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[摘 要]随着经济的快速发展，虚拟技术作为一种新型的 PC 技术得到了进一步的发展与应用。虚拟技术指的是测试技术及多种功能软件综合的应用型技术，在许多方面都得到了广泛的应用，特别是在水利测量领域，虚拟仪器发挥着重要作用。在虚拟仪器技术的辅助下，水利测量快速发展进入到更为精确、自动化的发展阶段。文章对虚拟仪器技术的基本理论及组成进行了介绍，并对虚拟仪器技术在水利测量中的应用进行了分析。
[关键词]虚拟仪器技术；水利测量；应用
中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0354-01
传统的水利测量仪器普遍存在开发周期长、功能单一、精确度低的问题，无法对流体进行实时测量。随着水利工程的发展，传统的水利测量系统已无法满足水利测量的要求，现代水利测量系统需要在保证测量结果准确性的前提下，提高水利测量系统的系统性、实时性与集成化，因此，需要进一步改进水利测量工具与技术。虚拟仪器技术是仪器开发设计领域的新技术能够满足水利测量仪器的发展需要，近几年在水利测量中得到了广泛的应用。
1 虚拟仪器的基本理论
1.1 虚拟仪器的构成
传统仪器大多由 3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。图 1就是利用虚拟仪器技术开发的一个示波器的前面板部分 ， 它具有真实的示波器的所有测量功能。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。（见图1）
1.2 虚拟仪器的创建步骤
LABVIEW是虚拟仪器系统开发的标准平台。LABVIEW的编程和其他高级语言不同， 它是基于一种图形化的语言———G语言的编程。创建虚拟仪器的过程共分以下4步。
（1）创建前面板（虚拟仪器的交互式用户接口 ）
前面板是图形化用户界面， 用于设置输入数值和观察输出量。它模仿了实际仪器的面板。前面板包含了钮、按钮、图形和其他控制与显示对象。通过鼠标和键盘输入数据、控制按钮 ，也可在计算机显示器上直接观看结果。若想要在数字控制中输入或修改数值， 只需要用操作工具 （见工具模板）点击控制部件和增减按钮 ，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。图2为一个温度计程序的前面板。
（2）创建框图程序
框图就是一个编程问题的图形化解决方案。在前面板窗口的主菜单 windows中选择 ShowDiagram将前面板窗口切换到框图程序窗口，此时会看到与前面板对象对应的端口。根据需要在功能模板中找到所需的节点， 并将节点图标放置到框图程序窗口。用数据连线将这些端口和节点的图标连接起来，形成一个完整的框图程序。
（3）创建图标
一个虚拟仪器的图标 /连接端口就像一个图形（表示某一虚拟仪器）的参数列表。
（4）运行和调试程序
运行和调试程序是任何一门编程语言编程的最重要的一步。在 LabVIEW中， 用户可以通过两种方式来运行程序 ：运行和连续运行。如果一个 VI程序存在语法错误 ，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头 ， 表示程序不能被执行。这时这个按钮被称作错误列表。点击它， 则 LabVIEW弹出错误清单窗口， 点击其中任何一个所列出的错误， 选用 Find功能， 则出错的对象或端口就会变成高亮。调试程序时可以利用单步执行、设置断点、设置探针来显示数据流动方向。
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，從而设计出功能强大的用于水利测量的系统。常规的水利测量仪器如水位仪，旋桨，热丝流速仪，压力计以及电磁流量计等，都可以方便地通过接口转换卡转换成符合虚拟仪器总线标准的设备，从而集成到虚拟测控系统中，通过数据采集卡完全依靠一台计算机就可控制多台测量仪器。实现对流速、流量和水压等参数的实时监控，并直观的在显示屏上予以表示，具有显示回放、打印和分析的功能，最后还可以运用现代网络技术实现远程测量。
2.2 应用方案二
利用LABVIEW强大的网络功能可以进行远程现场再现测控，在室内就可以对水域现场进行准确的测量，便于无人值守的水文观测站的建立。LABVIEW还封装了TCP类库，其中的Internet工具箱还为应用系统增加了E—mail、FTP和Web能力，可以很方便地开发出网络应用程序，应用于远程在线自动测控系统。这些功能在水利测量中有着广泛的应用前景。利用它可以把水情、雨情等固定的观测站很方便地组成网络，并把测得各种数据送到流域信息中心，为科学研究、水文预报、水利调度和决策提供科学依据。它的这些强大功能很合构成3S系统的底层平台，共同组成无缝连接的立体信息系统。GPS系统对大面积环境进行动态监测，以及对遥感图片进行定量的描述都需要地面观测仪器进行快速准确的数据采集，这正是虚拟仪器的特长；反过来借助GPS和RS技术能优化地面观测站点的动态分布，减少测点，进而缩短传输路线和减少传输量。如果把这些技术很好地相互相结合就可以形成空间、地面及睡下的三维立体信息网，能更好地为水利学科的研究和有关决策提供丰富准确的数据。
结束语：
1）虚拟仪器技术在水利测量中的应用不仅可以提高水利测量的效率与准确度，也可以实现水利测控的远程现场在线测控，这对于水利工程的发展具有积极意义。
2）水利测量的相关部门需要提高对虚拟仪器技术的重视程度，加大对虚拟仪器的投入，研发出功能更加多样、性能更加优良的软件系统，应用到水利测量中，促进水利工程的进一步发展。
3）虚拟仪器技术改善了传统水利测量的不足，其未来发展前景广阔，将会引领水利测量进入到更为精确、自动化的发展阶段，为水利研究提供重要的科学依据。
参考文献
[1] 陈瑞，王兴奎.虚拟仪器技术在水利测量中的应用研究[J].水利水电技术.2004（04）
[2] 张伟，魏占清，苗秀玲.虚拟仪器技术在水利测量中的应用[J].内蒙古水利.2012（01）
[关键词]虚拟仪器技术；水利测量；应用
中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0354-01
传统的水利测量仪器普遍存在开发周期长、功能单一、精确度低的问题，无法对流体进行实时测量。随着水利工程的发展，传统的水利测量系统已无法满足水利测量的要求，现代水利测量系统需要在保证测量结果准确性的前提下，提高水利测量系统的系统性、实时性与集成化，因此，需要进一步改进水利测量工具与技术。虚拟仪器技术是仪器开发设计领域的新技术能够满足水利测量仪器的发展需要，近几年在水利测量中得到了广泛的应用。
1 虚拟仪器的基本理论
1.1 虚拟仪器的构成
传统仪器大多由 3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。图 1就是利用虚拟仪器技术开发的一个示波器的前面板部分 ， 它具有真实的示波器的所有测量功能。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。（见图1）
1.2 虚拟仪器的创建步骤
LABVIEW是虚拟仪器系统开发的标准平台。LABVIEW的编程和其他高级语言不同， 它是基于一种图形化的语言———G语言的编程。创建虚拟仪器的过程共分以下4步。
（1）创建前面板（虚拟仪器的交互式用户接口 ）
前面板是图形化用户界面， 用于设置输入数值和观察输出量。它模仿了实际仪器的面板。前面板包含了钮、按钮、图形和其他控制与显示对象。通过鼠标和键盘输入数据、控制按钮 ，也可在计算机显示器上直接观看结果。若想要在数字控制中输入或修改数值， 只需要用操作工具 （见工具模板）点击控制部件和增减按钮 ，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。图2为一个温度计程序的前面板。
（2）创建框图程序
框图就是一个编程问题的图形化解决方案。在前面板窗口的主菜单 windows中选择 ShowDiagram将前面板窗口切换到框图程序窗口，此时会看到与前面板对象对应的端口。根据需要在功能模板中找到所需的节点， 并将节点图标放置到框图程序窗口。用数据连线将这些端口和节点的图标连接起来，形成一个完整的框图程序。
（3）创建图标
一个虚拟仪器的图标 /连接端口就像一个图形（表示某一虚拟仪器）的参数列表。
（4）运行和调试程序
运行和调试程序是任何一门编程语言编程的最重要的一步。在 LabVIEW中， 用户可以通过两种方式来运行程序 ：运行和连续运行。如果一个 VI程序存在语法错误 ，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头 ， 表示程序不能被执行。这时这个按钮被称作错误列表。点击它， 则 LabVIEW弹出错误清单窗口， 点击其中任何一个所列出的错误， 选用 Find功能， 则出错的对象或端口就会变成高亮。调试程序时可以利用单步执行、设置断点、设置探针来显示数据流动方向。
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，從而设计出功能强大的用于水利测量的系统。常规的水利测量仪器如水位仪，旋桨，热丝流速仪，压力计以及电磁流量计等，都可以方便地通过接口转换卡转换成符合虚拟仪器总线标准的设备，从而集成到虚拟测控系统中，通过数据采集卡完全依靠一台计算机就可控制多台测量仪器。实现对流速、流量和水压等参数的实时监控，并直观的在显示屏上予以表示，具有显示回放、打印和分析的功能，最后还可以运用现代网络技术实现远程测量。
2.2 应用方案二
利用LABVIEW强大的网络功能可以进行远程现场再现测控，在室内就可以对水域现场进行准确的测量，便于无人值守的水文观测站的建立。LABVIEW还封装了TCP类库，其中的Internet工具箱还为应用系统增加了E—mail、FTP和Web能力，可以很方便地开发出网络应用程序，应用于远程在线自动测控系统。这些功能在水利测量中有着广泛的应用前景。利用它可以把水情、雨情等固定的观测站很方便地组成网络，并把测得各种数据送到流域信息中心，为科学研究、水文预报、水利调度和决策提供科学依据。它的这些强大功能很合构成3S系统的底层平台，共同组成无缝连接的立体信息系统。GPS系统对大面积环境进行动态监测，以及对遥感图片进行定量的描述都需要地面观测仪器进行快速准确的数据采集，这正是虚拟仪器的特长；反过来借助GPS和RS技术能优化地面观测站点的动态分布，减少测点，进而缩短传输路线和减少传输量。如果把这些技术很好地相互相结合就可以形成空间、地面及睡下的三维立体信息网，能更好地为水利学科的研究和有关决策提供丰富准确的数据。
结束语：
1）虚拟仪器技术在水利测量中的应用不仅可以提高水利测量的效率与准确度，也可以实现水利测控的远程现场在线测控，这对于水利工程的发展具有积极意义。
2）水利测量的相关部门需要提高对虚拟仪器技术的重视程度，加大对虚拟仪器的投入，研发出功能更加多样、性能更加优良的软件系统，应用到水利测量中，促进水利工程的进一步发展。
3）虚拟仪器技术改善了传统水利测量的不足，其未来发展前景广阔，将会引领水利测量进入到更为精确、自动化的发展阶段，为水利研究提供重要的科学依据。
参考文献
[1] 陈瑞，王兴奎.虚拟仪器技术在水利测量中的应用研究[J].水利水电技术.2004（04）
[2] 张伟，魏占清，苗秀玲.虚拟仪器技术在水利测量中的应用[J].内蒙古水利.2012（01）