試論現代測量技術的主要進步特征及發展趨勢

李壽麟

摘要：數字化、可重構化、模型化、高可靠化、實時化、網絡化、智能化以及自確認化，是現代測量技術的主要進步特征。在這些發展和進步的推動和影響下，現代測量技術逐漸朝著按不同測量任務自動重構測量儀器軟硬件，智能地構建測量模型并執行測量任務的方向發展.這些進步特征共同反映出，測量儀器的自主工作能力將越來越強。

關鍵詞：測量技術 數字化 模型化 網絡化 智能化 自主化

一、現代測量技術的主要進步特征

（一）數字化

一般意義上的測量就是通過一定的方式流程將被測對象的屬性以標準單位為基數進行數字化，這可以理解成實際事物的抽象信息化過程。之所以要信息化，是因為數字信息容易保存，通過計算機和網絡設備，可以極為快速的對其進行計算、傳輸和備份，跟傳統測量處理流程比起來要高效無數倍，數字化的測量儀器可以說是大勢所趨。

（二）可重構化

如果測量儀器不可以重構的話，我們在進行一次系統性的全面測量的時候，就需要大量的設備進行輔助。但是如果可以重構的話，那么儀器的通用性得到了強化，以更少的設備就可以進行更完整的測量手段，節約了成本。重構化氛圍軟件重構和硬件重構，其實現的基礎是內部的架構變化，但是輸入輸出的接口卻能保持很長時間的一致性。

（三）模型化

模型化的意義在于，我們實際的測量工作，往往不是測量某個物體的單一屬性，而是需要了解其系統性的全方位的屬性，這就需要我們有模型化的思想，才能最準確的了解到我們最少需要多少種屬性才能最精確的去描述某個事物，或者滿足我們的工作需要，這種思想還在不斷的發展，但是可以預見的是這種思想是未來發展的關鍵瓶頸。

（四）高可靠化

測量工作最重視的就是測量結果的可靠性，這是始終堅持的發展方向，從目前智能化的測量設備來講，我們提高可靠性的途徑有兩種，而且這兩種方式相互不沖突，往往可以一起使用。

第一，硬件方面。這是提高我們測量可靠性的基礎，工藝精度越高的設備，測量得到的結果自然也是越可靠的，還可以優化其測量結構，改進設備的測量方式。同時最近這些年還提出了冗余設計的理念進一步強化測量的可靠性。

第二，軟件方面。因為我們為了計算和處理的方便，測量的結果都抽象信息化了，而這個過程本身其實也會造成一定的可靠性失真。而且由于計算機本身原理的限制性，在對測量得來的數據繼續處理的時候也會失真，所以我們也要不斷的優化軟件。

（五）實時化

測量運用的最廣泛的領域是工業上的過程控制領域，而工業的過程控制對于測量數據的時效性要求很高，也就是說我們的測量設備才測量的時候，流程要夠短。而想要解決測量數據實時化的問題，需要的是一整套的系統進行配合，整個網絡從上端到下端對于信息的傳遞、轉換和獲取都要足夠迅速。目前國際上，西門子和德州儀器等知名大企業已經有了很顯著的進展。

（六）智能化

隨著計算機技術的發展，傳統的手動控制儀器已經逐漸被人們所嫌棄，大家都希望使用更加智能化的設備來完成工作，因為智能化的設備可以提供給他們更便捷的工作體驗。智能化儀器的制造方式有兩種：第一，就是利用嵌入式的技術，直接將我們的高性能計算與傳統儀器結合到一起，改造之后的儀器也可以認為是一臺計算機，這樣儀器自然就是智能化的；第二，則是將儀器與計算機獨立，專注于使用計算機上的軟件程序來提供智能化儀器，這種發展目前在德州儀器以及NI公司的虛擬儀器產品上有了很大的成效。

（七）自確認化

自確認測量技術的實現，可從硬件和軟件兩方面著手。硬件上除采用前面曾提及的冗余設計方法，以敏感元件間的相互印證及其他信息處理方法實現自確認外，還可依據不同類傳感器提供的不同屬性信息互相印證來實現自確認。軟件方面，可使用已有的故障診斷方法，也可建立專門模型，即對測量數據及測量系統建立動態模型，以描述其行為特征。

二、現代測量技術的發展趨勢

由于我們工程規模的不斷提成，日常測量需求中需要測量的屬性和事物越來越多，甚至不確定性也越來越強，很多時候已經是不知道如何測量，甚至不知道測量什么。很多屬性只能通過其他數據進行估計，然而不可測的屬性是客觀存在的事實，并不是一味提高儀器的性能就能解決的，所以如何通過其他屬性對不可測屬性進行更精確的估算也是當下的研究熱門。

被測對象的復雜度的提高，使得我們利用現有測量精度的儀器進行測準的時候，手段和方式越來越復雜。實際使用中對于資金的限制是很大的，所以我們要很好的整合現有的資源，才能最經濟化的突破資源的限制。

隨著計算機技術的發展，以及半導體產業對于其他產業的滲透，我們對于智能化測量儀器的需求將會越來越強烈，大家都希望有更大自主性的儀器來方便自己的工作。這種智能化只得并不僅僅是儀器自動完成既定步驟的測量工序得到我們想要的參數，同時也應當智能化的及時對測量的數據進行處理，要么是將各項參數進行整合直接給出一個較為直觀的簡易數學模型，要么是可以給出一個大致估算出的不可測參數表格。同時最新的人工智能技術對于測量技術的影響也十分深遠，以往我們是人工的決定測量的工序和測量的方式，但是現在完全可以通過人工智能的方式讓智能設備自己決定。并且測量技術跟控制技術在工業應用領域是密不可分的，工業上之所以要測量數據本身就是為了將這些數據用于實時的控制。測量過程中，測量儀器自主尋找測量目標，實時調整測量方案、測量模型及系統軟硬件結構，并利用自確認技術評估自身工作質量及工作狀態，以確保高可靠地完成測量任務。且隨著科學技術和現代化生產制造業的發展，測控將越來越密不可分，測量儀器與其他設備的界限也可能越來越模糊，變得你中有我、我中有你；儀器設備自主尋找并高度智能化地完成測量任務指日可待。

參考文獻：

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