水利測量中虛擬儀器技術的應用

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，電子測量技術的創新也比較明顯。本研究針對虛擬儀器的主要結構及水利測量中虛擬儀器技術的影響程度進行了初步探討，并展望了虛擬儀器技術的發展趨勢，對于提高水利測量中虛擬儀器技術的應用水平具有一定的參考價值。

2 虛擬儀器

虛擬儀器主要是指利用應用程序結合計算機與功能化硬件，采用圖形界面由用戶對計算機進行操作，對被測試量完成相應的數據采集、判斷、分析、存儲及顯示等功能。虛擬儀器伴隨日益發展的計算機技術，現代測量技術而逐漸產生的一種新型高科技產品，在儀器目前發展中代表了最新的趨勢。虛擬儀器主要采用計算機、專用軟件及特殊儀器硬件設計，構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比高的一種新型儀器。使用者在對計算機操作過程中，如同操作自己設計的一臺傳統的專用電子儀器，充分發揮出用戶的聰明才智，使其想象力進一步擴大了空間。虛擬儀器不只是具有豐富多樣的功能、準確的測量，操作界面也十分友好、方便，可靈活集成其它設備。虛擬儀器是以計算機技術為基礎的軟硬件測試平臺，能夠將示波器、信號發生器、邏輯分析儀及頻譜分析儀等傳統的測量儀器完全替代，可與自動控制，工業控制系統集成，進而構建專有儀器系統。虛擬儀器利用軟件有機融合計算機硬件與儀器硬件形成一體，進而將強大的計算機計算處理能力結合了儀器硬件測量。

3 電子測量技術在虛擬儀器中的應用

因虛擬儀器特點，使其廣泛應用于水利測量領域中。更高的靈活性在配置功能方面得到了充分表現，使傳統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，使儀器的發展呈現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，可使其功能化特點得到有發揮，使系統降低成本達到最大化，系統功能性及靈活性進一步提高。visa庫、應用程序及驅動是虛擬軟件技術的三個主要層次，用戶在水利測量工作中，可與測量任務及目標相結合，在測量軟件上進行有針對性地編制，使復雜的測量目標得以順利完成。因虛擬軟件技術的一個重要特點就是靈活性，在應用過程中可對部分傳統儀器中的硬件進行替代，并基于此使其自身功能得到最大程度地發揮，特別是采用計算機對產生及分析測試信號的過程直接進行參與，使軟件結合硬件過程中產生的積極作用得到充分發揮。水利測量是在水利管理中的一項綜合性工作，對水利數據精度具有較高的要求。所以，最重要的是對用戶需求與軟件之間的相應關系進行協調。在具體工作實踐中，將用戶與儀器采用面板控制軟件進行連接，使信息之間實現溝通交流，將數據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。

在軟件中主要利用計算機系統具有的函數庫功能及強大的計算能力實現數據分析功能，深入分析研究相關數據，使虛擬系統進一步提高數據處理能力。因驅動軟件在虛擬技術中具有對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揮，進而對水利測量工作進行協調，從而有序開展水利測量工作。在儀器領域中虛擬儀器系統是一個基本方案，也是技術發展的一個重要結果。虛擬儀器技術具有的重要優勢有利擴大了其應用覆蓋面，特別是在科研、測量、開發、計量、檢測、測控等領域中更是一個功能非常強大的工具。虛擬儀器技術較為先進，與國際上“硬件軟件化”的主流發展趨勢相符，所以通常被稱作“軟件儀器”。它具有強大的功能，可使示波器、頻譜儀、邏輯分析儀及信號發生器等普通儀器的功能全部實現，同時采用專用探頭和軟件對汽油標號、汽車發動機參數、爐窯溫度、心電參數及血液脈搏波等特定系統的參數進行檢測。它可以靈活操作，界面全部采用圖形化，具有簡約的風格，可與傳統設備使用習慣相符，不需要培訓，用戶就能對操作規程迅速掌握。在集成方面比較便捷，在自動測量系統中不只是由高速數據采集設備構成，還可與控制設備共同構成自動控制系統。虛擬儀器可在物礦勘探、水利測量、振動分析、醫療、故障診斷、聲學分析及教學科研等很多領域中廣泛應用，示波器、信號發生器、頻譜儀、電壓電流表及邏輯分析儀等儀器計量系統是科研機構、高校、企業研發結構等十分重要的測量設備。隨著測繪系統中計算機技術應用的日益廣泛，傳統儀器設備需要加強相應計算機接口設置，與數據采集及處理等方面的配合存在一定的難度。與硬件工程師將復雜工作儀器的結合在一起相比較而言，在虛擬測量系統集成過程中，不只是在復雜的儀器設備中使測量人員解放出來，而且實現測量、記錄及數據處理等方面工作的自動化。虛擬儀器的功能比較強大，在價格方面具有一定的優勢，使其在儀器計量領域中的生命力較強，應用前景比較廣闊。虛擬儀器在專用測量系統方面具有更廣闊的發展空間，目前隨著信息技術社會的快速發展，各行業逐漸向自動化、智能化、集成化等方向轉變。計算機應用范圍日益擴大，為不斷推廣虛擬儀器創造了十分有利的條件。虛擬儀器主要采用專用軟硬件與計算機相配合使一些專有設備功能得以實現，并呈現出自動化、智能化的趨勢。所以，在需采用計算機輔助進行數據存儲處理及傳輸等工作場景中虛擬儀器比較適合，將明顯改變測量與處理、結果與分析中存在聯系不緊密的情況。數據拾取、存儲、分析、處理等環節依次操作，不僅程序規范也能夠便捷的完成相應工作。由此可見，在技術上計量系統具有可行性，能采用虛擬儀器進行代替，虛擬儀器具有比較廣闊的應用空間。同樣在自控及工控等領域，虛擬儀器也具有比較廣泛的應用。幾乎全部的閉環控制系統都有采樣精確的要求，使數據及時得到處理，并迅速進行傳輸。虛擬儀器系統與以上特點相符，在測控一體化設計工作中比較適合。特別是在制造業，虛擬儀器表現出比較突出的計算和數據吞吐能力，將充分發揮出其在溫控、電力儀表、在線監測及流程控制等系統中的重要作用。

4 虛擬儀器技術的發展趨勢

隨著近年來迅速發展的科學技術，在水利測量工作中虛擬儀器技術的應用將日益普及，而水利測量工作不斷提高了對相應技術的要求。基于此虛擬儀器技術的發展將呈現出軟件開發平臺的趨勢，進而使自動化、規模化測量目標逐步實現。NI 和HP 兩家企業是近年來該平臺的主要研發企業，在基礎開發平臺中采用labview軟件，將其作為水利測量工作的重要載體。不只是這樣，虛擬儀器技術未來將與其它一些技術產生相互交叉的作用，并呈現出深層次的發展趨勢。

綜上所述，隨著科技的不斷發展及社會日益提高的要求日漸提高，虛擬儀器技術的發展呈現出綜合性、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，虛擬儀器技術作為一次技術革命具有非常深遠的意義，對社會各領域都產生重要影響。在水利測量工作中，技術人員應深入研究虛擬儀器技術，并與測量工作任務及目標相結合，對軟件技術進行調整和優化，使軟件技術不斷提高針對性，進而對于水利測量工作中充分發揮虛擬儀器技術的作用具有重要的實踐應用價值。