CN105282812A - 变速率无线实时最优路径数据精确采集系统及其采集方法 - Google Patents

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CN105282812A CN201510738723.6A CN201510738723A CN105282812A CN 105282812 A CN105282812 A CN 105282812A CN 201510738723 A CN201510738723 A CN 201510738723A CN 105282812 A CN105282812 A CN 105282812A
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乔利锋
张理朝
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Beijing Gan Wei Technology Development Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种变速率无线实时最优路径数据精确采集系统及其采集方法。本发明采用模数转换器将来自传感器探头的电压信号转换为数字信号传输至数据过滤器，数据过滤器将非正常数据以及不符合正常趋势的数据过滤掉，高效过滤错误数据，保证数据安全可靠；将符合正常趋势的数据传送至变速率传输器，变速率传输器将超过发射阈值的数据传输至最优路径自组网无线通讯器，最优路径自组网无线通讯器综合考虑路径能耗、信号质量和路径寿命，选择出多个智慧数据采集单元构成的网状网络中的最优路径，将数据通过无线通讯传输至外部的远端数据平台，保证数据可靠传输的同时，大大降低能耗，并且确保信号质量，实现电池供电续航10年以上。

Description

变速率无线实时最优路径数据精确采集系统及其采集方法
技术领域
本发明涉及实时数据采集技术，具体涉及一种变速率无线实时最优路径数据精确采集系统及其采集方法。
背景技术
“工业4.0”包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。
“工业4.0”项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。
无论是建设“智能工厂”，还是实现“智能生产”，都离不开精确的数据采集。只有对建筑、设备、物流、生产过程、工业过程，实现精确的实时数据采集，才能进一步对数据传输、分析、转化、决策，最终实现“智能工厂”和“智能生产”。
现有数据采集设备及数据采集方法，大多基于有线网络传输，设计安装过程中需要考虑供电及信号线架设及信号因干扰导致精度下降等等问题。
发明内容
鉴于以上现有技术中存在的这些问题，本发明提出一种变速率无线实时最优路径数据精确采集系统及其采集方法，旨在实现无线通讯、电池续航10年以上、高精度。
本发明的一个目的在于提供一种变速率无线实时最优路径数据精确采集系统。
本发明的变速率无线实时最优路径数据精确采集系统包括多个智慧数据采集单元，多个智慧数据采集单元同时在一个区域内工作，组成网状网络，通过无线通讯向外部的远端数据平台发送数据；每一个智慧数据单元包括电池、无线采集装置和传感器探头，无线采集装置和传感器探头分别与电池连接，传感器探头采集物理数据，转化成电压信号后传输至无线采集装置，无线采集装置将数据传输至外部的远端数据平台；其中，无线采集装置包括依次通过内部总线连接的模数转换器、数据过滤器、变速率传输器和最优路径自组网无线通讯器，模数转换器将来自传感器探头的电压信号转换为数字信号传输至数据过滤器，数据过滤器将非正常数据以及不符合正常趋势的数据过滤掉，将符合正常趋势的数据传输至变速率传输器，变速率传输器将超过发射阈值的数据传输至最优路径自组网无线通讯器，最优路径自组网无线通讯器通过计算路径能耗、信号质量和路径寿命的加权值，选择出多个智慧数据采集单元构成的网状网络中的最优路径，将数据通过最优路径传输至外部的远端数据平台。
L个智慧数据采集单元W1、W2、W3、…WL同时在一个区域里工作，其中L为≥3的自然数，组成网状网络，对于第k个智慧数据采集单元Wk进行数据采集，将数据发送至外部的远端数据平台，第k个智慧数据采集单元Wk将数据直接发送至外部的远端数据平台；或者，Wk通过除自身以外的一个其他智慧数据采集单元作为路由将数据发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wr作为路由，数据由Wk传输至Wr，再由Wr传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，r为≤L的自然数，且r≠k；或者，Wk通过除自身以外的两个其他智慧数据采集单元作为两级路由将数据发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wp和Wq作为路由，数据由Wk传输至Wp，再由Wp传输至Wq，最后由Wq传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，p和q分别为≤L的自然数，p和q≠k，且p≠q。
本发明的另一个目的在于提供一种变速率无线实时最优路径数据精确采集方法。
本发明的变速率无线实时最优路径数据精确采集方法，L个智慧数据采集单元W1、W2、W3、…WL同时在一个区域里工作，其中L为≥3的自然数，组成网状网络，实现数据传输，对于第k个智慧数据采集单元Wk进行数据采集，包括以下步骤：
第一步：数据高精度采集：
传感器探头采集物理信号，传输至模数转换器，生成当前时刻TS的数据DATA[TS]，通过无线采集装置的内部总线传至数据过滤器，其中，TS为当前时刻，TS距离0点的毫秒数为S，S为毫秒数；
第二步：高效数据过滤：
1)数据过滤器判断当前时刻的数据DATA[TS]是否在正常区域，若处于正常区域，即DATA[Min]<DATA[Ts]<DATA[Max]，则判断当前时刻的数据DATA[TS]为正常数据，进入步骤2)，否则判断为非正常数据，返回第一步，则非正常数据被过滤掉，其中，DATA[Min]为正常区域的最小值，DATA[Max]为正常区域的最大值；
2)对当前时刻的数据DATA[TS]进行趋势比对，若当前时刻的数据DATA[TS]符合正常趋势，则进入步骤3)，否则返回第一步，则不符合正常趋势的数据被过滤掉；
3)数据过滤完成，数据过滤器将正常数据且符合正常趋势的数据DATA通过无线采集装置的内部总线传至变速率传输器；
第三步：数据变速率传输：
变速率传输器将数据DATA与上次发送成功的数据DSEND进行对比，判断是否发生变化，若发生改变则传输至最优路径自组网无线通讯器，否则返回第一步；
第四步：最优路径自组网无线通讯：
1)对第k个智慧数据采集单元Wk进行路径测试，Wk安装位置确定后，Wk自动广播测试数据DATAT，测试数据DATAT通过整个网状网络传输至外部的远端数据平台，根据外部的远端数据平台收到后返回的应答信号ACK，确定路径表，路径表包括直发路径表、单跳路径表和双跳路径表；
2)智慧数据采集单元之间按预定时间间隔TX测试路径表中的每个路径上的路径能耗P、信号质量Q和路径寿命LT的加权值S，找出加权值最低的路径为最优路径，并与当前选用路径的路径能耗P、信号质量Q、路径寿命LT的加权值S比较，若降低则采用最优路径为当前路径，若没有降低则不更换路径；
3)最优路径自组网无线通讯器按照选定的路径，将数据DATA发送至外部的远端数据平台，完成本次数据采集，返回第一步进行下一个数据采集。
其中，在第一步中，数据高精度采集具体包括以下步骤：
1)传感器探头将物理信号转化为电压信号，传输至模数转换器，物理信号包括：压力、温度、流量和电流等；
2)模数转换器将传感器探头转化的电压信号转换为数字的当前时刻的数据DATA[TS]，并通过无线采集装置的内部总线传至数据过滤器，其中，TS为当前时刻，Ts距离0点的毫秒数为S，S为毫秒数。
在第二步的步骤2)中，趋势比对具体包括以下步骤：
i.数据过滤器在运行过程中记录当前时刻TS之前N个采集周期连续采集的正常数据：DATA[TS-N]、DATA[TS-N+1]......DATA[TS-2]、DATA[TS-1]，形成过滤样本库，其中每一个正常数据为一个样本，其中，N为自然数且N≥5000；
ii.过滤样本库打包成组：将样本库中的N个样本依次步进为1，每M个连续的样本组成一个基准数组Ai，从而形成N-M+1个基准数组，其中i＝1、2、3......N，即A1＝{DATA[TS-1]...DATA[TS-M]}、A2＝{DATA[TS-2]...DATA[TS-M-1]}、A3＝{DATA[TS-3]...DATA[TS-M-2]}......AN＝{DATA[TS-N+M-1]...DATA[TS-N+1]DATA[TS-N]}，其中，M为≥2的自然数；
iii.数据过滤器趋势对比：将DATA[TS-M]、DATA[TS-M+1]、DATA[TS-M+2]...DATA[TS-1]、DATA[TS]组成一个当前时刻的数组AS＝{DATA[TS]、DATA[TS-1]、DATA[TS-2]...DATA[TS-M+2]、DATA[TS-M+1]}；将AS中的M个数据依次与每一个A1...AN基准数组内的M个数据进行一一对应的求差Dj，其中j＝1、2、3......M，如果存在一个基准数组Ai，使得一一对应的求差Dj的最大值与最小值之间的差值与最小值的比值在趋势阈值内，即则当前时刻的数据DATA[Ts]符合正常趋势，其中，dd％为趋势阈值，若遍历整个N-M+1个基准数组，都不存一一对应的求差Dj的最大值与最小值之间的差值与最小值的比值在趋势阈值内，则当前时刻的数据DATA[TS]不符合正常趋势。
在第三步中，数据变速率传输具体包括以下步骤：
1)变速率传输器收到数据DATA与上次成功无线发射数据DSEND求差，若差值与DSEND的比值小于发射阈值，即其中，ss％为发射阈值，则认为数据DATA没有变化，不发送数据，返回第一步重新采集新的数据，否则进入2)；
2)变速率传输器将数据DATA通过内部总线传至最优路径自组网无线通讯器。在第四步的步骤1)中，对Wk进行路径测试确定路径表，分为以下几种情况：
a)第k个智慧数据采集单元Wk将测试数据DATAT直接发送至外部的远端数据平台，若远端数据平台收到后返回应答信号ACK，则路由表为直发路径表R0＝0；
b)Wk通过除自身以外的一个其他智慧数据采集单元作为路由将测试数据DATAT发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wr作为路由，数据由Wk传输至Wr，再由Wr传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，r为≤L的自然数，且r≠k，若远端数据平台收到后返回应答信号ACK，记录所有远端数据平台返回应答信号ACK的路径{Wr}，形成单跳路径表R1；
c)由于距离外部的远端数据平台较远，因此Wk通过除自身以外的两个其他智慧数据采集单元作为两级路由将测试数据DATAT发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wp和Wq作为路由，数据由Wk传输至Wp，再由Wp传输至Wq，最后Wq传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，p和q分别为≤L的自然数，p和q≠k，且p≠q，若远端数据平台收到后返回应答信号ACK，记录所有远端数据平台返回应答信号ACK的路径{WpWq}，形成双跳路径表R2；
d)Wk安装位置无法与外部的远端数据平台通讯，发出声光报警。
在第四步的步骤2)中，计算路径上的路径能耗P、信号质量Q、路径寿命LT的加权值S，选择最优路径，包括以下步骤：
a)直发路径表R0的加权值的计算：
i.Wk发送DATAT至外部的远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR0(Wk)、信号质量QR0(Wk)和电池电量CR0(Wk)，此时以电池电量的值作为路径寿命的值；
ii.计算路径的加权值SR0(Wk)：SR0(Wk)＝A*PR0(Wk)+B*QR0(Wk)-C*CR0(Wk)，其中A、B、C为常数；
b)单跳路径表R1的加权值的计算：
i.Wk发送DATAT至Wr，记录发送过程的路径能耗PR1(Wk)、信号质量QR1(Wk)和电池电量CR1(Wk)；
ii.Wr发送DATAT至外部的远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR1(Wr)、信号质量QR1(Wr)和电池电量CR1(Wr)；
iii.Wr将路径能耗PR1(Wr)、信号质量QR1(Wr)和电池电量CR1(Wr)发送至Wk；
iv.Wk计算单跳路径的全过程的路径能耗PR1，信号质量QR1，路径寿命LTR1:PR1＝PR1(Wk)+PR1(Wr)，QR1＝QR1(Wk)+QR1(Wr)，LTR1＝αCR1(Wk)+βCR1(Wr)，其中，α和β为常数；
v.计算单跳路径的加权值SR1：SR1(Wk)＝A*PR1+B*QR1-C*LTR1，其中A、B、C为常数；
vi.重复步骤i～v，直至计算出单跳路径表中的全部的路径的加权值；
c)双跳路径表R2的加权值的计算：
i.Wk发送DATAT至Wp，记录发送过程的路径能耗PR2(Wk)、信号质量QR2(Wk)和电池电量CR2(Wk)；
ii.Wp发送DATAT至Wq，记录发送过程的路径能耗PR2(Wp)、信号质量QR2(Wp)和电池电量CR2(Wp)；
iii.Wq发送DATAT至远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR2(Wq)、信号质量QR2(Wq)和电池电量CR2(Wp)；
iv.Wp将发送过程的路径能耗PR2(Wp)、信号质量QR2(Wp)和电池电量CR2(Wp)发送至Wk；
v.Wq将发送过程的能耗QR2(Wq)、信号质量QR2(Wq)和电池电量CR2(Wq)发送至Wk；
vi.Wk计算单跳路径的全过程的路径能耗PR2，信号质量QR2和路径寿命LTR2：PR2＝PR2(Wk)+PR2(Wp)+PR2(Wq)，QR2＝QR2(Wk)+QR2(Wp)+QR2(Wq)，LTR2＝α*CR2(Wk)+β*CR2(Wp)+δCR2(Wp)，其中，α、β和δ为常数；
vii.计算双跳路径的加权值SR2：SR2(Wk)＝A*PR2+B*QR2-C*LTR2，其中A、B、C为常数；
viii.重复步骤i～vii，直至计算出双跳路径表中的全部的路径的加权值。
本发明的优点：
本发明的无线采集装置包括依次通过内部总线连接的模数转换器、数据过滤器、变速率传输器和最优路径自组网无线通讯器，模数转换器将来自传感器探头的电压信号转换为数字信号传输至数据过滤器，数据过滤器将非正常数据以及不符合正常趋势的数据过滤掉，高效过滤错误数据，保证数据安全可靠；将符合正常趋势的数据传输至变速率传输器，变速率传输器将超过发射阈值的数据传输至最优路径自组网无线通讯器，最优路径自组网无线通讯器综合考虑路径能耗、信号质量和路径寿命，选择出多个智慧数据采集单元构成的网状网络中的最优路径，将数据通过无线通讯传输至外部的远端数据平台，保证数据可靠传输的同时，大大降低能耗，并且确保信号质量，实现电池供电续航10年以上。
附图说明
图1为本发明的变速率无线实时最优路径数据精确采集系统的智慧数据采集单元的结构框图；
图2为本发明的变速率无线实时最优路径数据精确采集系统的无线采集装置的结构框图；
图3为本发明的变速率无线实时最优路径数据精确采集系统构成的网状网络的示意图；
图4为本发明的变速率无线实时最优路径数据精确采集方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例的一个智慧数据采集单元包括安装在一个外壳中的电池、无线采集装置和传感器探头。
如图2所示，无线采集装置包括依次通过内部总线连接的模数转换器、数据过滤器、变速率传输器和最优路径自组网无线通讯器。
如图3所示，多个智慧数据采集单元，多个智慧数据采集单元同时在一个区域内工作，组成网状网络。
以第1个智慧数据采集单元W1进行数据采集为例，无线实时最优路径数据精确采集方法，如图4所示，包括以下步骤：
第一步：数据高精度采集：
1)W1的传感器探头将物理信号转化为电压信号，传输至模数转换器，物理信号包括：压力、温度、流量和电流等；
2)模数转换器将传感器探头转化的电压信号转换为数字的当前时刻的数据DATA[Ts]，并通过无线采集装置的内部总线传至数据过滤器，其中，Ts为当前时刻，Ts距离0点的毫秒数为S，S为毫秒数。
第二步：高效数据过滤：
1)数据过滤器判断当前时刻的数据DATA[Ts]是否在正常区域，若处于正常区域，即DATA[Min]<DATA[Ts]<DATA[Max]，DATA[Min]为正常区域的最小值，DATA[Max]为正常区域的最大值，则判断当前时刻的数据DATA[Ts]为正常数据，进入步骤2)，否则判断为非正常数据，返回第一步，则非正常数据被过滤掉；
2)对为正常数据的当前时刻的数据DATA[Ts]进行趋势比对：
i.数据过滤器在运行过程中记录当前时刻TS之前30000个采集周期连续采集的正常数据：DATA[TS-30000]、DATA[TS-29999]......DATA[Ts-2]、DATA[TS-1]，形成过滤样本库，其中每一个正常数据为一个样本；
ii.过滤样本库打包成组：将样本库中的30000个样本依次步进为1，每10个连续的样本组成一个基准数组Ai，从形成29991个基准数组，其中i＝1、2、3......N，即A1＝{DATA[TS-1]...DATA[TS-10]}、A2＝{DATA[TS-2]...DATA[TS-11]}、A3＝{DATA[TS-3]...DATA[TS-12]}......AN＝{DATA[TS-29991]...DATA[TS-29999]DATA[TS-30000]}；
iii.数据过滤器趋势对比：将DATA[TS-10]、DATA[TS-9]、DATA[TS-8]...、、DATA[TS-1]、DATA[TS]组成一个当前时刻的数组AS＝{DATA[TS]、DATA[TS-1]、DATA[TS-2]...DATA[TS-8]、DATA[TS-9]}；将AS中的M个数据依次与每一个A1...AN基准数组内的M个数据进行一一对应的求差Dj，其中j＝1、2、3......M，如果存在一个基准数组Ai，使得一一对应的求差Dj的最大值与最小值之间的差值与最小值的比值在趋势阈值内，即则当前时刻的数据DATA[Ts]符合正常趋势，若遍历整个29991个基准数组，都不存一一对应的求差Dj的最大值与最小值之间的差值与最小值的比值在趋势阈值内，则当前时刻的数据DATA[TS]不符合正常趋势。
3)数据过滤完成，数据过滤器将正常数据且符合正常趋势的数据DATA通过无线采集装置的内部总线传至变速率传输器。
第三步：数据变速率传输：
1)变速率传输器收到数据DATA与上次成功无线发射数据DSEND求差，若差值与DSEND的比值小于发射阈值，即其中，1.5％为发射阈值，则认为数据DATA没有变化，返回第一步重新采集新的数据，不发送数据，否则进入2)；
2)变速率传输器将数据DATA通过内部总线传至最优路径自组网无线通讯器。
第四步：最优路径自组网无线通讯：
1)对第1个智慧数据采集单元W1进行路径测试，W1安装位置确定后，W1自动广播测试数据DATAT，试数据DATAT通过整个网状网络传输至外部的远端数据平台，根据外部的远端数据平台收到后返回的应答信号ACK，确定路径表，路径表包括直发路径表、单跳路径表和双跳路径表：
a)第1个智慧数据采集单元W1将测试数据DATAT直接发送至外部的远端数据平台，若远端数据平台收到后返回应答信号ACK，则路由表为直发路径表R0＝0；
b)W1分别通过其他的一个智慧数据采集单元作为路由将测试数据DATAT发送至外部的远端数据平台，远端数据平台收到后返回应答信号ACK，记录所有远端数据平台返回应答信号ACK的路径，路径包括{W2}、{W4}、{W6}、{W8}和{W12}，形成单跳路径表R1；
c)由于距离外部的远端数据平台较远，因此W1通过两级路由跳至外部的远端数据平台，远端数据平台收到后返回应答信号ACK，记录所有远端数据平台返回应答信号ACK的路径，路径包括{W2W20}、{W4W12}和{W14W22}形成双跳路径表R2；
d)W1安装位置无法与外部的远端数据平台通讯，发出声光报警。
2)计算所有路径的加权值S：
a)直发路径表R0的加权值的计算：
i.W1发送DATAT至外部的远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR0(W1)、信号质量QR0(W1)和电池电量CR0(W1)；
ii.计算路径的加权值SR0(W1)：SR0(W1)＝A*PR0(W1)+B*QR0(W1)-C*CR0(W1)，其中A、B、C为常数；
b)单跳路径表R1的加权值的计算：
i.W1发送DATAT至W2，记录发送过程的路径能耗PR1(W1)、信号质量QR1(W1)和电池电量CR1(W1)；
ii.W2发送DATAT至外部的远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR1(W2)、信号质量QR1(W2)和电池电量CR1(W2)；
iii.W2将路径能耗PR1(W2)、信号质量QR1(W2)和电池电量CR1(Wr2发送至W1；
iv.W1计算单跳路径的全过程的路径能耗PR1，信号质量QR1，路径寿命LTR1:PR1＝PR1(W1)+PR1(W2)，QR1＝QR1(W1)+QR1(W2)，LTR1＝αCR1(W1)+βCR1(W2)，其中，α和β为常数；
v.计算单跳路径的加权值SR1：SR1(W1)＝A*PR1+B*QR1-C*LTR1，其中A、B、C为常数；
vi.重复步骤i～iii，直至计算出单跳路径表中的全部的路径{W4}、{W6}、{W8}和{W12}的加权值；
c)双跳路径表R2的加权值的计算：
i.W1发送DATAT至W2，记录发送过程的路径能耗PR2(W1)、信号质量QR2(W1)和电池电量CR2(W1)；
ii.W2发送DATAT至W20，记录发送过程的路径能耗PR2(W2)、信号质量QR2(W2)和电池电量CR2(W2)；
iii.W20发送DATAT至远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR2(W20)、信号质量QR2(W20)和电池电量CR2(W20)；
iv.W2将发送过程的路径能耗PR2(W2)、信号质量QR2(W2)和电池电量CR2(W2)发送至W1；
v.W20将发送过程的能耗QR2(W20)、信号质量QR2(W20)和电池电量CR2(W20)发送至W1；
vi.W1计算单跳路径的全过程的路径能耗PR2，信号质量QR2和路径寿命LTR2：PR2＝PR2(W1)+PR2(W2)+PR2(W20)，QR2＝QR2(W1)+QR2(W2)+QR2(W20)，LTR2＝α*CR2(W1)+β*CR2(W2)+δCR2(W20)，其中，α、β和δ为常数；
vii.计算双跳路径的加权值SR2：SR2(W1)＝A*PR2+B*QR2-C*CR2，其中A、B、C为常数；
viii.重复步骤i～vi，直至计算出双跳路径表中的全部的路径{W2W20}、{W4W12}和{W14W22}的加权值；
比较所有路径的加权值，找到最小值，并以此加权值的路径作为最优路径，并与当前路径的加权值进行比较，若降低则采用最优路径为当前路径，若没有降低则不更换路径。
3)最优路径自组网无线通讯器按照选定的路径，将数据DATA发送至外部的远端数据平台，完成本次数据采集，返回第一步进行下一个数据采集。
最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种变速率无线实时最优路径数据精确采集系统，其特征在于，所述采集系统包括多个智慧数据采集单元，多个智慧数据采集单元同时在一个区域内工作，组成网状网络，通过无线通讯向外部的远端数据平台发送数据；每一个智慧数据单元包括电池、无线采集装置和传感器探头，无线采集装置和传感器探头分别与电池连接，传感器探头采集物理数据，转化成电压信号后传输至无线采集装置，无线采集装置将数据传输至外部的远端数据平台；其中，所述无线采集装置包括依次通过内部总线连接的模数转换器、数据过滤器、变速率传输器和最优路径自组网无线通讯器，模数转换器将来自传感器探头的电压信号转换为数字信号传输至数据过滤器，数据过滤器将非正常数据以及不符合正常趋势的数据过滤掉，将符合正常趋势的数据传输至变速率传输器，变速率传输器将超过发射阈值的数据传输至最优路径自组网无线通讯器，最优路径自组网无线通讯器通过计算路径能耗、信号质量和路径寿命的加权值，选择出多个智慧数据采集单元构成的网状网络中的最优路径，将数据通过最优路径传输至外部的远端数据平台。
2.如权利要求1所述的采集系统，其特征在于，L个智慧数据采集单元W1、W2、W3、…WL同时在一个区域里工作，其中L为≥3的自然数，组成网状网络，对于第k个智慧数据采集单元Wk进行数据采集，将数据发送至外部的远端数据平台，第k个智慧数据采集单元Wk将数据直接发送至外部的远端数据平台；或者，Wk通过除自身以外的一个其他智慧数据采集单元作为路由将数据发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wr作为路由，数据由Wk传输至Wr，再由Wr传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，r为≤L的自然数，且r≠k；或者，Wk通过除自身以外的两个其他智慧数据采集单元作为两级路由将数据发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wp和Wq作为路由，数据由Wk传输至Wp，再由Wp传输至Wq，最后由Wq传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，p和q分别为≤L的自然数，p和q≠k，且p≠q。
3.一种变速率无线实时最优路径数据精确采集方法，其特征在于，L个智慧数据采集单元W1、W2、W3、…WL同时在一个区域里工作，其中L为≥3的自然数，组成网状网络，实现数据传输，对于第k个智慧数据采集单元Wk进行数据采集，所述采集方法包括以下步骤：
第一步：数据高精度采集：
传感器探头采集物理信号，传输至模数转换器，生成当前时刻TS的数据DATA[TS]，通过无线采集装置的内部总线传至数据过滤器，其中，TS为当前时刻，TS距离0点的毫秒数为S，S为毫秒数；
第二步：高效数据过滤：
1)数据过滤器判断当前时刻的数据DATA[TS]是否在正常区域，若处于正常区域，即DATA[Min]<DATA[Ts]<DATA[Max]，则判断当前时刻的数据DATA[TS]为正常数据，进入步骤2)，否则判断为非正常数据，返回第一步，则非正常数据被过滤掉，其中，DATA[Min]为正常区域的最小值，DATA[Max]为正常区域的最大值；
2)对正常数据的当前时刻的数据DATA[TS]进行趋势比对，若当前时刻的数据DATA[TS]符合正常趋势，则进入步骤3)，否则返回第一步，则不符合正常趋势的数据被过滤掉；
3)数据过滤完成，数据过滤器将正常数据且符合正常趋势的数据DATA通过无线采集装置的内部总线传至变速率传输器；
第三步：数据变速率传输：
变速率传输器将数据DATA与上次发送成功的数据DSEND进行对比，判断是否发生变化，若发生改变则传输至最优路径自组网无线通讯器，否则返回第一步；
第四步：最优路径自组网无线通讯：
1)对第k个智慧数据采集单元Wk进行路径测试，Wk安装位置确定后，Wk自动广播测试数据DATAT，测试数据DATAT通过整个网状网络传输至外部的远端数据平台，根据外部的远端数据平台收到后返回的应答信号ACK，确定路径表，路径表包括直发路径表、单跳路径表和双跳路径表；
2)智慧数据采集单元之间按预定时间间隔TX测试路径表中的每个路径上的路径能耗P、信号质量Q和路径寿命LT的加权值S，找出加权值最低的路径为最优路径，并与当前选用路径的路径能耗P、信号质量Q、路径寿命LT的加权值S比较，若降低则采用最优路径为当前路径，若没有降低则不更换路径；
3)最优路径自组网无线通讯器按照选定的路径，将数据DATA发送至外部的远端数据平台，完成本次数据采集，返回第一步进行下一个数据采集。
4.如权利要求3所述的采集方法，其特征在于，在第一步中，数据高精度采集具体包括以下步骤：
1)传感器探头将物理信号转化为电压信号，传输至模数转换器，物理信号包括：压力、温度、流量和电流；
2)模数转换器将传感器探头转化的电压信号转换为数字的当前时刻的数据DATA[TS]，并通过无线采集装置的内部总线传至数据过滤器，其中，TS为当前时刻，Ts距离0点的毫秒数为S，S为毫秒数。
5.如权利要求3所述的采集方法，其特征在于，在第二步的步骤2)中，趋势比对具体包括以下步骤：
i.数据过滤器在运行过程中记录当前时刻TS之前N个采集周期连续采集的正常数据：DATA[TS-N]、DATA[TS-N+1]......DATA[TS-2]、DATA[TS-1]，形成过滤样本库，其中每一个正常数据为一个样本，其中，N为自然数且N≥5000；
ii.过滤样本库打包成组：将样本库中的N个样本依次步进为1，每M个连续的样本组成一个基准数组Ai，从而形成N-M+1个基准数组，其中i＝1、2、3......N，即A1＝{DATA[TS-1]...DATA[TS-M]}、A2＝{DATA[TS-2]...DATA[TS-M-1]}、A3＝{DATA[TS-3]...DATA[TS-M-2]}......AN＝{DATA[TS-N+M-1]...DATA[TS-N+1]DATA[TS-N]}，其中，M为≥2的自然数；
iii.数据过滤器趋势对比：将DATA[TS-M]、DATA[TS-M+1]、DATA[TS-M+2]...DATA[TS-1]、DATA[TS]组成一个当前时刻的数组AS＝{DATA[TS]、DATA[TS-1]、DATA[TS-2]...DATA[TS-M+2]、DATA[TS-M+1]}；将AS中的M个数据依次与每一个A1...AN基准数组内的M个数据进行一一对应的求差Dj，其中j＝1、2、3......M，如果存在一个基准数组Ai，使得一一对应的求差Dj的最大值与最小值之间的差值与最小值的比值在趋势阈值内，即则当前时刻的数据DATA[Ts]符合正常趋势，其中，dd％为趋势阈值，若遍历整个N-M+1个基准数组，都不存一一对应的求差Dj的最大值与最小值之间的差值与最小值的比值在趋势阈值内，则当前时刻的数据DATA[TS]不符合正常趋势。
6.如权利要求3所述的采集方法，其特征在于，在第三步中，数据变速率传输具体包括以下步骤：
1)变速率传输器收到数据DATA与上次成功无线发射数据DSEND求差，若差值与DSEND的比值小于发射阈值，即其中，ss％为发射阈值，则认为数据DATA没有变化，不发送数据，返回第一步重新采集新的数据，否则进入2)；
2)变速率传输器将数据DATA通过内部总线传至最优路径自组网无线通讯器。
7.如权利要求3所述的采集方法，其特征在于，在第四步的步骤1)中，对Wk进行路径测试确定路径表，分为以下几种情况：
a)第k个智慧数据采集单元Wk将测试数据DATAT直接发送至外部的远端数据平台，若远端数据平台收到后返回应答信号ACK，则路由表为直发路径表R0＝0；
b)Wk通过除自身以外的一个其他智慧数据采集单元作为路由将测试数据DATAT发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wr作为路由，数据由Wk传输至Wr，再由Wr传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，r为≤L的自然数，且r≠k，若远端数据平台收到后返回应答信号ACK，记录所有远端数据平台返回应答信号ACK的路径{Wr}，形成单跳路径表R1；
c)由于距离外部的远端数据平台较远，因此Wk通过除自身以外的两个其他智慧数据采集单元作为两级路由将测试数据DATAT发送至外部的远端数据平台，即Wk以Wp和Wq作为路由，数据由Wk传输至Wp，再由Wp传输至Wq，最后Wq传输至外部的远端数据平台，完成数据传送，其中，p和q分别为≤L的自然数，p和q≠k，且p≠q，若远端数据平台收到后返回应答信号ACK，记录所有远端数据平台返回应答信号ACK的路径{WpWq}，形成双跳路径表R2；
d)Wk安装位置无法与外部的远端数据平台通讯，发出声光报警。
8.如权利要求7所述的采集方法，其特征在于，在第四步的步骤2)中，直发路径表R0的加权值的计算，包括以下步骤：
i.Wk发送DATAT至外部的远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR0(Wk)、信号质量QR0(Wk)和电池电量CR0(Wk)，此时以电池电量的值作为路径寿命的值；
ii.计算路径的加权值SR0(Wk)：SR0(Wk)＝A*PR0(Wk)+B*QR0(Wk)-C*CR0(Wk)，其中A、B、C为常数。
9.如权利要求7所述的采集方法，其特征在于，单跳路径表R1的加权值的计算包括以下步骤：
i.Wk发送DATAT至Wr，记录发送过程的路径能耗PR1(Wk)、信号质量QR1(Wk)和电池电量CR1(Wk)；
ii.Wr发送DATAT至外部的远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR1(Wr)、信号质量QR1(Wr)和电池电量CR1(Wr)；
iii.Wr将路径能耗PR1(Wr)、信号质量QR1(Wr)和电池电量CR1(Wr)发送至Wk；
iv.Wk计算单跳路径的全过程的路径能耗PR1，信号质量QR1，路径寿命LTR1:PR1＝PR1(Wk)+PR1(Wr)，QR1＝QR1(Wk)+QR1(Wr)，LTR1＝αCR1(Wk)+βCR1(Wr)，其中，α和β为常数；
v.计算单跳路径的加权值SR1：SR1(Wk)＝A*PR1+B*QR1-C*LTR1，其中A、B、C为常数；
vi.重复步骤i～v，直至计算出单跳路径表中的全部的路径的加权值。
10.如权利要求7所述的采集方法，其特征在于，双跳路径表R2的加权值的计算包括以下步骤：
i.得到Wk发送DATAT至Wp，记录发送过程的路径能耗PR2(Wk)、信号质量QR2(Wk)和电池电量CR2(Wk)；
ii.Wp发送DATAT至Wq，记录发送过程的路径能耗PR2(Wp)、信号质量QR2(Wp)和电池电量CR2(Wp)；
iii.Wq发送DATAT至远端数据平台，记录发送过程的路径能耗PR2(Wq)、信号质量QR2(Wq)和电池电量CR2(Wp)；
iv.Wp将发送过程的路径能耗PR2(Wp)、信号质量QR2(Wp)和电池电量CR2(Wp)发送至Wk；
v.Wq将发送过程的能耗QR2(Wq)、信号质量QR2(Wq)和电池电量CR2(Wq)发送至Wk；
vi.Wk计算单跳路径的全过程的路径能耗PR2，信号质量QR2和路径寿命LTR2：PR2＝PR2(Wk)+PR2(Wp)+PR2(Wq)，QR2＝QR2(Wk)+QR2(Wp)+QR2(Wq)，LTR2＝α*CR2(Wk)+β*CR2(Wp)+δCR2(Wp)，其中，α、β和δ为常数；
vii.计算双跳路径的加权值SR2：SR2(Wk)＝A*PR2+B*QR2-C*LTR2，其中A、B、C为常数；
viii.重复步骤i～vii，直至计算出双跳路径表中的全部的路径的加权值。
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