一．概述
一般的說，“大數(shù)據(jù)”指具有大容量、高速度、內(nèi)容多樣性和價值密度低等四個關(guān)鍵特性的數(shù)據(jù)和信息。
儀器儀表是一類重要的“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。實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、存貯、處理和揭示物質(zhì)運動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)”的獲取與傳輸問題
“大數(shù)據(jù)”的獲取通常是高速率的，這對儀器儀表檢測通道的D/A轉(zhuǎn)換能力提出了很高的要求。所以開發(fā)高采樣率、高速率的數(shù)據(jù)采集裝置成為一個值得研究的方向。
電信號傳輸方面，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);光信號傳輸也非常值得研究。
比如測繪地理信息，諸如海島、山脈等地理圖形，依靠傳統(tǒng)測量手段來獲取不具有可操作性，現(xiàn)在一般采用機載激光雷達系統(tǒng)，這被看做測繪行業(yè)進入數(shù)字化測量時代的象征，由于飛機航速快、測繪面積大，帶來的單位時間數(shù)據(jù)量巨大。機載激光雷達系統(tǒng)集成GPS、IMU、激光掃描、數(shù)碼相機等多種光譜成像儀器，具有很強的數(shù)字成像能力。“大數(shù)據(jù)”中測繪儀器儀表的測量技術(shù)更強調(diào)具有高頻掃描、寬視角的能力。
2、儀器儀表中“大數(shù)據(jù)”的存儲問題
現(xiàn)有的儀表磁盤故障、陣列存儲形式會帶來數(shù)據(jù)管理、訪問、可靠性的瓶頸。開發(fā)對象存儲技術(shù)、具有冗余糾錯副本功能儲存技術(shù)，儀器儀表存儲“大數(shù)據(jù)”的能力有待研究。傳統(tǒng)的“磁盤文件系統(tǒng)”的儲存結(jié)構(gòu)不適應(yīng)“大數(shù)據(jù)”，采用“Flash 云”的儲存結(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)”分析處理利用問題不局限于單個單元，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、機器學(xué)習(xí)算法、預(yù)測統(tǒng)計等人工智能方法越來越被廣泛應(yīng)用到智能設(shè)備中，從而完成對“大數(shù)據(jù)”的分析處理利用。一個實例是智能電表，當(dāng)用戶安裝有太陽能等新能源時，用戶自產(chǎn)的太陽能轉(zhuǎn)化電能與企業(yè)供應(yīng)的電能之間可以存在一個平衡關(guān)系，智能電表終端通過長時間的監(jiān)測單位時間采用的用戶用電習(xí)慣等“大數(shù)據(jù)”，可以智能預(yù)測未來一段時間內(nèi)用戶用電需求，再通過電量交易平衡電網(wǎng)壓力和削減用電成本。
現(xiàn)在一種觀點認為，儀器儀表的“大數(shù)據(jù)”行為強烈依賴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)”的安全問題
如何保證自身以及用戶數(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)”安全問題值得研究。需要建立自上而下的儀器主動安全防護體系，對“大數(shù)據(jù)”的入侵、毀滅具有可抗性、恢復(fù)性。
總的來說，“大數(shù)據(jù)”下的儀器儀表研究開發(fā)已逐漸突破傳統(tǒng)范疇，正在向云計算、云存儲、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等融合發(fā)展。工程師們需要開發(fā)擁有更高帶寬和吞吐量的最先進的高速串行數(shù)據(jù)總線技術(shù)，同時對不斷更新和復(fù)雜化的行業(yè)規(guī)范和標準提供簡單省時又精確的測量方法;解決各種瞬態(tài)信號在時間相關(guān)的多個互聯(lián)域中的聯(lián)合監(jiān)測和分析;在能源技術(shù)方面做到更高效、節(jié)能、穩(wěn)定。
