yè)最高計量標(biāo)準(zhǔn)及檢定裝置；而對于“海潮流速”觀測，海洋行業(yè)也建有“海流（計）檢定水槽”等海洋行業(yè)最高計量標(biāo)準(zhǔn)及檢定裝置。同樣在水文測驗中與江、河、湖、庫水位測量相近的海洋潮位觀測，海洋行業(yè)建有“潮位（驗潮儀）檢定臺”等海洋行業(yè)最高計量標(biāo)準(zhǔn)的檢定裝置。

由于歷史原因，水文行業(yè)一直處于相當(dāng)滯后狀態(tài)，阻礙了水文領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)高新技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用，嚴(yán)重制約著水文行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)今，水文監(jiān)測儀器制造技術(shù)快速進(jìn)步引發(fā)了許多測試計量問題；推動著測試計量儀器設(shè)備的研發(fā)；促使測量技術(shù)中的新技術(shù)、新裝置不斷應(yīng)用和建造。與傳統(tǒng)測試計量技術(shù)相比，現(xiàn)代測試計量技術(shù)具有了新的特點(diǎn)。

1.1 測試量值信息復(fù)雜化多元化

當(dāng)前，測試計量產(chǎn)品趨于復(fù)雜化、多元化的趨勢，往往需要對整個設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行測試計量。傳統(tǒng)的測試量值信息比較單一，現(xiàn)代測試量值信息則復(fù)雜的多，往往包含多種不同的被測量值信息。如聲學(xué)多普勒流速剖面儀（簡稱 ADCP），是一種利用聲學(xué)多普勒原理測量水流速剖面的儀器，他本身自成系統(tǒng)， ADCP儀器內(nèi)有羅盤（傾斜儀）、溫度鹽度傳感器、壓力傳感器、DGPS接口、換能器等部件，多種功能相互作用。

如何解決各種被測量值，開發(fā)多元化測量信息融合后的目標(biāo)信息將形成新的研究目標(biāo)。

1.2 從靜態(tài)測試到動態(tài)測試

現(xiàn)代水文儀器制造已于傳統(tǒng)制造具有不同的設(shè)計理念。測試計量已不是最終產(chǎn)品質(zhì)量評定的手段；更重要的是為產(chǎn)品的設(shè)計和制造服務(wù)；以及為最終過程提供完備的過程參數(shù)和指標(biāo)；使產(chǎn)品的設(shè)計制造過程和檢測手段充分結(jié)合；形成一體的控制環(huán)境。

因此，要做到測試計量技術(shù)從傳統(tǒng)的非現(xiàn)場產(chǎn)品測試進(jìn)入到現(xiàn)場，參與到制造過程，進(jìn)行各個環(huán)節(jié)追蹤，實現(xiàn)現(xiàn)場動態(tài)控制測試才是測試計量的最終目標(biāo)。

1.3 以計算機(jī)為核心的開發(fā)平臺廣泛應(yīng)用

日益發(fā)展的計算機(jī)軟、硬件技術(shù)，正與水文測量儀器、測試計量技術(shù)密切結(jié)合。利用計算機(jī)作為測試計量系統(tǒng)裝置的硬件平臺，利用計算機(jī)具有的超強(qiáng)運(yùn)算能力和顯示、存儲、文件管理及軟件開發(fā)的功能。融合原有的專業(yè)化功能設(shè)備，使面板控件軟件化，其功能將得到顯著提高，與計算機(jī)的智能資源密切融合將變成一個全新的智能化系統(tǒng)。

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，影響著水文測量儀器的研究與制造，新的測試計量問題也隨之出現(xiàn)，研究內(nèi)容不斷更新，相比原來測試計量技術(shù)，增加了新的科技含量和技術(shù)?，F(xiàn)在計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)使流速儀檢定系統(tǒng)有了質(zhì)的變化。面板控件的軟件化取代了大部分的硬件部件，功能軟件的優(yōu)越提高了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，也為今后的綜合儀器檢測提供了拓展空間。因此研究水文行業(yè)測量儀器現(xiàn)狀，針對測試計量技術(shù)出現(xiàn)的新問題、新特點(diǎn)，以發(fā)展、超前的眼光，結(jié)合未來測試計量科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢，研究新的測量方法與技術(shù)，充分利用以計算機(jī)為核心的開發(fā)平臺，開發(fā)多功能綜合測試計量系統(tǒng)技術(shù)，將為水文高科技儀器的應(yīng)用與發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。

2 存在的問題與差距

水文儀器的不斷引進(jìn)與應(yīng)用，加上國內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，使得測試計量技術(shù)和儀器設(shè)備的作用與地位更加重要。縱觀國內(nèi)水文行業(yè)，測試計量技術(shù)和儀器設(shè)備與國外相比差距很大，除歷史的原因外，還包括下列因素。

（1）在水文行業(yè)，新的測試計量技術(shù)及儀器設(shè)備，與國內(nèi)其他行業(yè)相比差距較大?，F(xiàn)有的測試計量技術(shù)和儀器設(shè)備中，基本是借助外來技術(shù)，很少有自己的技術(shù)含量。這也反映出了我們的理論基礎(chǔ)和行業(yè)積累，與發(fā)達(dá)國家和國內(nèi)其他行業(yè)在技術(shù)上的差距。對科技創(chuàng)新重視不夠，在某種程度上影響了測試計量技術(shù)的研發(fā)能力，當(dāng)然也存在著對測試計量技術(shù)的作用和重要性認(rèn)識不足，自主創(chuàng)新能力較差，研究測試計量力度和投入資金不夠等因素，導(dǎo)致當(dāng)前研究缺乏積極性和前瞻意識。

（2）測試計量技術(shù)是面向行業(yè)應(yīng)用的科學(xué)，推動著科技發(fā)展的主要動力是來源于應(yīng)用的需求，理論研究要針對行業(yè)應(yīng)用中的測試計量問題。因歷史原因造成水文行業(yè)測試計量技術(shù)與其他行業(yè)的差距。測試計量從業(yè)人員少，行業(yè)測試計量理論比較薄弱，高技術(shù)人才流失嚴(yán)重，阻礙了行業(yè)內(nèi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

（3）高端先進(jìn)儀器設(shè)備是建立在高科技技術(shù)含量基礎(chǔ)上的，有較高的利潤回報。因此對于后續(xù)開發(fā)研究有充足的資金作為支持，形成良性循環(huán)。而國內(nèi)狀況卻與之相反，高附加值儀器設(shè)備寥寥無幾，行業(yè)內(nèi)大多引進(jìn)國外產(chǎn)品，只是消化吸收進(jìn)行應(yīng)用。很少有自己的高科技含量產(chǎn)品，即便有，也是建立在原材料和人力成本優(yōu)勢基礎(chǔ)上，必然利潤微薄。因而形成后續(xù)研發(fā)資金投入短缺，造成惡性循環(huán)，嚴(yán)重制約著儀器設(shè)備及測試計量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

3 契機(jī)與發(fā)展

“十二五”期間，在各行各業(yè)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的背景下，承載著實現(xiàn)從“中國制造”到“中國創(chuàng)造”跨越戰(zhàn)略使命。未來 10年，高端技術(shù)產(chǎn)品制造業(yè)將迎來黃金增長期，具有技術(shù)密集、附加值高、成長空間大等突出特點(diǎn)，成為國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，是一個國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)崛起的標(biāo)志；是一國制造業(yè)的基礎(chǔ)和核心競爭力所在。

當(dāng)前，水文儀器制造技術(shù)的快速發(fā)展，研究提高測試計量技術(shù)顯得尤為重要?；鶞?zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是測試計量技術(shù)水平的最高表現(xiàn)形式，是引導(dǎo)和促進(jìn)水文儀器應(yīng)用與發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)，基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)滯后嚴(yán)重制約著水文領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。新的測試計量問題的出現(xiàn)，需要有新型檢測裝置或系統(tǒng)創(chuàng)新的研究。改進(jìn)現(xiàn)有的檢測裝置或系統(tǒng)，從而獲得更多更強(qiáng)的檢測功能和能力，以適應(yīng)發(fā)展的需求。

水文領(lǐng)域儀器設(shè)備應(yīng)用與測試計量問題和差距是客觀的存在的，但應(yīng)看到，現(xiàn)今，全球同步發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)和儀器設(shè)備制造的高新技術(shù)市場的開放和融合，以及國內(nèi)制造技術(shù)的不斷提高，為水文行業(yè)儀器設(shè)備及測試計量技術(shù)崛起提供了有利契機(jī)。

利用計算機(jī)信息處理技術(shù)提供的同步平臺，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢；基于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的儀器測量原理和算法，以計算機(jī)資源補(bǔ)償機(jī)械系統(tǒng)性能；以數(shù)據(jù)處理成本降低機(jī)械硬件系統(tǒng)成本；利用計算機(jī)巨大的系統(tǒng)資源，與現(xiàn)有檢定系統(tǒng)設(shè)備相融合；借助新技術(shù)裝置特有性能，降低測試計量對機(jī)械制造水平的依賴；開發(fā)軟件模型處理及解算方法；利用檢定設(shè)備及裝置自身的功能，建立無需精密機(jī)械結(jié)構(gòu)的高精度新型的綜合功能測試系統(tǒng)；從而有效提高測試計量精度和綜合儀器的檢測能力。

隨著“十二五”計劃逐步實施，加大了對水文領(lǐng)域的投入，水文行業(yè)迎來新的發(fā)展契機(jī)。吸取歷史經(jīng)驗教訓(xùn)，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，積極踐行可持續(xù)發(fā)展水文測試計量工作思路；以行業(yè)需求為動力，以提高水文測試計量工作能力為重點(diǎn)，充分利用現(xiàn)有的高新技術(shù)，高起點(diǎn)起步，深入研究水文儀器與測試計量技術(shù)；加快研究成果轉(zhuǎn)化，逐步形成良性循環(huán)的運(yùn)行機(jī)制；加大步伐，改變水文領(lǐng)域測試計量技術(shù)的滯后狀況；為引領(lǐng)水文儀器的應(yīng)用與發(fā)展提供有力技術(shù)保障。

4 結(jié) 語

針對當(dāng)前水文領(lǐng)域水文儀器的應(yīng)用和測試計量技術(shù)，在未來的發(fā)展中，緊密聯(lián)系水文儀器監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展，注重測試計量技術(shù)的基礎(chǔ)研究，加大科研投入力度，相信在水文領(lǐng)域水文儀器設(shè)備與測試計量技術(shù)將獲得快速發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展發(fā)揮更大的作用。

[1] 中國計量測試學(xué)會.計量測試在國民經(jīng)濟(jì)中的作用[M].北京:計量出版社,1994