测量数据的处理与表示

测量数据的处理与表示（精选9篇）

测量数据的处理与表示 第1篇

笔者提出一种对过程系统海量测量数据稳态检测与数据处理一体化的方法。工业采集的测量数据一般都是大量的,既有动态变化过程的数据也有稳态过程的数据,所以要先对这些海量数据进行稳态检测。稳态检测是非常重要的环节,稳态检测方法不完善则会直接影响后期数据处理的准确度。后期的数据处理方法也是相当重要的。数据处理后可得到最终有用、可靠的信息。现场采集测量数据一般是按某个间隔时间采集一组数据。笔者基于空气分离工业过程采集的现场测量数据,采用滑动窗口稳态检测器进行过程的稳态检测,而后应用数据处理方法减小随机误差的影响,删除显著误差(一般由系统误差或疏失误差引起),从而得到准确、可靠的测量值。

1 基于测量数据的稳态检测

工业上较常用和高效的稳态检测方法是基于滑动窗口的思想,即选择一定的窗口长度,当窗口中的数据波动较大时,则认为窗口中的数据为动态数据,否则为稳态数据。笔者基于过程系统测量数据采用滑动窗口法进行稳态检测,原理是沿着原始数据的时间轴移动窗口,判断窗口内的数据是否处于稳态,若是则把该窗口的数据标为稳态,否则标为非稳态。其具体实施步骤分述如下。

根据数据的波动情况及处理要求,确定窗口N的大小;

将要处理数据的前N个数,置于窗口。

对窗口内的数据求平均值:

undefined

式中 N窗口大小;

undefined包含测量数据的平均值。

求窗口内数据的标准差:

undefined

根据具体要求(如undefined或δ<λ%undefined等,λ为选定的参数值)判断该窗口的数据是否处于稳态,若是,将窗口的数据标示为稳态,否则将窗口向前移动一个数据。

将窗口后移一格,根据后3步继续判断下一个窗口内的数据,直到所有数据处理完毕。

2 稳态检测后的数据处理方法

稳态检测后,对各稳态下的测量数据进行数据处理,即对各稳态下的测量数据计算平均值:

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式中undefined包含可能还有疏失误差在内的平均值。

求剩余误差:

undefined

求标准差的估计值,由贝塞尔公式可知:

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判断疏失误差,剔除坏值。当测量次数n足够多时,先求随机不确定度:

λ=3δ (6)

当|ui|>λ时,该数据可认为是坏值,应剔除。如果测量次数n较少时,采用格拉布斯准则进行处理。当|u′i|>Gδ′时,应视为坏值而剔除。

剔除坏值后,再重复求剩下数据的算术平均值、剩余误差和标准差,再次判断,直到不包括坏值为止。

剔除坏值以后的算术平均值为:

undefined

其中n′=n-a,a是坏值的数目。这时的剩余误差u′i是剔除坏值后,剩下的测量数据与剔除坏值后的算术平均值之差:

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这时的标准差估计值为:

undefined

随机不确定度用δ′进行计算:

λ′=3δ′ (10)

再次剔除坏值。同理,当测量次数n较少时,用|ui′|>Gδ′作为判断依据。

判断有无变值系统误差。用剩余误差观察法判断是否存在变值系统误差,也可以用马利科夫判断和阿卑-赫梅特判据判断有无线性和周期性系统误差。即:

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如果|Δ|>|uimax|,可认为存在线性系统差。如果:

undefined

可认为存在周期性系统误差。这里的ui和δ均应用无坏值时的数据。

若存在变值(线性、周期性或二者同时存在)系统误差,其对应的测量数据原则上一般舍弃不用。

求算术平均值的标准差估计值:

undefined

求算术平均值的不确定度:

undefined

当n足够大时,可取:

undefined

给出测量结果的表达式。对于技术测量,需要指明不确定度λ时,可表示为:

undefined

式中undefined′不包含疏失误差时测量数据的算术平均值。

笔者所提出的基于过程系统测量数据的稳态检测与数据处理方法是将工业生产过程采集过来的数据,先采用滑动窗口法进行稳态检测,得到各稳态下的测量数据;再将各稳态下的测量数据分别处理,最终得到减小随机误差且剔除显著误差后的较准确的测量值。基于过程系统测量数据的稳态检测与数据处理方法流程如图1所示。

3 数据处理方法的比较

将基于滤波器的数据处理方法与笔者提出的数据处理方法进行比较,从而说明方法的高效性。

其中滤波器采用指数滤波器和非线性滤波器。

3.1 指数滤波器

指数滤波器是迄今为止在工业应用中最常用的一种,它是一个时间离散滤波器,相当于在一个连续系统的一阶滞后,并在许多DCS系统中,它是一个标准的过滤器,也被称为第一阶滤波器控制区,具体表达式为:

Yk=θXk+(1-θ)Yk-1 (17)

式中 Xk在时间tk时的原始测量数据;

Yk 在时间tk时的过滤值;

θ 滤波参数。

3.2 非线性滤波器

一般的非线性滤波可以归结为求条件期望的问题。对于有限多个观测值的情形,条件期望原则上可以用贝叶斯公式来计算。但即使在比较简单的场合,这样得出的结果也是相当繁杂的,无论对实际应用或理论研究都很不方便。与卡尔曼滤波类似,人们也希望能给出非线性滤波的某种递推算法或它所满足的随机微分方程。但一般它们并不存在,因此必须对所讨论过程的X与Y加以适当的限制。非线性滤波的研究工作相当活跃,它涉及随机过程论的许多近代成果,如随机过程一般理论、随机微分方程及点过程等。非线性指数滤波器是指数滤波器的另一种变化,该滤波器在减少延迟的同时大量地过滤了噪音。在非线性指数滤波中,要定义一个确定标准偏差的R,同时在式(17)的基础上,θ的定义有所改变:

undefined

式中 R调整参数;

σ 测量误差的标准偏差。

与上述指数滤波器相比,非线性指数滤波器更易得到。可以写为:

Yk=Yk-1+θ(Xk-Yk-1)=Yk-1+θΔX (19)

那么式(19)中:

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3.3 处理方法的比较

指数滤波器,当θ的取值不同时,结果不同。为了更好地说明问题,该次比较是取残差之和最小时的θ(0.1,0.2,)。非线性滤波法,R取6。滑动窗口取2,数据波动要小于6%(滑动窗口的大小和稳态判断标准可以根据不同的要求,设定不同的值。在这次比较中,为了使数据尽量处于稳态,设定滑动窗口较小、稳态标准较大)。具体数据来源于文献[11]中。图2是3种数据处理方法的结果比较。

表1是3种数据处理方法及未处理时的残差(测量值或处理后的测量值与真实值之差)绝对值之和的比较。

可以看出,只要选择合适的窗口大小,滑动窗口法稳态检测可以明显优于滤波法。

4 工业过程的应用实例

该过程的测量数据来源于某厂2008年5月28日凌晨到7月30日14点,平均每2h采集一次的数据。该厂一次在同一时间采集28组数据,其中有4组是关键数据,所以本次主要考虑这4组数据的稳态检测与数据处理。对于多组数据稳态检测和单组数据稳态检测原理一样,即判断每组数据是不是都属于稳态,如果其中一组数据不属于稳态,则该时刻测得的数据不属于稳态。

通过编程来实现稳态检测及数据处理,根据实际对象的工艺要求和具体情况,测量数据允许波动在1%以内,滑动窗口设定为4(即8h内工况波动较小则认为是处于稳态)。用图3来标示稳态区间,图中加粗部分为稳态区间,可以看出,用滑动窗口法可以较为准确地检测稳态区间。

该系统处理后得到共42个稳态区间。采用数据处理方法分别对各个稳态区间进行平均值、不确定度的计算及线性误差、周期误差判断。

采用本数据处理的结果,应用于空气分离过程的数据校正与参数估计中,可得到较准确的过程数据与模型参数值[12]。

5 结束语

通过上述实例,笔者提出的基于过程系统测量数据的稳态检测与数据处理方法,较准确地判断出稳态区间和这些稳态数据处理后的测量值,而且方法简单、适用范围广。由于是采用移动窗口法判断稳态,故该方法还可应用于工厂,可以随时警报工厂生产时的过程是否处于稳态,以便检查原因,所以该方法应用及发展前景广阔。

参考文献

[1]Narasimhan S,Mah R S H,Tamhane A C,et al.AComposite Statistical Test for Detecting Changes ofSteady States[J].AICHE,1986,32(1):1409～1418.

[2]袁永根,李华生.过程系统测量数据校正技术[M].北京:中国石化出版社,1996.

[3]李博,陈丙珍,胡惠琴,等.稳态过程在线数据校正技术的工业实施[J].石油化工,2000,29(10):768～771.

[4]Liu Y J,Zheng Y Q.Adaptive Robust Fuzzy Control fora Class of Uncertain Chaotic Systems[J].NonlinearDynamics,2009,57(3):431～44.

[5]Li G H.Inverse Lag Synchronization in Chaotic Sys-tems[J].Chaos Solitons and Fractals,2009,40(3):1076～1080.

[6]毕小龙,王洪跃,司风琪,等.基于趋势提取的稳态检测方法[J].动力工程,2006,26(4):503～506.

[7]付克昌,戴连奎,吴铁军.基于多项式滤波算法的自适应稳态检测[J].化工自动化及仪表,2006,33(5):18～21.

[8]吕游,刘吉臻,赵文杰,等.基于分段曲线拟合的稳态检测方法[J].仪器仪表学报,2012,33(1):194～200.

[9]陈文驰,刘飞.一种改进的基于多项式滤波的稳态方法[J].控制工程,2012,19(2):195～202.

[10]林占江.电子测量技术[M].北京:电子工业出版社,2007.

[11]Romagnoli J A,Sanchez M C.Data Processing and Re-conciliation for Chemical Process Operations[M].SanD-iego:Academic Press,2000.

测量数据的处理与表示 第2篇

地理信息与旅游学院

课程总结报告

课程名称： GPS测量与数据处理 姓 名： 项学泳 班 级： 测绘10 学 号： 2012210392 授课老师： 邓岳川 授课时间： 2013年2月-2013年7月

地理信息与旅游学院 制

地理信息与旅游学院---GPS测量与数据处理 课程总结报告

《GPS测量与数据处理》课程总结报告

——2012210392 项学泳

一、学习目标

(正文，宋体，小四)

二、学习内容

(正文，宋体，小四)

三、学习成果

(正文，宋体，小四)

四、学习心得与建议

(正文，宋体，小四)

课程总结报告总篇幅不超过10页，排版正确规范，请打印后提交到我办公室，务必9月5日前完成。

《数据的收集与表示》基础演练 第3篇

一、选择题

1．“奔向二零零八奥运”，这8个字中，每个字的笔画数依次是8，6，2，13，13，2，12，7.其中笔画数是2的字出现的频率是（）.

Ａ．0.25Ｂ．2Ｃ．0.15Ｄ．0.2

2.下列说法正确的是（）.

A.抛掷一枚均匀的硬币100次，“正面向下”应恰好是50次

B.如果掷一枚均匀的硬币10 000次，“正面向上”的频率接近0.5

C.随着掷一枚硬币次数的增加，”正面向上”的频率逐渐稳定在0.25

D.抛掷一枚硬币10次，有7次“正面朝上”，则抛掷一枚硬币1 000次，应有700次“正面朝上”

3.记录一个人的体温变化情况，最好选用（）.

A.扇形统计图B.条形统计图

C.折线统计图D.都可以

4.数学老师布置10道选择题作为课堂练习，课代表将全班同学的答题情况绘制成条形统计图（如图1），根据图表，答对9题以上（包括9题）的学生数与全班学生数的比是（）.

A.0.16B.0.52 C.0.92 D.0.32

5.某校七年级学生总人数为500，其男女生所占比例如图2所示，则该校七年级男生人数为（）.

A.48B.52C.240D.260

6.某校七（1）班的全体同学最喜欢的球类运动用图3所示的统计图来表示，下面说法正确的是（）.

A.从图中可以直接看出喜欢各种球类的具体人数

B.从图中可以直接看出全班的总人数

C.从图中可以直接看出全班同学喜欢各种球类的变化情况

D.从图中可以直接看出全班同学最喜欢各种球类的人数的比例关系

7.如图4，这是某地2005年和2006年粮食作物产量的条形统计图，请你根据此图判断下列说法合理的是（）.

A.2006年三类农作物的产量比2005年都有所增加

B.玉米产量和杂粮产量增加的幅度大约是一样的

C.2005年杂粮产量约是玉米产量的六分之一

D.2005年和2006年的小麦产量基本持平

8.在“十一”长假期间，某风景区接待游人情况如图5所示，关于这七天游览该风景区的人数说法错误的是（）.

A.1日至3日人数在增加

B.3日到5日人数逐渐减少

C.5日到7日人数在减少

D.3日人数最多

9.图6是张亮、李娜两位同学全学期零花钱各项支出的统计图．根据统计图，下列对两位同学购买书籍支出占全学期总支出的百分比作出的判断中，正确的是（）.

A.张亮的百分比比李娜的百分比大

B.李娜的百分比比张亮的百分比大

C.张亮的百分比与李娜的百分比一样大

D.无法确定

二、填空题

10.每个对象出现的次数用____表示，每个对象出现的次数与总次数的比值用___表示.

11．某班学生参加数学考试.在这次考试中，已知分数为90的频数为6，频率为0.12，则这个班学生的总人数是.

12.某班举行的一次法律知识竞赛中，有5人得100分，10人得90分，15人得80分，3人得60分，2人得40分，1人得30分，那么，得分的频数最大，得60分的频率是．

13.在一次班干部的竞选活动中，得票结果如表1所示.（总票数为50）

上表数据显示，小林的得票频数是____，得票频率为____；小丽的得票频数是____ ，得票频率为____.

14.在一个不透明的布袋中，红色、黑色、白色的玻璃球共有40个，除颜色外其他完全相同，小李通过多次摸一个球试验后发现摸到红色、黑色球的频率分别为15%和45%，则口袋中白色球的数目很可能是.

15.十一期间，某商场举行促销活动，设立了一个可以自由转动的转盘（如图7），并规定：顾客购物20元以上就能获一次转动转盘的机会，当转盘停止时，指针落在哪一区域就可以获得相应的奖品.表2是活动进行中的一组统计数据.

（1）由表可知，当转动转盘100次时，有 ____次落在“圆珠笔”扇形区域上，其频率是68%，此时，有____次落在“钢笔”的扇形区域上.

（2）当转动转盘的次数为1 000时，有70次落在“圆珠笔”的扇形区域上，落在“圆珠笔”的扇形区域上的频率是.

此时，有次落在“钢笔”的扇形区域上，其频率是.

（3）观察表中的数据，当转动很多次以后，落在“圆珠笔”的扇形区域上的频率比较稳定，稳定在左右.

16.地壳由很多元素组成，其中各种元素的含量相差很大，要想使别人一目了然地、粗略地知道地壳是由多种含量不同的元素组成的，采用来表示这些数据比较好.

17．图8是根据某市2003年至2007年工业生产总值绘制的折线统计图．观察统计图可得：增长幅度最大的年份是年，比它的前一年增加亿元．

18.图9是某市8月1日至8月7日每天最高、最低气温的折线统计图，在这7天中，日温差最大的一天是.

三、解答题

19．图10是反映某厂两个车间2007年的工业产值的情况，请仔细观察统计图，回答下列问题.

（1）从统计图看，哪个车间的产值高？两个车间的总产值哪个季度高？

（2）根据条形统计图，请画出折线统计图.从统计图看，哪个车间的产值增长快？第三季度哪个车间的产值是下降的？

20.图11是某校三个年级学生人数分布扇形统计图，其中八年级人数为408，表3是该校学生阅读课外书籍情况统计表．请你根据图表中的信息，解答下列问题.

（1）求该校八年级的人数占全校总人数的百分比．

（2）求表3中A、B的值．

21.某商店按图12给出的比例，从甲、乙、丙三个厂家共购回饮水机150台，商店质检员对购进的这批饮水机进行检测，并绘制了如图13所示的统计图．请根据图中提供的信息回答下列问题．

（1）该商店从乙厂购买的饮水机台数是多少？

（2）所购买的饮水机中非优等品的台数是多少？

（3）从优等品的角度考虑，哪个工厂的产品质量较好些？为什么？

参考答案

一、1.A2.B3.C4.B5.D6.D7.D8.B9.B

三、19.（1）由条形统计图可得，一车间的产值高，两个车间的总产值第四季度高.

（2）画图略.由折线统计图可得，一车间的产值增长快，第三季度二车间的产值是下降的.

20.（1）1-28%-38%=34%.（2）816÷0.34=2 400，所以A=2 400-（840+816+144）=600，B=1-（0.34+0.25+0.06）=0.35.

21.（1）150×40%＝60（台）.

所以该商店从乙厂购买的饮水机台数为60.

（2）由题图13知优等品的台数为：

50＋51＋26＝127.

所以非优等品的台数为150－127＝23.

检验数据的处理和检验结果的表示 第4篇

1.1误差的基本概念。检验实质上是借助于某种手段或方法, 测量产品的质量特性值, 获取质量数据后与标准要求进行对比和判定的活动。由于测量具有不确定度, 一个检验员用同一种方法, 在同样的条件下, 对同一产品的某种质量特性进行多次检验, 每次检验所得到的数值不会完全相同。即使是技术很熟练的检验员, 用最完善的方法和最精密的仪器测量, 其结果也是如此。检验的结果在一定范围内波动, 说明检验过程的测量误差是客观存在的。随着科学技术水平的不断提高, 人们的经验、知识不断丰富和测量方法、手段的不断提高和完善测量误差可以被控制得愈来愈小, 但不可能完全把测量误差消除。误差可定义为绝对误差和相对误差。

绝对误差=给出值—真值 (1)

式中:给出值———包括测量值、实验值、标称值、计算近似值等。

真值———指某特性值的真实值。

1.2相对误差。定义:相对误差表示的是绝对误差与真值的比值。

相对误差=绝对误差/真值

相对误差不仅能反映误差大小, 而且能反映测量的准确度。相对误差越小表示测量的准确度越高。

1.3误差的产生原因。1.3.1计量器具、测试设备及试剂误差。由于测量设备本身不精确而产生的误差。如刻度不准确、未经校准、稳定性、精确度、灵敏度不够而导致检验中产生的误差。1.3.2环境条件误差。测试环境 (如:温度、湿度、气压、振动、磁场、风、尘等) 达不到要求而造成的测量误差。1.3.3方法误差。检验方法不正确而造成的检验误差。1.3.4检验员误差。检验员的不正确操作或生理缺陷造成的检验误差。1.3.5被检产品误差。抽样检验时由于批质量的均匀性、稳定性而影响抽样的代表性差异所造成的检验误差。

1.4误差的分类。1.4.1系统误差。在同一条件下多次测量同变时, 按某种确定规律变化的误差。1.4.2随机误差。在相同条件下多次测量同一量值时, 误差的绝对值和符号的变化不确定预定的方式变化的误差。引起随机误差的因素是无法控制的, 因此随机误差不能修正。随机误差具有统计规律, 可应用统计学的数学知识进行估计。也可通过增加测量次数的办法在某种程度上减小随机误差。1.4.3粗大误差。超过规定条件下所能预计的误差。粗大误差是由于人为的读错、记错、算错, 或实验条件未达到规定指标而草草进行所造成的误差。在误差分折时只能估计系统误差和随机误差, 对由于粗大误差而产生的数据称为离群数据或环值, 必须从测量数据中将其剔除。1.4.4测量不确定度。测量不确定度是建立在误差理论基础上的一个新概念。误差的数学指标称为不确定度, 它表示由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的测量分散度。一个测量结果, 只有知道它的测量不确定度时才有意义。一个完整的测量结果不仅要表示其量值大小, 还必须指出其测量不确定度。测量数据分布的标准偏差, ε是测量不确定度的主成分, 称为标准不确定度。测量结果含有其它量值时, 应计算合成标准不确定度。合成标准不确定度乘以覆盖因子得到的是扩展不确定度 (展伸不确定度) , 也称为总不确定度。覆盖因子也称为置信因子。理论上认为只有对某一量值经无穷多次测量, 数据的分布才符合正态分布, 当测量次数越少时其覆盖范围 (分散性) 必然大于理想情况下的正态分布。分布中心与真值的差称为偏移量e, 是系统误差的表现, 表征了测量的准确度, 偏移且ε越小其测量准确度越高。分布的标准偏差ε为测量不确定度的主成分 (标淮不确定度) , σm表征测量的精确度, 在计量检定的合格判定中要求6σm≤2v。正态分布是由于测量随机误差而使测量值不确定所形成。测量数据的分布概率符合正态分布的结论, 这些概率值表明, 测量值超出±2σm的可能性为5%, 即在20次测量中最多只有一次, 而测量值超出136m的可能性只有0.3%, 即测量330次中最多只有一次。那么, 在十几次测量中是不可能发生的, 应设法予以清除。这就是剔除粗大误差的理论依据。

2如何提高检验结果的准确度

2.1平均值的精密度。2.1.1等精密度测量。在消除系统误差后, 等精密度多次平行测量可以有效提高检验结果的准确度。多次测量平均值的分散程度一定比单次测定结果分布的分散程度要小。从正态分布的计算可知:

增加平行测量的次数.能够提高检验结果的准确度。

2.1.2不等精密度的平均值及标准偏差。等精密度测量是指每次测量都是在完全相同的条件下进行, 其数据处理比较简单。若每次测量的条件不相同.如不同人。不同时在不同的实验室, 用不同的测量设备和不同的方法测量, 得到不同精密度的数据, 其数据处理就需要予以加权。

2.2如何提高检验结果的准确度。2.2.1系统误差的消除。系统误差对测量结果的影响往往比随机误差的影响还要大, 所以通过实验的方法消除系统误差的影响是非常必要的。①照检验。所谓对照检验是以标准样品 (或标准器) 与被检样品一起进行对照检验。若检验结果符合公差要求, 说明操作和设备没有问题, 检验结果可靠。若不符合则以标准量的差值进行修正。②校准仪器。通过计量检定得到的测定值与真值的偏差, 对检验结果进行修正。③检验结果的校正。通过各种试验求出外界因素影响测量值的程度, 之后从检验结果中扣除。④选择适宜的测量方法。2.2.2控制检验环境和测量条件;正确选择测量设各和检验方法, 都是保证检验结果的重要因素。2.2.3对检验员的要求①检验员误差。由于主观因素的影响, 检验员的素质条件不同会造成不同程度的检验误差, 必须加以高度重视。只有对检验员严格要求, 选择训练有素的检验员, 才能高质量完成检验任务。a.技术性误差;技术性误差是由于检验员缺乏检验技能而造成的误差。b.粗心大意误差;粗心大意误差是由于检验员责任心不强, 工作马虎而造成的误差。c.程序性误差。程序性误差是由于工作程序混乱, 检验员精神压力过大而造成的误差。②技术性误差的影响因素及防止措施。影响技术性误差的因素有:a.缺乏必要的技术、生产工艺知识, 对生产中出现的质量问题不了解;b.检验技术不熟练, 对检验设备不能正确操作;c.生理上的缺陷, 如视力不佳等。防止发生技术性误差的措施有:a.检验员的情绪或精神状态不良;b.检验员的责任心不强, 对检验工作抱着满不在乎, 不重视的态度;c.检验项目的精度要求高、难度大, 检验员的精神过于紧张。防止粗心大意误差的措施有:a.简化检验方法或内容, 减少检验员的手忙脚乱的现象;b.采取不易发生差错的检验方法;c.采用自动化检验装置;③程序性误差的影响因素及防止措施。影响程序性误差的因素有:a.生产不均衡, 前松后紧, 检验任务过度集中;b.管理混乱, 产品放置混乱, 标识不清, 造成不合格产品的误用。防止程序性误差的措施有:a.加强生产管理, 实行二、四、三均衡生产;b.实行定置管理, 严格产品分区堆放、要有明显的界限和明确的标识;c.严格调运手续, 建立调度人员责任制, 防止误调、误用。

摘要：我们在产品质量检验过程中经常和数据打交道, 要把所测得的数据进行计算、整理、报出并进行判定。本文对此进行分析。

关键词：检验数据,处理,检验结果,表示

参考文献

[1]张志钧.也谈检验结果的数据处理[J].产品可靠性报告, 2002 (1) :34-35.

测量数据的处理与表示 第5篇

随着科技的发展, 产品加工质量与精度要求越来越高、产品形状更加复杂化与多样化, 对产品质量检测设备的功能要求不断增强, 促使三坐标测量机的应用愈来愈普及。通常, 按加工精度划分, 机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。

由于产品交货期的要求及企业竞争的不断加剧, 要求产品设计周期尽可能缩短, 导致产品快速数字化创新设计、反求工程 (又称逆向工程) 需求大量增加, 而创新设计、反求设计则要求具有快速数字化扫描测量设备。例如:汽车、摩托车、家电、五金、塑料制品、制鞋、工艺品、玩具等行业, 反求技术已大量应用, 对三坐标测量机、三维扫描机有较大的需求。

能够满足快速数字化反求设计与产品质量高精度测量要求的三维扫描机、三坐标测量机设备的需求量越来越大。目前国内外市场上能够满足需求的设备主要有两类, 三坐标测量机和三维激光扫描机, 完全满足反求设计与质量检测要求的多功能设备几乎没有。特别是对一些复杂、高精度产品的反求设计, 目前难度很大。所以开展多功能扫描测量机系统具有重要的意义和广泛的应用前景。

2、多功能复合型三维扫描机软件系统的测量技术

接触式测头测量精度高, 效率低, 非接触式测头精度比接触式低, 而效率较高。两种测量互补测量, 可以取长补短, 优势互补。

多功能复合型三维扫描测量软件系统主要分测量和扫描两大模块:

2.1 接触式测量技术

在零件的反求测量中, 大多数零件都具有复杂形状或自由曲面形状。自由曲面是一种较难定义和加工的几何元素, 它不像一般规则几何元素那样能用有限参数给出精确定义, 所以对其进行检测较为困难。测量路径的规划是自由曲面测量的主要内容之一, 测量路径选择的好坏将直接影响检测效率的高低。因此为了进一步提高检测的效率, 使其能够自动完成检测路径的规划任务, 必须对测量进行合理规划, 主要内容包含测点的自适应分布和测量路径的生成与优化。

(1) 在CAD模型已知情况下, 采用扩张障碍物法、射线跟踪法等方法, 将碰撞问题转化为测头运动轨迹与工件组成体素的求交问题, 可较好解决接触式测量中的碰撞规避; (如图1)

(2) 对于CAD模型未知情况下的碰撞规避, 采用常用的“生成--测试”的方法, 虽然效率较低, 但对于测量中“碰撞”、“无接触”、“突台”等几种常见的碰撞情况, 使用此方法仍然可以较好得达到目的。 (如图2)

2.2 激光非接触式测量技术

2.2.1 激光测头的测量原理

激光测头主要由激光器、光学透镜、反光镜和位置敏感器件PSD等组成。半导体激光器发出的激光束经扩束、聚焦后, 投射到被测曲面上, 成像光轴与投影光线夹角为α。一维位置敏感器件PSD与成像光轴成一倾角β, 以满足Scheimpflug条件, 即满足关系tgα=K⋅tgβ, 式中K是成像系统的放大倍率。激光光源投射一束细光束到被测物表面形成一微小光点, PSD接收由被测物表面漫反射回来的一部分漫反射光, 根据漫反射光在PSD上的成像位置并经过信息处理和计算得到被测距离。为减小被测表面特性对测量精度的影响, 通常采用激光束垂直入射被测表面的三角测量方式。

2.2.2 基于激光点光源的跟踪测量方法

曲面的自动跟踪测量可分为阶梯式跟踪法、直线式跟踪法和仿形式跟踪法, 如图3-4所示。

2.2.3 阶梯式和直线式跟踪测量

2.2.4 自由曲面的形状是复杂多变的, 它的起伏幅度经常超出了激光点光源的线性测量范围

要想完整的获得整个自由曲面的三维信息, 实现测头的跟踪测量是必须手段。在介绍激光测头的测量原理和测量局限性的基础上, 提出了三种常见的跟踪测量方法:阶梯式跟踪法, 直线式跟踪法和仿形式跟踪法, 并且对仿形式跟踪法做了重点介绍。测头的上下调整必然会导致其超出上下极限, 从而使测头有可能碰撞到物体, 损坏测头。解决这一问题的途径是设置上下安全面, 以保证测头在上下安全面之间运动, 避免了测头碰撞物体的危险。充分利用三种跟踪方式的优点, 实现进给步长的自动调整, 为跟踪的测量提高了效率和精度。

3、多功能复合型三维扫描机软件系统测量数据处理方法

激光扫描可快速得到大规模数据点, 数据点之间通常没有相应的显式拓扑关系, 常被形象的称为“点云”。由于测量设备的限制、测量方法的局限性或实物模型自身的磨损和制造误差等原因, 往往不能完整、精确地获得实物模型的几何信息, 因此需要对测点数据进行相应的处理。

一般来说, 对测点数据的处理主要包括以下几个方面的工作: (1) 去除毛刺和滤波; (2) 数据压缩; (3) 数据光顺。为了后续方便, 还将建立点云的三角面片模型, 以恢复散乱点之间的拓扑结构。

3.1 毛刺处理

无论是接触式还是非接触式测量, 测量过程中, 由于机械振动、系统噪声和待测物体表面的粗糙度等的影响, 都不可避免地在真实数据点中混有不合理的噪声点 (毛刺或偏离点) 。测量过程中, 产生毛刺的原因各种各样, 但是一般由于不可抗拒的原因, 如待测物体表面的粗糙度等的影响将会产生偏离点或毛刺。

3.2 滤波处理

应用非接触激光测量时, 由于入射角、待测曲面的光照和表面颜色的影响, 会产生象脉冲一样的噪声, 对测点数据进行噪声剔除, 已有大量的方法可供采用, 例如弦高误差法、程序判断滤波、N点平均滤波以及预测误差递推辨识与卡尔曼滤波相结合的自适应滤波法等, 这些方法在滤除干扰信号和随机误差方面都取得了较好的效果。因此为了得到较为精确的曲面测点数据、较好的特征提取效果以及方便后续处理, 有必要对测点数据进行滤波处理。

3.3 光顺处理

逆向工程中是从实物模型反推设计者的设计理念, 并重建数学模型, 其曲线曲面光顺的准则和方法不应完全按照CAGD中的原则和方法。因为任何产品形状的设计都有它的理论依据, 光顺应该按原设计要求的形状进行。设法掌握产品的设计指导思想, 构造出光顺的理论廓线为了使造型产品与实物在形状、性能上充分逼近, 必须从实测值中去求出光顺的理论廓线, 然后按原设计值进行光顺处理, 这也正是实物测量造型中必须遵守的光顺准则。

3.4 压缩处理

激光扫描或视觉CCD测量容易得到大规模测点数据, 为了避免后续处理中计算量过大的弊病, 开发出一个简便易行的算法。

设点云点数为n, 包围该点云的最小长方体为C, 其大小mxmymz, 则长方体的最大表面面积

假设最终的采样点数为sn, 设定压缩比率为ε, 则有ε=1-ns/n。设长方体C被均分为多个立方体小块, 每个立方体小块的边长为λ, 则有等式成立。

将点云的各点存入相应的小立方体中, 然后取距离各小立方体中心最近的点作为采样点, 即可得到最终的压缩点云。实际应用中, 也可以根据已知的采样点密度 (间距) , 直接设定每个小立方体的边长λ。

摘要：分析了目前企业对测量技术及逆向工程技术的需求, 描述了测量技术及扫描技术的解决方案和数据的处理方法, 提出了复合式扫描测量的软件系统研究方案, 从而提高产品的质量和效率同时降低了企业对设备的应用成本。

测量数据的处理与表示 第6篇

1 用图解法求Δfpt和ΔFp

齿轮齿距误差的相对测量法是以被测齿轮的任意一个齿距作为基准齿距 (即调节测头的位置使读数为零) , 然后把各齿距与基准齿距相比较, 得到全齿距的测量读数, 经数据处理, 即可得到齿距偏差Δfpt和齿距累积误差ΔFp。常用图解法或计算法来求齿距偏差Δfpt和齿距累积误差ΔFp。

常用万能测齿仪测量齿距, 设被测齿轮齿数为8, 用相对测量法测得相对读数值见表1:

以横坐标代表齿序, 纵坐标代表相对读数, 将所测得的读数依次画在坐标系内, 连接各点即为齿距误差曲线 (图1) 。两端点连线8A即为齿距累积误差ΔFp的计算基准线。则可由图按比例算出:Δfpt=+2μm或-2μm;ΔFp=4.5μm。

2 用列表计算法求Δfpt和ΔFp

列表计算法是以图解法为基础进行的几何计算, 计算过程见表2:

3 用计算机数据处理求Δfpt和ΔFp

基于上述的原理和方法, 我们用Turbo C编制了求齿距偏差Δfpt和齿距累积误差ΔFp的程序, 程序框图如图2所示。操作者只需根据计算机屏幕的提示输入正确的齿序和测量数据, 计算机经过计算即可在屏幕上输出齿距偏差Δfpt和齿距累积误差ΔFp的值, 并画出误差曲线图, 标出最大误差所在的位置, 以便直观地分析误差出现的规律和原因。

4 结论

用计算机进行齿距测量的数据处理, 能方便地求出齿距偏差Δfpt和齿距累积误差ΔFp, 操作简单、方便易用, 大大提高了数据处理的精度和工作效率。

摘要：齿距是齿轮检测的重要项目之一, 为了提高数据处理的效率和减小计算误差, 我们在微机上开发了齿距测量的计算机数据处理程序, 只要输入在万能测齿仪上测得的有关数据, 即可得到齿距偏差Δfpt和齿距累积误差ΔFp, 大大提高了实验的工作效率。

关键词：误差,测量,数据处理

参考文献

[1]陈隆德.互换性与测量技术基础.大连理工大学出版社.1988.12.

[2]徐德民.最新C语言程序设计.电子工业出版社.1990.8.

[3]杨好学.互换性与技术测量 (第二版) , 西安电子科技大学出版社, 2010.6.

[4]孔庆华, 刘传绍.极限配合与测量技术基础.同济大学出版社出版, 2002.2.

测量数据的处理与表示 第7篇

传统隧道施工控制网的方法有三角测量方法和精密导线法, 其中三角测量方法是最为传统的隧道施工控制网方法, 而精密导线法近几年应用较多。

常规测量办法在隧道测量中难度都较大, 因为其一般都在地形复杂的山区。而如果选择采用GPS来建立隧道控制网, 由于通视条件对GPS观测影响较小, 而GPS控制网网形也较常规控制网更为随意, 故GPS测量一种有效的控制测量隧道的方法。

GPS如下几个优点在在测量中的应用中较为实用: (1) 观测站之间可以相互不通视。点位选择比传统方法更为灵活, 也极大地减少了因为选点的苛刻增加的经费和时间。 (2) 有较高的定位精度。如基线<50km时, 可以实现1PPm~2PPm的相对精度, 定位精度会随着基线的加长而提高。一般测量手段很难达到这样的精度级别。 (3) 极大地缩短了观测时间。以完成一条基线的相对定位所需要的观测时间为例, 采用经典的静态定位方法, 一般为lh~3h (具体时间依精度不同而不同) 。 (4) 三维坐标能与观测成果一同提供, 这是因为, 测站点的大地高程可以被GPS精确测定, 所以在精确提供测站点的平面位置的同时, 能同时得到大地高程。这开辟了一条新的途径, 即可以研究大地水准面的形状和地面点的高程。 (5) GPS用用简便的操作, 较轻的重量, 小的体积等特点。 (6) GPS能在所有气候条件下作业。跟传统的测量方法不同, GPS观测不受地点、时间限制, 也不受天气条件影响, 可以实现连续观测。

2 工程简介

全长4126m的隧道位于某山脉中段, 属于目前我国建成的最长隧道之一。隧道进口处于直线地段, 出口在曲线上, 曲线半径为598m, 缓和曲线长122m, 偏角为31°04′3 0″。进口处高程2 2 4 1 m, 出口处高程为28 36多米, 越岭地段牛背梁的高程为3 90 0米, 整个测区相对高差近1300多米, 山势相对陡峻, 地形极其复杂, 有着极差的通视条件。如不选择GPS方法方法建网, 不管是平面控制网还是高程控制网, 都将面临测量工作量大, 周期长, 测量精度很难达到等问题, 因此项目组决定采用GPS建网, 为了使该特长隧道实现高精度贯通, 准备在洞外使用GPS全球定位技术和Ⅰ等水准, 而在洞内使用Ⅰ等导线环网和Ⅱ等水准建立隧道施工控制网。

3 洞外平面控制测量

3.1 控制测量的精度

根据隧道长度和技术设计方案以及《全球定位系统 (GPS) 测量规范》, 尽可能提高GPS测量的精度, 因此洞外GPS平面控制网按B级精度施测, 即相邻点间定位精度 (标准差) 用计算, 式中a (固定误差) =5mm~10mm;b (比例误差) =1PPm~2PPm;d (点间距) 20km;要求使用仪器标释精度应优于10mm±2PPm。

3.2 点位设置

为满足施工引测进洞需要, 在隧道进出口各布设6个GPS平面控制点, 如图1所示, 图中J1、J2、QL02、QL03、QL04为隧道进口GPS控制点, C1、HY、PD2、QL05、QL06、QL07为隧道出口GP S控制点。所有控制点均用异步环相联, 并组成空间三角形和空间大地四边形以加强GPS网的几何强度。

3.3 观测方法与作业要求

采用GPS静态相对定位进行测量, 观测前对接收机进行全面检测, 仪器精度必须达到标称精度的规定。GPS观测选择最佳时段, 长边和观测条件欠佳的点位增加观测时间。观测要求及采用主要参数为。

(1) 周边观测时段数≥2。

(2) 时段长度:当1 k m

(3) 卫星高度角≥15 0。

(4) PDOP6。

(5) 卫星个数≥5。

(6) 采样率≥15S。

(7) 每颗卫星连续跟踪时间大于15min。

3.4 数据处理

GPS观测数据采用仪器WILD20 0的随机软件SKI版处理, 基线解算时采用下列参数:采用Hopfield作为对流层模型;采用标准模型作为电离层模;采用广播星历作为星历, 采用码和相位数据;采用L1+L2频率, 使用<20km作为解模糊盾的边长限制, 先验中误差控制为±10mm。利用计算机程序软件计算GPS基线网平差、坐标转换、平面网平差等数据。采用观测数据资料整理、平差计算均采用两组对算、复核、审核等方式来确保数据无误。

3.5 测量精度

表1列出了平差后各控制点的点位平面坐标误差。

为了进一步验证GPS测量的可靠性, 采用全站仪测导线方法, 检测了出口GPS点群所组成的局部小网, 两成果相比, X坐标相差为1.5mm, Y坐标相差为1.7mm, 水平角相差1.53″, 说明数据可靠。

4 洞内平面控制测量

4.1 施测等级的确定

依据《铁路测量技术规则》的规定, 17km~20km范围的隧道, 其洞内外贯通中误差总和不超过250mm, 按照这一规定, 洞内可以依据通视情况设点, 平均边长设置为500m, 洞内外贯通误差按照250mm计算, 精度即可满足要求和精度指标进行施测基于二等导线的要求。另外, 项目组经过综合论证, 决定洞内导线布设成导线闭合环网, 并按一等导线的要求和精度指标进行施测, 这一方法确保了横向贯通误差<100mm。

4.2 控制桩点设置

如上所述, 等边闭合导线环网作为洞内外平面控制导线。设置500m作为导线平均边长, 一个闭合导线由10条边组成, 而设置4个闭合环在出口段。一条导线设在离洞壁1m~2m的位置, 另外一条导线沿隧道中线方向, 这样的设置方法, 使得沿隧道中线方向的导线可用来放样, 且不会破坏导线点。

4.3 贯通误差预计

由式m2洞内= (mβL/ρ) 2 (n+3) /12其中mβ=0.7″, L=19km, ρ=206265″, n=38, 代入上式, 得m洞内=±119mm。

由于洞内导线布设为等边导线闭合环网, 可按两条单导线计算贯通精度, 则根据误差传播理论双导线在贯通点的精度比单导线在贯通点的精度提高了倍, 即

根据洞外GPS控制测量成果计算得m外=±45mm, 则由:

将m内和m外代入上式, 得

小于横向贯通中误差值100mm的要求, 并远小于《铁路测量技术规则》规定的全隧道横向贯通中误差值250mm的要求。

4.4 数据处理

(1) 测站平差, 在水平角每测站测完后进行。 (2) 检查闭合差粗差, 即计算每个闭合环的角度闭合差, 检查其中是否存在粗差。 (3) 通过加、乘常数改正, 气象改正, 投影改正, 使所有测量边长值归算到隧道统一高程面 (976m) 。 (4) 在计算机上用导线网平差程序完成计算, 包括对整个闭合环网进行严密平差计算, 从而可计算出每个控制点的坐标值, 并进行精度评定。计算结果表明, 洞内导线的测角精度为m=±0.63″。

5 结语

(1) 从精度分析来看, 可以采用GPSB级网进行隧道平面控制测量, 其结果是可靠的, 能达到隧道贯通的优点, 节约了费用, 缩短了测量周期, 达到了京都要求。 (2) 根据隧道贯通精度要求设计导线测量精度, 同时利用等边闭合导线环网来布设隧道内控制测量网。而且在施测时的控制精度指标不低于设计精度要求, 才能达到京都贯穿。 (3) 洞内高程控制测量采用的是Ⅱ等标准, 结果表明能达到很高的贯通精度, 以后长大隧道施工进行洞内高程控制测量可以借鉴该方法。 (4) 隧道内控制测量的观测数据采用的是平差计算方法处理, 误差结果为:横向:12mm;高程:1mm;纵向贯通:125mm。

参考文献

[1]刘大杰, 施一民, 等.全球定位系统 (GPS) 的原理与数据处理[M].上海:同济大学出版社, 1996.

[2]铁道部第一勘测设计院, 铁路测量技术规范[M].北京:中国铁道出版社, 1986.

[3]周忠漠, 易杰军, 周琪.GPS卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社, 1995.

[4]张雨化.隧道勘测设计[M].武汉:人民交通出版社, 2006.

接地电阻测量的不确定度评定与表示 第8篇

不确定度是评定测量水平的指标,是判断测量结果可靠程度的依据。不确定度愈小,测量结果与被测量真值越接近、质量越高、水平越高,其使用价值也越高;不确定度越大,测量结果质量越低、水平越低、其使用价值也越低[1];在检测报告中,特别是检测结果为临界值时,必须给出相应的不确定度,一方面便于使用它的人评定其可靠性,另一方面也增强了测量结果之间的可比性。GB/T17025-2008/ISO/IEC17025:2005《检测和校准实验室能力的通用要求》[2]中对检测实验室明确提出了不确定度分析的具体要求。

1 测量原理

在电气设备的保护接地端子或设备电源输入插口中的保护接地连接点与可触及金属部分之间测量电压降,根据电流和电压降确定的阻抗。但实际操作中,通常使用集成化的仪器,直接测出其电阻值。接地电阻为低值电阻,一般在1Ω以下,其量级可以与引线电阻和接触电阻数值相比,因此,消除引线电阻和接触电阻对测量结果的影响就成为测量低电阻时需特别加以考虑[3]。

本例测量ECG-6511型心电图机的接地电阻。所使用的仪器为DZ-1-Y3型医用接地阻抗测试仪。

用50 Hz、空载电压6 V的电流源,产生25 A±10%额定电流,在5~10 s里,电源输入插口中的保护接地连接点与可触及金属部件之间的接地电阻为0.050Ω(即0.052~0.002Ω所得值,因为25.0 A时校准电阻为0.002Ω,这样可以消除引线电阻和接触电阻对测量结果的影响)。

2 数学模型

把被测电阻做成4个端钮,即一对电流端钮和一对电位端钮,电阻就是2个电流引线与2个电位引线交叉点之间的电阻。由于通常使用集成化的仪器,电流源由仪器提供,仪器最后显示的是电阻值[4]。

3 不确定度分量的识别与量化

3.1 标准不确定度

3.1.1 不确定度分类及来源[5]

不确定度可以分为:(1)不确定度的A类评定;(2)不确定度的B类评定;(3)合成标准不确定度。

从测量原理和数学模型分析,该方法中不确定度的来源有以下几个方面:(1)读数准确度;(2)测试电源;(3)试验电流;(4)环境温度;(5)引线电阻和接触电阻;(6)不同操作人员读数误差;(7)测量时间;(8)重复性。

对于测试电源、试验电流,由于电压、电流的准确度无法通过测量获知,且在仪器标定时已将其准确度集成为读数显示值Rx的准确度,可以不考虑其对最终不确定度的影响;对于环境温度,由于所测量的并不是材料的电阻,而是不同部件的连接电阻,且测试是在稳态下进行,因此其对测量结果不确定度的影响也可以忽略;对于引线电阻和接触电阻,属于可修正的系统误差,不在本不确定度考虑之内;DZ-1-Y3型医用接地阻抗测试仪为数显式而非模拟式仪器,故不存在估读不准而引起的误差;接地电阻是在稳定的常态下测试,不受测量时间的影响,不像潮湿预处理后的漏电流(潮湿处理后1 h才开始测量)和电解质强度试验(冷态,潮湿处理后马上测量)受测量时间限制,因此不考虑测量时间对测量结果的影响。而根据测试的经验,接地电阻测试的重复性较好,不需考虑A类评定。

综上所述,接地电阻测量不确定度的主要来源为测量仪器读数的不确定度。

3.1.2 不确定度分量的量化

由于只考虑B类评定,且不确定度的来源为仪器读数的不确定度,查所用测试仪器的技术资料,在此量程,其偏差为±(2%读数+0.002)=(2%0.050+0.002)=0.003Ω,应为均匀分布,包含因子k=31/2

得出u(Rx)=0.003/31/2=0.00173Ω

u(Rx)为Rx的标准不确定度。

虽然仪器为数字显示,但其分辨率为0.001Ω,小于上述偏差,因此不再考虑由于该分辨率而产生的不确定度。

3.1.3 合成标准不确定度

由于只考虑B类评定,根据公式:

式(1)中:Uc合成标准不确定度;ui不确定度的分量。

u(R)=1u(Rx)=0.00173Ω

取置信区间p=0.95,k=2,计算扩展不确定度U:U=u(R)2=0.001732=0.00346Ω

3.2 标准不确定度汇总表

使用DZ-1-Y3型医用接地阻抗测试仪直接进行一次测量即为所需数值,见表1。

3.3 测量不确定度的最终报告

接地电阻的测试结果为R=0.050Ω±0.00346Ω(p=0.95,k=2)。

4 结束语

不确定度评定过大,会使用户认为现有的测量水平不能满足需要而去购买更加昂贵的仪器,导致不必要的投资,造成浪费;不确定度评定过小,会因要求过于严格对产品质量、生产加工造成危害,使企业蒙受经济损失。本文以ECG-6511型心电图机的接地电阻为例,讨论测量过程中不确定度主要来源及评定方法,该方法中不确定度的主要来源于仪器读数的不确定度u(Rx),测量过程中应给予高度重视,因为测量结果的质量,会直接影响国家和企业的经济利益,是科学实验成败的重要因素之一,会影响人身的健康和安全,还可能成为执法和决策的重要依据。

参考文献

[1]中国合格评定国家认可委员会.CNAS—GL08电器领域不确定度的评估指南[S].2006.

[2]GB/T17025-2008/ISO/IEC17025:2005,检测和校准实验室能力的通用要求[S].

[3]杨世元,吴国平.电器质量检测不确定度[M].北京:中国标准出版社,2002.

[4]王克勤.不确定度在检测实验室的应用[J].安全与电磁兼容,2001,(4):35-38.

[5]鲁绍曾.现代计量学概论[M].北京:中国计量出版社,1987.

测量数据的处理与表示 第9篇

MATLAB是美国MathWorks公司的产品, 经过十几年的研究开发、升级更新, 已成为在Windows操作系统下使用的影响广泛的数值分析软件和不可多得的程序设计语言。

Visual Basic (以下简称VB) 是微软公司开发的一种高级语言, 它简单易学, 界面友好, 能够快速生成Windows程序, 是一种功能强大和有生命力的Windows编程语言。

MATLAB自身也存在不足, ① MATLAB是一种解释性语言, 因此它的实时效率低;② MATLAB不能脱离其环境运行, 因此它不能用于开发集成软件;③ MATLAB是一种命令行式的交互式系统, 开发的程序源代码不能保密;④ GUI功能差[1][2]。

MATLAB自身也存在不足, ① MATLAB是一种解释性语言, 因此它的实时效率低;② MATLAB不能脱离其环境运行, 因此它不能用于开发集成软件;③ MATLAB是一种命令行式的交互式系统, 开发的程序源代码不能保密;④ GUI功能差[1][2]。

VB也有一些缺点, 表现在:① 在数据运算时VB本身并不包括矩阵类型的数据结构, 当进行一些矩阵的算法设计时, 是以矩阵的元素为处理和计算的对象, 而并非以矩阵整体为对象, 其计算处理过程是由一系列的循环语句来完成, 程序编写过程非常复杂;② VB自身的标准计算子程序库以及图形处理函数相对较弱, 当进行一些图例分析的时候, 需要编写大量的代码, 其程序编写过程也很复杂。

为了克服MATLAB开发软件移植性差、保密性差等缺点以及VB对矩阵不强等弱点, MathWorks公司推出了一个COM组件库MatrixVB, 使VB程序员能够方便的在VB程序中直接使用MATLAB中的命令和函数, 保证程序编制简单又有良好的人机界面, 从而降低程序开发的复杂性, 缩短开发周期, 并且应用VB提供的打包功能生成独立的可执行 .exe文件。

根据测量数据处理的特点, 文章探讨了如何充分利用MATLAB计算功能强、数据可视化效果好和VB界面友好、输入输出方便的特点, 将MATLAB和VB相结合, 采用MatrixVB开发测量数据分析与处理可视化软件。

2 MatrixVB的功能以及引用

2.1 MatrixVB的功能

测量数据处理中经常遇到复杂的数据信息处理问题, 需要大运算量的矩阵计算以及对分析结果进行实时、直观的图形化显示。MatrixVB是MathWorks针对VB提供的一个MATLAB库, 它提供了600多个函数, 主要包括:

①矩阵生成与运算函数;

②数学基本运算函数;

③插值与拟合函数;

④图形可视化函数;

⑤图像和文件处理函数;

⑥特殊工具箱函数。

为VB提供了强大的功能扩展。它可以弥补VB内建函数的不足 (主要是针对数学函数而言) , 使用户更容易去开发计算应用方面的程序代码, 它富有MATLAB绘图的强大功能, 数理统计功能, 矩阵运算功能, 让VB也能很轻易的绘出一些数学函数的图形, 实现对大量数据方便处理。在VB中使用该数学工具包可避免重复性劳动, 从而减少开发人员实现算法和界面设计的困难。它将MATLAB强大的计算及图形功能与VB在图形用户界面开发方面的优势结合起来, 实现应用系统的无缝集成。

2.2 MatrixVB的引用

⑴安装MatrixVB插件, 并且进行需要成功进行注册;

⑵在VB中建立一个新工程, 选择“标准EXE”;

⑶引用MatrixVB

选择菜单项“工程/引用”, 然后在复选框中选中“MMtrix”, “确定”关闭该窗口。然后就可像使用普通VB函数一样, 调用MMtrix所包含的函数。

引用MatrixVB的界面如图1所示:

3 MatrixVB在矩阵运算方面的应用

在测量数据处理中, 经常涉及到矩阵的大量运算。MatrixVB包括像操作矩阵一样操作VB中数组的功能, 可以把这些功能函数整合到VB程序中。VB中和MatrixVB中算术运算符的对比如表格⒈所示:

下面的程序实现了读入一个矩阵, 而后对其进行求逆, 并且在Matrix View中显示读入的矩阵以及求得的逆矩阵的过程。

B = vbload ("D:A") ′从D:A中读入一个矩阵, 赋给B

B.Show

C= inv (B) ′求矩阵的逆

C.Show

vbsave "InvA", C ′保存矩阵的逆

程序运行的结果如图2所示:

读入的数据, 既可以是 .mat文件格式, 也可以是 .dat文件格式等;既可以使用vbload函数, 也可以利用VB的I/O功能进行文件读取。虽然VB本身没有矩阵这种数据类型, 但是, MatrixVB提供了方便的矩阵存取以及运算函数和操作符, 极大地方便了程序的矩阵运算, 并且大大减轻了编写程序代码的工作负担。

4 MatrixVB在图形处理方面的应用

在测量数据处理中, 经常需要对分析结果进行实时、直观的显示。MatrixVB提供了一组非常丰富的图形功能, 包括二维绘图、三维绘图、图形定制、色彩功能、成像、用户接口对话、句柄图形功能等。

表⒉所示的是几种常用的基本绘图命令:

命令功能Plot绘制二维曲线Plot3绘制三维曲线Mesh绘制立体网状图Surf绘制立体曲面图Meshc同时绘出网状图和等高线Surfc同时绘出曲面图和等高线Contour3绘出曲面在三维空间中的等高线更多的绘图功能和函数可在MatrixVB Function Reference Guide中进行查询。

下面的程序给出了读入一组变形监测数据, 然后生成二维变形曲线的过程。

Data= vbload ("D:data") ′读入数据变形

figure (1) ′打开一个新的图形窗口

plot (b)

grid ("on") ′打开网格

Title ("Deformation Curve") ′题目

xlabel ("Time")

ylabel ("Deformation (mm) ")

程序运行的结果如图3所示:

VB图形处理的功能较弱, MatrixVB实现了对MATLAB绘图功能在VB中的移植, 使得图形处理在VB中也简单得只需要短短几行程序即可以实现, 而且图形和在 MATLAB中生成的图形一样准确和清晰, 大大减轻了VB中编程实现图形处理的负担。

5 MatrixVB与VB混合编程的运算完整实例。

我们下面将做一个矩阵的行列式运算, LU分解的计算器用MatrixVB来实现。

(1) 建立一个工程, 工程名为Project1, 工程类型为Standard EXE, 如图4所示。

(2) 创建工程并设置环境。

(3) 在主窗口上添加若干控件, 如图5所示。

各控件的类型、名称、标题及作用如表格3所示:

(4) 声明模块级的变量。

′定义保存原始数据的矩阵及表示当前行列的变量

Dim mat As Variant

Dim i As Integer

Dim j As Integer

(5) 为主窗口Form的Load事件编写代码。

(6) 为Command2的Click事件处理过程编写代码。

(7) 为Command1的Click事件编写代码。

′判断计算类型然后对mat矩阵进行相应的操作并将结果输出

v = C (1) ′C (1) 为特征值向量, C (2) 为主对角线为特征值的方阵

6 结论

本文介绍了MatrixVB的功能以及引用方法, 并且重点介绍了利用 MatrixVB进行矩阵运算以及数据可视化这两个在测量数据处理中极其重要的功能, 说明了使用 MatrixVB可以大大减轻VB程序员的负担, 使得编写测量数据处理的程序简单易行。由此可以得出, 采用MatrixVB的测量数据处理的VB编程, 具有很强的实用价值。

同采用其他方式在VB中调用 MATLAB相比, MatrixVB既不需要像shell () 函数方法和ActiveX那样必须在MATLAB环境下进行调用, 又需要像采用动态链接库调用MATLAB函数那样繁琐, 只需要安装一个MatrixVB插件, 简单易行, 并且可以实现大部分测量数据处理所需要的功能。本文认为, 采用MatrixVB和VB混合编程的方法, 不失为一种很好的测量数据处理方法, 具有很好的实用性。

摘要：本文介绍了MatrixVB的主要功能以及引用方式, 并且重点介绍了在测量数据处理中比较重要的两个方面, 即矩阵运算以及图形处理。通过本文的实例可以发现, 在VB中加载了MatrixVB插件之后, 使得程序代码编写的负担大大减轻。MATLAB和VB具有较好的互补性, 采用MatrixVB和VB混合编程, 既保留了MATLAB强大的矩阵运算图形处理等功能, 又集成了VB高级语言界面友好易于编译等优点。说明了采用MatrixVB和VB混合编程在测量数据处理中具有较好的实用价值。

关键词：MatrixVB,MATLAB,VB,测量数据处理,矩阵运算,图形处理

参考文献

[1] MatrixVB Function Reference Guide4.51 release.MathWorks Ltd 2000 (September 2000)