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1  引  言

传统的测试仪器已经走过了模拟式、数字式和智能式的前三代，从上世纪80年代东方所和美国NI公司提出用软件制造仪器的思路开始，逐渐形成了当前广泛应用的虚拟仪器形式的第四代测试仪器。

虚拟仪器充分利用了计算机技术的飞速发展，硬件功能逐渐缩减到主要包含信号调理和模数转换的数据采集功能，采集后的数字信号进入计算机，通过各种计算机软件完成信号的处理和分析功能。由于采用软件方式，以前通过硬件无法实现的分析功能得以实现，并且各种算法大量涌现，极大推动了测试分析仪器的功能扩展。

但是虚拟仪器在操作形式上还是与传统仪器一样，使用虚拟仪器时需要将采集硬件连接到单独的计算机上，计算机上安装对应的数采分析软件，操作人员需要在现场对采集硬件和计算机软件进行操作和处理。由于计算机对连接的采集硬件一般具有独占使用方式，因而无法实现大型复杂试验中多人不同地点交叉操作多台测量仪器的要求，例如我国高速铁路动态测试这样的大规模试验任务，虚拟仪器就难以适应。

云智慧测试是基于互联网和云计算技术的第五代测试技术，将测试系统中的前端智慧采集仪器、后端处理分析云计算中心和用户终端分布到互联网的任意节点上。前端仪器可在远离人员操作的现场自动工作，所有数据的存储分析和处理均在云计算中心完成，而测试人员可在任何地点通过任何可接入互联网的设备进入测试系统，对测试过程、处理流程进行监控，并最终获取测试分析结果报告

2  基本设计思想

目前，虚拟仪器方式，测量硬件需要与个人计算机连接，每台计算机上重复安装测试分析软件。而云智慧测试则是基于互联网的设计思想，其测量前端硬件、处理分析云计算中心和用户操控终端是分布在全球范围上的，通过嵌入式技术和云计算技术实现互联网上的测量，而数据采集技术和虚拟仪器技术完成传统的信号测量和分析功能。云智慧测试的设计思想和结构如图1所示。

                            图1 云智慧测试的基本结构

                

云智慧测试主要包括以下三个部分：

(1) 云智慧前端采集硬件系统，位于测试现场的前端采集硬件直接连接各种智能传感器，利用嵌入式系统的能力，无需连接计算机，可独立完成对各种动静态信号的自动化信息采集和预处理，并通过互联网进行远程控制和信息传输。而各台采集硬件之间还应具备同步采集功能。

(2) 云智慧测试服务软件系统，位于互联网云计算中心的测试服务软件系统，运行专业的测试分析软件，负责向前端采集硬件传递控制命令，收集传回的采集信息，然后在云计算框架下完成各种信号处理分析和融合，自动生成试验报告，并以Web服务方式与操作终端进行交互。

(3) 人机交互的移动终端设备，用户通过可连入互联网的终端设备对前端采集硬件进行操控，并设置在云计算中心的分析参数，从云计算中心获取试验结果和报告。专门成立的技术支持小组也通过各种终端设备访问整个系统，对系统运行进行监控和维护，并对用户提供定制化的信息处理服务。

云智慧测试的基本工作流程如下：

云智慧测试仪器的各部分分布在世界各地，全部通过互联网进行连接。用户使用可接入互联网的终端设备（如笔记本电脑，平板电脑，智能手机等），无需安装软件，通过浏览器直接访问云计算中心，发出各种测试参数的设置和启停指令。

云计算中心将这些指令发送到分布于多个现场地点的前端采集硬件。前端采集硬件接收到指令后，通过嵌入式系统控制AD硬件自动完成信号采集，接着进入DSP完成实时处理，最后将测量信息自动发送到云计算中心。

云智慧测试服务软件系统在云计算中心收集管理和存储来自前端硬件的所有信息，自动完成大批量数据的计算和融合，生成最终试验报告，传回到用户手中。

3  嵌入式设计的云智慧前端采集硬件

3.1 嵌入式设计实现智慧化能力

在云智慧测试中的采集硬件则需要将嵌入式系统与蔬菜系统向结合，形成内置计算机的前端采集系统，可以脱离计算机独立运行，自动完成信号的测量，并通过互联网进行远程控制和数据传输，实现其智慧能力，主要包括如下几个方面：

 (1) 自动工作能力，包括传感器的自动识别，测量的自动启停和触发，测量参数的自动调整，测量信息的自动存储和传输等

(2) 远程操控能力，包括工作状态、工作参数、硬件重构和软件升级几个方面。

(3) 智能传感器与多信号接入能力。

(4) 多种有线或无线互联网通讯手段的应用，可通过有线或无线直接接入互联网，而无需连接计算机。

此外嵌入式系统也搭建了数采硬件到后端云计算的连接通道，是云智慧测试的重要实现环节。

3.2精确时钟同步能力

“云智慧测试仪器”的前端采集设备可能位于同一地点，也可能位于世界各地，因此前端采集设备的同步问题就非常重要。

(1) 本地设备的有线时钟同步。对于在几百米范围内的连接在子局域网内的多台前端硬件，可利用基于IEEE1588协议的LXI-A类标准的时钟同步技术。

(2) 异地设备的无线时钟同步。对于相距较远甚至在不同城市之间的前端硬件，只能通过无线方式进行时钟同步。包括东方所已经实现GPS同步和未来的北斗系统时钟同步技术。

4  基于云计算的云智慧测试服务软件系统

4.1云计算框架和跨平台操作

使用软件算法实现仪器功能是现代仪器的重要特征之一，本课题的一个关键问题就是如何设计出既符合云计算技术，又适合工程应用，并以提供服务为主要形式的测试服务软件系统。当前虚拟仪器的单机版软件模式将转变为支持并行计算、网格计算等方法的云计算模式，人机交互模式则使用服务器/浏览器的架构方式，实现跨平台操作，在对数据处理的方式上还需要满足多用户的协同处理，在软件的商业模式上则需要设计成服务模式。此外利用云计算优势，还可对现有计算效率进行提升，甚至发展更多的先进算法。东方所自主掌握核心算法的基于单机版DASP软件的第四代虚拟仪器库测试仪器，已经具备百余种常规信号分析方法和十几种先进的独特分析方法，均可移植到“云智慧测试仪器”中。

4.2数据融合和流程自动化

不同传感器拾取的不同类型的信号数据都汇入云计算中心，加上具有时钟同步或时间对齐的特征，就可进一步进行数据融合以分析和展现各类信号之间的相互内在关系。利用数据融合的结果，可为桥梁等结构的健康状态判定提供更全面的依据，也可提高机械设备故障定位的准确性和可靠性。

4.3 多用户系统及行业专家联合诊断

所有测试数据都已经在云计算中心进行集中存储和处理，因此测试分析软件系统需要设计为多用户系统，使多名用户和行业专家同时登录系统，对数据计算结果进行远程联合分析，给出进一步的诊断结论。

5 结束语

云智慧测试是将云计算技术应用到实际的工程测试中重要实践过程，不仅包含云计算中心的测试分析软件系统，而且需要前端智慧采集硬件。通过将前端硬件的嵌入式技术与后端云计算技术相结合应用，搭建了云计算到前端硬件的连接通道。在云计算测试分析软件系统中，不仅包含数据管理和信号分析功能，还将使用B/S形式设计对前端硬件的操控接口和对现场试验的项目管理功能，这样就使得云计算不仅能够处理互联网中的数据，而且可对现场硬件设备进行控制，更可通过前端智慧仪器对大型试验项目进行远程测试、整体协调和进度管理。

参 考 文 献:

[1] 应怀樵.云智慧仪器与云智慧测试时代 – 数采DAQ、虚拟仪器VI和试验室网络云时代. [C] // 现代振动与噪声技术（第8卷）。北京：航空工业出版社，2010。

[2] 应怀樵. 虚拟仪器、卡泰仪器与智慧仪器的发展历程及趋势. [C] // 现代振动与噪声技术（第9卷）。北京：航空工业出版社，2011。