现代测量信息系统的多信息融合问题研究现状

当今发展和制造技术快速进步引发了许多新型计测问题，推动着传感器、测试计量仪器的研究与发展，促使测量技术中的新原理、新技术、新装置系统不断出现。和传统的计测技术比较，现代测试计量技术呈现出一些新的特点。

2.1.1 测量精确度不断提高

测量范围不断扩大，在20世纪的后50年，一般机械加工精度由0.1mm量级提高到0.001mm量级，相应的几何量测量精度从1μm提高到0.01～0.001μm，其间测量精度提高了3个数量级，这种趋势将进一步持续。随着MEMS、微/纳米技术的兴起与发展以及人们对微观世界探索的不断深入，测量对象尺度越来越小，达到了纳米量级；另一方面，由于大型、超大型机械系统（电站机组、航空航天制造）、机电工程的制造、安装水平提高，以及人们对于空间研究范围的扩大，测量对象尺度越来越大，导致从微观到宏观的尺寸测量范围不断扩大，目前已达10^-15～10²⁵的范围，相差40个数量级之巨。类似地，在力值测量上，相差约14个数量级；在温度测量中，相差约12个数量级。

2.1.2 从静态测量到动态测量

从非现场测量到现场在线静态测量使科学研究从定性科学走向定量科学，实现了人类认识的一次飞跃。现在乃至今后，各种运动状态下、制造过程中、物理化学反应进程中等动态物理量测量将越来越普及，促使测量方式由静态向动态的转变。现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念、制造技术，测量已不仅仅是最终产品质量评定的手段，更重要的是为产品设计、制造服务，以及为制造过程提供完备的过程参数和环境参数，使产品设计、制造过程和检测手段充分集成，形成一体的具备自主感知一定内外环境参数（状态），并作相应调整的“智能制造系统”，要求测量技术从传统的非现场、事后测量，进入制造现场，参与到制造过程，实现现场在线测量。

2.1.3 从简单信息获取到多信息融合

传统的测量问题涉及的测量信息种类比较单一，现代测量信息系统则复杂得多，往往包括多种类型的被测量。信息量大，如大批量工业制造的在线测量，每天的测量数据高达几十万，又如产品数字化设计与制造过程中，包含了巨量数据信息。巨量信息的可靠、快速传输和高效管理以及如何消除各种被测量之间的相互干扰，从中挖掘多个测量信息融合后的目标信息将形成一个新兴的研究领域，即多信息融合。

2.1.4 几何量和非几何量集成(www.xing528.com)

传统机械系统和制造中的测量问题，主要面对几何量测量。当前复杂机电系统功能扩大，精确度提高，系统性能涉及多种参数，测量问题已不仅限于几何量，而且，日益发展的微纳尺度下的系统与结构，其机械作用机理和通常尺度下的系统也有显著区别。为此，在测量领域，除几何量外，应当将其他机械工程研究中常用的物理量包括在内，如力学性能参数、功能参数等。

2.1.5 测量对象复杂化、测量条件极端化

当前部分测量问题出现测量对象复杂化，测量条件极端化的趋势有时候需要测量的是整个机器或装置，参数多样且定义复杂；有时候需要在高温、高压、高速、高危场合等环境中进行测量，使得测量条件极端化。

2.1.6 虚拟仪器技术获得了广泛应用

虚拟仪器（Virtual Instrument）是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其他技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器技术密切结合，共同孕育出的一项全新成果，其核心是：以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机独具的运算、大容量存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合起来融为一体，从而构成一台外观与传统硬件仪器相同，功能得到显著加强，充分享用计算机智能资源的全新仪器系统。

从20世纪80年代中期美国推出虚拟仪器以来，至今已产生了LabVIEW、HPVEE等国际上流行的开发系统，在虚拟智能测试方面积累了一定的资源。20世纪90年代末至21世纪初，重庆大学提出了智能虚拟控件（IVC）的概念原理，建立了信号变换的统一模型，奠定了这一新型仪器模式的理论基础，在此基础上研制成功了“VMIDS”开发系统，使虚拟仪器出现了一种新的模式。此外，用户按自己的测试测量需要自行开发组建的专用测试仪器虽然分散，但也是百花齐放。应该说，通过产品生产和用户开发已经分散地形成了相当数量的测试功能和仪器资源。但是由于现行虚拟智能测试在原理上尚无更新的突破，因此使得这些资源在数量上还不能形成强有力的、遍行学科和行业的技术资源，还不足以提供全方位的系统测试手段。出现上述情况的深层原因之一，是迄今为止虚拟智能测试系统尚未建立统一的模型，功能软件的优势虽能取代大部分硬件部件，但仍未摆脱硬件仪器单机系统的制造和调用形式。软件的功能虽提高了仪器的灵活性和开放性，但在制造上没有引入深度集成的原理和方法，所以还难以从根本上改变目前虚拟智能测试的模式，因此需要创建一个全新的、具有更丰富内涵的虚拟测试功能系统。

工程技术的发展及制造业的进步，深刻影响着传感、测量和仪器的研究，新型测量问题将不断出现，研究内容不断更新，且相比已有测量技术有新的特点和研究方法。传感、测量和仪器的研究应当针对测量领域内出现的新问题、新特点，以发展的眼光，前瞻性思维，立足于要解决的主要问题，结合未来测量科学与技术的发展趋势，提倡学科交叉，重视应用基础研究成果，研究新的测量原理、方法、技术和典型解决方案，为机械科学和先进制造提供可靠测量技术支持。