随着高新技术产业和可持续发展战略地位的确立，为新兴产业和可持续发展提供测量能力支撑的材料计量、能源计量、生物与医学计量、环境计量等已被普遍认同为计量前沿研究的重点。各国计量界最新出台的发展规划，如美国标准与技术研究院(NIST)的《2013-2015三年规划》、中国计量科学研究院的《“十二五”科技发展规划》等，也充分验证了这一点。
2012年3月，全球领先的计量科学研究机构——英国物理技术研究院(NPL)发布了其《2020年计量愿景规划》(以下简称“规划”)。规划在明确上述重点领域的同时，描绘了NPL致力于实现的精密测量技术，以及这些技术将给人类经济、社会和生活带来的重大改观。该规划的制定紧密建立在对未来社会发展程度和用户实际需求的前瞻性判断上，勾勒的六幅图景，生动展现了全新的科学研究理念和技术服务模式，具有格外深刻的启发意义。
规划内容简介
规划简约生动，由“三大需求”、“四个主题”和“六幅图景”构成。
三大需求
“三大需求”即建立可持续发展的低碳经济，促进科学发现、科技创新和技术密集型增长，提高公民福祉和公众安全。“三大需求”代表了NPL计量科技发展所服务的战略目标。
四个主体
“四个主题”即以量子物理为基础的新一代国际单位制(SI)，前沿测量技术，智能和互联式测量，嵌入式和普及式测量。“四个主题”指明了NPL计量研究的重点领域和主要内容。
其中，前两个主题与国际计量界公认的重大课题无异。主题一即利用以量子物理为基础的实验手段，将国际单位制基本单位定义在基本物理常数的基础上；主题二提出的前沿测量技术则要解决超小(原子)和超大尺度下的测量，在超短(一原秒)和超长(一千年)的时间范围内对物质属性的测量，在复杂苛刻、有干扰或快速变化等极端环境中实现准确测量等。
与前两个主题不同，在主题三和主题四中，规划提出了一种较新的校准概念。主题三“智能和互联式测量”是指将大量多功能传感器的应用与互联网的应用结合起来，即物体将被集成到一个全球性的信息网络中形成“物联网”，每个物体中将被装入大量的、附于多个节点的、测量不同参数的、可进行智能测量的传感器，通过互联网和数据融合技术，实现网络化校准。主题四“嵌入式和普及式测量”则提出，测量功能将在产品设计阶段就被嵌入到机器或仪器中，成为机器或仪器的既有功能，使得用户在生产过程中就可以进行“实时测量”并在测量当时就完成溯源。当然，这些技术的实现将依赖计算机技术的发展和以量子物理、生物技术、纳米技术为基础的多种类传感器的研究和应用。
六幅图景
“六幅图景”作为规划最精彩的部分，描述了上述四个优先主题下的先进计量科技可能给人类经济、社会和生活带来的重大改观。六幅图景紧密围绕开篇提出的建立可持续发展的低碳经济，促进科学发展、科技创新和技术密集型增长，提高公民福祉和公众安全这“三大需求”，反映了规划内容相对于其战略目标的回归。
1.建立可持续发展的低碳经济
图景1:监测地球状态
监测地球状态，需要对气候和环境进行测量。未来，计量能够使人类在一个相当长的时间跨度内对重要气候变量进行长期、稳定、准确的监测。科学有效的监测数据还可以用来评估政府环境保护政策的成效。例如，地球观测系统对入射辐射的测量不确定度可达0.01%、对反射辐射的测量不确定度可达0.3%的高准确度溯源，将可以支持年代际气候变化的监测；高灵敏度和高准确度的测量方法将被用来测量碳捕获和储存装置的有效性，其中对二氧化碳的测量可达10-9级的准确度水平；用于监控大气中化学物质的传感器网络将可能建成；内置于汽车或移动设备中的传感器将可实时获取环境数据，帮助市民尽量减少对有害物质的接触等。
图景2:提高能源效率和实现能源供应的多样性
提高能源效率和实现多样性供应是节能减排和保证可持续发展的关键。未来，计量将为这一目标的实现提供多方面的技术支持。计量可支持多样性发电，通过对新一代核电厂关键参数以及如海浪发电等极端条件下相关材料性能的测量，推动新型发电技术的引进并保证其安全。计量还可能帮助改善公共交通系统的效率与智能化，例如用于飞机发动机热区温度测量的新型传感器可帮助实现最佳的燃油效率和最少的废气排放，以计量科技为辅助的新一代轻质材料的开发可以显著降低油耗。计量还可以为能源供应系统提供多方面的数据验证，例如通过用称重法直接测量二氧化碳排放量，可从技术和经济两方面为碳捕获和封存提供可行性。
2.促进科学发现、科技创新和技术密集型增长
图景3:未来工厂
计量将把未来的工厂变成一个智能设施。首先，它将具备“智能设计”与“按需制造”的功能。计量将更准确地反映人类的感性需求，这些数据与部署在生产过程中的多个传感器相结合将确保产品的按需制造和成品质量。其次，未来工厂将可能极大地节能降耗。以计量为基础的整厂传感器技术将实现全自动的、完全准确的制造和装配，即只要给定条件就不会有意外出现，使定制产品的每次制造均能“一次成型”。智能的成分检测技术还将使废物流的实时分拣系统成为可能。
图景4:大科学
大科学通常指投资大、多学科交叉的大型基础科学研究项目。解决前沿科技领域的测量需求，为宏伟的“大科学”目标提供技术支持，是当前计量科学面临的最艰巨的任务之一。未来，计量可以被用来验证物理学定律，例如爱因斯坦等效原理是目前我们认识空间和时间曲率的基本依据，然而用高准确度的原子钟验证相关理论，我们可以看到爱因斯坦等效原理可能存在的漏洞。又如，计量可以支持对宇宙的探索，在大型望远镜阵列(例如平方公里阵列)中同步各个望远镜，需要原子钟提供准确的时间。
3.提高公民福祉和公众安全
图景5:健康的公民
首先，计量将成为重要的发现工具，实现重点照护诊断和对危重病人各项参数的24小时不间断评估，使未来的医疗体系能够根据病患的需求和生活环境提供量身定制的个性化医疗方案。例如，灵敏又稳定的“呼气测试”可使老龄人“足不出户”就快速诊断出一系列病情；对气凝胶和机体组织上所受的100μg等微小力的测量将产生一系列新的应用，包括精确的药物剂量控制和无需医院干预的自控止痛和长期用药。其次，高端的定量测量可支持合成与系统生物学的发展。例如对蜂窝环境中生物分子结构及其原子细节的可溯源测量，结合光谱学和成像技术，将应用于对结构功能活性的判定和对疾病起源和发展的认识。再次，计量将支持先进的治疗方法和药物输送，例如，可降解的控释装置在入体前和入体内的表现将被分别测量，从而量化地反映特定细胞和组织对它们的结构和表面变化的影响。
图景6:对重要资源和基础设施的管理
预计到2025年，全球人口可达80亿，人口增长与气候变化、消费增长和能源需求增长相结合，对维持和延长公共资源和基础设施的寿命提出了重大需求。计量可帮助改善对重要资源和基础设施的管理，支持社会的可持续发展。例如，计量可利用微生物、温湿度等传感与检测技术，降低食品在加工、储存和运输过程中的污染和损失。又如，计量将通过对二手材料的原位认定和清洁度评估加强对稀缺材料的回收；通过精确数据支持成形过程的模拟分析和优化，扩大“近净成形”技术的应用，减少对稀有或枯竭资源的依赖。再如，道路、铁路、机场等交通基础设施的维护和修缮日益昂贵，通过使用嵌入式微型传感器对材料性能以及由地震活动造成的变形进行实时监视，可实现材料的高效维护和寿命最大化。
结束语
NPL愿景的实现有赖于一系列与之相关的科学技术在下一个十年成为可能，然而，该规划所提出的计量科学研究的新理念和计量技术服务的新模式，却具有格外深刻的启发意义，主要表现在:
一、充分体现出国家计量体系的发展是一个与工业界、科学界、公共管理者等各个要素相互作用的一个整体性发展。计量发展规划的先进性和务实性，基于计量人对各利益相关方未来发展程度、需求和期望，以及他们对计量的反作用力的深入、准确的了解上。NPL愿景的构建充分体现了英国计量界与上述主体之间的良好合作与沟通。
二、计量服务应用，将成为未来计量科学研究的重要目标，这也将从根本上改变国家计量院服务用户的方式。国家计量院的校准服务将可能逐步被可自我校准的便携式计量标准所取代，实现现场、实时溯源，国家计量院服务的重点因此将可能逐渐转变为解决复杂情况下的高端测量和溯源问题。这将需要计量科研人员具备在测量应用方面的更多知识和技巧。
三、计量院研制的“产品”，将可能从单个量的计量基(标)准向多个量的传感器的转变。传感器融合到复杂的模型当中，可能要实现某类产品的整体溯源而非单个传感器的溯源，计量校准的概念将被进一步拓展。
