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虚拟仪器中的数据管理及分析技术
2005年4月25日 9:9  来源:现代实验室装备网
1、引   言
   
    八十年代后期,随着超大规模集成电路、微型计算机系统及软件技术的发展,在传统测试平台的基础上又出现了虚拟仪器技术。这种虚拟仪器以微型计算机为统一的硬件平台,在其中配以具有测试和控制功能可实现数据交换的模块化硬件接口卡,辅以具有测试仪器功能且形象逼真的软件模块,通过系统管理软件的统一指挥调度从而实现传统测控仪器的功能。

  这种以软件为核心的系统不必象传统仪器那样受到生产厂商所设计功能的限制,可以使用户充分利用计算机超强的运算、显示以及连接扩展能力来灵活地自己定义强大的仪器功能,因此虚拟仪器技术在几年之内迅速发展,目前已经在机械、电子、电力、交通、航空航天、化工、冶金等行业获得了广泛的应用。 

 同传统测试仪器相比,虚拟测试平台具有以下优点:
  1)开放性:利用通用硬件平台构建虚拟仪器系统具有开放性,便于系统的升级和更新。
  2)易用性:丰富的软件资源和良好的人机交互图文界面使得虚拟仪器系统非常易于使用。
  3)性能价格比高:相同的性能条件下开发费用和维护升级价格相对比较便宜。
 
2、测试系统中的数据管理

  任何一个信息系统都需要涉及数据管理,虚拟仪器系统也不例外。数据管理是信息系统的一个功能,也是信息系统所包含的一项重要任务,它的作用在于组织数据和方便各类用户使用数据。数据管理,从数据本身来讲,是指收集数据、组织数据和提供数据等几个方面,随着网络和多媒体技术的发展,它不仅包括了数据的产生、收集、存储、删除等活动,又增加了数据传输、访问、共享和安全等方面。

  目前广泛应用的虚拟仪器平台的系统框囹如图1所示。然而分析图1我们可以看到:在大部分现存的系统中,所得到的数据和分析结果采用打印方式直接输出然后归档保存,采用手工方式管理数据。部分系统将数据和结果保存入文件系统,采用文件方式管理数据。这二种管理方法从数据管理的角度来看都存在着缺陷和局限。
   
  手工方式对数据管理的缺陷是显而易见的:无法处理大量的数据,速度慢,易出错,效率极低。虽然文件系统管理方式比手工管理方式有了很大的改进,但是依然在以下几个方面存在问题。 

 (1)安全性差

  文件系统没有或缺乏安全机制,无法识别用户身份,不能禁止未授权用户的使用。因此不能有效的保护数据免遭恶意破坏或误操作而造成的数据损失,也无法保证重要数据不被泄露。
   
 (2)数据冗余度大

  由于数据是面向程序的,一个数据文件只能为某一用户的特定用途服务,其他应用所需要的相同数据只能重复存储,造成了大量的数据冗余。数据冗余不仅会浪费存储空间,降低存储器的利用率,而且还会带来潜在的数据不一致。这主要是由于文件系统中数据的更新是每个应用程序各自进行的,相同的数据间没有一致的保护措施。 

 (3)缺乏数据独立性

  在文件系统中,应用程序和数据结构相互依赖。数据文件是按照具体要求建立的,而应用程序的编制直接依赖于数据的存储格式和存取方法。当存储介质或数据结构发生变化时,相应的应用程序也必须进行修改,增加了程序编制和维护的工作量。 

  这种虚拟仪器平台以数据库做为数据中心,由数、据提交、数据’使用、数据安全管理等几个部分组成。其中数据提交部分包括由硬件采集电路采集而得到的大量数据和由用户通过人机交互接口以及网络输入的少量数据信息。所提交数据的质量由数据采集部分的预处理模块以及使用者自己保证。数据使用部分由统计、检索、报表生成、打印、显示、决策控制以及远程通讯几个功能模块组成,各模块使用数据的目的、数量、方法、占用时间由各模块自行定义,但使用权限由安全管理部分限定。数据安全管理部分由系统安全策略、安全级别所决定。通过安全管理模块、数据库管理系统(DBMS)以及操作系统来共同完成。基于数据库管理的虚拟仪器系统系统框图如图2所示。

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