CN110266785B - 一种高压氧舱数据通信传输方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高压氧舱数据通信传输方法及系统，分时间段对高压氧舱中的传感终端进行信息采集形成传感数据备份；通过集中式服务器体系对所述传感数据进行融合计算，所述融合计算采用最小二乘法拟合真实数据；对所述传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量，将所述实际物理量进行显示并通过无线传输技术转发到网关，实际物理量通过网关输送到服务器，所述服务器将实际物理量分发到控制终端。对高压氧舱中的多源智能传感器信号进行采集，基于多信道传感信号数据融合，降低传感数据采集的冗余性并提高精确性，降低信号传输过程的功耗，形成高传输效率、高稳定性的信号传输解决方案，实现高压氧舱数据高共享性、高可靠性和高安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压氧舱数据通信传输方法及系统，属于数据通信领域。
背景技术
高压氧舱治疗在高压氧临床医学中具有独特疗效和广泛发展前途，通过高压氧舱将病人置于高于一个大气压环境中吸收纯氧，所吸氧的浓度为85％～99％，血氧含量是常压下吸氧的数倍，能有效提高血氧张力和含量，对治疗急慢性缺氧性疾病有特殊疗效。随着高压氧舱的广泛应用，传统氧舱在多源智能传感器的信息传输方面，已无法满足当前发展需求，且在运行过程中也暴露出诸如传感器信号数据冗余性大和精确度低、传感器信号采集无法实现自动控制，传感器之间信号干扰和噪声，氧舱的使用过程无法自动记录和被监管等一系列问题，使得操控人员难以准确、可靠掌握所有数据的变化，使得政府相关部门无法对高压氧舱的使用进行有效监管，以保证高压氧舱在医疗使用过程中的安全及状态实时监控存储。
高压氧舱中的传感器数据由于构成了冗余，传输过程需要大量的网络带宽，造成网络传输或者信息处理的资源浪费，并且信号多信道传输的噪声干扰问题容易降低数据传输传输的准确性，造成数据处理系统的可靠性降低并形成误判指令，降低高压氧舱的安全性能。高压氧舱中的多源智能传感器信号传输的效率较低且功耗大，而且针对呈网络分布的多目标氧舱的实时监测能力不足。传统的高压氧舱的各项传感器参数，一般通过上位机等本地设备完成存储，高压氧舱的使用记录包括操舱人员和使用时间，只能通过手动人工记录，无法保证在每次使用过程中的可监控性，数据无法实时共享给政府监管部门。共享性和安全性差，不能有效地完成信息网络的监测、接收与发送。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种高压氧舱数据通信传输方法及系统，对高压氧舱中的多源智能传感器信号进行采集，基于多信道传感信号数据融合，降低传感数据采集的冗余性并提高精确性，降低信号传输过程的功耗，形成高传输效率、高稳定性的信号传输解决方案，实现高压氧舱数据高共享性、高可靠性和高安全性。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高压氧舱数据通信传输方法，分时间段对高压氧舱中的传感终端进行信息采集形成传感数据备份；通过集中式服务器体系对所述传感数据进行融合计算，所述融合计算采用最小二乘法拟合真实数据；对所述传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量，将所述实际物理量进行显示并通过无线传输技术转发到网关，实际物理量通过网关输送到服务器，所述服务器将实际物理量分发到控制终端。
作为高压氧舱数据通信传输方法的优选方案，所述无线传输技术采用无线ZigBee通信技术，传感终端将所述网关中的IP地址加入到路由器中使传感终端加入到互联网。
作为高压氧舱数据通信传输方法的优选方案，所述网关与服务器之间通过Socket技术进行通信，所述控制终端与所述服务器之间通过Socket技术进行数据的相互访问。
作为高压氧舱数据通信传输方法的优选方案，所述无线传输技术采用基于5G蜂窝网络的NB-IoT模块，所述NB-IoT模块包括信令采集单元和信令监测单元，所述信令采集单元通过信令接口采集包括所述实际物理量的原始信令数据，对所述原始信令数据进行封装和时间戳标记后分发到所述信令监测单元。
作为高压氧舱数据通信传输方法的优选方案，所述信令采集单元接收信令采集服务器发送的全集信令数据，对所述全集信令数据进行解析处理；所述信令监测单元接收控制终端的控制请求，信令监测单元根据所述控制请求向控制终端传输信令数据。
作为高压氧舱数据通信传输方法的优选方案，采用语音关键字对话对高压氧舱中的执行器进行开关控制。
本发明实施例提供一种高压氧舱数据通信传输系统，包括传感终端、服务器、无线传输单元、网关和控制终端：
所述传感终端分时间段对高压氧舱进行信息采集形成传感数据备份；所述服务器采用集中式体系对所述传感数据进行融合计算，所述融合计算采用最小二乘法拟合真实数据，对所述传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量，将所述实际物理量进行显示并通过无线传输单元转发到所述网关，所述网关将实际物理量输送到服务器，所述服务器将实际物理量分发到所述控制终端。
作为高压氧舱数据通信传输系统的优选方案，所述无线传输单元采用无线ZigBee通信模块，所述传感终端将所述网关中的IP地址加入到路由器中使传感终端加入到互联网；所述网关与服务器之间通过Socket技术进行通信，所述控制终端与所述服务器之间通过Socket技术进行数据的相互访问。
作为高压氧舱数据通信传输系统的优选方案，所述无线传输单元采用基于5G蜂窝网络的NB-IoT模块，所述NB-IoT模块包括信令采集单元和信令监测单元，所述信令采集单元通过信令接口采集包括所述实际物理量的原始信令数据，对所述原始信令数据进行封装和时间戳标记后分发到所述信令监测单元。
作为高压氧舱数据通信传输系统的优选方案，还包括语音控制单元，所述语音控制单元采用语音关键字对话对高压氧舱中的执行器进行开关控制。
本发明的有益效果是：针对高压氧舱中的多源智能传感器信号进行采集，基于多信道传感信号数据融合，降低传感数据采集的冗余性并提高精确性。通过应用传感器通信传输技术，极大地降低信号传输过程的功耗，形成高传输效率、高稳定性的信号传输解决方案。采用集中式体系结构，处理来自传感器的原始数据，数据信息损失较小，采用最小二乘法拟合真实数据，在减轻系统负荷的同时，达到较高的精度。形成高传输效率、高稳定性的信号传输解决方案，实现高压氧舱数据高共享性、高可靠性和高安全性。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的高压氧舱数据通信传输方法流程示意图；
图2为本发明实施例中提供的高压氧舱数据通信传输方法中传感数据融合计算示意图；
图3为本发明实施例中提供的高压氧舱数据通信传输系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1，提供一种高压氧舱数据通信传输方法，包括以下步骤：
S1：分时间段对高压氧舱中的传感终端进行信息采集形成传感数据备份；
S2：通过集中式服务器体系对所述传感数据进行融合计算，所述融合计算采用最小二乘法拟合真实数据；
S3：对所述传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量；
S4：将所述实际物理量进行显示并通过无线传输技术转发到网关，实际物理量通过网关输送到服务器；
S5：所述服务器将实际物理量分发到控制终端。
具体的，针对高压氧舱中多源传感器的信号采集和处理需求，采用集中式服务器体系结构，处理来自传感器的原始数据，优点是数据信息损失较小，为了保证系统通信能力，减轻融合计算的负担，可以采用最小二乘法拟合真实数据，在减轻系统负荷的同时，达到较高的精度。参见图2，多传感器信息融合技术的基本原理是将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。在这个过程中要充分地利用多源数据进行合理支配与使用，而信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息，通过对信息多级别、多方面组合导出更多有用信息。利用了多个传感器相互协同操作的优势，而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化。集中式体系将各传感器获得的原始数据直接送至中央处理器进行融合处理，可以实现实时融合，其数据处理的精度高，算法灵活。
具体的，最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。最小二乘法还可用于曲线拟合。其他一些优化问题也可通过最小化能量或最大化熵用最小二乘法来表达。具体实现方式可以参见蒋博和蔡晓龙在《数字技术与应用》中发表的基于matlab的移动最小二乘法数据拟合。
具体的，标度变换的最终目的是直接通过硬件将传感终端送出的传感数据变为想得到的值，标度变换最终将传感终端检测的对象参数的二进制数值还原变换为原物理量的工程实际值。
高压氧舱数据通信传输方法的一个实施例中，所述无线传输技术采用无线ZigBee通信技术，传感终端将所述网关中的IP地址加入到路由器中使传感终端加入到互联网。所述网关与服务器之间通过Socket技术进行通信，所述控制终端与所述服务器之间通过Socket技术进行数据的相互访问。网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个Socket，Socket又称"套接字"，应用程序通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。Socket是“open—write/read—close”模式的一种实现。
高压氧舱数据通信传输方法的一个实施例中，所述无线传输技术采用基于5G蜂窝网络的NB-IoT模块，所述NB-IoT模块包括信令采集单元和信令监测单元，所述信令采集单元通过信令接口采集包括所述实际物理量的原始信令数据，对所述原始信令数据进行封装和时间戳标记后分发到所述信令监测单元。所述信令采集单元接收信令采集服务器发送的全集信令数据，对所述全集信令数据进行解析处理；所述信令监测单元接收控制终端的控制请求，信令监测单元根据所述控制请求向控制终端传输信令数据。
具体的，NB-IoT蜂窝技术(窄带蜂窝物联网)是全球统一移动物联网标准，依托蜂窝网络，建设覆盖广泛、低功耗、大连接的网络，是低功率广域网络(LPWA)领域最佳的解决方案，特别适合集群式与广域分布的高压氧舱通信传输与互连监测。NB-IoT模块可设计为信令采集单元和信令监测单元。信令监测单元从5G网络中获取原始信令数据，例如4G网络的策略与计费规则功能单元/归属签约用户服务器等网元，第三方的应用系统通过订阅方式从信令监测单元获取需要的数据。信令采集单元主要负责采集5G网中信令接口的原始信令数据，以及将数据进行统一封装，打上时间戳，并将全集信令数据分发到信令监测平台或其它平台系统。信令监测单元接收信令采集服务器发送的全集信令数据，并且对全集信令数据进行解析处理，实现基本应用部分。同时信令监测单元接收第三方系统的订阅请求，并根据第三方系统的订阅需求，向其共享其所需的信令数据(包括全集信令数据及业务信令数据)。
高压氧舱数据通信传输方法的一个实施例中，采用语音关键字对话对高压氧舱中的执行器进行开关控制。具体的，语音关键字控制通过在连续语音流中检测出一组给定的关键词执行相关控制命令，语音关键字不需要对非关键词的精确识别，只需要检测出关键词即可，降低了对语音识别系统的要求，拓展了系统的适用条件。
参见图3，本发明实施例提供一种高压氧舱数据通信传输系统，包括传感终端1、服务器2、无线传输单元3、网关4和控制终端5：
所述传感终端1分时间段对高压氧舱进行信息采集形成传感数据备份；所述服务器2采用集中式体系对所述传感数据进行融合计算，所述融合计算采用最小二乘法拟合真实数据，对所述传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量，将所述实际物理量进行显示并通过无线传输单元3转发到所述网关4，所述网关4将实际物理量输送到服务器2，所述服务器2将实际物理量分发到所述控制终端5。
高压氧舱数据通信传输系统的一个实施例中，所述无线传输单元3采用无线ZigBee通信模块6，所述传感终端1将所述网关4中的IP地址加入到路由器中使传感终端1加入到互联网；所述网关4与服务器2之间通过Socket技术进行通信，所述控制终端5与所述服务器2之间通过Socket技术进行数据的相互访问。网关4可以采用CC2530模块和ARM处理器。控制终端5与网关4之间的通信使用ZigBee无线技术。将网关4中的IP地址加入到路由器中通过此方式加入到互联网中，网关4与服务器2之间使用Socket技术进行通信，控制终端5与服务器2之间也是通过Socket技术进行数据的相互访问。最终实现后台操作人员通过控制终端5比如手机和电脑对终端设备的控制。还可以设计语音控制单元10，所述语音控制单元10采用语音关键字对话对高压氧舱中的执行器进行开关控制，用户还可以通过语音关键字对话进行对高压氧舱中的执行器等进行开关控制，增强用户的体验感。
高压氧舱数据通信传输系统的一个实施例中，所述无线传输单元3采用基于5G蜂窝网络的NB-IoT模块7，所述NB-Iot模块7包括信令采集单元8和信令监测单元9，所述信令采集单元8通过信令接口采集包括所述实际物理量的原始信令数据，对所述原始信令数据进行封装和时间戳标记后分发到所述信令监测单元9。所述信令采集单元8接收信令采集服务器2发送的全集信令数据，对所述全集信令数据进行解析处理；所述信令监测单元9接收控制终端5的控制请求，信令监测单元9根据所述控制请求向控制终端5传输信令数据。
本发明技术方案中传感终端1分时间段对高压氧舱进行信息采集形成传感数据备份；服务器2采用集中式体系对传感数据进行融合计算，融合计算采用最小二乘法拟合真实数据，对传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量，将实际物理量进行显示并通过无线传输单元3转发到网关4，网关4将实际物理量输送到服务器2，服务器2将实际物理量分发到控制终端5。针对高压氧舱中的多源智能传感器信号进行采集，基于多信道传感信号数据融合，降低传感数据采集的冗余性并提高精确性。通过应用传感器通信传输技术，极大地降低信号传输过程的功耗，形成高传输效率、高稳定性的信号传输解决方案。采用集中式体系结构，处理来自传感器的原始数据，数据信息损失较小，采用最小二乘法拟合真实数据，在减轻系统负荷的同时，达到较高的精度。形成高传输效率、高稳定性的信号传输解决方案，实现高压氧舱数据高共享性、高可靠性和高安全性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种高压氧舱数据通信传输方法，其特征在于，分时间段对高压氧舱中的传感终端进行信息采集形成传感数据备份；通过集中式服务器体系对所述传感数据进行融合计算，所述融合计算采用最小二乘法拟合真实数据；对所述传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量，将所述实际物理量进行显示并通过无线传输技术转发到网关，实际物理量通过网关输送到服务器，所述服务器将实际物理量分发到控制终端；
所述无线传输技术采用基于5G蜂窝网络的NB-IoT模块，所述NB-IoT模块包括信令采集单元和信令监测单元，所述信令采集单元通过信令接口采集包括所述实际物理量的原始信令数据，对所述原始信令数据进行封装和时间戳标记后分发到所述信令监测单元；
所述信令采集单元接收信令采集服务器发送的全集信令数据，对所述全集信令数据进行解析处理；所述信令监测单元接收控制终端的控制请求，信令监测单元根据所述控制请求向控制终端传输信令数据。
2.根据权利要求1所述的一种高压氧舱数据通信传输方法，其特征在于，所述无线传输技术采用无线ZigBee通信技术，传感终端将所述网关中的IP地址加入到路由器中使传感终端加入到互联网。
3.根据权利要求1所述的一种高压氧舱数据通信传输方法，其特征在于，所述网关与服务器之间通过Socket技术进行通信，所述控制终端与所述服务器之间通过Socket技术进行数据的相互访问。
4.根据权利要求1所述的一种高压氧舱数据通信传输方法，其特征在于，采用语音关键字对话对高压氧舱中的执行器进行开关控制。
5.一种高压氧舱数据通信传输系统，其特征在于，包括传感终端、服务器、无线传输单元、网关和控制终端：
所述传感终端分时间段对高压氧舱进行信息采集形成传感数据备份；所述服务器采用集中式体系对所述传感数据进行融合计算，所述融合计算采用最小二乘法拟合真实数据，对所述传感数据进行标度变换形成高压氧舱内的实际物理量，将所述实际物理量进行显示并通过无线传输单元转发到所述网关，所述网关将实际物理量输送到服务器，所述服务器将实际物理量分发到所述控制终端；
所述无线传输单元采用基于5G蜂窝网络的NB-IoT模块，所述NB-IoT模块包括信令采集单元和信令监测单元，所述信令采集单元通过信令接口采集包括所述实际物理量的原始信令数据，对所述原始信令数据进行封装和时间戳标记后分发到所述信令监测单元。
6.根据权利要求5所述的一种高压氧舱数据通信传输系统，其特征在于，所述无线传输单元采用无线ZigBee通信模块，所述传感终端将所述网关中的IP地址加入到路由器中使传感终端加入到互联网；所述网关与服务器之间通过Socket技术进行通信，所述控制终端与所述服务器之间通过Socket技术进行数据的相互访问。
7.根据权利要求5所述的一种高压氧舱数据通信传输系统，其特征在于，还包括语音控制单元，所述语音控制单元采用语音关键字对话对高压氧舱中的执行器进行开关控制。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2016184649A1 (de) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | Endress+Hauser Process Solutions Ag | Automatisierter topologiescan |
| CN106227660A (zh) * | 2016-07-21 | 2016-12-14 | 中国科学院计算技术研究所 | 一种用于模拟真实物理环境的仿真数据生成方法 |
| CN107424381A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-12-01 | 河海大学常州校区 | 一种用于空巢老人的室内监测系统 |
-
2019
- 2019-06-14 CN CN201910513515.4A patent/CN110266785B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016184649A1 (de) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | Endress+Hauser Process Solutions Ag | Automatisierter topologiescan |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 大型临床医疗设备智能管理平台的设计与实现;蔡健;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20190115;第12-58页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110266785A (zh) | 2019-09-20 |
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