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虚拟仪器技术在水利测量中的应用.docx

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虚拟仪器技术在水利测量中的应用张伟等59

【技术应用】

虚拟仪器技术在水利测量中的应用张伟,魏占清1,苗秀玲2

(1.内蒙古包头市达茂旗水务局,内蒙古达茂旗014500;2.鄂尔多斯市东胜区城市排水事业局,内蒙古东胜017000)

〔摘要〕虚拟仪器是最新的PC技术、先进的测试技术和强大的软件包等多种技术的集成。本文以水利测量自动化、集成化和水利信息数字化为背景,探讨了虚拟仪器在实际水利测量中的应用和综合测量仪器的开发方法。

〔关键词〕虚拟仪器;技术;水利测量;应用

中图分类号:TV22文章标识码:B文章编号:1009-0088(2012)01-0059-01

0前言

随着计算机技术、3S(RS,GIS,GPS)以及一些先进测量手段在水利工程中的广泛应用,水利测量事业进入了一个新的发展阶段。作为水利学科主要研究对象的江河湖海等大尺度客体,其影响因素纷繁复杂,内部运行规律难以准确描述,最有效的研究手段就是借助大量的水文水质仪器进行自动的测量和观察。对流速、流量和压力这些参数的精确测量有助于对流体特征的掌握,对实验研究和掌握规律都是十分有利的。然而,传统的水利测量仪器普遍存在着开发周期较长、功能单一、测量点分散、价格高、维护困难、种类少、可靠性低、不能统一存储和显示数据、实时性和扩展性差等缺点。在注重测量结果准确可靠的前提下实时性、系统性、集成化、网络化已成为对水力测试系统新的要求,而现有的传统测试系统及所采用的测量方法已不能满足水力试验新的要求。另外,目前兴起开发“数字河流”、“数字水务”、“数字水库”等热点项目,原有的测量、控制方法也远远不能满足需求,所以有必要对有水利测量工具和系统的技术进行改进。正在仪器开发设计领域新起的虚拟仪器技术正好能满足水利测量仪器进一步发展的需求。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。利用这项新的技术设计开发的测量仪器,还能够十分方便的组成强大的测量网络,并可以通过网络远程传输数据,控制仪器,适应水利工程数字化发展的趋势。

1虚拟仪器的基本理论

虚拟仪器系统是对传统仪器概念的重大突破,它是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。虚拟仪器是最新的PC技术、先进的测试技术(如VXI/PXI功能模块仪器)和强大的软件包等多种技术的大集成。美国国家仪器公司(Nationallnstru-ments,NI)首先提出了基于计算机技术的虚拟仪器的概念,研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。虚拟仪器(virtual-instrumention)是基于计算机的仪器。与传统仪器技术不同,虚拟仪器技术指在包含数据采集设备的通用计算机平台上,根据实际需求构建起不同的系统。虚拟仪器打破了传统仪器功能为厂家定义,用户无法修改的模式,利用虚拟仪器,用户可以很

方便地组建自己的自动测试系统。虚拟仪器的主要特点有:尽可能采用了通用的硬件,各种仪器的差异主要是软件。通用的硬件就是计算机平台和数据采集设备。软件则是根据不同需求编写。可充分发挥计算机的能力,有强大的数据处理功能,可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统,且功能灵活,很容易构建,所以应用面极为广泛。虚拟仪器技术十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势,因而常被称作“软件仪器”。它操作灵活,完全图形化界面,风格简约。虚拟仪器测试网络是近几年发展起来的新一代仪器测试技术,它将高速发展的计算机技术、电子技术、通信技术和测试技术结合起来,具有智能化、网络化功能,是测试技术的一场革命。

传统仪器大多由三大功能模块组成,即对被测信号的采集与控制、分析与处理、测得结果的表达与输出。这些传统仪器的功能模块都是以固化的硬件形式存在。通用性低,不同厂家的产品不能通用。如果将这些功能移植到计算机上完成,在计算机上插上数据采集卡以及数模转换器,利用软件在屏幕上生成所需的仪器面板并进行信号的分析处理和显示,这样就构成了一台简单的虚拟仪器。

在虚拟仪器系统中,硬件仅仅是为了解决信号的输入输出和转换,软件才是整个仪器系统的关键。任何一个使用者都可以通过修改软件的方法,很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模和进行维护,所以有“软件就是仪器”之说。

2虚拟仪器技术在水利测控系统中的应用

2.1应用方案一

利用虚拟仪器技术可方便地对常规的水利测量仪器进行改造,通过计算机连接数据采集卡,从而设计出功能强大的用于水利测量的系统。常

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