水利測量中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用

宋立明

（五常市水政水資源辦公室，黑龍江 五常150200）

1 概述

隨著科技水平近年來的日益提高，電子測量技術(shù)的創(chuàng)新也比較明顯。本研究針對(duì)虛擬儀器的主要結(jié)構(gòu)及水利測量中虛擬儀器技術(shù)的影響程度進(jìn)行了初步探討，并展望了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢，對(duì)于提高水利測量中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用水平具有一定的參考價(jià)值。

2 虛擬儀器

虛擬儀器主要是指利用應(yīng)用程序結(jié)合計(jì)算機(jī)與功能化硬件，采用圖形界面由用戶對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，對(duì)被測試量完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、判斷、分析、存儲(chǔ)及顯示等功能。虛擬儀器伴隨日益發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代測量技術(shù)而逐漸產(chǎn)生的一種新型高科技產(chǎn)品，在儀器目前發(fā)展中代表了最新的趨勢。虛擬儀器主要采用計(jì)算機(jī)、專用軟件及特殊儀器硬件設(shè)計(jì)，構(gòu)成不僅有普通儀器功能，還有普通儀器不具備的特殊功能及性價(jià)比高的一種新型儀器。使用者在對(duì)計(jì)算機(jī)操作過程中，如同操作自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)傳統(tǒng)的專用電子儀器，充分發(fā)揮出用戶的聰明才智，使其想象力進(jìn)一步擴(kuò)大了空間。虛擬儀器不只是具有豐富多樣的功能、準(zhǔn)確的測量，操作界面也十分友好、方便，可靈活集成其它設(shè)備。虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的軟硬件測試平臺(tái)，能夠?qū)⑹静ㄆ?、信?hào)發(fā)生器、邏輯分析儀及頻譜分析儀等傳統(tǒng)的測量儀器完全替代，可與自動(dòng)控制，工業(yè)控制系統(tǒng)集成，進(jìn)而構(gòu)建專有儀器系統(tǒng)。虛擬儀器利用軟件有機(jī)融合計(jì)算機(jī)硬件與儀器硬件形成一體，進(jìn)而將強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)計(jì)算處理能力結(jié)合了儀器硬件測量。

3 電子測量技術(shù)在虛擬儀器中的應(yīng)用

因虛擬儀器特點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于水利測量領(lǐng)域中。更高的靈活性在配置功能方面得到了充分表現(xiàn)，使傳統(tǒng)儀器存在單一測量的不足之處得到徹底改變，將多種儀器功能集成到一起，使儀器的發(fā)展呈現(xiàn)出多功能集成化趨勢。在虛擬儀器中軟件是最核心的一種技術(shù)，可使其功能化特點(diǎn)得到有發(fā)揮，使系統(tǒng)降低成本達(dá)到最大化，系統(tǒng)功能性及靈活性進(jìn)一步提高。visa庫、應(yīng)用程序及驅(qū)動(dòng)是虛擬軟件技術(shù)的三個(gè)主要層次，用戶在水利測量工作中，可與測量任務(wù)及目標(biāo)相結(jié)合，在測量軟件上進(jìn)行有針對(duì)性地編制，使復(fù)雜的測量目標(biāo)得以順利完成。因虛擬軟件技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是靈活性，在應(yīng)用過程中可對(duì)部分傳統(tǒng)儀器中的硬件進(jìn)行替代，并基于此使其自身功能得到最大程度地發(fā)揮，特別是采用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)生及分析測試信號(hào)的過程直接進(jìn)行參與，使軟件結(jié)合硬件過程中產(chǎn)生的積極作用得到充分發(fā)揮。水利測量是在水利管理中的一項(xiàng)綜合性工作，對(duì)水利數(shù)據(jù)精度具有較高的要求。所以，最重要的是對(duì)用戶需求與軟件之間的相應(yīng)關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)。在具體工作實(shí)踐中，將用戶與儀器采用面板控制軟件進(jìn)行連接，使信息之間實(shí)現(xiàn)溝通交流，將數(shù)據(jù)信息提供給所需用戶，為下步工作的開展提供重要參考依據(jù)。

在軟件中主要利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有的函數(shù)庫功能及強(qiáng)大的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能，深入分析研究相關(guān)數(shù)據(jù)，使虛擬系統(tǒng)進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理能力。因驅(qū)動(dòng)軟件在虛擬技術(shù)中具有對(duì)特定儀器的處理功能，可使承上啟下的重要作用得到有效發(fā)揮，進(jìn)而對(duì)水利測量工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而有序開展水利測量工作。在儀器領(lǐng)域中虛擬儀器系統(tǒng)是一個(gè)基本方案，也是技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要結(jié)果。虛擬儀器技術(shù)具有的重要優(yōu)勢有利擴(kuò)大了其應(yīng)用覆蓋面，特別是在科研、測量、開發(fā)、計(jì)量、檢測、測控等領(lǐng)域中更是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的工具。虛擬儀器技術(shù)較為先進(jìn)，與國際上“硬件軟件化”的主流發(fā)展趨勢相符，所以通常被稱作“軟件儀器”。它具有強(qiáng)大的功能，可使示波器、頻譜儀、邏輯分析儀及信號(hào)發(fā)生器等普通儀器的功能全部實(shí)現(xiàn)，同時(shí)采用專用探頭和軟件對(duì)汽油標(biāo)號(hào)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、爐窯溫度、心電參數(shù)及血液脈搏波等特定系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行檢測。它可以靈活操作，界面全部采用圖形化，具有簡約的風(fēng)格，可與傳統(tǒng)設(shè)備使用習(xí)慣相符，不需要培訓(xùn)，用戶就能對(duì)操作規(guī)程迅速掌握。在集成方面比較便捷，在自動(dòng)測量系統(tǒng)中不只是由高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成，還可與控制設(shè)備共同構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。虛擬儀器可在物礦勘探、水利測量、振動(dòng)分析、醫(yī)療、故障診斷、聲學(xué)分析及教學(xué)科研等很多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，示波器、信號(hào)發(fā)生器、頻譜儀、電壓電流表及邏輯分析儀等儀器計(jì)量系統(tǒng)是科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)研發(fā)結(jié)構(gòu)等十分重要的測量設(shè)備。隨著測繪系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，傳統(tǒng)儀器設(shè)備需要加強(qiáng)相應(yīng)計(jì)算機(jī)接口設(shè)置，與數(shù)據(jù)采集及處理等方面的配合存在一定的難度。與硬件工程師將復(fù)雜工作儀器的結(jié)合在一起相比較而言，在虛擬測量系統(tǒng)集成過程中，不只是在復(fù)雜的儀器設(shè)備中使測量人員解放出來，而且實(shí)現(xiàn)測量、記錄及數(shù)據(jù)處理等方面工作的自動(dòng)化。虛擬儀器的功能比較強(qiáng)大，在價(jià)格方面具有一定的優(yōu)勢，使其在儀器計(jì)量領(lǐng)域中的生命力較強(qiáng)，應(yīng)用前景比較廣闊。虛擬儀器在專用測量系統(tǒng)方面具有更廣闊的發(fā)展空間，目前隨著信息技術(shù)社會(huì)的快速發(fā)展，各行業(yè)逐漸向自動(dòng)化、智能化、集成化等方向轉(zhuǎn)變。計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，為不斷推廣虛擬儀器創(chuàng)造了十分有利的條件。虛擬儀器主要采用專用軟硬件與計(jì)算機(jī)相配合使一些專有設(shè)備功能得以實(shí)現(xiàn)，并呈現(xiàn)出自動(dòng)化、智能化的趨勢。所以，在需采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理及傳輸?shù)裙ぷ鲌鼍爸刑摂M儀器比較適合，將明顯改變測量與處理、結(jié)果與分析中存在聯(lián)系不緊密的情況。數(shù)據(jù)拾取、存儲(chǔ)、分析、處理等環(huán)節(jié)依次操作，不僅程序規(guī)范也能夠便捷的完成相應(yīng)工作。由此可見，在技術(shù)上計(jì)量系統(tǒng)具有可行性，能采用虛擬儀器進(jìn)行代替，虛擬儀器具有比較廣闊的應(yīng)用空間。同樣在自控及工控等領(lǐng)域，虛擬儀器也具有比較廣泛的應(yīng)用。幾乎全部的閉環(huán)控制系統(tǒng)都有采樣精確的要求，使數(shù)據(jù)及時(shí)得到處理，并迅速進(jìn)行傳輸。虛擬儀器系統(tǒng)與以上特點(diǎn)相符，在測控一體化設(shè)計(jì)工作中比較適合。特別是在制造業(yè)，虛擬儀器表現(xiàn)出比較突出的計(jì)算和數(shù)據(jù)吞吐能力，將充分發(fā)揮出其在溫控、電力儀表、在線監(jiān)測及流程控制等系統(tǒng)中的重要作用。

4 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著近年來迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，在水利測量工作中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用將日益普及，而水利測量工作不斷提高了對(duì)相應(yīng)技術(shù)的要求?；诖颂摂M儀器技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)出軟件開發(fā)平臺(tái)的趨勢，進(jìn)而使自動(dòng)化、規(guī)?；瘻y量目標(biāo)逐步實(shí)現(xiàn)。NI 和HP 兩家企業(yè)是近年來該平臺(tái)的主要研發(fā)企業(yè)，在基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)中采用labview軟件，將其作為水利測量工作的重要載體。不只是這樣，虛擬儀器技術(shù)未來將與其它一些技術(shù)產(chǎn)生相互交叉的作用，并呈現(xiàn)出深層次的發(fā)展趨勢。

綜上所述，隨著科技的不斷發(fā)展及社會(huì)日益提高的要求日漸提高，虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出綜合性、功能化的趨勢，在水利測量中的精確度和可靠性提高等方面具有十分重要的作用。在一定層面上而言，虛擬儀器技術(shù)作為一次技術(shù)革命具有非常深遠(yuǎn)的意義，對(duì)社會(huì)各領(lǐng)域都產(chǎn)生重要影響。在水利測量工作中，技術(shù)人員應(yīng)深入研究虛擬儀器技術(shù)，并與測量工作任務(wù)及目標(biāo)相結(jié)合，對(duì)軟件技術(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使軟件技術(shù)不斷提高針對(duì)性，進(jìn)而對(duì)于水利測量工作中充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的作用具有重要的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。