水文儀器設備與測試計量技術

牛福義

（遼寧省水文水資源勘測局，遼寧 沈陽 110003）

隨著我國經濟社會的發展，對水文信息不斷提出新要求，水文觀測項目和內容不斷增加，對觀測手段和方法及水文監測技術的研發和應用提出了越來越高的要求。

當今在水文行業隨著科學技術的不斷進步和發展，新型測量儀器不斷出現，如 ADCP流速儀、超聲波流速儀、光學流速儀、超聲波水位計、光學流速儀、流量積算儀等等。與傳統水文測量儀器相比，現代測量儀器設備的測量精度有了質的變化，借助計算機及微電腦芯片，其功能得到了極大的拓展，自動化程度顯著提高。

測試、計量科學在國民經濟建設、國防建設、科學研究以及社會生活中都起著極其重要的作用，是社會經濟和科學活動的技術基礎和基本手段，是特殊的社會生產力。測試、計量是人們從客觀事物中提取所需信息，借以認識客觀事物并掌握其客觀規律的一種科學方法。測試計量技術是應用科學，推動著測試計量和儀器研究的進步與發展。

近年來由于在水文領域監測、遙測傳感器等各方面的測量儀器設備中，新型的測量儀器相繼產生，引進的測量儀器設備也越來越多樣化。目前，水文測試計量基礎設備、技術比較薄弱，沒有形成完善的測試計量工作體系，與快速發展的制造、引進還不協調。加強測試計量技術研究，是當前水文科學現代化發展中重要的基礎性技術支撐。

1 測試計量現狀與新特點

我國水文行業的測試計量工作基礎比較薄弱，在過去的 20多年，由于水文行業的各種儀器產品不屬于國家的計量器具范疇，因此相關產品的研制、生產、檢測中的品質控制與評價，主要依靠各種水文儀器的產品技術標準，還沒有自己行業的產品檢定規程。

水文計量雖然起步，但受國家總體科學技術發展趨勢的影響，計量管理工作一直未受到足夠的重視，沒能形成統一的計量管理。目前僅在水質計量管理、流速儀檢定水槽管理等有限的幾個方面開展過一些技術工作。

縱觀其它行業，與水文江河流速測量相近的風速風向觀測中，氣象行業早就建設有“低速風洞”等氣象行業最高計量標準及檢定裝置；而對于“海潮流速”觀測，海洋行業也建有“海流（計）檢定水槽”等海洋行業最高計量標準及檢定裝置。同樣在水文測驗中與江、河、湖、庫水位測量相近的海洋潮位觀測，海洋行業建有“潮位（驗潮儀）檢定臺”等海洋行業最高計量標準的檢定裝置。

由于歷史原因，水文行業一直處于相當滯后狀態，阻礙了水文領域對相關高新技術產品的應用，嚴重制約著水文行業的發展。當今，水文監測儀器制造技術快速進步引發了許多測試計量問題；推動著測試計量儀器設備的研發；促使測量技術中的新技術、新裝置不斷應用和建造。與傳統測試計量技術相比，現代測試計量技術具有了新的特點。

1.1 測試量值信息復雜化多元化

當前，測試計量產品趨于復雜化、多元化的趨勢，往往需要對整個設備或系統進行測試計量。傳統的測試量值信息比較單一，現代測試量值信息則復雜的多，往往包含多種不同的被測量值信息。如聲學多普勒流速剖面儀（簡稱 ADCP），是一種利用聲學多普勒原理測量水流速剖面的儀器，他本身自成系統， ADCP儀器內有羅盤（傾斜儀）、溫度鹽度傳感器、壓力傳感器、DGPS接口、換能器等部件，多種功能相互作用。

如何解決各種被測量值，開發多元化測量信息融合后的目標信息將形成新的研究目標。

1.2 從靜態測試到動態測試

現代水文儀器制造已于傳統制造具有不同的設計理念。測試計量已不是最終產品質量評定的手段；更重要的是為產品的設計和制造服務；以及為最終過程提供完備的過程參數和指標；使產品的設計制造過程和檢測手段充分結合；形成一體的控制環境。

因此，要做到測試計量技術從傳統的非現場產品測試進入到現場，參與到制造過程，進行各個環節追蹤，實現現場動態控制測試才是測試計量的最終目標。

1.3 以計算機為核心的開發平臺廣泛應用

日益發展的計算機軟、硬件技術，正與水文測量儀器、測試計量技術密切結合。利用計算機作為測試計量系統裝置的硬件平臺，利用計算機具有的超強運算能力和顯示、存儲、文件管理及軟件開發的功能。融合原有的專業化功能設備，使面板控件軟件化，其功能將得到顯著提高，與計算機的智能資源密切融合將變成一個全新的智能化系統。

計算機技術的發展，影響著水文測量儀器的研究與制造，新的測試計量問題也隨之出現，研究內容不斷更新，相比原來測試計量技術，增加了新的科技含量和技術。現在計算機的廣泛應用，已經使流速儀檢定系統有了質的變化。面板控件的軟件化取代了大部分的硬件部件，功能軟件的優越提高了系統的靈活性和擴展性，也為今后的綜合儀器檢測提供了拓展空間。因此研究水文行業測量儀器現狀，針對測試計量技術出現的新問題、新特點，以發展、超前的眼光，結合未來測試計量科學與技術的發展趨勢，研究新的測量方法與技術，充分利用以計算機為核心的開發平臺，開發多功能綜合測試計量系統技術，將為水文高科技儀器的應用與發展提供有力的技術支持。

2 存在的問題與差距

水文儀器的不斷引進與應用，加上國內高新技術產品的不斷出現，使得測試計量技術和儀器設備的作用與地位更加重要。縱觀國內水文行業，測試計量技術和儀器設備與國外相比差距很大，除歷史的原因外，還包括下列因素。

（1）在水文行業，新的測試計量技術及儀器設備，與國內其他行業相比差距較大。現有的測試計量技術和儀器設備中，基本是借助外來技術，很少有自己的技術含量。這也反映出了我們的理論基礎和行業積累，與發達國家和國內其他行業在技術上的差距。對科技創新重視不夠，在某種程度上影響了測試計量技術的研發能力，當然也存在著對測試計量技術的作用和重要性認識不足，自主創新能力較差，研究測試計量力度和投入資金不夠等因素，導致當前研究缺乏積極性和前瞻意識。

（2）測試計量技術是面向行業應用的科學，推動著科技發展的主要動力是來源于應用的需求，理論研究要針對行業應用中的測試計量問題。因歷史原因造成水文行業測試計量技術與其他行業的差距。測試計量從業人員少，行業測試計量理論比較薄弱，高技術人才流失嚴重，阻礙了行業內科學技術的發展。

（3）高端先進儀器設備是建立在高科技技術含量基礎上的，有較高的利潤回報。因此對于后續開發研究有充足的資金作為支持，形成良性循環。而國內狀況卻與之相反，高附加值儀器設備寥寥無幾，行業內大多引進國外產品，只是消化吸收進行應用。很少有自己的高科技含量產品，即便有，也是建立在原材料和人力成本優勢基礎上，必然利潤微薄。因而形成后續研發資金投入短缺，造成惡性循環，嚴重制約著儀器設備及測試計量技術的進一步發展。

3 契機與發展

“十二五”期間，在各行各業加快轉變經濟發展方式的背景下，承載著實現從“中國制造”到“中國創造”跨越戰略使命。未來 10年，高端技術產品制造業將迎來黃金增長期，具有技術密集、附加值高、成長空間大等突出特點，成為國民經濟重要的支柱產業，是一個國家的戰略性產業崛起的標志；是一國制造業的基礎和核心競爭力所在。

當前，水文儀器制造技術的快速發展，研究提高測試計量技術顯得尤為重要。基準標準技術是測試計量技術水平的最高表現形式，是引導和促進水文儀器應用與發展的技術基礎，基準標準技術滯后嚴重制約著水文領域的應用與發展。新的測試計量問題的出現，需要有新型檢測裝置或系統創新的研究。改進現有的檢測裝置或系統，從而獲得更多更強的檢測功能和能力，以適應發展的需求。

水文領域儀器設備應用與測試計量問題和差距是客觀的存在的，但應看到，現今，全球同步發展的計算機技術，信息技術和儀器設備制造的高新技術市場的開放和融合，以及國內制造技術的不斷提高，為水文行業儀器設備及測試計量技術崛起提供了有利契機。

利用計算機信息處理技術提供的同步平臺，充分發揮其數據處理優勢；基于大規模數據處理的儀器測量原理和算法，以計算機資源補償機械系統性能；以數據處理成本降低機械硬件系統成本；利用計算機巨大的系統資源，與現有檢定系統設備相融合；借助新技術裝置特有性能，降低測試計量對機械制造水平的依賴；開發軟件模型處理及解算方法；利用檢定設備及裝置自身的功能，建立無需精密機械結構的高精度新型的綜合功能測試系統；從而有效提高測試計量精度和綜合儀器的檢測能力。

隨著“十二五”計劃逐步實施，加大了對水文領域的投入，水文行業迎來新的發展契機。吸取歷史經驗教訓，以科學發展觀為指導，積極踐行可持續發展水文測試計量工作思路；以行業需求為動力，以提高水文測試計量工作能力為重點，充分利用現有的高新技術，高起點起步，深入研究水文儀器與測試計量技術；加快研究成果轉化，逐步形成良性循環的運行機制；加大步伐，改變水文領域測試計量技術的滯后狀況；為引領水文儀器的應用與發展提供有力技術保障。

4 結 語

針對當前水文領域水文儀器的應用和測試計量技術，在未來的發展中，緊密聯系水文儀器監測技術應用與發展，注重測試計量技術的基礎研究，加大科研投入力度，相信在水文領域水文儀器設備與測試計量技術將獲得快速發展，為國民經濟建設與發展發揮更大的作用。

[1] 中國計量測試學會.計量測試在國民經濟中的作用[M].北京:計量出版社,1994