一．概述
一般的說(shuō)，“大數(shù)據(jù)”指具有大容量、高速度、內(nèi)容多樣性和價(jià)值密度低等四個(gè)關(guān)鍵特性的數(shù)據(jù)和信息。
儀器儀表是一類(lèi)重要的“大數(shù)據(jù)”數(shù)據(jù)源，反映的是觀察、記錄、描述自然世界時(shí)所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，如科研數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)等。儀器儀表引起的“大數(shù)據(jù)”現(xiàn)象具有單個(gè)數(shù)據(jù)塊大、數(shù)據(jù)總量巨大、形式上非結(jié)構(gòu)化等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、存貯、處理和揭示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是儀器儀表的基本任務(wù)。
二、可研究方向
1、儀器儀表中“大數(shù)據(jù)”的獲取與傳輸問(wèn)題
“大數(shù)據(jù)”的獲取通常是高速率的，這對(duì)儀器儀表檢測(cè)通道的D/A轉(zhuǎn)換能力提出了很高的要求。所以開(kāi)發(fā)高采樣率、高速率的數(shù)據(jù)采集裝置成為一個(gè)值得研究的方向。
電信號(hào)傳輸方面，SFP 和QSFP 接口技術(shù)正在普及，下一代25G接口技術(shù)也正在研發(fā);光信號(hào)傳輸也非常值得研究。
比如測(cè)繪地理信息，諸如海島、山脈等地理圖形，依靠傳統(tǒng)測(cè)量手段來(lái)獲取不具有可操作性，現(xiàn)在一般采用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)，這被看做測(cè)繪行業(yè)進(jìn)入數(shù)字化測(cè)量時(shí)代的象征，由于飛機(jī)航速快、測(cè)繪面積大，帶來(lái)的單位時(shí)間數(shù)據(jù)量巨大。機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)集成GPS、IMU、激光掃描、數(shù)碼相機(jī)等多種光譜成像儀器，具有很強(qiáng)的數(shù)字成像能力�！按髷�(shù)據(jù)”中測(cè)繪儀器儀表的測(cè)量技術(shù)更強(qiáng)調(diào)具有高頻掃描、寬視角的能力。
2、儀器儀表中“大數(shù)據(jù)”的存儲(chǔ)問(wèn)題
現(xiàn)有的儀表磁盤(pán)故障、陣列存儲(chǔ)形式會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)管理、訪(fǎng)問(wèn)、可靠性的瓶頸。開(kāi)發(fā)對(duì)象存儲(chǔ)技術(shù)、具有冗余糾錯(cuò)副本功能儲(chǔ)存技術(shù)，儀器儀表存儲(chǔ)“大數(shù)據(jù)”的能力有待研究。傳統(tǒng)的“磁盤(pán)文件系統(tǒng)”的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)不適應(yīng)“大數(shù)據(jù)”，采用“Flash 云”的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)應(yīng)用于儀器儀表亟待研究。
3、儀器儀表中“大數(shù)據(jù)”的處理、利用問(wèn)題
不同的儀器儀表獲得的“大數(shù)據(jù)”的格式結(jié)構(gòu)不一致，比如有流量、壓力、密度等物理量，也有文本、音頻、視頻等多媒體信息。儀器儀表中的“大數(shù)據(jù)”分析處理利用問(wèn)題不局限于單個(gè)單元，而是由大量嵌入設(shè)備的傳感器、控制器、執(zhí)行器構(gòu)成的整體系統(tǒng)完成。數(shù)據(jù)挖掘算法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法、預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)等人工智能方法越來(lái)越被廣泛應(yīng)用到智能設(shè)備中，從而完成對(duì)“大數(shù)據(jù)”的分析處理利用。一個(gè)實(shí)例是智能電表，當(dāng)用戶(hù)安裝有太陽(yáng)能等新能源時(shí)，用戶(hù)自產(chǎn)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化電能與企業(yè)供應(yīng)的電能之間可以存在一個(gè)平衡關(guān)系，智能電表終端通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)單位時(shí)間采用的用戶(hù)用電習(xí)慣等“大數(shù)據(jù)”，可以智能預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)用戶(hù)用電需求，再通過(guò)電量交易平衡電網(wǎng)壓力和削減用電成本。
現(xiàn)在一種觀點(diǎn)認(rèn)為，儀器儀表的“大數(shù)據(jù)”行為強(qiáng)烈依賴(lài)IT設(shè)備，建立數(shù)據(jù)采集儀器到IT設(shè)備之間緊密聯(lián)系的端到端解決方案具有較大挑戰(zhàn)性。
4、儀器儀表中“大數(shù)據(jù)”的安全問(wèn)題
如何保證自身以及用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全隱私，已經(jīng)成了“大數(shù)據(jù)”發(fā)展的首要議題。儀器儀表安裝位置廣泛，有的暴露自然環(huán)境之中，也有通過(guò)軟環(huán)境受到數(shù)據(jù)入侵造成的數(shù)據(jù)毀滅，儀器儀表技術(shù)的“大數(shù)據(jù)”安全問(wèn)題值得研究。需要建立自上而下的儀器主動(dòng)安全防護(hù)體系，對(duì)“大數(shù)據(jù)”的入侵、毀滅具有可抗性、恢復(fù)性。
總的來(lái)說(shuō)，“大數(shù)據(jù)”下的儀器儀表研究開(kāi)發(fā)已逐漸突破傳統(tǒng)范疇，正在向云計(jì)算、云存儲(chǔ)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等融合發(fā)展。工程師們需要開(kāi)發(fā)擁有更高帶寬和吞吐量的最先進(jìn)的高速串行數(shù)據(jù)總線(xiàn)技術(shù)，同時(shí)對(duì)不斷更新和復(fù)雜化的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)提供簡(jiǎn)單省時(shí)又精確的測(cè)量方法;解決各種瞬態(tài)信號(hào)在時(shí)間相關(guān)的多個(gè)互聯(lián)域中的聯(lián)合監(jiān)測(cè)和分析;在能源技術(shù)方面做到更高效、節(jié)能、穩(wěn)定。
