现代测量技术应用探讨

王薪源

摘要：网络应用广泛，逐步实现智能化。在这种趋势的带动下，现代测量技术以实际的测量任务为前提，自动地选择和重构所需的测量仪器和相关的硬件、软件，自动地形成准确的模型，完成测量工作；一旦出现测量仪器有限的情况，可以在网络的协助下，实现多台仪器同时作业，从而完成测量任务。

关键词：现代测量技术；自主化；网络化

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0045-02

随着数字电子技术的飞速发展，测量技术进入数字时代。在测量领域逐步实现测量仪器的机电一体化。工业生产的实时和在线需求推动了测量技术和仪器性能的提高。网路技术的发达又使互联网技术和网络化的仪器应用于测量领域，也就使得测量领域的智能化水平提高，综合处理信息的能力提升。

1 现代测量技术的显著特点

1.1 数字化普及

测量的本质就是用数字化的过程来表达事物状态。也就是将实物信息化的一个过程。信息具有虚拟的特征，使得对其进行处理的过程十分容易。也就为数字化的测量结果的分析提供便利。基于数字化的测量工具能够对数字信息进行深入的处理，综合各种因素，得出准确的测量结果。近年来，数字化逐渐延伸到包括计量标准在内的整个测量技术体系。

1.2 模型化清晰

人们对世界的认识和感知是通过模型化的思维来实现的。只有在模型化的指导下，才能加深认识，实现由表面到深层的理解。测量在本质上也是基于模型的一种认知方式。在实际的测量中，模型分为确定型和非确定型两种，主要应用于直接和间接的测量中。当待测的未知量与直接测量的量之间并不确定的联系的时候，采用非确定的模型。这种方式是使用比较多的一种软测量技术。模型确定与否决定了间接测量与软测量的选择。软测量必须要以非确定模型作为前提。这是目前比较受到关注的研究领域。

1.3 可重构化明显

测量仪器的重构性一般通过重构功能来适应实际的测量需求，同时增强仪器的通用性，防止仪器更换带来的成本增加。仪器的重构主要是指硬件和软件的可重构性。

硬件的重构主要是在接口的标准化模块技术的前提下，测量仪器能够在各种标准化的硬件模块中作业，实现宏观上的调控。近年来出现的在可编程逻辑器件或片上系统（SoC）基础上构建的测量工具在硬件实现重构后，再通过相应软件技术实现微观重构，提高数据转换的准确度；软件的重构主要是指虚拟仪器的技术。对各种软件功能单元进行组合和重构，实现多种功能。也就是实现由单一功能到组合功能的过程。近年来，软件重构逐渐延伸，出现了依托网络的透明计算机技术和深度上更加微观的软件重构方式。

1.4 实时化

在实际的测量工作中，存在很多不确定因素，如测量对象的随机性，测量工具的变化性都会对测量结果产生重大的影响。测量技术的实时化主要是借助测量知识和测量工具的发展。动态测量包含四个方面的含义：一是测量对象的变化；二是测量设备在不同时间、空间的变化；三是测量过程中一些未知因素的干扰。四是动态测量结果之间的相关性。动态测量理论旨在为仪器变化提供理论上的支撑，发展前景比较广阔。在工业、科研、经济和文化领域都有此方面的需求。

1.5 较强的可靠性

鉴于测量与控制密不可分的关系，为了保证测量工具能够适应更多的工作环境，要不断提高其工作的可靠性。这是测量技术所要达到的一项重要指标。可以从测量仪器的硬件和软件两个方面进行努力。

目前在硬件方面比较普遍的是以冗余设计提高仪器硬件可靠性的技术和方法。另外，利用传感器的网路技术也可以提高硬件的可靠性。这种技术是将处于不同地域的传感器进行网络连接，实现全方位地覆盖。此外，传感器的失效监测能够提高仪器获取数据的准确性和可靠性。

利用软件来增强测量的可靠性，首先要确立一个评审测量数据的标准，也就是测量不确定度评定。它是是开发和研究性能更好的测量仪器的主要参考标准；其次，是建立一种更加高效的后期数据处理方式。利用软件进行运算，找出数据的相关性，实现对数据的高效处理。较为成熟的技术有数据修正、多传感器数据融合等。

1.6 智能化

仪器的智能化主要从两个方面分析，一是将传统的测量设备与计算机进行结合，也就是对仪器进行智能化的变革，另外一种是在计算机的基础上，利用相关软件对仪器的性能进行优化，提高智能水平。随着人工智能技术的发展，仪器逐渐具备运算、识别和矫正等功能，智能化水准攀升。出现了一些新型数字化、微机化测量仪器。

1.7 网络化

目前，网络技术与测量仪器实现了有效的结合，出现了彰显网络特征的测量仪器和技术。网络技术能够实现多台仪器协同作业，也能实现测量仪器和专业人员的有机配置，实现成本的节约和效率的提高。基于网络的发展，出现了更多的跨地域性的测量设备共享平台。网络在测量仪器的调配、资源的整合中发挥越来越大的作用，彰显自动化的特征，尤其是它强大的运算、传输和处理能力。当前比较热门的是测量仪器设备的网络化研究，有望实现测量作业的智能化。作业对象在空间上的分布也需要测量仪器的网络化。无线传感器网络和数据融合系统都是对不同位置被测对象的整合，以求实现准确测量，提供更加完整的资料信息。

1.8 自确认化

为了保证传感器能够提供更高准确度的信息，实现测控系统的正常运转，处理要对传感器进行定期检查外，还要实现传感器的自我确认功能，完成对数据信息质量的认定。具备自我确认功能的传感器可以对测量信息进行及时的在线评价，实现对数据的不确定形式的测量。同时，还可以完成故障的自我诊断，对准确度降低的情形进行预警。这样，用户可以对传感器的运行状态进行及时的调整，防止故障的发生。

2 现代测量技术的发展方向

在了解了现代测量技术的特点之后，我们可以掌握它的发展方向：

在测量的具体作业中，对资源的利用范围在增大，寻求整合式的发展。网络化的仪器，能够突破时间和空间的限制，实现资源共享，对人工干预的依赖性在逐步减弱。

测量的对象趋于不确定和未知。例如，软测量技术就显示很强的未知和不确定性；测量不确定度理论趋于标准化，以不可知的对象为基础，通过预算实现对数据的评定。另外，动态测量理论对于随机性很大的干扰因素的研究也逐渐深入。

减小外界因素对于测量工作的影响，实现自主发展。随着测量仪器的发展和进步，功能更加强大，领域越来越宽。未来的测量仪器要能够自主进行任务的搜索。也就是一定的自主探索能力。

对于日益复杂的测量对象，在知识的运用上，要实现决策优化与主动性创造相结合的方式。要使测量知识实现自主创造和人工智能的结合，以求完成更加复杂的任务。

3 结语

在现代测量技术的发展中，仪器的自主工作能力增强，自主化成为趋势。自主化的测量使得测量设备的应用范围越来越广。在人工智能技术的协助下，测量仪器根据接受的任务进行重构和网络技术的综合配置，形成所需测量系统；在作业过程中，进行自主的目标寻找、方案确认、模型的调整和技术评估，确保高品质地完成任务。科技的发展促使测控密不可分，各种设备和仪器的行业界限更加模糊。仪器设备自主、高智能地完成测量工作值得期待。

参考文献

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