現(xiàn)代測量技術(shù)應(yīng)用探討

王薪源

摘要：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，逐步實現(xiàn)智能化。在這種趨勢的帶動下，現(xiàn)代測量技術(shù)以實際的測量任務(wù)為前提，自動地選擇和重構(gòu)所需的測量儀器和相關(guān)的硬件、軟件，自動地形成準(zhǔn)確的模型，完成測量工作；一旦出現(xiàn)測量儀器有限的情況，可以在網(wǎng)絡(luò)的協(xié)助下，實現(xiàn)多臺儀器同時作業(yè)，從而完成測量任務(wù)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代測量技術(shù)；自主化；網(wǎng)絡(luò)化

中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0045-02

隨著數(shù)字電子技術(shù)的飛速發(fā)展，測量技術(shù)進(jìn)入數(shù)字時代。在測量領(lǐng)域逐步實現(xiàn)測量儀器的機(jī)電一體化。工業(yè)生產(chǎn)的實時和在線需求推動了測量技術(shù)和儀器性能的提高。網(wǎng)路技術(shù)的發(fā)達(dá)又使互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化的儀器應(yīng)用于測量領(lǐng)域，也就使得測量領(lǐng)域的智能化水平提高，綜合處理信息的能力提升。

1 現(xiàn)代測量技術(shù)的顯著特點(diǎn)

1.1 數(shù)字化普及

測量的本質(zhì)就是用數(shù)字化的過程來表達(dá)事物狀態(tài)。也就是將實物信息化的一個過程。信息具有虛擬的特征，使得對其進(jìn)行處理的過程十分容易。也就為數(shù)字化的測量結(jié)果的分析提供便利?；跀?shù)字化的測量工具能夠?qū)?shù)字信息進(jìn)行深入的處理，綜合各種因素，得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果。近年來，數(shù)字化逐漸延伸到包括計量標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的整個測量技術(shù)體系。

1.2 模型化清晰

人們對世界的認(rèn)識和感知是通過模型化的思維來實現(xiàn)的。只有在模型化的指導(dǎo)下，才能加深認(rèn)識，實現(xiàn)由表面到深層的理解。測量在本質(zhì)上也是基于模型的一種認(rèn)知方式。在實際的測量中，模型分為確定型和非確定型兩種，主要應(yīng)用于直接和間接的測量中。當(dāng)待測的未知量與直接測量的量之間并不確定的聯(lián)系的時候，采用非確定的模型。這種方式是使用比較多的一種軟測量技術(shù)。模型確定與否決定了間接測量與軟測量的選擇。軟測量必須要以非確定模型作為前提。這是目前比較受到關(guān)注的研究領(lǐng)域。

1.3 可重構(gòu)化明顯

測量儀器的重構(gòu)性一般通過重構(gòu)功能來適應(yīng)實際的測量需求，同時增強(qiáng)儀器的通用性，防止儀器更換帶來的成本增加。儀器的重構(gòu)主要是指硬件和軟件的可重構(gòu)性。

硬件的重構(gòu)主要是在接口的標(biāo)準(zhǔn)化模塊技術(shù)的前提下，測量儀器能夠在各種標(biāo)準(zhǔn)化的硬件模塊中作業(yè)，實現(xiàn)宏觀上的調(diào)控。近年來出現(xiàn)的在可編程邏輯器件或片上系統(tǒng)（SoC）基礎(chǔ)上構(gòu)建的測量工具在硬件實現(xiàn)重構(gòu)后，再通過相應(yīng)軟件技術(shù)實現(xiàn)微觀重構(gòu)，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確度；軟件的重構(gòu)主要是指虛擬儀器的技術(shù)。對各種軟件功能單元進(jìn)行組合和重構(gòu)，實現(xiàn)多種功能。也就是實現(xiàn)由單一功能到組合功能的過程。近年來，軟件重構(gòu)逐漸延伸，出現(xiàn)了依托網(wǎng)絡(luò)的透明計算機(jī)技術(shù)和深度上更加微觀的軟件重構(gòu)方式。

1.4 實時化

在實際的測量工作中，存在很多不確定因素，如測量對象的隨機(jī)性，測量工具的變化性都會對測量結(jié)果產(chǎn)生重大的影響。測量技術(shù)的實時化主要是借助測量知識和測量工具的發(fā)展。動態(tài)測量包含四個方面的含義：一是測量對象的變化；二是測量設(shè)備在不同時間、空間的變化；三是測量過程中一些未知因素的干擾。四是動態(tài)測量結(jié)果之間的相關(guān)性。動態(tài)測量理論旨在為儀器變化提供理論上的支撐，發(fā)展前景比較廣闊。在工業(yè)、科研、經(jīng)濟(jì)和文化領(lǐng)域都有此方面的需求。

1.5 較強(qiáng)的可靠性

鑒于測量與控制密不可分的關(guān)系，為了保證測量工具能夠適應(yīng)更多的工作環(huán)境，要不斷提高其工作的可靠性。這是測量技術(shù)所要達(dá)到的一項重要指標(biāo)?？梢詮臏y量儀器的硬件和軟件兩個方面進(jìn)行努力。

目前在硬件方面比較普遍的是以冗余設(shè)計提高儀器硬件可靠性的技術(shù)和方法。另外，利用傳感器的網(wǎng)路技術(shù)也可以提高硬件的可靠性。這種技術(shù)是將處于不同地域的傳感器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)全方位地覆蓋。此外，傳感器的失效監(jiān)測能夠提高儀器獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

利用軟件來增強(qiáng)測量的可靠性，首先要確立一個評審測量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，也就是測量不確定度評定。它是是開發(fā)和研究性能更好的測量儀器的主要參考標(biāo)準(zhǔn)；其次，是建立一種更加高效的后期數(shù)據(jù)處理方式。利用軟件進(jìn)行運(yùn)算，找出數(shù)據(jù)的相關(guān)性，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效處理。較為成熟的技術(shù)有數(shù)據(jù)修正、多傳感器數(shù)據(jù)融合等。

1.6 智能化

儀器的智能化主要從兩個方面分析，一是將傳統(tǒng)的測量設(shè)備與計算機(jī)進(jìn)行結(jié)合，也就是對儀器進(jìn)行智能化的變革，另外一種是在計算機(jī)的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)軟件對儀器的性能進(jìn)行優(yōu)化，提高智能水平。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，儀器逐漸具備運(yùn)算、識別和矯正等功能，智能化水準(zhǔn)攀升。出現(xiàn)了一些新型數(shù)字化、微機(jī)化測量儀器。

1.7 網(wǎng)絡(luò)化

目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與測量儀器實現(xiàn)了有效的結(jié)合，出現(xiàn)了彰顯網(wǎng)絡(luò)特征的測量儀器和技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多臺儀器協(xié)同作業(yè)，也能實現(xiàn)測量儀器和專業(yè)人員的有機(jī)配置，實現(xiàn)成本的節(jié)約和效率的提高?；诰W(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了更多的跨地域性的測量設(shè)備共享平臺。網(wǎng)絡(luò)在測量儀器的調(diào)配、資源的整合中發(fā)揮越來越大的作用，彰顯自動化的特征，尤其是它強(qiáng)大的運(yùn)算、傳輸和處理能力。當(dāng)前比較熱門的是測量儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化研究，有望實現(xiàn)測量作業(yè)的智能化。作業(yè)對象在空間上的分布也需要測量儀器的網(wǎng)絡(luò)化。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)都是對不同位置被測對象的整合，以求實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，提供更加完整的資料信息。

1.8 自確認(rèn)化

為了保證傳感器能夠提供更高準(zhǔn)確度的信息，實現(xiàn)測控系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，處理要對傳感器進(jìn)行定期檢查外，還要實現(xiàn)傳感器的自我確認(rèn)功能，完成對數(shù)據(jù)信息質(zhì)量的認(rèn)定。具備自我確認(rèn)功能的傳感器可以對測量信息進(jìn)行及時的在線評價，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的不確定形式的測量。同時，還可以完成故障的自我診斷，對準(zhǔn)確度降低的情形進(jìn)行預(yù)警。這樣，用戶可以對傳感器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時的調(diào)整，防止故障的發(fā)生。

2 現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展方向

在了解了現(xiàn)代測量技術(shù)的特點(diǎn)之后，我們可以掌握它的發(fā)展方向：

在測量的具體作業(yè)中，對資源的利用范圍在增大，尋求整合式的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化的儀器，能夠突破時間和空間的限制，實現(xiàn)資源共享，對人工干預(yù)的依賴性在逐步減弱。

測量的對象趨于不確定和未知。例如，軟測量技術(shù)就顯示很強(qiáng)的未知和不確定性；測量不確定度理論趨于標(biāo)準(zhǔn)化，以不可知的對象為基礎(chǔ)，通過預(yù)算實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的評定。另外，動態(tài)測量理論對于隨機(jī)性很大的干擾因素的研究也逐漸深入。

減小外界因素對于測量工作的影響，實現(xiàn)自主發(fā)展。隨著測量儀器的發(fā)展和進(jìn)步，功能更加強(qiáng)大，領(lǐng)域越來越寬。未來的測量儀器要能夠自主進(jìn)行任務(wù)的搜索。也就是一定的自主探索能力。

對于日益復(fù)雜的測量對象，在知識的運(yùn)用上，要實現(xiàn)決策優(yōu)化與主動性創(chuàng)造相結(jié)合的方式。要使測量知識實現(xiàn)自主創(chuàng)造和人工智能的結(jié)合，以求完成更加復(fù)雜的任務(wù)。

3 結(jié)語

在現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展中，儀器的自主工作能力增強(qiáng)，自主化成為趨勢。自主化的測量使得測量設(shè)備的應(yīng)用范圍越來越廣。在人工智能技術(shù)的協(xié)助下，測量儀器根據(jù)接受的任務(wù)進(jìn)行重構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合配置，形成所需測量系統(tǒng)；在作業(yè)過程中，進(jìn)行自主的目標(biāo)尋找、方案確認(rèn)、模型的調(diào)整和技術(shù)評估，確保高品質(zhì)地完成任務(wù)?？萍嫉陌l(fā)展促使測控密不可分，各種設(shè)備和儀器的行業(yè)界限更加模糊。儀器設(shè)備自主、高智能地完成測量工作值得期待。

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