【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污水处理，特别涉及一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统及方法。
技术介绍
1、近年来，云计算、边缘计算、物联网、5g、大数据等信息技术快速发展，各种物联网云平台层出不穷。众所周知，云计算通常由大型数据中心提供，这些数据中心拥有大量的计算和存储资源，可以满足更高规模的应用需求。然而由于数据需要向较远的数据中心传输，云计算存在延迟较高的问题，会对实时性要求高的应用造成一定影响，并且云计算由于高度依赖网络，在大规模物联网设备和传感器场景下，其网络阻塞、高延时、低服务质量等问题可能会凸显。
2、污水处理站内终端设备种类繁多，数量颇多，处理工艺极其复杂，往往需要多个终端设备相互配合，多个设备协同完成各个环节，才能完整地实现污水处理的工艺流程。在污水处理过程中，各种终端设备产生大量的过程数据，终端设备的下一步动作依赖于当前的过程数据所反应的状态，因此对数据的传输效率和实时处理能力有强烈的需求，常规的云计算处理的数据存在延时，影响污水处理站点的工作效率。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统及方法，引入边缘计算来减低云计算的传输压力，提高实时处理能力。
2、为此，本专利技术的技术方案是：一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，包括：
3、设备管理模块，用于管理污水处理设备、数据采集设备和辅助设备；
4、数据采集模块，可通过modbus协议采集各设备的原始数据，解
5、数据预处理模块，对采集到的源数据进一步处理；
6、数据存储模块，负责将上一个节点传递过来的数据存储到数据库；
7、流程管理模块，负责污水处理整个工艺流程的配置、修改；
8、流程控制模块，根据流程管理模块配置的信息，控制污水处理工艺按规则执行；
9、设备控制模块，发送modbus指令到指定设备，使设备执行相应的动作；
10、数据上报模块，根据配置信息，将暂存的数据上报到云平台。
11、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述设备管理模块可配置从各种设备采集的各种数据类型、数据计量单位、采集频率、数值转换方式，同时还具有增加、删除、修改、查看功能。
12、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述数据预处理模块对源数据的进一步处理包括：无效信息丢弃、冗余信息删除、计量单位转换、数据类型转换、组合处理和分解处理。
13、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述数据库为时序数据库influxdb。
14、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述设备控制模块发送的动作指令包括开设备、关设备、获取运行状态、获取故障状态和获取监控数值。
15、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述数据上报模块上报的数据包括采集到的部分原始数据、预处理后的数据、各种设备的运行状态和故障状态。
16、本专利技术的另一个技术方案是：一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算方法，包括以下步骤：
17、1)通过modbus协议，从污水处理设备、数据采集设备和辅助设备持续采集数据；
18、2)将源数据进一步处理，包括无效信息丢弃、冗余信息删除、计量单位转换、数据类型转换、组合处理、分解处理，预处理之后产生的新数据传递到数据存储节点、流程控制节点和数据上报节点；
19、3)数据存储节点接收数据后，将数据存储到时序数据库influxdb；
20、4)流程控制节点接收到预处理数据后，进行以下处理：
21、4.1)判断数据是否超过阈值，若超过阈值，则立即产生相关的下一步指令并流转至设备控制节点，同时生成预警信息并流转到数据上报节点；
22、4.2)根据接收到一个或多个数据的数值判断是否触发下一步动作，若触发下一步动作，则产生相关的下一步指令，指令流转至设备控制节点；
23、4.3)保存所有设备当前的所有状态值；
24、4.4)流程控制节点根据已配置的时间触发条件，结合当前相应的状态值，判断是否触发下一步动作；
25、5)设备控制节点接收到指令后将指令翻译成modbus指令，之后将modbus指令发送至设备连接所在的端口；
26、6)数据上报节点接收到流转过来的数据后，将数据推送至云平台。
27、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤1)中，从各种设备中采集的数据为二进制数值，将其解析成十进制数值，并且对应到设备库里各具体设备后传递到下一节点。
28、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤3)中，数据存储使用可逆加密，分别在存储前对数据进行加密、在数据获取后进行解密；并且设计了数据的定时备份机制，以确保数据的完整性和可用性。
29、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤6)中，数据传输过程中采用可逆数据加密，在数据发送前加密，传输过程使用加密数据传输，在云平台接收到数据后进行解密。
30、本专利技术的污水处理站点边缘计算系统南向连接污水处理设备，通过该连接，边缘计算节点负责向设备发送指令以及采集污水处理过程中的各种状态数据和过程数据；北向与云平台连接，通过该连接，边缘计算节点负责将预处理数据传输到云平台。
31、南向连接通过modbus协议，采集并解析得到到数据属于原始的污水处理状态数据和过程数据，这些原始数据的数量庞大，直接将这些传输至云平台，不但占用大量网络资源，并且没有多大价值。数据预处理模块，可进行数据清洗、数据集成、数据变换、数据归一化和数据降维度，将原始数据去除缺失值、处理异常值、处理重复值等操作，合并为一个大数据集，再通过特征变换、变量变换、数值变换等将大数据集内的数据变换成更好的形式，以减少数据集的噪声、纠正非结构化数据和增强数据属性的价值性，保证数据的质量和准确性。预处理后的数据其体积已经大为减小，其价值也更加显而易见，为接下来数据的传输和暂存奠定了坚实的基础。
32、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
33、1.大量污水处理设备与边缘计算节点相连，不再直接与云平台相连，大大减少了云平台的连接压力，提高了云平台的可扩展能力；
34、2.边缘计算节点将采集到的包括状态数据、过程数据和预警数据在内的大量原始数据，首先经过预处理再发送至云平台，大大减少了数据传输量，减少带宽资源的占用；
35、3.在断线情况，边缘计算节点可将数据先缓存，待恢复与云平台的连接时再将数据传输至云平台，可保证数据的完整性；
36、4.由于云端配置的污水处理过程业务逻辑已经被下发到边缘计算节点，并且边缘节点具备数据预处理和暂存的能力，在与云平台断线的情况下边缘子系统可实现离线运行，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述设备管理模块可配置从各种设备采集的各种数据类型、数据计量单位、采集频率、数值转换方式，同时还具有增加、删除、修改、查看功能。
3.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述数据预处理模块对源数据的进一步处理包括：无效信息丢弃、冗余信息删除、计量单位转换、数据类型转换、组合处理和分解处理。
4.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述数据库为时序数据库InfluxDB。
5.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述设备控制模块发送的动作指令包括开设备、关设备、获取运行状态、获取故障状态和获取监控数值。
6.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述数据上报模块上报的数据包括采集到的部分原始数据、预处理后的数据、各种设备
7.一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算方法，其特征在于：所述步骤1)中，从各种设备中采集的数据为二进制数值，将其解析成十进制数值，并且对应到设备库里各具体设备后传递到下一节点。
9.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算方法，其特征在于：所述步骤3)中，数据存储使用可逆加密，分别在存储前对数据进行加密、在数据获取后进行解密；并且设计了数据的定时备份机制，以确保数据的完整性和可用性。
10.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算方法，其特征在于：所述步骤6)中，数据传输过程中采用可逆数据加密，在数据发送前加密，传输过程使用加密数据传输，在云平台接收到数据后进行解密。
...【技术特征摘要】
1.一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述设备管理模块可配置从各种设备采集的各种数据类型、数据计量单位、采集频率、数值转换方式，同时还具有增加、删除、修改、查看功能。
3.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述数据预处理模块对源数据的进一步处理包括：无效信息丢弃、冗余信息删除、计量单位转换、数据类型转换、组合处理和分解处理。
4.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述数据库为时序数据库influxdb。
5.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站点边缘计算系统，其特征在于：所述设备控制模块发送的动作指令包括开设备、关设备、获取运行状态、获取故障状态和获取监控数值。
6.如权利要求1所述的一种云边融合架构下的污水处理站...
【专利技术属性】
技术研发人员：李康，全珍玲，顾中斌，赵学斌，郑盛忠，张凯，
申请(专利权)人：浙江清华长三角研究院，
类型：发明
国别省市：
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