CN106126907B - 一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法和装置，所述方法包括以下步骤：从计算配置中读取自定义公式参数，获取自定义公式参数的结果数据项的名称和公式字符串；解析自定义公式的字符串内容，找出其中包含的所有引用计算结果集合的项及引用路径；生成计算类代码；创建计算类的实例对象，并添加到公式缓存中；所有引用项当前阶梯值的数组传入实例对象的计算函数并执行计算，将结果放入特殊计算结果集合。本发明所公开的方法和装置，实现了通过增加自定义公式参数对计算结果集合进行扩展，无需修改软件代码，配置过程简单、直观、灵活，提高了效率，减少了风洞试验程序准备的时间。

Description

一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法和装置。

背景技术

风洞是一种产生可控均匀气流的管状试验装置。通过风洞试验可以测量飞行器模型或部件在特定流场中的空气动力学特性。每次风洞试验结束后，数据处理系统对各种原始测量数据进行转换和计算，得到该次试验中试验气流的流场数据、模型姿态数据和相应的空气动力学特性系数。数据处理系统一般根据一套或多套数据处理公式运行，以适应多种试验类型或试验条件。由于风洞试验对象的多样性和试验需求的发展变化，不可能有绝对完备，满足所有客户需求的数据处理公式。因此，当现有数据处理系统不能满足客户特殊计算需求时(例如，客户的试验模型安装有专用的角度传感器，其计算公式由客户提供，客户需要在数据处理结果中包含其角度测量结果)，必须手动修改系统，导致风洞试验专业依赖性强，人员培训难度高。经常修改会导致系统数据处理程序衍生版本多且缺乏足够的测试，容易引入人为错误，既影响了数据处理的健壮性和维护性能，又对试验数据质量带来隐患。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法和装置，用以解决风洞试验在面临特殊计算需求时必须手动调整程序代码，操作复杂、灵活性差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，包括以下步骤

S401.根据风洞试验条件和计算需求，通过自定义公式配置模块设置数据处理系统的参数，将参数存储到计算配置；

S402.风洞测量系统采集风洞试验的传感器数据，并发送给数据处理系统；

S403.基本计算模块利用基本计算公式计算得到各种风洞试验通用的常规计算结果集合，为自定义公式的计算提供基础数据；

S404.自定义公式配置模块从计算配置中读取自定义公式参数，获取自定义公式参数的结果数据项的名称和公式字符串；

S405.自定义公式管理模块根据以自定义公式字符串为依据，在公式缓存中查找是否存在关联的实例对象；如果查找成功，转到S409；否则进入S406；

S406.自定义公式解析模块解析自定义公式的字符串内容，找出其中包含的所有引用计算结果集合的项及引用路径；

S407.自定义公式计算类合成模块生成计算类代码；

S408.自定义公式计算类合成模块根据所用的编程语言，选择采用动态编译或者解释执行计算类代码，创建计算类的实例对象，并添加到公式缓存中；

S409.自定义公式计算执行模块将所有引用项当前阶梯值的数组传入实例对象的计算函数并执行计算，将结果放入特殊计算结果集合；

S410.当计算配置中还包括其他自定义参数时，转到S404重复处理，否则，自定义计算结束。

所述步骤401进一步包括：针对计算需求，通过自定义公式配置模块添加自定义计算公式参数，设置结果数据项的名称并录入其计算公式。

步骤402中所述数据处理系统包括：

基本计算模块、自定义公式配置模块、自定义公式管理模块、自定义公式解析模块、自定义公式计算类合成模块、自定义公式计算执行模块。

步骤406中所述计算结果集合包括两个部分：

常规计算结果集合，是指通过数据处理系统中基本的计算公式计算得到所有数据项的集合，一般是不同类型风洞试验都需要的比较通用的结果；

特殊计算结果集合，是指个别试验中需要的、不能用基本计算公式得到的计算结果。

步骤406中所述引用路径，是指用于描述数据项在计算结果集合中存储位置的一个索引字符串，根据这个字符串，可以在数据集中唯一地确定一个数据项。

步骤408中所述公式缓存，是指一个存储空间，其中存储的每个数据项都包含一个键和值，键是自定义公式的字符串，值是计算类的实例对象；多次利用同一个自定义公式进行计算时，只会执行一次创建计算类实例的过程，后续计算复用已有的实例。

所述步骤409进一步包括：

计算第i阶梯的值时，在计算结果集合中查找各引用数据项第i阶梯的值，存入数组中，将数组传给实例对象的计算函数，执行计算得到计算结果，将结果放入特殊计算结果集合。

一种在风洞试验中实现自定义公式计算的装置，用于实现上述方法，所述装置包括：

自定义公式配置模块，用于根据风洞试验条件和计算需求，设置数据处理系统的参数，将参数存储到计算配置；

自定义公式解析模块，提供自定义公式字符串解析功能，从公式中找出引用的计算结果数据项及其引用路径；

自定义公式计算类合成模块，根据检测到的引用数据项和公式字符串合成计算类的代码，编译或解释执行代码，并创建计算类的实例；

公式管理模块，用于根据公式字符串从公式缓存中查找对应的计算类实例，当查找不到时，将调用自定义公式计算类合成模块创建新的计算类，并将其实例保存到公式缓存；

自定义公式计算执行模块，利用计算结果管理模块获取引用数据项的值合成数组，传入计算类实例的计算函数，并执行计算；

计算结果管理模块，用于从常规或特殊计算结果集合中根据索引路径查询数据项的值，或向集合中添加从自定义公式计算执行模块或基本计算模块得到的新数据项；

基本计算模块，利用基本计算公式计算得到各种风洞试验通用的常规计算结果集合，为自定义公式的计算提供基础数据。

本发明有益效果如下：

本发明所公开的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法和装置，实现了通过增加自定义公式参数对计算结果集合进行扩展，无需修改软件代码，配置过程简单、直观、灵活，提高了效率，减少了风洞试验程序准备的时间。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例1中采用的计算结果集合文件的样例；

图2为实施例1的一个简单公式样例；

图3为实施例1的一个复杂公式样例；

图4为实施例1的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

根据本发明具体实施例1，公开了一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，如图4所示。

S401.根据风洞试验条件和计算需求，通过自定义公式配置模块设置数据处理系统的参数，将参数存储到计算配置，其中，针对每一项特殊计算需求，例如，试验模型安装有专用的角度传感器，其计算公式由客户提供，客户需要在数据处理结果中包含其角度测量结果，通过自定义公式配置模块添加自定义计算公式参数，设置结果数据项的名称并录入其计算公式。

所述数据项，包含两种类型，一种是具有名称和单个浮点数值的参数对象；另一种是具有名称和一个浮点数数组的结果对象，数组的长度称作阶梯数，数组中第i个数值称作该数据项第i阶梯的数据。

本实施例中所述的自定义公式，是指由用户录入的一个字符串形式的计算表达式，通常包括数学运算符、常见的基本数学函数、数字和引用的其他计算结果数据项。进一步地，表达式需要通过一定的标识将引用的其他结果数据项与运算符或函数等区分开，便于解析识别，可根据软件开发语言的特点选择合适的标识。优选地，本实施例中采用大括号包裹的引用路径来标识引用数据项，以图2中的XML文件片段中包含的自定义公式为例，其名称为CD1，公式字符串为“0.01+{计算结果.底阻.CXb}*Cosd({计算结果.姿态角.α})*Cosd({计算结果.姿态角.β})”，引用了计算结果集合中的底阻CXb、姿态角α和β三个数据项，并使用了余弦函数和加、乘法运算符，该公式的数学意义为“CD1＝0.01+C_Xb·cosα·cosβ”。

S402.风洞测量系统采集风洞试验的传感器数据，并发送给数据处理系统；所述数据处理系统包括：基本计算模块、自定义公式配置模块、自定义公式管理模块、自定义公式解析模块、自定义公式计算类合成模块、自定义公式计算执行模块。

S403.基本计算模块利用基本计算公式计算得到各种风洞试验通用的常规计算结果集合，为自定义公式的计算提供基础数据。

S404.自定义公式配置模块从计算配置中读取自定义公式参数，获取自定义公式参数的结果数据项的名称和公式字符串。

S405.自定义公式管理模块根据以自定义公式字符串为依据，在公式缓存中查找是否存在关联的实例对象；如果查找成功，转到S409；否则进入S406。

S406.自定义公式解析模块解析自定义公式的字符串内容，找出其中包含的所有引用计算结果集合的项及引用路径，如图2所示，公式引用数据项为：{计算结果.底阻.CXb}、{计算结果.姿态角.α}和{计算结果.姿态角.β}。

所述计算结果集合包括两个部分，一是常规计算结果集合，是指通过数据处理系统中基本的计算公式计算得到所有数据项的集合，一般是不同类型风洞试验都需要的比较通用的结果；二是特殊计算结果集合，是指个别试验中需要的、不能用基本计算公式得到的计算结果。

所述引用路径，是指用于描述数据项在计算结果集合中存储位置的一个索引字符串，根据这个字符串，可以在数据集中唯一地确定一个数据项。

S407.自定义公式计算类合成模块生成计算类的定义代码：类中包含一个计算函数，其输入参数为各个引用数据项的值组成的数组，函数体为将引用数据项替换为数组的对应项后的公式字符串，并根据所采用的编程语言的语法规范添加必要的元素，如“return”和语句结尾的分号等。采用类似Java风格的语言时，由图2中示例公式生成的计算类具有如下定义形式(其中类、函数和数组参数的名称只是本实施例为了说明代码形式和格式而提供的示例，实际可以指定为任意合法的字符串)：

进一步地，自定义公式可以不局限于单纯的数学表达式的形式，在公式中还可以包括判断、循环等语句(要求所有的分支都有返回值)，实现复杂的逻辑运算，如图3中的示例公式可得如下形式的计算类代码(其中类、函数和数组参数的名称只是本实施例为了说明代码形式和格式而提供的示例，实际可以指定为任意合法的字符串):

进一步地，为了提高系统安全性，还可以对自定义公式的内容进行审查，只允许包含基本数学函数的调用，限制对其他系统函数的访问。比如，不允许调用访问文件系统或网络的系统函数等，以免对文件系统或服务器造成损坏。

S408.自定义公式计算类合成模块根据所用的编程语言，选择采用动态编译或者解释执行前面合成的计算类代码，创建计算类的实例对象，并添加到公式缓存中。进一步地，还可以在正式保存公式前，执行一遍动态编译或解释执行过程，将编译或执行错误提示等信息返回给用户用以检验公式格式是否合法并指导修正错误。

所述公式缓存，是指一个存储空间，其中存储的每个数据项都包含一个键和值，键是自定义公式的字符串，值是计算类的实例对象。因此，多次利用同一个自定义公式进行计算时，只会执行一次创建计算类实例的过程，后续计算会复用已有的实例，提高了计算效率。

S409.自定义公式计算执行模块将所有引用项当前阶梯值的数组传入实例对象的计算函数并执行计算，将结果放入特殊计算结果集合。

计算第i阶梯的值时，在计算结果集合中查找各引用数据项第i阶梯的值(如果该数据项是参数，则直接获取参数值)，存入数组中，将数组传给实例对象的计算函数，执行计算得到计算结果，将结果放入特殊计算结果集合。

以图2中的XML文件片段中包含的公式为例，设阶梯数为N，则CXb、α、β和自定义数据项CD1的数据都是长度为N的浮点数组。在计算CD1的第i阶梯的值CD1[i](0≤i＜N)时，首先查找CXb、α、β的第i阶梯的值，依序存入数组arrayName中:

arrayName[0]＝CXb[i]

arrayName[1]＝α[i]

arrayName[2]＝β[i]

然后将数组arrayName传入计算实例对象的函数functionName，并执行计算，将计算结果存入CD1[i]。

所有阶梯处理完毕后，将CD1存入特殊计算结果集合。

S410.当计算配置中还包括其他自定义参数时，转到S404重复处理，否则，自定义计算结束。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的“计算配置”、“常规计算结果集合”或“特殊计算结果集合”可以是单个或多个文件，也可以是存储在数据库中的信息，优选地，本实施例中采用的是XML格式的文件。优选地，本发明中的配置或数据是XML文件中的层次化的分组信息，在一个分组下还可以包含其他的分组。例如名称为“计算结果”的组下还包含名称为“姿态角”的组，“姿态角”组中包含名称为“α”的数据项。此外，术语“包括”和“具有”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的过程，不必局限于清楚地列出的那些步骤，而是可以包括没有清楚地列出的对于这些步骤所固有的其他步骤，如文件的生成步骤固然包含文件的打开和关闭步骤等。

根据本发明具体实施例2，公开了一种在风洞试验中实现自定义公式计算的装置，用于实现图4所示的自定义公式计算方法。所述装置包括：基本计算模块、自定义公式配置模块、自定义公式管理模块、自定义公式解析模块、自定义公式计算类合成模块、自定义公式计算执行模块。

单元501为自定义公式配置模块，提供数据处理参数设置和存储功能，可以接受用户录入的自定义计算公式。用于根据风洞试验条件和计算需求，设置数据处理系统的参数，将参数存储到计算配置，其中，针对每一项特殊计算需求，例如，试验模型安装有专用的角度传感器，其计算公式由客户提供，客户需要在数据处理结果中包含其角度测量结果，通过自定义公式配置模块添加自定义计算公式参数，设置结果数据项的名称并录入其计算公式。

单元502为自定义公式解析模块，提供了自定义公式字符串解析功能，从公式中找出引用的计算结果数据项及其引用路径。由实施例1可知，自定义公式中的引用数据项添加有特殊的标识，可以通过字符串特征匹配查找出来。优选地，实施例1中采用大括号包裹的引用路径来标识引用数据项，解析模块可通过正则表达式"{[^{}]+}"进行匹配检测。

单元503为自定义公式计算类合成模块，根据检测到的引用数据项和公式字符串合成计算类的代码，编译或解释执行代码，并创建计算类的实例；

单元504为自定义公式管理模块，用于根据公式字符串从公式缓存中查找对应的计算类实例，当查找不到时，将调用单元503创建新的计算类，并将其实例保存到公式缓存。当再次使用同一公式时，无需调用单元503重复创建实例对象，提高计算效率。

单元505为自定义公式计算执行模块，利用单元506获取引用数据项的值合成数组，传入计算类实例的计算函数，并执行计算；

单元506为计算结果管理模块，用于从常规或特殊计算结果集合中根据索引路径查询数据项的值，或向集合中添加从单元505或单元507得到的新数据项。

单元507为风洞试验数据处理系统的基本计算模块，利用基本计算公式计算得到各种风洞试验通用的常规计算结果集合，为自定义公式的计算提供基础数据。

本发明具体实施例所提供的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法和装置，解决了现有技术中风洞试验在面临特殊计算需求时必须手动调整程序代码，操作复杂、灵活性差的问题，实现了通过录入自定义的计算公式完成特殊的计算，无需修改软件代码，减少了风洞试验程序准备的时间，提高了效率，降低了风洞试验中准备试验程序的技术难度，杜绝了因经常调整代码引入的人为错误，提高了数据处理系统的健壮性。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，包括以下步骤

S401.根据风洞试验条件和计算需求，通过自定义公式配置模块设置数据处理系统的参数，将参数存储到计算配置；

S402.风洞测量系统采集风洞试验的传感器数据，并发送给数据处理系统；

S403.基本计算模块利用基本计算公式计算得到各种风洞试验通用的常规计算结果集合，为自定义公式的计算提供基础数据；

S404.自定义公式配置模块从计算配置中读取自定义公式参数，获取自定义公式参数的结果数据项的名称和公式字符串；

S405.自定义公式管理模块根据以自定义公式字符串为依据，在公式缓存中查找是否存在关联的实例对象；如果查找成功，转到S409；否则进入S406；

S406.自定义公式解析模块解析自定义公式的字符串内容，找出其中包含的所有引用计算结果集合的项及引用路径；

S407.自定义公式计算类合成模块生成计算类代码；

S408.自定义公式计算类合成模块根据所用的编程语言，选择采用动态编译或者解释执行计算类代码，创建计算类的实例对象，并添加到公式缓存中；

S409.自定义公式计算执行模块将所有引用项当前阶梯值的数组传入实例对象的计算函数并执行计算，将结果放入特殊计算结果集合；

S410.当计算配置中还包括其他自定义参数时，转到S404重复处理，否则，自定义计算结束。

2.根据权利要求1所述的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，

所述步骤401进一步包括：针对计算需求，通过自定义公式配置模块添加自定义计算公式参数，设置结果数据项的名称并录入其计算公式。

3.根据权利要求1所述的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，

步骤402中所述数据处理系统包括：

基本计算模块、自定义公式配置模块、自定义公式管理模块、自定义公式解析模块、自定义公式计算类合成模块、自定义公式计算执行模块。

4.根据权利要求1所述的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，

步骤406中所述计算结果集合包括两个部分：

常规计算结果集合，是指通过数据处理系统中基本的计算公式计算得到所有数据项的集合，是不同类型风洞试验都需要的比较通用的结果；

特殊计算结果集合，是指个别试验中需要的、不能用基本计算公式得到的计算结果。

5.根据权利要求1所述的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，

步骤406中所述引用路径，是指用于描述数据项在计算结果集合中存储位置的一个索引字符串，根据这个字符串，可以在数据集中唯一地确定一个数据项。

6.根据权利要求1所述的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，

步骤408中所述公式缓存，是指一个存储空间，其中存储的每个数据项都包含一个键和值，键是自定义公式的字符串，值是计算类的实例对象；多次利用同一个自定义公式进行计算时，只会执行一次创建计算类实例的过程，后续计算复用已有的实例。

7.根据权利要求1所述的在风洞试验中实现自定义公式计算的方法，其特征在于，所述步骤409进一步包括：

计算第i阶梯的值时，在计算结果集合中查找各引用数据项第i阶梯的值，存入数组中，将数组传给实例对象的计算函数，执行计算得到计算结果，将结果放入特殊计算结果集合。

8.一种在风洞试验中实现自定义公式计算的装置，用于实现权利要求1-7所述的方法，所述装置包括：

自定义公式配置模块，用于根据风洞试验条件和计算需求，设置数据处理系统的参数，将参数存储到计算配置；

自定义公式解析模块，提供自定义公式字符串解析功能，从公式中找出引用的计算结果数据项及其引用路径；

自定义公式计算类合成模块，根据检测到的引用数据项和公式字符串合成计算类的代码，编译或解释执行代码，并创建计算类的实例；

公式管理模块，用于根据公式字符串从公式缓存中查找对应的计算类实例，当查找不到时，将调用自定义公式计算类合成模块创建新的计算类，并将其实例保存到公式缓存；

自定义公式计算执行模块，利用计算结果管理模块获取引用数据项的值合成数组，传入计算类实例的计算函数，并执行计算；

计算结果管理模块，用于从常规或特殊计算结果集合中根据索引路径查询数据项的值，或向集合中添加从自定义公式计算执行模块或基本计算模块得到的新数据项；

基本计算模块，利用基本计算公式计算得到各种风洞试验通用的常规计算结果集合，为自定义公式的计算提供基础数据。