CN107202612A - 一种智能野外数据采集处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能野外数据采集处理系统及方法，所述系统包括依次电连接的数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块和数据输出模块；所述数据采集模块包括采集端口、采集预判模块和传感器自我校准模块，采集端口分别与采集预判模块和传感器自我校准模块连接，该系统能够在野外条件下对不同类型参数传感器进行采集、处理，具有较好的通用性和兼容性。并且本系统对实时采集的数据进行预判和及时采取措施能够有效的减少野外测试数据的误差和缺失，通过重复测试和加测，符合科学试验重复性原则，得到的数据更为真实准确。

Description

一种智能野外数据采集处理系统及方法
技术领域
本发明属于数据采集、处理技术领域，具体涉及一种智能野外数据采集处理系统及方法。
背景技术
数据采集是大量工程建设、技术服务和科学研究的基础性工作，其质量直接影响解释结果与客观实际的接近程度。随着微电子技术、测控技术和信息技术的发展，目前数据采集技术已经有了很大的发展。在一些大型的工程工作中，数据采集的应用已经很广泛，但是野外数据采集有其独有的复杂性，随着科技的发展，野外数据采集方式已经由人工化书写模式向智能化、简单化的野外数据采集系统发展。目前野外采集多是采用传统的数据采集器，这种采集器为纯采集孤立系统，不具备数据预处理能力或处理能力有限，还存在测量的物理量有限、可扩展性不强等缺点，同时数据分离存储于多个文件或数据库，致使管理繁琐，且系统只适用采集预设的要素，若想修改采集要素，需要修改源程序，通用性较差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的之一在于提供一种智能野外数据采集处理系统，该系统能够在野外条件下对不同类型参数传感器进行采集、处理，具有较好的通用性和兼容性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能野外数据采集处理系统，所述系统包括依次电连接的数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块和数据输出模块；
所述数据采集模块包括采集端口(包括RS232、485、USB、1394接口等数字量和模拟量输入接口，振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理量的端口，物理量包括加速度、位移、相位、转速、温度、压力、流量、电压等，组成多因素的采集硬件端口等)、采集预判模块和传感器自我校准模块，采集端口分别与采集预判模块和传感器自我校准模块连接，所述采集预判模块用于对采集到的数据进行预评估，将采集到的数据与预设的正常范围或测量范围进行对比，出现数据异常情况时进行报警提示；所述传感器自我校准模块用于定时或人工设定对传感器进行校准，避免因传感器的原因导致数据失真。
所述系统还包括电源模块，所述电源模块为整个数据采集处理系统供电。
具体地，所述数据存储模块包括存储器和数据库，其中存储器选择储存量大，从低频到高频频率测量范围宽的型号，并预留外接数据存储器的端口；数据库中包括不同物理量的原始数据、处理数据和异常数据，将所有数据都转化为通用的文件格式进行分区储存。
所述数据处理模块上设有人机交互模块，其中人机交互模块用于操作者通过触摸液晶屏或声音识别输入设备给数据处理模块输入信息；所述数据处理模块用于对野外现场通过预设或实时设置的公式对原始数据进行计算、储存和输出。其中，人机交互模块可通过触摸液晶屏或声音识别输入设备给处理系统输入有关信息；数据处理模块上还可以设置一个窗口，供野外工作者录入、编辑公式和模型，使用者可根据实时分析结果获得计划实施效果和变化情况。
所述输出模块上设有输出端口、显示界面。其中输出端口包括USB、RS485、235等。
其中，所述电源模块可采用充电电池模块，方便野外携带，所述电源模块上还设有电源监控模块，用于对电源进行监控，并且能够设置省电、警告模式。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述智能野外数据采集处理系统对数据进行采集处理的方法，包括如下步骤：
(1)首先根据工程建设、科学试验的需要，在指定的地点布设所需测试参数的传感器，根据传感器的类型在传感器自我校准模块中调出相对应的校准程序，然后设定不同传感器的测量范围值Z测和精度，同时根据已有研究成果和经验设定测试参数的正常范围Z正常；然后通过数据处理模块预设参数的计算公式和模型；准备充足电源；
(2)野外实测时通过数据采集模块中的采集端口通过有线或者无线传输信号获取实测数据，通过运行采集预判模块对数据预判，将数据在数据存储模块中分类分区储存；测数据预判时，根据参数数值异常程度采取不同的措施，具体如下：
实测值处于正常范围内，转化为通用的文件格式分区储存于数据存储模块中；
Z正常<Z实<Z测，或者Z测<Z实<Z正常时，根据技术要求重复测量，并加测其他相关参数，便于分析其变化原因；Z实≥Z测，或者Z实≤Z测时，传感器通过传感器自我校准模块进行校准，校准后如能正常采集按正常步骤进行，如不能正常工作则需更换传感器；
(3)将存储的数据通过数据处理模块进行处理，根据步骤(1)预设参数的计算公式和模型得出相关结果，储存于数据存储模块中，或现场对预设的计算公式和模型进行修改编辑，又或者重新录入带入数据得出结果，以通用文件格式存储于数据存储模块中；
(4)使用者通过有线或无线信号传输的方式，根据实际需要及时将数据结果通过数据输出模块传到外部设备上。
本发明方法具有如下优点：
1.本发明提供的智能野外数据采集处理系统能够在野外条件下通过传感器进行采集、处理，并且数据通用文件格式存储于数据存储模块中，具有较好的通用性和兼容性。
2.本系统对实时采集的数据预判和及时采取措施能够有效的减少野外测试数据的误差和缺失，通过重复测试和加测，符合科学试验重复性原则，得到的数据更为真实准确。
3.安装维护简单快捷，方便携带，可重复使用，灵活性、前端智能化等多功能集成，使用时可快速安装、调试，便于在工程建设、科研试验和监测等野外条件下的生产应用中大量推广，使用完毕后调试校准后便于下次需要时重复使用。
附图说明
图1是本发明智能野外数据采集处理系统的模块结构图；
图中，1-数据采集模块；11-采集端口、2-数据存储模块、21-存储器、22-预留扩展接口、3-数据处理模块、4-数据输出模块、41-输出端口；5-电源模块(充电电池模块)。
图2是本发明智能野外数据采集处理方法流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
一种智能野外数据采集处理系统，所述系统包括依次电连接的数据采集模块1、数据存储模块2、数据处理模块3、数据输出模块4和电源模块5；
所述数据采集模块1包括采集端口11(包括RS232、485、USB、1394接口等数字量和模拟量输入接口，振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理量的端口，物理量包括加速度、位移、相位、转速、温度、压力、流量、电压等，组成多因素的采集硬件端口等)、采集预判模块和传感器自我校准模块，采集端口分别与采集预判模块和传感器自我校准模块连接，所述采集预判模块用于对采集到的数据进行预评估，将采集到的数据与预设的正常范围或测量范围进行对比，出现数据异常情况时进行报警提示；所述传感器自我校准模块用于定时或人工设定对传感器进行校准，避免因传感器的原因导致数据失真。
具体地，所述数据存储模块2包括存储器21和数据库，其中存储器选择储存量大，从低频到高频频率测量范围宽的型号，并预留外接数据存储器的端口(扩展接口)22；数据库中包括不同物理量的原始数据、处理数据和异常数据，将所有数据都转化为通用的文件格式进行分区储存。
所述数据处理模块3上设有人机交互模块，其中人机交互模块用于操作者通过触摸液晶屏或声音识别输入设备给数据处理模块输入信息；所述数据处理模块用于对野外现场通过预设或实时设置的公式对原始数据进行计算、储存和输出。其中，人机交互模块可通过触摸液晶屏或声音识别输入设备给处理系统输入有关信息；数据处理模块上还可以设置一个窗口，供野外工作者录入、编辑公式和模型，使用者可根据实时分析结果获得计划实施效果和变化情况。
所述输出模块4上设有输出端口41、显示界面。其中输出端口包括USB、RS485、235等。
所述的电源模块5采用充电电池模块和电源监控模块，其中充电电池模块适用于野外便携式数据采集；电源监控模块对采集器的电源进行管理，可设置省电、警告等模式。
实施例2
一种智能野外数据采集处理方法，包括如下步骤：
(1)首先根据工程建设、科学试验的需要，在指定的地点布设所需测试参数的传感器，根据传感器的类型在传感器自我校准模块中调出相对应的校准程序，然后设定不同传感器的测量范围值Z测和精度，同时根据已有研究成果和经验设定测试参数的正常范围Z正常；然后通过数据处理模块预设参数的计算公式和模型；准备充足电源；
(2)野外实测时通过数据采集模块中的采集端口通过有线或者无线传输信号获取实测数据，通过运行采集预判模块对数据预判，将数据在数据存储模块中分类分区储存；测数据预判时，根据参数数值异常程度采取不同的措施，具体如下：
实测值处于正常范围内，转化为通用的文件格式分区储存于数据存储模块中；
Z正常<Z实<Z测，或者Z测<Z实<Z正常时，根据技术要求重复测量，并加测其他相关参数，便于分析其变化原因；Z实≥Z测，或者Z实≤Z测时，传感器通过传感器自我校准模块进行校准，校准后如能正常采集按正常步骤进行，如不能正常工作则需更换传感器；
(3)将存储的数据通过数据处理模块进行处理，根据步骤(1)预设参数的计算公式和模型得出相关结果，储存于数据存储模块中，或现场对预设的计算公式和模型进行修改编辑，又或者重新录入带入数据得出结果，以通用文件格式存储于数据存储模块中；
(4)使用者通过有线或无线信号传输的方式，根据实际需要及时将数据结果通过数据输出模块传到外部设备比如计算机或者手机上查看。
实施例3
根据项目试验选择江苏省东台市沿海垦区，需在野外进行土壤水分、地下水位、地表覆盖度、大气等数据采集，主要包括以下步骤：
根据所测参数选择传感器，主要有土壤水分盐分传感器，水位计、温度传感器，并在数据采集器上调试校核完成，并在数据采集器中设置测量参数不同时段的上下限值：如土壤水分传感器测量范围θ测：0～100％(土壤体积含水量)，沿海盐碱土土壤含水量θ正常：0～38％(土壤体积含水量)，根据现场试验资料或本领域技术人员的经验值得出；地下水位传感器测量范围G测：0～80m，该区地下水位正常范围G正常：0.2～4.0m，根据现场试验资料或本领域技术人员的经验值得出；温度传感器测量范围T测：-200～850℃，测试地区6月份正常范围T正常：10～38℃，根据现场试验资料或本领域技术人员的经验值得出。野外实地测量时，如θ实为29％(体积含水量)<θ正常，无需加测；如θ实为45％(体积含水量)，处于θ正常和θ测之间，根据技术要求重复测量，并加测其他相关参数如温度和地下水位等，便于分析其变化原因；如θ实为-5％(体积含水量)，或者108％(体积含水量)时，需要通过土壤水分传感器自我校准模块进行校准，校准后如能正常采集按正常步骤进行，如不能正常工作则需更换传感器。地下水位、温度等参数的野外测量步骤同土壤水分野外测量步骤。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种智能野外数据采集处理系统，所述系统包括依次电连接的数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块和数据输出模块；其特征在于，所述数据采集模块包括采集端口、采集预判模块和传感器自我校准模块，采集端口分别与采集预判模块和传感器自我校准模块连接，所述采集预判模块用于对采集到的数据进行预评估，将采集到的数据与预设的正常范围或测量范围进行对比，出现数据异常情况时进行报警提示；所述传感器自我校准模块用于定时或人工设定对传感器进行校准，避免因传感器的原因导致数据失真。
2.根据权利要求1所述的智能野外数据采集处理系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块，用于为整个数据采集处理系统供电。
3.根据权利要求1所述的智能野外数据采集处理系统，其特征在于，所述数据存储模块包括存储器和数据库，所述数据存储模块还上设有外接存储器的端口。
4.根据权利要求1所述的智能野外数据采集处理系统，其特征在于，所述数据处理模块上设有人机交互模块，其中人机交互模块用于操作者通过触摸液晶屏或声音识别输入设备给数据处理模块输入信息；所述数据处理模块用于对野外现场通过预设或实时设置的公式对原始数据进行计算、储存和输出。
5.根据权利要求1所述的智能野外数据采集处理系统，其特征在于，所述输出模块上设有输出端口、显示界面。
6.根据权利要求2所述的智能野外数据采集处理系统，其特征在于，所述电源模块采用充电电池模块。
7.根据权利要求6所述的智能野外数据采集处理系统，其特征在于，所述电源模块上还设有电源监控模块，所述电源监控模块用于对电源进行监控，并且能够设置省电、警告模式。
8.利用权利要求1-7任一项权利要求所述的智能野外数据采集处理系统对数据进行采集处理的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)首先布设传感器，根据传感器的类型在传感器自我校准模块中调出相对应的校准程序，然后设定不同传感器的测量范围值Z测和精度，同时设定测试参数的正常范围Z正常；然后通过数据处理模块预设参数的计算公式和模型；准备充足电源；
(2)野外实测时通过数据采集模块中的采集端口通过有线或者无线传输信号获取实测数据，通过运行采集预判模块对数据预判，将数据在数据存储模块中分类分区储存；
(3)将存储的数据通过数据处理模块进行处理，根据步骤(1)预设参数的计算公式和模型得出相关结果，储存于数据存储模块中，或现场对预设的计算公式和模型进行修改编辑，又或者重新录入带入数据得出结果，以通用文件格式存储于数据存储模块中；
(4)使用者通过有线或无线信号传输的方式，将数据结果通过数据输出模块传到外部设备上。
9.根据权利要求8所述的利用智能野外数据采集处理系统对数据进行采集处理的方法，其特征在于，步骤(2)实测数据预判时，根据参数数值异常程度采取不同的措施，具体如下：
实测值处于正常范围内，转化为通用的文件格式分区储存于数据存储模块中；
Z正常<Z实<Z测，或者Z测<Z实<Z正常时，根据技术要求重复测量，便于分析其变化原因；Z实≥Z测，或者Z实≤Z测时，传感器通过传感器自我校准模块进行校准，校准后如能正常采集按正常步骤进行，如不能正常工作则需更换传感器。
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