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海洋仪器勘验测定准确数字处置体系

来源: http://www.grain17.com  类别:实用技术  更新时间:2015-03-30  阅读

  1系统结构整个数据处理系统由计量标准信息、证书封面、温度、电导率、盐度、压力、水位计共七个子系统组成。

  计量标准信息子系统是指检定/校准实验中所采用的计量标准的有关信息,包括温度、电导率(盐度)、压力、水位计五个部分。这些信息将应用于国家海洋计量站的检定/校准证书之中。由于社会公用计量标准考核周期为五年,为了满足重新考核后计量标准信息的变更,特设该子系统。计量标准信息修改后将自行保存,并在系统启动后自动调用,只有在所采用的计量标准信息变更之后才有必要对它进行修改。

  海洋仪器大多非单一要素测量的仪器,他们是多种要素的组合测量系统。为了满足各种不同要素组合仪器的检定/校准数据的处理,各个子系统之间相互独立,可单独使用也可组合使用。各子系统均包括了目前海洋调查中常用的仪器。

  2系统功能21基本信息和数据输入模块进入主界面后,选择所需要素的某种仪器,系统将自动进入基本信息和实验数据输入界面。

  该模块主要用于输入被检仪器的基本信息、实验环境条件、证书相关信息和实验数据。在证书的相关信息中,为了较少信息输入工作量,系统已经根据国家海洋计量站证书的格式自动设置了默认数据,没有特殊要求,无需进行修改。实验数据录入全部采用电子表格的形式,目前,大多数海洋仪器都由计算机控制,实验数据也以计算机文档形式存在,为了减少实验数据录入的工作量和人工录入造成的错误,该模块能方便的从MicrosoftWord和Excel等办公软件中复制和粘贴数据。在国家海洋计量站的检定/校准实验中,多台仪器常常能够同时进行,这些仪器的检定/校准实验也就具有相同的标准测量值和实验环境条件,模块也提供了相应功能,在处理完第一台仪器的数据后,能自动保存相应数据为第二台仪器使用。

  22数据处理模块在输入数据完成后,点击计算按钮,系统将根据设定的计算公式自动完成所有的计算程序,并显示最终的计算结果。在计算前,系统将检查输入的数据,如果输入数据少于四组,系统将提示无法进行计算,需要重新输入数据。计算完成后,用户可根据需求自行调整计算结果保留的有效位数。

  本系统最重要的功能就是为被检仪器提供校准系数,因此该模块是整个系统的核心,模块中各计算公式的回归计算算法将决定校准系数的准确性。由于不同品牌、不同型号同种参数的测量仪器计算公式也不相同,对计算结果的精度要求也有很大的差异。模块根据不同计算公式量身定做了各自的算法,确保了处理数据的高精度要求。

  回归计算算法的基本原理是根据最小二乘法的估计理论,用多元线性回归分析处理实验数据。

  多元线性的基本理论是:设有m个自变量,x1,x2,,xm,则其模型为:yi=0+1xi,1+2xi,2+mxi,m+i(1)式中:0,1,m是回归参数;xi,1,xi,2,xi,m是通过实验得到的观测数据;i是n个相互独立且服从同一正态分布N(0,)的随机变量,i=1,2,,n.

  下面用矩阵形式来表示模型(1)。令:Y=y1y2ynX1X11X12X1m1X21X22X2m1Xn1Xn2Xnm=01m=01n则:Y=X+利用最小二乘法估计参数。设b0,b1,bm分别是参数0,1,m的最小二乘估计,则回归方程为:y^i=b0+b1x1++bmxm(2)由最小二乘法可知,b0,b1,,bm应使全部观测值yt和回归值y^i的残差平方和达到最小,因此可以得到正规方程组的矩阵形式为:(XTX)b=XTY(3)正规方程组的矩阵解为:b=(XTX)-1XTY以目前最常用的SBE25CTD的温度为例,其计算公式为:t=1g+hln(f/f0)+iln2(f/f0)+jln3(f/f0)-27315(4)式中:f0=1000;g、h、i、j为四个校准系数;t为温度测量值;f为仪器温度频率测量值。

  为了应用多元线性回归方法,令:y=1/(t+27315),x=ln(f/f0)将计算公式(4)简化成公式(5)。

  y=g+hx+ix2+jx3(5)公式(5)将可以很好的利用多元线性回归的理论进行实验数据的计算处理,求出g、h、i、j为四个校准系数的准确数值。

  在利用软件程序实现以上算法的过程中,系统采用了多种方法确保了计算结果的高精度要求,避免由于计算过程中的累积误差影响最后结果的准确性。该软件系统计算出的回归系数与利用专业数学软件Matlab和mathcad编写的程序计算出的回归系数进行比较验证,完全达到了精度的要求。

  23证书和图形自动打印模块在回归计算完成后,点击打印预览按钮,将进入打印预览界面;点击打印按钮,系统将自动完成证书的打印。国家海洋计量站的证书除了封面外还有两部分组成:一是检定/校准所采用计量标准的信息和实验时的环境条件,二是检定/校准结果。

  根据所选的不同测量要素,打印时系统将从计量标准信息子系统中自动调用相应信息,无需进行设置。实验时的环境条件也将从基本信息和数据输入模块中自动提取。系统能根据实验数据处理结果自动打印或预览国家海洋计量站的中英文对照证书。

  证书中的检定/校准结果大多数都以表格形式体现,由于不同检定/校准中实验点数不尽相同,系统能根据实验点数的多少自动调整表格的宽度和高度,以满足证书的美观效果。

  为了能够直观反映被检仪器示值误差的大小,系统还能进行示值误差的图形显示和打印,示值误差图形显示格式。

  3结论海洋仪器计量检定校准数据处理系统经过了一年多的应用,处理了国家海洋计量站多种海洋仪器的计量检定/校准数据。应用结果表明:系统运行稳定,处理数据准确可靠,提高了海洋仪器的计量检定/校准工作的技术水平和工作效率。

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