CN108471314A - 一种基于fft变换的波形数据压缩方法 - Google Patents

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巩宇
李德华
郑松远
陈泽阳
栾大亮
王晓翼
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Beijing Huake Tongan Monitoring Technology Co Ltd
Peak and Frequency Regulation Power Generation Co of China Southern Power Grid Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
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Abstract

本发明属于数据处理技术领域，特别涉及一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，包括以下步骤：步骤1、将原始波形数据通过傅里叶变换得到频谱数据；步骤2、对频谱数据处理，得到特征频谱数据；步骤3、记录特征频谱数据的数值、相位及频率，形成谱线群；步骤4、对谱线群进行反傅里叶变换，得到原始波形数据，本发明的基于FFT变换的波形数据压缩方法，利用傅里叶变换进行波形数据压缩，其压缩比为20*3/(4*256)，约5.85%，可大大降低波形数据的传输及储存量，同时也能够满足振动、摆度及压力脉动分析要求。

Description

一种基于FFT变换的波形数据压缩方法
技术领域
本发明属于数据处理技术领域，特别涉及一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，主要应用于各种类型的水电机组稳态下振动、摆度、压力脉动和噪声等稳定性监测数据的压缩。
背景技术
近年来，水电机组振动、摆度、压力脉动和噪声等稳定性参数在线监测技术得到了快速
发展，并在很多水电厂得到了应用。由于水电站缺乏专业的使用人员，将在一定程度上影响水电机组稳定性参数在线监测系统在现场的使用，因此各大集团公司、流域公司均需要将各电站的水电机组稳定性参数在线监测数据传输至集团数据中心，由中心组织相应的专家对稳定性参数在线监测数据进行分析，为电站运行和检修维护提供参考意见，同时将各电站监测数据统一到集团公司也是目前各集团和流域公司管理上的需要。
为真正发挥集团数据中心的作用，需要各电站将相关机组的稳定性波形数据远程实时传输到数据中心。由于各电站所处位置比较偏僻和离散，各电站至远程数据中心的网络条件通常比较有限，网络带宽一般较小，而稳定性波形数据量比较庞大，以某500转的抽水蓄能机组为例，按每周期采集256点计算，单个测点每秒的数据量约为8.6k字节，按每台机组30个测点计算，每台机组每秒数据量约为258k字节，按1个电站4台机组计算，电站每秒需传输至远程数据中心的数据量约为1M字节，因此需要占用很大的带宽资源，一般电站均无法满足该要求。即使电站侧能满足要求，远程数据中心侧需要同时接收众多电站的数据，按10个电站计算，远程数据中心侧每秒需要同时接收10M字节的数据，因此至少需要100M字节以上的专用带宽，对带宽要求极高。
由此，在各电站直接将稳定性波形数据实时传输至远程数据中心需要极高的网络带宽，在网络带宽不够时就无法实现实时传输。为实现在较小的网络带宽内，将大容量的振动、摆度、压力脉动和噪声等稳定性监测数据实时传输至远程数据中心，本发明根据水电机组的运行特点和多年来的监测分析经验，结合稳定工况下的水电机组稳定性监测参数主要幅值成分通常集中在若干特征频率上的特点，开发一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，将数据压缩后进行传输，为在有限网络带宽内稳定性监测原始数据的实时可靠传输提供了技术保障。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷及存在的技术问题，本发明提供了一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，将波形数据通过傅里叶变换，形成离散的频谱数据，将频谱数据进行传输和存储，在需要使用波形数据时，再通过反傅里叶变换，将频谱数据恢复成波形数据，通过这样的转换，可以大大降低数据的传输及存储量，为远程分析诊断提供技术保障。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，包括以下步骤：
步骤1、将原始波形数据通过傅里叶变换得到频谱数据；
步骤2、对频谱数据处理，得到特征频谱数据；
步骤3、记录特征频谱数据的数值、相位及频率，形成谱线群；
步骤4、对谱线群进行反傅里叶变换，得到原始波形数据。
本发明的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，其中，步骤1中将原始波形数据每积累8个周期波形数据进行一次傅里叶数据变换，由于每个周期采集256个数据，转换前数据量为8*256个数据点，通过傅里叶转换后，得到4*256根谱线，形成频谱数据。
本发明的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，其中，步骤2中得到经步骤1中将原始波形数据通过傅里叶变换后的频谱数据，对频谱数据进行处理，由于谱线大多数值为0，对于数值等于0的谱线可以去除，另外，在振摆分析过程中，我们只关心数值较大的谱线，数据小的谱线对振摆分析没有意义，所以对于数值小的谱线也可以去除，通常我们对谱线进行排序，取最大的20根谱线即可。
本发明的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，其中，步骤3中将经步骤2对频谱数据处理，得到特征频谱数据进行数值、相位及频率的记录，形成谱线群，谱线群的数量为20*3。
本发明的有益效果是：对比现有技术，本发明的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，利用傅里叶变换进行波形数据压缩，其压缩比为20*3/(4*256)，约5.85%，可大大降低波形数据的传输及储存量，同时也能够满足振动、摆度及压力脉动分析要求。
附图说明
图1是本发明所述基于FFT变换的波形数据压缩方法的流程图。
图2是本发明实施例所述需要压缩的原始数据波形图。
图3是本发明实施例所述经频谱数据处理得到的谱线群波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，进一步阐明本发明的优点及相对于
现有技术的突出贡献，可以理解的，下述的实施例仅是对本发明较佳实施方案的详细说明，不应该解释为对本发明技术方案的任何限制。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
如图1所示的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，包括以下步骤：
步骤1、将原始波形数据通过傅里叶变换得到频谱数据；
步骤2、对频谱数据处理，得到特征频谱数据；
步骤3、记录特征频谱数据的数值、相位及频率，形成谱线群；
步骤4、对谱线群进行反傅里叶变换，得到原始波形数据。
如图2所示为本发明实施例所述需要压缩的原始数据，步骤1中将原始波形数据每积累8个周期波形数据进行一次傅里叶数据变换，由于每个周期采集256个数据，转换前数据量为8*256个数据点，通过傅里叶转换后，得到4*256根谱线，形成频谱数据。
步骤2中得到经步骤1中将原始波形数据通过傅里叶变换后的频谱数据，对频谱数据进行处理，由于谱线大多数值为0，对于数值等于0的谱线可以去除，另外，在振摆分析过程中，我们只关心数值较大的谱线，数据小的谱线对振摆分析没有意义，所以对于数值小的谱线也可以去除，通常我们对谱线进行排序，取最大的20根谱线即可。
如图3为对步骤2中得到特征频谱数据记录其数值、相位及频率得到的谱线群，谱线群的数量为20*3。
步骤4可对谱线群进行反傅里叶变换，变换回原始数据，到得的数据与原始数据比较基本没有失真。
本发明的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，利用傅里叶变换进行波形数据压缩，其压缩比为20*3/(4*256)，约5.85%，可大大降低波形数据的传输及储存量，同时也能够满足振动、摆度及压力脉动分析要求。

Claims (4)

1.一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将原始波形数据通过傅里叶变换得到频谱数据；
步骤2、对频谱数据处理，得到特征频谱数据；
步骤3、记录特征频谱数据的数值、相位及频率，形成谱线群；
步骤4、对谱线群进行反傅里叶变换，得到原始波形数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，其特征在于：所述步骤（1）中将原始波形数据每积累8个周期波形数据进行一次傅里叶数据变换，每个周期采集256个数据，转换前数据量为8*256个数据点，通过傅里叶转换后，得到4*256根谱线，形成频谱数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，其特征在于：所述步骤（2）中得到经步骤（1）中将原始波形数据通过傅里叶变换后的频谱数据，对频谱数据进行处理，谱线大多数值为0，将数值等于0的谱线去除，对谱线进行排序，取数值最大的20根谱线。
4.根据权利要求1所述的一种基于FFT变换的波形数据压缩方法，其特征在于：所述步骤（3）中将经步骤（2）对频谱数据处理，得到特征频谱数据进行数值、相位及频率的记录，形成谱线群，谱线群的数量为20*3。
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