站房水务数据智能采集终端和系统技术方案

本公开涉及一种站房水务数据智能采集终端和系统，包括数据采集单元、网络通讯单元和核心控制单元，所述核心控制单元配置有离线DQN模块和备用存储模块，在工作时，离线DQN模块获取每一工作周期内数据采集单元的采集参数矩阵和网络通讯单元的信号参数矩阵，并获得数据采集单元和网络通讯单元的能耗状态，构建能耗状态矩阵；以预配置的动作空间和奖励函数，对数据训练预定的轮次；所述动作空间包括：信号发送偏移时间、信号采集偏移时间和预备存储模块占用平均比率；在经过预定周期的数据训练后，离线DQN将输出数据矩阵发送至核心控制单元，所述核心控制单元基于输出数据矩阵对采集终端的工作进行管控。本公开大大提高了通信效率和采集数据质量。效率和采集数据质量。效率和采集数据质量。

【技术实现步骤摘要】
站房水务数据智能采集终端和系统


[0001]本专利技术属于环保领域，尤其是水务数据智能采集终端。

技术介绍

[0002]随着环保水务行业的不断发展，越来越多的信息技术、人工智能技术、云计算等技术应用在环保领域，促进了环保水务排放监测、事前预警、过程控制及事后核查的精细化大发展。
[0003]现有环保水务监测技术中的站房水务数据采集终端通常包括供电模块、控制模块、采集模块和通信模块，其通过控制模块进行调度，采集模块来实现现场监测数据采集，通信模块来实现远程上传的功能，大多只能实现指定接口如串口或模拟量等方式的数据采集处理，功能比较单一，功耗也比较高。
[0004]由于环保水务领域生产企业五花八门，现场监测设备多种多样，数据采集方式和采集效率受到了极大限制，难以满足环保行业日益发展、实时全面监测的需求，同时在相对偏僻的地方，需要经常更换电池，维护的工作量也比较大。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：提供一种站房水务数据智能采集终端，以解决现有技术存在的上述问题。
[0006]技术方案：站房水务数据智能采集终端，包括：数据采集单元，通过数据接口连接至少两种数据采集装置，网络通讯单元，包括至少两个类型的通信模块，核心控制单元，与数据采集单元和网络通讯单元连接，用于接收和处理采集数据，并通过网络通讯单元与上位机通信连接；所述核心控制单元配置有离线DQN模块和备用存储模块，在工作时，离线DQN模块获取每一工作周期内数据采集单元的采集参数矩阵和网络通讯单元的信号参数矩阵，并获得数据采集单元和网络通讯单元的能耗状态，构建能耗状态矩阵；以预配置的动作空间和奖励函数，对数据训练预定的轮次；所述动作空间包括：信号发送偏移时间、信号采集偏移时间和预备存储模块占用平均比率；所述奖励函数R为：；式中，w
i+1
、w
i
分别为第i+1、第i周期内网络通讯单元的能耗；w0为理论情况下网络通讯单元的最小能耗；v
i+1
、v
i
分别为第i+1、第i周期内数据采集单元的能耗；v0为理论情况下数据采集单
元的最小能耗；a、b为设定的常数；在经过预定周期的数据训练后，离线DQN将输出数据矩阵发送至核心控制单元，所述核心控制单元基于输出数据矩阵对采集终端的工作进行管控。
[0007]根据本申请的一个方面，所述备用存储模块分为若干个预定容量的存储区，存储区的数量不少于数据采集单元的数量；所述核心控制单元在第一工作周期内，依序采集各个数据采集单元的工作数据流，建立数据采集单元的采集时序集合；依序采集各个网络通讯单元的信号发送数据流，建立数据采集单元的发送时序集合；基于采集时序集合和发送时序集合构建每一数据采集单元的工作数据流至每一网络通讯单元的发送数据流，建立数据流OD矩阵；计算每一工作周期内数据流OD矩阵中数据流向占比，并降序排列；计算每一工作周期内数据流OD矩阵中数据传输时间比，并降序排列；基于数据流向占比和数据传输时间比例，调整备用存储模块中各个存储区的容量比。
[0008]根据本申请的一个方面，在下一工作周期时，构建数据采集单元各端口、备用存储模块各存储区以及网络通讯单元各通信模块的OSD矩阵，将数据流占比高于预设值和数据传输时间比高于阈值的数据流按照比例存储在备用存储模块中，调整数据流的时间序列，计算调整时间序列后，数据采集单元和网络通讯单元的功耗降低比例；重复上述调整数据流时间序列的过程，直至功耗降低比例达到预设值。
[0009]根据本申请的一个方面，基于数据流向占比和数据传输时间比例，分别将各个数据采集装置和通信模块进行分级，分别构建数据采集装置和通信模块的权重矩阵；基于权重矩阵调整后续工作周期内的数据流时间序列。
[0010]根据本申请的一个方面，当训练预定周期时，功耗降低比例未达到预设值，则对采集时序集合和发送时序集合进行压缩，并计算压缩后的局部数据流与未压缩的完整数据流的相似度，根据预定周期内的局部是数据流和完整数据流的相似度，结合局部数据流的数据评价效果，设定相似度阈值；在使用时，如果功耗降低比例未达到预设值，则调整按照数据流向占比调整对应数据采集装置的数据分辨率，在高于相似度阈值的前提下，使功耗达到训练周期内的最低值。
[0011]根据本申请的一个方面，所述数据采集装置包括温湿度传感器、烟气监测器、COD监测器和流量计。所述通信模块包括LoRa模块、4G模块和以太网模块。所述数据接口包括RS232、RS485、ADC和开关量。
[0012]进一步提供一种站房水务数据智能采集系统，包括上述智能采集终端，以及通过通信网络与智能采集终端连接的上位机；所述上位机包括智能采集终端管理模块，在每一工作周期内接收各个智能采集终端的数据；所述智能采集终端管理模块用于：采集各个智能采集终端的位置信息，并一一标注在预定区域的GIS系统中；构建智能采集终端所在区域水网的地理空间拓扑图；
基于水网流向、相邻智能终端的距离和区域流速，并基于所述智能采集终端在水网上的位置构建终端有向图；基于相邻智能终端的距离和区域流速构建智能采集终端的时间偏移量矩阵；基于终端有向图挖掘智能采集终端的耦合关系，比较下游智能采集终端的理论计算值和实际测量值的差值；如果差值在预定范围内，将该智能采集终端标记为非独立终端。
[0013]有益效果：大大提高了通信效率和采集数据质量。
附图说明
[0014]图1是本实施例的拓扑结构示意图。
[0015]图2是本实施例采集终端的拓扑结构示意图。
[0016]图3是本实施例数据流程简图。
[0017]图4是本实施例数据流程示意图。
具体实施方式
[0018]对本申请的技术背景和技术概况描述如下。首先描述本申请的硬件构成。
[0019]如图1和图2所示，本终端的硬件备份分为电源单元、核心控制单元、数据采集单元、LoRa组网单元和公网通讯单元等组成部分。
[0020]电源单元包含开关电源和后备电池等组件，实现终端用电管理。其电输出端分别连接核心控制单元、数据采集单元、LoRa组网单元、公网通讯单元的电输入端。开关电源掉电后，后备电池可连续工作6小时以上。可以采用ups电池、蓄电池或相关产品实现。
[0021]核心控制单元硬件部分包含高性能ARM9嵌入式实时操作系统及辅助电路，具备数据采集控制、数据召测控制、数据存储及上报控制、事件告警控制、LoRa组网控制和无线公网组网控制等功能。
[0022]在某个工程案例中，数据采集单元包含8路AD采样、1路蓝牙、2路RS485、3路RS232、4路开关量模块，可通过多种方式就地采集现场监测数据，支持抄读各种水务在线自动监测仪表，如流量计、COD监测仪、烟气监测仪、温湿度传感器等。
[0023]在网络通讯单元部分，包括LoRa 和以太网等模块。LoRa组网单元包含2路LoRa模块，进行现场就地局域组网，可采集各种云模块监测数据，支持抄读标准国网协议的水电表等。公网通讯单元包含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.站房水务数据智能采集终端，其特征在于，包括：数据采集单元，通过数据接口连接至少两种数据采集装置，网络通讯单元，包括至少两个类型的通信模块，核心控制单元，与数据采集单元和网络通讯单元连接，用于接收和处理采集数据，并通过网络通讯单元与上位机通信连接；所述核心控制单元配置有离线DQN模块和备用存储模块，在工作时，离线DQN模块获取每一工作周期内数据采集单元的采集参数矩阵和网络通讯单元的信号参数矩阵，并获得数据采集单元和网络通讯单元的能耗状态，构建能耗状态矩阵；以预配置的动作空间和奖励函数，对数据训练预定的轮次；所述动作空间包括：信号发送偏移时间、信号采集偏移时间和预备存储模块占用平均比率；所述奖励函数R为：；式中，w
i+1
、w
i
分别为第i+1、第i周期内网络通讯单元的能耗；w0为理论情况下网络通讯单元的最小能耗；v
i+1
、v
i
分别为第i+1、第i周期内数据采集单元的能耗；v0为理论情况下数据采集单元的最小能耗；a、b为设定的常数；在经过预定周期的数据训练后，离线DQN将输出数据矩阵发送至核心控制单元，所述核心控制单元基于输出数据矩阵对采集终端的工作进行管控。2.如权利要求1所述的站房水务数据智能采集终端，其特征在于，所述备用存储模块分为若干个预定容量的存储区，存储区的数量不少于数据采集单元的数量；所述核心控制单元在第一工作周期内，依序采集各个数据采集单元的工作数据流，建立数据采集单元的采集时序集合；依序采集各个网络通讯单元的信号发送数据流，建立数据采集单元的发送时序集合；基于采集时序集合和发送时序集合构建每一数据采集单元的工作数据流至每一网络通讯单元的发送数据流，建立数据流OD矩阵；计算每一工作周期内数据流OD矩阵中数据流向占比，并降序排列；计算每一工作周期内数据流OD矩阵中数据传输时间比，并降序排列；基于数据流向占比和数据传输时间比例，调整备用存储模块中各个存储区的容量比。3.如权利要求2所述的站房水务数据智能采集终端，其特征在于，在下一工作周期时，构建数据采集单元各端口、备用存储模块各存储区以及网络通讯单元各通信模块的OSD矩阵，将数据流占比高于预设值和数据传输时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国盛，马成有，卜文斌，周志宁，
申请(专利权)人：南京新联电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：