浅析现代测量技术各主要进步特征间的相互关系
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测绘新技术与工程测量的内在联系作者:陶杰来源:《科技资讯》 2011年第20期陶杰(博乐农五师全新勘测设计有限公司新疆博乐市 833400)摘要:科技的进步与发展,新的测绘技术也是日新月异,本文重点介绍工程测量中的数字化技术和GPS技术,简单介绍GIS技术、RS技术和3S技术。
关键词:工程测量新技术中图分类号:P2 文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0000-001数字化技术1.1数字化测绘的原理(1)地图数字化技术,是一种高效、便捷且保真的地图处理技术。
仪器上一般有手扶跟踪数字化和扫描矢量化两大类,针对大比例尺地形图,借助扫描矢量化软件,大多数该类软件能自动地提取多边形信息;(2)数字化成图手段,与传统工程测量相比,在大比例尺地形图和工程图的测绘上,其具有精度高、内外业分工明确、便于人员分配、成图效率高等优点,其模式有两种:①数字化成图技术有内外业一体化;②电子平板两种模式。
应用的主要仪器设备是全站仪、电子手簿等。
1.2数字化测绘的优点数字化测绘很符合现代社会信息的要求,是现代测绘的发展方向。
(1)凭借计算机的模拟,将地形、地貌特征以及地籍要素分层次直观地反映出来,一目了然,便于读懂和进一步研究;(2)在使用、更新和维护上非常方便和快捷,产品信息的现势性能够被随时保持下来,便于补充和修改,还能够对图形进行随意拼接和缩放,具有广泛的用途;(3)将该测绘技术的测绘成果作为底图,可以通过计算机,实施各种设计与规划,以及对许多方案的设计进行比较,也能够很方便且准确地对各种要素的统计、叠加、汇总和分析。
1.3数字测绘在工程测量中的主要内容(1)原图数字化。
在操作中充分借助于现有的地形图,只要配备计算机、数字化仪或扫描仪,再利用数字化软件就可以实施测量了,并且获得数字化成果的时间周期非常短。
非常适合于受到一时经费困难和时间限制条件下但又需要用到数字地形图的工程。
其具有两种工作方法:扫描矢量化和手扶跟踪数字化。
现代测绘技术与传统测绘技术的比较1. 引言测绘技术是制图与地理空间数据管理的重要工具,它在许多领域都起到了关键的作用。
随着科技的不断进步,测绘技术也在不断发展。
本文将比较现代测绘技术与传统测绘技术之间的差异,从而揭示出现代测绘技术的优势。
2. 介绍现代测绘技术现代测绘技术包括全球卫星定位系统(GPS)、遥感、激光雷达等先进技术。
GPS通过全球卫星系统定位地球上的任意一点,实现高精度的空间定位;遥感技术利用航空或卫星影像获取地球表面的信息,从而实现大范围的数据采集;激光雷达则使用激光束扫描地面,获取各种地理数据。
3. 传统测绘技术的特点传统测绘技术主要包括地面测量、地形制图和测量仪器。
地面测量依赖于人工测量和观测,需要大量的人力和物力投入;地形制图则通过测量地理实体的形状和位置,绘制地图;测量仪器包括经纬仪、水准仪等,用于实地测量。
4. 现代测绘技术的优势4.1 精度与速度:现代测绘技术能够提供更高的精度和速度。
GPS定位技术的精度可达到几厘米,远远超过了传统测绘技术。
同时,现代技术还能够实现实时数据采集,大大提高了测绘的效率。
4.2 大范围覆盖:现代测绘技术能够实现大范围的数据采集和制图。
遥感技术能够从卫星或飞机上获取地球表面的影像数据,从而实现大面积的地理空间数据采集和制图。
这种大范围的覆盖能够满足许多领域的需求,如城市规划、环境监测等。
4.3 数据可视化:现代测绘技术提供了更多的数据可视化方式。
通过激光雷达扫描地面,可以获取三维地理数据,并通过虚拟现实技术实现地理空间的可视化。
这种方式能够更直观地展示地理数据,为决策者提供更全面的信息。
5. 传统测绘技术的价值尽管现代测绘技术有着许多优势,但传统测绘技术仍然具有一定的价值。
首先,传统技术具有较低的成本,普通人也可以掌握这些技术,用于小范围的测绘需求。
其次,传统技术在某些环境下比现代技术更可靠,如山区或深海等特殊地形。
此外,传统技术的历史渊源长,有助于保护历史文化遗产和传统技艺的传承。
现代工程测量技术的发展与应用工程测量技术是工程领域中不可或缺的一项技术,在建筑、土木工程、地质勘探等各个领域都有广泛的应用。
随着科技的不断进步,现代工程测量技术也在不断发展和完善,为工程领域的发展和进步提供了重要的支持。
本文将从现代工程测量技术的发展历程、技术特点以及应用案例等方面进行详细的介绍。
一、现代工程测量技术的发展历程工程测量技术的发展历程可以追溯到古代,人们在建造各种建筑和工程时就需要进行测量工作。
古代的工程测量技术主要依靠人力和简单的测量仪器,测量精度较低,工作效率也比较低。
随着科技的发展,工程测量技术逐渐得到了改进和完善。
18世纪发明的经纬仪和测量经纬度的方法,标志着工程测量技术迈入了现代化阶段。
20世纪初,随着电子技术的进步,出现了一系列电子测量仪器,如电子经纬仪、全站仪等,极大地提高了测量的精度和效率。
并且在近年来,激光测距仪、卫星定位系统等新技术的引入,使现代工程测量技术得到了进一步的发展和完善。
1. 高精度现代工程测量技术的最大特点就是测量精度高。
随着各种先进的测量仪器和技术的应用,工程测量的精度可以达到毫米甚至更小的级别,为工程建设提供了精确可靠的数据支持。
2. 高效率现代工程测量技术的另一个特点就是工作效率高。
采用先进的测量仪器和自动化测量技术,可以大大提高测量的速度和效率,从而节约了时间和人力成本。
3. 多元化现代工程测量技术不仅限于传统的测量方法,还涉及到了多种新技术的应用,如激光测距技术、遥感技术、地理信息系统技术等,使工程测量的方法更加多元化、全面化。
4. 信息化现代工程测量技术还具有信息化的特点,即所得的测量数据可以方便地进行存储、处理和分析,为工程设计、规划、施工等阶段提供了丰富的信息支持。
1. 建筑工程在建筑工程中,现代工程测量技术的应用十分广泛。
通过全站仪和激光测距仪等高精度测量仪器,可以对建筑工地进行精确的地形测量和建筑物的位置定位,为建筑设计和施工提供了重要的数据支持。
现代工程测量技术的发展与应用引言工程测量是工程建设中不可或缺的环节,它在建筑、道路、桥梁、水利、地质勘察等领域都有着重要的应用。
随着科技的不断进步和社会的发展,现代工程测量技术也得到了快速的发展与应用。
本文将从发展的角度探讨现代工程测量技术的进步,并深入分析其在实际工程中的应用。
一、发展历程1. 传统测量技术在古代,人们使用简单的工具和方法进行测量,比如利用木尺、水平仪和铅垂线进行直线测量,利用望远镜和角尺进行角度测量。
这些传统的测量方法虽然简单,但存在精度低、效率慢、不适用于复杂工程等缺点。
2.电子测量技术20世纪初,随着电子技术的发展,电子测量技术开始逐渐应用到工程测量中。
人们开始使用电子仪器取代传统的测量工具,比如使用电子距离仪替代铅垂线,使用全站仪替代望远镜和角尺等。
这些新的电子仪器大大提高了测量的精度和效率,使得工程测量开始向数字化、自动化方向发展。
3.卫星定位技术上世纪70年代,卫星定位技术的出现极大地推动了工程测量技术的发展。
全球定位系统(GPS)成为工程测量的革命性技术,它使得测量人员可以使用卫星信号直接获取测量点的坐标,大大提高了测量的精度和覆盖范围。
卫星定位技术也催生了一系列相关技术,比如遥感技术、导航技术等,使工程测量进入了一个全新的发展阶段。
4.激光测量技术近年来,激光测量技术成为工程测量的热门领域。
激光测距仪、激光扫描仪等先进设备的应用,使得工程测量可以实现高速、高精度的三维测量,其应用范围涵盖了建筑、地质、矿业、环境监测等多个领域。
二、现代工程测量技术的应用1.建筑工程在建筑工程中,现代测量技术被广泛应用于建筑设计、施工监测、质量控制等方面。
通过全站仪、GPS等设备,可以对建筑的位置、高度、平面度等进行精确的测量,确保建筑工程的准确性和安全性。
2.交通工程在道路、桥梁、隧道等交通工程建设中,现代测量技术发挥着重要作用。
利用卫星定位技术和激光测量技术,可以对工程地形、地貌进行精确的测量,提供可靠的数据支持工程设计和施工。
试论现代测量技术的主要进步特征及发展趋势作者:李寿麟来源:《祖国》2017年第14期摘要:数字化、可重构化、模型化、高可靠化、实时化、网络化、智能化以及自确认化,是现代测量技术的主要进步特征。
在这些发展和进步的推动和影响下,现代测量技术逐渐朝着按不同测量任务自动重构测量仪器软硬件,智能地构建测量模型并执行测量任务的方向发展.这些进步特征共同反映出,测量仪器的自主工作能力将越来越强。
关键词:测量技术数字化模型化網络化智能化自主化一、现代测量技术的主要进步特征(一)数字化一般意义上的测量就是通过一定的方式流程将被测对象的属性以标准单位为基数进行数字化,这可以理解成实际事物的抽象信息化过程。
之所以要信息化,是因为数字信息容易保存,通过计算机和网络设备,可以极为快速的对其进行计算、传输和备份,跟传统测量处理流程比起来要高效无数倍,数字化的测量仪器可以说是大势所趋。
(二)可重构化如果测量仪器不可以重构的话,我们在进行一次系统性的全面测量的时候,就需要大量的设备进行辅助。
但是如果可以重构的话,那么仪器的通用性得到了强化,以更少的设备就可以进行更完整的测量手段,节约了成本。
重构化氛围软件重构和硬件重构,其实现的基础是内部的架构变化,但是输入输出的接口却能保持很长时间的一致性。
(三)模型化模型化的意义在于,我们实际的测量工作,往往不是测量某个物体的单一属性,而是需要了解其系统性的全方位的属性,这就需要我们有模型化的思想,才能最准确的了解到我们最少需要多少种属性才能最精确的去描述某个事物,或者满足我们的工作需要,这种思想还在不断的发展,但是可以预见的是这种思想是未来发展的关键瓶颈。
(四)高可靠化测量工作最重视的就是测量结果的可靠性,这是始终坚持的发展方向,从目前智能化的测量设备来讲,我们提高可靠性的途径有两种,而且这两种方式相互不冲突,往往可以一起使用。
第一,硬件方面。
这是提高我们测量可靠性的基础,工艺精度越高的设备,测量得到的结果自然也是越可靠的,还可以优化其测量结构,改进设备的测量方式。
浅谈现代测量技术的发展与应用测量技术是一门应用科学,它在各个领域都有着广泛的应用。
随着科学技术的不断发展,现代测量技术也在不断地进行创新和进步。
本文将从测量技术的发展历程、现代测量技术的特点、以及测量技术在各个领域的应用三个方面来进行探讨。
测量技术的发展历程到了近代,随着现代科学技术的迅速发展,测量技术也得到了革命性的发展。
在工程测量中,测绘仪器的推广应用和电子测距仪的发明,使得测量的精度和效率得到了大幅度的提高。
在生物医学领域,光电测量技术的应用为医学诊断和治疗带来了新的可能性。
在地质勘探中,地球物理探测方法的进步极大地提高了资源勘探的效率和准确度。
现代测量技术的特点现代测量技术的发展,主要体现在以下几个方面的特点:1. 高精度:现代测量技术能够实现更高的测量精度,多种仪器和方法的组合应用,使得测量误差得到了有效的控制。
2. 高效率:现代测量技术的发展使得测量过程更加自动化和智能化,大大提高了测量效率,节约了人力和时间成本。
3. 多元化:现代测量技术的发展,使得测量方法和技术不断丰富多样化,可以根据不同的测量需求选择不同的方法和仪器。
4. 应用广泛:现代测量技术的发展,使得测量技术在各个领域都有广泛的应用,如地质勘探、医学诊断、建筑工程等。
测量技术在各个领域的应用1. 地质勘探领域:地球物理测量技术在地质勘探中起着至关重要的作用。
地震勘探、地磁勘探等技术的应用使得地下资源的勘探和开发更加准确和高效。
2. 建筑工程领域:在建筑工程中,测量技术的应用尤为重要。
利用全站仪、激光测距仪等工具可以对建筑结构的尺寸和形状进行精确的测量,保证建筑施工的精度和质量。
3. 生物医学领域:在医学诊断领域,光电测量技术的应用为医学影像诊断和治疗提供了新的手段。
如CT、MRI等影像学技术的发展,使得医学诊断更加精准和可靠。
4. 航空航天领域:在航空航天领域,测量技术的应用极为广泛。
测量技术不仅可以实现飞行器的导航和定位,还可以对航天器进行轨道测量和姿态控制。
现代工程测量技术的发展与应用工程测量是指通过各种测量方法和仪器仪表,对建筑工程、道路工程、水利工程等各类工程的空间位置、形状、尺寸和变形等进行测量和分析的技术,是现代工程建设中不可或缺的一项技术。
随着科技的不断发展和进步,现代工程测量技术也不断地得到了创新与改进,在工程建设领域得到了广泛的应用。
现代工程测量技术的发展主要是由以下几个方面推动的:测量仪器的发展与改进使得工程测量更加精确和高效。
如全站仪、测距仪、全景相机等仪器的问世,大大提高了工程测量的精确度和工作效率。
全站仪可以同时进行水平角、垂直角和距离的测量,有效地提高了测量的精度;测距仪使用激光测距技术,具有测距快、精度高、测量范围广等特点;全景相机可以将整个场景都拍摄下来,有助于后期的数据处理和分析。
地理信息系统(GIS)的发展与应用,使得工程测量与地理信息的融合更加紧密。
GIS以空间数据为基础,结合测量技术,可以实现对大规模的地理信息进行采集、整理和分析。
工程测量中的位置测量数据可以与地理信息相结合,帮助工程师更好地了解工程项目的空间位置和周围环境,为工程决策提供更科学的依据。
三维激光扫描技术的发展与应用,使得工程测量更加直观和立体。
三维激光扫描技术可以快速获取工程场景的三维点云数据,并通过软件进行三维建模和分析。
相比传统的工程测量方法,三维激光扫描技术可以快速、准确地获取大量的点云数据,还可以进行后期数据的处理和分析,为工程测量提供更详细和全面的信息。
无人机技术的应用,使得工程测量更加高效和灵活。
无人机搭载了高精度的测量仪器和相机,可以对工程项目进行全方位的测量和监测。
无人机可以快速到达作业区域,可以通过遥感技术获取大范围的数据,还可以通过飞行器的特殊机动性完成对建筑物外立面等难以测量的区域进行测量。
无人机技术的应用为工程测量带来了很大的便利和创新。
现代工程测量技术的发展与应用,不断地推动着工程建设行业的发展。
精确而高效的测量技术,为工程决策提供了更可靠的数据支持;地理信息系统和三维激光扫描技术的应用,使工程测量更加直观和全面;无人机技术的兴起,为工程测量带来更加灵活和高效的方法。
试论现代测量技术的主要进步特征及发展趋势试论现代测量技术的主要进步特征及发展趋势【摘要】我国经济实力的提升,社会的进步,各项实用工程、科技事业等对于社会经济发展的重要性及意义已经被人们深刻的认识到了。
测量技术作为现代建设项目中极为重要且运用十分广泛的技术之一,工程人员能够通过其得到各种信息数据,为工程的设计、施工方案的制定及各种规划提供极为准确的可靠的信息支持。
现代科学科学技术的发展,信息技术提升、网络的普及,计算机科学提高,测量技术也在不断向前发展,其由传统的形式单一、准确定不足、可靠性不佳等,逐步转变化现自动化、智能化,且准确度也有了大幅度的提升。
本文简单的说明了现代测量技术的进步特征,如数字化、智能化、网络化等,并分析了测量技术的发展趋势,测量对对象范围的扩大、测量对象复杂化、自主发展等,为从事测量技术研究的人员提供一定的参考与借鉴。
【关键词】测量技术;进步;特征;智能化;数字化;发展趋势;分析0.前言现代各项科学的发展,为许多技术的水平的提升提供了基础条件。
数字电子技术的不断提升促进了测量技术及仪器等,逐步发展为数字化技术及数字化设备,也促进了机电一体的数字化测量仪器的推广与应用。
现代各个工业产业的规模逐步扩大,其生产过程中控制决策越来越复杂,并存在许多不确定或者不稳定的影响因素,需要不断确定测量对象,提高测量的准确性才能做出正确的决断。
信息技术的不断更新换代,计算机科学的发展,传统技术中无法迅速开展的测量已经逐步能够顺利完成。
现代各个产业的发展对于实时测量的需求越来越高,且需在在线测量,使得测量技术及各项仪器的性能优越、功能更加全面。
上述测量技术的性质也属于其发展进步的特征,把握该类特征能够快速适应现代技术,并加以灵活的应用,对其进行深入的研究与探讨也是十分有必要的。
1.现代测量技术的主要进步特征1.1智能化智能化是在计算机科学及信息技术高度发展的基础上研发的。
该类测量仪器的在现代IC 集成电路等技术的促进下,智能仪器将其的许多优势都能很好的发挥出来,包括准确的处理数据、大容量存储、简单便捷的测算、灵活的可操控性能,且其可编程能力也较为突出。
浅谈现代测量技术的发展与应用现代测量技术的发展与应用在科学、工程、地理等各个领域都起着至关重要的作用。
随着科技的不断进步,测量技术也在不断地发展和更新,逐渐从传统的测量工具转向了更加精确、高效的电子测量仪器。
现代测量技术的发展主要体现在以下几个方面:首先是测量仪器的升级和改良。
传统的测量仪器主要依靠人工操作和测量工具进行测量,无论是时间还是精度上都存在一定的局限性。
而现代测量仪器则大大提高了测量的精确度和效率。
在地理测量中,GPS定位系统的出现,实现了全球范围内的高精度定位和导航,使得地理测量工作变得更加简便和准确。
其次是测量方法的创新和改进。
现代测量技术不断地提出了一系列新的测量方法和技术。
在物理实验中,常常会遇到需要测量微小物体的情况。
传统的测量方法往往受到影响因素较多,测量结果的准确性很难保证。
而现代测量方法中的激光测量技术,则可以通过激光束对微小物体进行扫描和测量,极大地提高了测量的精确度和稳定性。
现代测量技术还产生了一些全新的应用领域。
无人机测量技术的出现,使得测量工作可以更加方便、高效地进行。
在土地测量中,无人机可以通过航空照片等方式对大面积的土地进行快速测量和分析,大大提高了测量的速度和准确度。
在建筑工程中,激光扫描技术的应用也在不断扩大,可以实现对建筑物的自动化测量和绘图,提高了工程设计和施工的效率。
测量技术的发展和应用对于科学研究和工程实践具有重要的意义。
它为各个领域的研究提供了更加精确和可靠的数据支持,为工程设计和建设提供了更加准确和全面的信息。
随着测量技术的不断发展和创新,相信它将在未来的科技应用中发挥更加重要的角色,对于推动社会经济的发展和进步具有不可替代的作用。
现代测绘工程技术及其发展趋势分析现代测绘工程技术是利用现代科技手段和设备实施测绘工作的一种技术方法。
随着科技的不断进步和发展,测绘技术也在不断创新和改进,取得了长足的发展。
本文将从测绘技术的发展历程、现代测绘工程技术特点、技术应用领域和发展趋势等方面进行分析。
测绘技术的发展历程可以追溯到古代,但现代测绘技术的发展起源于工业革命以后。
随着科技的进步,测绘手段也不断改进和创新。
从传统的平面测绘方法到现代的遥感、卫星导航和地理信息系统等技术的应用,测绘工作更加高效和精确。
现代测绘工程技术的主要特点有以下几个方面。
联合应用多种技术手段。
现代测绘工程技术常常需要结合多种技术手段,如遥感、雷达测绘、激光测绘和卫星导航等,通过多源数据获取更加准确的测绘结果。
数字化测绘成为主流。
传统的手工测绘方法逐渐被数字测绘技术取代,数字化测绘不仅提高了测绘的效率和精度,而且方便了数据的储存和共享。
实时测绘成为可能。
随着卫星导航和遥感技术的发展,实时测绘逐渐成为现实,可以实时获取地理信息数据,并进行实时更新和分析。
现代测绘技术的应用领域十分广泛。
测绘技术在土地规划和土地资源管理中发挥重要作用。
通过测绘技术,可以对土地进行分类、划分和管理,提高土地的利用率和保护水平。
测绘技术在城市建设和城市规划中也有广泛应用。
通过测绘技术可以对城市的地理信息进行全面、准确的收集和分析,为城市规划和设计提供科学依据。
测绘技术在交通运输、环境保护、灾害监测和资源调查等领域也有广泛应用。
未来,现代测绘工程技术的发展趋势将体现在以下几个方面。
测绘技术将更加注重信息整合和融合。
不同来源的地理信息数据将通过技术手段进行整合和分析,使得测绘结果更加准确和全面。
测绘技术将更加注重实时和动态监测。
随着物联网和大数据技术的发展,测绘技术可以实时获取地理信息数据,为实时监测和决策提供支持。
测绘技术将更加注重空间信息的应用和价值挖掘。
通过地理信息系统和空间数据分析技术,可以发现地理信息中存在的关联规律和潜在价值,为决策提供支持。
浅析现代测量技术各主要进步特征间的相互关系赵志刚 赵 伟 黄松岭(清华大学电机工程与应用电子技术系 电力系统国家重点实验室,北京 100084)摘 要:数字化、可重构化、模型化、高可靠化、实时化、网络化、智能化以及自确认化,是现代测量技术的主要进步特征。
这些进步特征彼此间并非相互独立,而是有着紧密的内在联系。
本文基于对现代测量技术主要进步特征的认识,试梳理清它们之间相互制约、依存、促进、互补的逻辑关系,进而预测出在它们的互动、互促下,自主化将成为测量技术今后越来越凸显的进步特征。
关键词:数字化;可重构化;模型化;高可靠化;实时化;网络化;智能化;自确认化;自主化中图分类号:TM93 文献标识码: ADiscussion on the Relations of the Main Advanced Characters of Modern MeasurementTechniqueZhao Zhigang Zhao Wei Huang Songling(State Key Laboratory of Electric Power System & Department of Electrical Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The main advanced characters of modern measurement technique are digitalization, reconfiguration, modeling, high reliability, real time, network, intellectualization and self-validation. These characters are not individual, but highly involved with each other. Based on the analysis of the main advanced characters of modern measurement technique, the logical relation of interacting, interdependency, helping each other forward and complement of these characters are discussed. Impacted by these characters, the self-determinative measurement instrument must be the character of the future measurement technique. Keywords:digitalization; reconfiguration; modeling; high reliability; real time; network; intellectualization; self-validation; self-determination从一些专家学者对现代测量技术特征发表的看法不难归纳出,数字化、可重构化、模型化、高可靠化、实时化、网络化、智能化以及自确认化是现代测量技术的主要进步特征[1,2,3,4,5]。
本文试从不同侧面和视角归纳这些现代测量技术各主要进步特征的关键属性,进而梳理清它们之间内在的相互影响、相互制约、相互促进的逻辑联系。
在撰写结构上,本文拟采用枚举法,每小节分别分析一种进步特征与其它进步特征之间的相互关系。
在此基础上,本文试阐释对现代测量技术及仪器领域今后发展中将更加凸显的自主化趋势的理解和认识。
1 各主要发展特征之间的内在联系1.1数字化与其它七个进步特征间的关系数字化可看作是从测量对象提取信息的过程,本质上与人脑认识世界这一“测量行为”的信息提取过程类似。
由于信息所具有的虚拟性特点,使得数字化测量仪器对其进行的加工、传输、存储等操作具有了更大的自主性。
如文献[2,4,5]所述,测量技术和仪器向数字化方向发展,成为其它七个主要进步特征的基础,即这些趋势性特征在某种程度上都依仗于数字化信息易于传输、加工、存储及复制的特性。
例如,网络化主要利用数字化信息便于高质量传输的特点;模型化、实时化、智能化、自确认化则主要利用数字信息便于加工的特性;一些提高可靠性的方法也主要是基于数字信息的处理算法;就连貌似与数字化关系不大的可重构模块化仪器,也是基于数字化接口和总线实现各模块间的互联和快速组合,才使得可重构成为可能。
再计及到硬件实现上所依赖的数字化电路,因此可以十分肯定地说,数字化为测量技术的进步带来了一场革命,它在推动现代测量技术及仪器领域的变革和发展上占有基础性地位。
1.2可重构化与除数字化之外其它进步特征间的关108系1.2.1 可重构化与模型化的关系实现可重构是模型化的重要目的之一。
类似面向对象的程序设计方法,给现实世界中一个个被测对象及测量方法建立模型,如此,这些模型便可服务于满足用户特定需求的某个测量系统的构建,即人们再构建测量系统时,可按实际需求调用、组合这些模型,亦即这些模型可用于测量系统的重构。
这样的仪器构建模式已经成为现实多年。
例如从20世纪80年代起出现并一直在不断发展的虚拟仪器技术,就是经调用封装好的一个个功能函数实现测量仪器及系统的快速重构的。
反言之,可重构测量系统的设计必须依据测量对象模型、测量方法模型的特点而实施。
传统的由厂家定义好的单台式测量仪器一般具有较强的专用化特点,其使用范围也就较为局限。
而实现测量仪器及系统可重构的一个重要目的,就是希望通过硬件模块及软件的重新组合来扩大测量仪器的应用范围。
但要达到此目的,必须对常见测量问题的内在规律性特征进行深入研究,从而抽象、提炼出具有通用性的可重构环节,例如虚拟仪器系统,除对常用功能单元以功能函数方式建立起模型以备调用外,还可将测量过程分为测量对象向电信号的转化、电信号的数据采集、数字量的分析处理及存储等模块化环节,并针对这些环节设计出可重构的功能模块,以此来实现此类测量任务的测量仪器及系统的快速可重构。
1.2.2 可重构化与高可靠化的关系标准化的仪器功能模块,可确保仪器发生故障时以备用模块迅速替换故障模块,且有些情况下,这种替换甚至可在不影响测量任务执行情况下自动进行。
例如在传感器网络中已经出现的部分传感器失效时的网络快速重构技术,就完全可以实现上述功能要求。
实际中,越来越多的测量仪器已采用类似微型计算机的板卡式标准化模块设计,如此,不仅可提升测量仪器的通用性、缩短处理故障时间,也能提高了测量仪器及系统的可靠性。
因此可以说,基于标准化模块确立的可重构方法是使测量仪器具有高可靠性的有力保证。
另一方面,可随时更换的测量仪器用标准化模块,一般都是经过反复修改、多次优化及大量实际应用检验的产物,其软硬件性能已被证明了具有很强通用性和很高可靠性。
因此,用于建构测量仪器的软硬件功能单元可靠性的提高,无疑又成为实现测量仪器及系统快速可重构的基础性保障。
1.2.3 可重构化与实时化的关系可重构是保证实时测量顺利进行的关键技术之一。
若要实现实时化测量,必须保证测量仪器的可靠性高,而正如上一小节所述,可在故障时通过重构进行系统调整的可重构技术是保证测量过程实时可靠进行的重要技术之一。
因此,实时化测量的实现也离不开可重构技术做支撑。
反过来,实时化的测量系统状态监测结果又是提高可重构速度的重要技术指标之一。
可重构系统在故障状态下完成有效重构所需的前提之一,就是对故障的实时发现和对故障类型的实时判断,如多传感器系统中传感器失效检测及采取屏蔽故障传感器、投入备用传感器等重构的动作和措施等,都要基于对测量结果质量或传感器工作状态的动态、实时评定。
1.2.4 可重构化与网络化的关系网络化可看作是可重构化发展到大尺度阶段的产物,可重构化将使网络化测量仪器及系统的协同工作、资源整合和优化等能力得到极大加强。
而依托网络,有望实现根据测量任务自动寻找所需仪器等资源以协作完成测量任务[4,5],而这实际上就是根据测量任务要求在更大范围内重构更大测量“仪器”的一种可重构方法。
另一方面,网络也是实现可重构的一种重要方法,无线传感器网络故障时的重构过程就是一个很好的例证。
1.2.5 可重构化与智能化的关系可重构化是智能化的重要内涵之一,实际对应着经重构已知知识和软硬件体系去探索未知的过程。
如文献[5]所述,现阶段的人工智能技术,主要表现出对现有知识的快速运用,而未来的人工智能技术,会朝着自主探索新知识的方向发展,但与人类探索未知知识的方式类似,这一过程可能也要建立在重构现有知识的基础上,也可能正因为如此,研究智能仪器的一些学者将虚拟仪器这一体现可重构技术的典范看成为智能化仪器发展的一个分支方向。
现代测量领域对智能化的快速反应以及相应软硬件资源的巨大需求,推动了可重构技术的发展。
在对海量数据的分析以及复杂条件下智能测控决策的形成过程中,无论从信息搜集还是分析处理角度讲,单一测量仪器的能力已越来越显得力不从109心,而网络化技术无疑为解决这一矛盾提供了一条通过网络的重构测量仪器功能、提升测量仪器智能化水平的技术途径。
1.2.6 可重构化与自确认化的关系可重构方法是自确认测量系统应对所发生故障的重要处理方式之一。
例如带有自确认功能的多传感器系统在故障情况下会采取屏蔽故障传感器、投入备用传感器等重构性动作,以此来保证自确认测量系统的正常工作。
另一方面,自确认方法提供的信息可以是重构动作执行的依据和重构效果评估的参照。
重构动作执行与否,一般需要一个类似开关的阈值,例如判定出多传感器系统中某一传感器已失效,需要进行系统重构时,就可据带自确认功能传感器输出的测量结果、工作状态及故障类型参数等进行相应的判定。
1.3模型化与高可靠化、实时化、网络化、智能化、自确认化间的关系1.3.1模型化与高可靠化的关系模型化是测量不确定度评定等提高可靠性方法的实现基础。
一个完整的测量结果必须包含不确定度参数,只有这样,测量结果才被认为是有效和可靠的。
如此,不确定度参数可被理解为一种测量结果的可靠性参数,而其评定过程大多是基于某个模型的,例如测量数据的分布模型,静态、动态测量不确定度评定过程中广泛采用的各种数据模型等。
另一方面,提高可靠性的方法也为构建更加可靠的测量模型提供支撑。
人类大脑认识自然界的过程,实际上是建立模型的过程,因此可以说,建模是人类认识世界的一种基本方法,其发展过程是由表及里、由粗至细、由简单到复杂、由单一向综合的,随着这一过程的不断纵深,模型把握被测对象本质特征和主要属性的可靠性也逐渐增强。