CN111126859A - 一种基于工业互联网的数字采集系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于工业互联网的数字采集系统及方法，所述数字采集系统包括数据测量模块、数据接收模块和数据分析模块，所述数据测量模块用于测量燃气管道上的燃气数据，所述数据接收模块包括燃气门站接收模块和燃气调度中心接收模块，所述燃气门站接收模块用于燃气门站接收燃气管道传输的燃气数据，所述燃气调度中心接收模块用于燃气调度中心接收燃气门站传输的燃气数据，所述数据分析模块用于燃气调度中心根据燃气数据对燃气供应量进行调度分配。

Description

一种基于工业互联网的数字采集系统及方法
技术领域
本发明涉及工业互联网领域，具体是一种基于工业互联网的数字采集系统及方法。
背景技术
城市燃气调度，对城市供燃气系统的集中监控和指挥。为了达到燃气的供需平衡、确保安全供应、维持最佳工况和经济运行。城市燃气门站收集燃气的气源、输配和应用方面的情报，然后传送给燃气调度中心，燃气调度中心进行整理、分析、预测和判断，发出生产、输配、运行的指令。但是在燃气情报传输的过程中，会出现燃气调度中心收到错误燃气数据的情况，导致燃气的分配不合理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工业互联网的数字采集系统及方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于工业互联网的数字采集系统，所述数字采集系统包括数据测量模块、数据接收模块和数据分析模块，所述数据测量模块用于测量燃气管道上的燃气数据，所述数据接收模块包括燃气门站接收模块和燃气调度中心接收模块，所述燃气门站接收模块用于燃气门站接收燃气管道传输的燃气数据，所述燃气调度中心接收模块用于燃气调度中心接收燃气门站传输的燃气数据，所述数据分析模块用于燃气调度中心根据燃气数据对燃气供应量进行调度分配。
较优化地，所述数据测量模块包括测量参数设置模块、测量参数比较模块、次数清零模块和编号模块，所述测量参数设置模块用于设置测量燃气数据测量时间间隔和测量次数阈值，所述测量参数比较模块用于判断测量数据之间的间隔时间是否达到测量时间间隔，判断燃气数据的测量次数是否等于测量次数阈值，所述次数清零模块燃气数据的测量次数等于测量次数阈值室传输信号让燃气管道将燃气数据传输给燃气门站，并将测量次数清零重新计数，所述编号模块在传输燃气数据给燃气门站之前按照测量时间顺序对燃气数据进行编号，所述燃气门站接收模块包括数据可靠性检测模块和数据异常性检测模块，所述数据可靠性检测模块根据接收到燃气数据的编号是否连续，燃气数据个数是否等于测量次数阈值判断数据是否可靠，数据异常性检测模块根据燃气数据是否在测量阈值之内判断是否需要通知维修人员进行检查；所述燃气调度中心接收模块包括标识数据库、标识分配模块、报告生成模块、第一水印嵌入模块、中转站选取模块、中转检验模块、第二水印嵌入模块、中转传输模块和最终检验模块，所述标识数据库用于存储可分配给燃气门站的不重复的标识号和其相应的密钥，所述标识分配模块用于随机给各个燃气门站分配一个唯一的标识号和其相应的密钥，所述报告生成模块用于燃气门站将燃气数据根据接收顺序进行标号并生成周期测量报告，所述第一水印嵌入模块用于在周期测量报告上嵌入带有该燃气门站的接收到的标识号和其相应密钥的水印，所述中转站选取模块在各个燃气门站中随机选取一个中转燃气门站作为周期测量报告发送的中转站，所述中转检验模块用于在接收到的所有周期测量报告中随机选取n份周期测量报告提取其相应的水印，判断提取水印与标准水印之间的相关度，所述第二水印嵌入模块用于当提取水印与标准水印之间的相关度大于水印阈值时，在这n份周期测量报告上嵌入该中转燃气门站接收到的标识号和其相应密钥的水印，所述中转传输模块用于在判定周期测量报告未被修改的情况下，中转燃气门站将所有的周期测量报告传输给燃气调度中心，所述最终检验模块用于检验每份周期测量报告上的水印与标准水印之间的相关度和每份周期测量报告上的水印个数。
较优化地，所述数据分析模块包括燃气供应量分配策略库和策略调整判断模块，所述燃气供应量分配策略库用于存储各种燃气数据情况下的燃气供应量，所述策略调整判断模块根据接收到的周期测量报告，判断相应的燃气门站的燃气数据是否满足分配策略调整条件，并在满足条件时调整该燃气门站的燃气供应量。
一种基于工业互联网的数字采集方法，所述数字采集方法包括以下步骤：
步骤S1：测量节点传输燃气数据给相应的燃气门站；
步骤S2：各个燃气门站根据接收到的燃气数据生成周期测量报告传输给燃气调度中心；
步骤S3：燃气调度中心根据接收到的周期测量报告对燃气供应量进行调度分配。
较优化地，所述步骤S1包括：
步骤S11：在燃气门站的各个燃气管道上设置用于测量燃气数据的测量节点；
步骤S12：设置测量燃气数据测量时间间隔和测量次数阈值；
步骤S13：测量节点根据测量时间间隔测量燃气管道的燃气数据，每测量一次燃气数据，测量次数加一；
步骤S14：判断燃气数据的测量次数是否等于测量次数阈值如果是，将测量次数小于等于测量次数阈值时测量到的燃气数据按照测量时间顺序对燃气数据进行编号后传输给燃气门站，测量次数清零重新计数，转步骤S13，否则，转步骤S13；
步骤S15：燃气门站判断接收到燃气数据的编号是否连续，燃气数据个数是否等于测量次数阈值，如果是，转步骤S16，,如果否，测量节点重新发送上述燃气数据；
步骤S16：判断每个燃气数据是否在测量阈值之内，如果否，通知维修人员进行检查。
较优化地，所述步骤S2包括：
步骤S21：设置标识数据库和传输周期，所述标识数据库内设置有不重复的标识号和其相应的密钥，所述传输周期为燃气门站传输燃气数据给燃气调度中心的周期；
步骤S22：当达到传输周期时，给各个燃气门站分配一个唯一的标识号和其相应的密钥；
步骤S23：燃气门站将燃气数据根据接收顺序进行标号，生成周期测量报告，并在周期测量报告上嵌入带有该燃气门站的接收到的标识号和其相应密钥的水印；
步骤S24：在各个燃气门站中任选一个中转燃气门站，各个燃气门站将周期测量报告发送给中转燃气门站；
步骤S25：中转燃气门站接收到周期测量报告后，任选n份周期测量报告提取其相应的水印，如果所有提取水印与标准水印之间的相关度均大于水印阈值，在这n份周期测量报告上嵌入该中转燃气门站接收到的标识号和其相应密钥的水印后，判定周期测量报告未被修改，将所有的周期测量报告传输给燃气调度中心，否则，判定周期测量报告被修改，重新给各个燃气门站分配标识号，重新发送周期测量报告；
步骤S26：燃气调度中心提取所有燃气门站的周期测量报告上的水印，如果所有提取的周期测量报告上的水印与标准水印之间的相关度均大于水印阈值，并且每个周期测量报告上提取的水印的个数与标准个数一致时，则判定周期测量报告未被修改，否则，判定周期测量报告被修改，重新给各个燃气门站分配标识号，重新发送周期测量报告。
较优化地，所述步骤S3包括：
步骤S31：预先设置各种燃气数据情况下的燃气供应量分配策略库；
步骤S32：根据接收到的周期测量报告，判断相应的燃气门站的燃气数据是否满足分配策略调整条件，如果是，从策略库中选择相应的策略调整分配给该燃气门站的燃气供应量，否则，该燃气门站的燃气供应量不变。
较优化地，所述步骤S32中判断相应的燃气门站的燃气数据是否满足分配策略调整条件包括：
判断该燃气门站的燃气数据是否与在原燃气供应量所对应的燃气数据波动范围之内，如果是，则该燃气门站不满足分配策略调整条件，如果不是，则该燃气门站满足分配策略调整条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过给燃气门站分配标识号，给周期测量报告嵌入水印，方便对周期报告作出多重检验，防止周期测量报告在传输过程中被修改，提高周期测量报告的安全性，防止燃气调度中心根据错误的周期测量报告作出不合理的燃气调度分配，影响燃气的正常使用。
附图说明
图1为本发明一种基于工业互联网的数字采集系统的模块示意图；
图2为本发明一种基于工业互联网的数字采集方法的流程示意图；
图3为本发明一种基于工业互联网的数字采集方法的步骤S1的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种基于工业互联网的数字采集系统，所述数字采集系统包括数据测量模块、数据接收模块和数据分析模块，所述数据测量模块用于测量燃气管道上的燃气数据，所述数据接收模块包括燃气门站接收模块和燃气调度中心接收模块，所述燃气门站接收模块用于燃气门站接收燃气管道传输的燃气数据，所述燃气调度中心接收模块用于燃气调度中心接收燃气门站传输的燃气数据，所述数据分析模块用于燃气调度中心根据燃气数据对燃气供应量进行调度分配。
所述数据测量模块包括测量参数设置模块、测量参数比较模块、次数清零模块和编号模块，所述测量参数设置模块用于设置测量燃气数据测量时间间隔和测量次数阈值，所述测量参数比较模块用于判断测量数据之间的间隔时间是否达到测量时间间隔，判断燃气数据的测量次数是否等于测量次数阈值，所述次数清零模块燃气数据的测量次数等于测量次数阈值室传输信号让燃气管道将燃气数据传输给燃气门站，并将测量次数清零重新计数，所述编号模块在传输燃气数据给燃气门站之前按照测量时间顺序对燃气数据进行编号，所述燃气门站接收模块包括数据可靠性检测模块和数据异常性检测模块，所述数据可靠性检测模块根据接收到燃气数据的编号是否连续，燃气数据个数是否等于测量次数阈值判断数据是否可靠，数据异常性检测模块根据燃气数据是否在测量阈值之内判断是否需要通知维修人员进行检查；所述燃气调度中心接收模块包括标识数据库、标识分配模块、报告生成模块、第一水印嵌入模块、中转站选取模块、中转检验模块、第二水印嵌入模块、中转传输模块和最终检验模块，所述标识数据库用于存储可分配给燃气门站的不重复的标识号和其相应的密钥，所述标识分配模块用于随机给各个燃气门站分配一个唯一的标识号和其相应的密钥，所述报告生成模块用于燃气门站将燃气数据根据接收顺序进行标号并生成周期测量报告，所述第一水印嵌入模块用于在周期测量报告上嵌入带有该燃气门站的接收到的标识号和其相应密钥的水印，所述中转站选取模块在各个燃气门站中随机选取一个中转燃气门站作为周期测量报告发送的中转站，所述中转检验模块用于在接收到的所有周期测量报告中随机选取n份周期测量报告提取其相应的水印，判断提取水印与标准水印之间的相关度，所述第二水印嵌入模块用于当提取水印与标准水印之间的相关度大于水印阈值时，在这n份周期测量报告上嵌入该中转燃气门站接收到的标识号和其相应密钥的水印，所述中转传输模块用于在判定周期测量报告未被修改的情况下，中转燃气门站将所有的周期测量报告传输给燃气调度中心，所述最终检验模块用于检验每份周期测量报告上的水印与标准水印之间的相关度和每份周期测量报告上的水印个数。
所述数据分析模块包括燃气供应量分配策略库和策略调整判断模块，所述燃气供应量分配策略库用于存储各种燃气数据情况下的燃气供应量，所述策略调整判断模块根据接收到的周期测量报告，判断相应的燃气门站的燃气数据是否满足分配策略调整条件，并在满足条件时调整该燃气门站的燃气供应量。
一种基于工业互联网的数字采集方法，所述数字采集方法包括以下步骤：
步骤S1：测量节点传输燃气数据给相应的燃气门站：
步骤S11：在燃气门站的各个燃气管道上设置用于测量燃气数据的测量节点；
步骤S12：设置测量燃气数据测量时间间隔和测量次数阈值；
步骤S13：测量节点根据测量时间间隔测量燃气管道的燃气数据，每测量一次燃气数据，测量次数加一；
步骤S14：判断燃气数据的测量次数是否等于测量次数阈值如果是，将测量次数小于等于测量次数阈值时测量到的燃气数据按照测量时间顺序对燃气数据进行编号后传输给燃气门站，测量次数清零重新计数，转步骤S13，否则，转步骤S13；
步骤S15：燃气门站判断接收到燃气数据的编号是否连续，燃气数据个数是否等于测量次数阈值，如果是，转步骤S16，,如果否，测量节点重新发送上述燃气数据；
步骤S16：判断每个燃气数据是否在测量阈值之内，如果否，通知维修人员进行检查。
通过将测量到的燃气数据编号后再传输，防止传输数据时燃气数据漏传，提高传输燃气数据的可靠性。
步骤S2：各个燃气门站根据接收到的燃气数据生成周期测量报告传输给燃气调度中心：
步骤S21：设置标识数据库和传输周期，所述标识数据库内设置有不重复的标识号和其相应的密钥，所述传输周期为燃气门站传输燃气数据给燃气调度中心的周期；
步骤S22：当达到传输周期时，给各个燃气门站分配一个唯一的标识号和其相应的密钥；
步骤S23：燃气门站将燃气数据根据接收顺序进行标号，生成周期测量报告，并在周期测量报告上嵌入带有该燃气门站的接收到的标识号和其相应密钥的水印；
步骤S24：在各个燃气门站中任选一个中转燃气门站，各个燃气门站将周期测量报告发送给中转燃气门站；
步骤S25：中转燃气门站接收到周期测量报告后，任选n份周期测量报告提取其相应的水印，如果所有提取水印与标准水印之间的相关度均大于水印阈值，在这n份周期测量报告上嵌入该中转燃气门站接收到的标识号和其相应密钥的水印后，判定周期测量报告未被修改，将所有的周期测量报告传输给燃气调度中心，否则，判定周期测量报告被修改，重新给各个燃气门站分配标识号，重新发送周期测量报告；
步骤S26：燃气调度中心提取所有燃气门站的周期测量报告上的水印，如果所有提取的周期测量报告上的水印与标准水印之间的相关度均大于水印阈值，并且每个周期测量报告上提取的水印的个数与标准个数一致时，则判定周期测量报告未被修改，否则，判定周期测量报告被修改，重新给各个燃气门站分配标识号，重新发送周期测量报告，如果周期测量报告被中转燃气门站添加过水印，则该周期测量报告上的水印的个数为2个，如果周期测量报告没有被中转燃气门站添加过水印，则该周期测量报告上提取的水印的个数为1个。
通过给燃气门站分配标识号，给周期测量报告嵌入水印，方便对周期报告作出多重检验，防止周期测量报告在传输过程中被修改，提高周期测量报告的安全性，防止燃气调度中心根据错误的周期测量报告作出不合理的燃气调度分配，影响燃气的正常使用；在给分配标识号、选取中转燃气门站时、中转燃气门站任选n份周期测量报告进行检验时均具有随机性，增加了外界威胁试图破坏修改燃气数据的难度。
步骤S3：燃气调度中心根据接收到的周期测量报告对燃气供应量进行调度分配：
步骤S31：预先设置各种燃气数据情况下的燃气供应量分配策略库；
步骤S32：根据接收到的周期测量报告，判断该燃气门站的燃气数据是否与在原燃气供应量所对应的燃气数据波动范围之内，如果是，则该燃气门站不满足分配策略调整条件，该燃气门站的燃气供应量不变，如果不是，则该燃气门站满足分配策略调整条件，当该燃气门站的燃气数据大于原燃气供应量所对应的燃气数据波动范围的最大值时，将燃气供应量增加到策略库中该燃气门站的燃气数据所在的燃气供应量；当该燃气门站的燃气数据小于原燃气供应量所对应的燃气数据波动范围的最小值时，将燃气供应量减小到策略库中该燃气门站的燃气数据所在的燃气供应量。将实际测量到的燃气数据与策略库中的燃气数据进行比对，使得燃气供应量合理分配，防止燃气供应不足或燃气过渡供应。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种基于工业互联网的数字采集系统，其特征在于：所述数字采集系统包括数据测量模块、数据接收模块和数据分析模块，所述数据测量模块用于测量燃气管道上的燃气数据，所述数据接收模块包括燃气门站接收模块和燃气调度中心接收模块，所述燃气门站接收模块用于燃气门站接收燃气管道传输的燃气数据，所述燃气调度中心接收模块用于燃气调度中心接收燃气门站传输的燃气数据，所述数据分析模块用于燃气调度中心根据燃气数据对燃气供应量进行调度分配。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网的数字采集系统，其特征在于：所述数据测量模块包括测量参数设置模块、测量参数比较模块、次数清零模块和编号模块，所述测量参数设置模块用于设置测量燃气数据测量时间间隔和测量次数阈值，所述测量参数比较模块用于判断测量数据之间的间隔时间是否达到测量时间间隔，判断燃气数据的测量次数是否等于测量次数阈值，所述次数清零模块燃气数据的测量次数等于测量次数阈值室传输信号让燃气管道将燃气数据传输给燃气门站，并将测量次数清零重新计数，所述编号模块在传输燃气数据给燃气门站之前按照测量时间顺序对燃气数据进行编号，所述燃气门站接收模块包括数据可靠性检测模块和数据异常性检测模块，所述数据可靠性检测模块根据接收到燃气数据的编号是否连续，燃气数据个数是否等于测量次数阈值判断数据是否可靠，数据异常性检测模块根据燃气数据是否在测量阈值之内判断是否需要通知维修人员进行检查；所述燃气调度中心接收模块包括标识数据库、标识分配模块、报告生成模块、第一水印嵌入模块、中转站选取模块、中转检验模块、第二水印嵌入模块、中转传输模块和最终检验模块，所述标识数据库用于存储可分配给燃气门站的不重复的标识号和其相应的密钥，所述标识分配模块用于随机给各个燃气门站分配一个唯一的标识号和其相应的密钥，所述报告生成模块用于燃气门站将燃气数据根据接收顺序进行标号并生成周期测量报告，所述第一水印嵌入模块用于在周期测量报告上嵌入带有该燃气门站的接收到的标识号和其相应密钥的水印，所述中转站选取模块在各个燃气门站中随机选取一个中转燃气门站作为周期测量报告发送的中转站，所述中转检验模块用于在接收到的所有周期测量报告中随机选取n份周期测量报告提取其相应的水印，判断提取水印与标准水印之间的相关度，所述第二水印嵌入模块用于当提取水印与标准水印之间的相关度大于水印阈值时，在这n份周期测量报告上嵌入该中转燃气门站接收到的标识号和其相应密钥的水印，所述中转传输模块用于在判定周期测量报告未被修改的情况下，中转燃气门站将所有的周期测量报告传输给燃气调度中心，所述最终检验模块用于检验每份周期测量报告上的水印与标准水印之间的相关度和每份周期测量报告上的水印个数。
3.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网的数字采集系统，其特征在于：所述数据分析模块包括燃气供应量分配策略库和策略调整判断模块，所述燃气供应量分配策略库用于存储各种燃气数据情况下的燃气供应量，所述策略调整判断模块根据接收到的周期测量报告，判断相应的燃气门站的燃气数据是否满足分配策略调整条件，并在满足条件时调整该燃气门站的燃气供应量。
4.一种基于工业互联网的数字采集方法，其特征在于：所述数字采集方法包括以下步骤：
步骤S1：测量节点传输燃气数据给相应的燃气门站；
步骤S2：各个燃气门站根据接收到的燃气数据生成周期测量报告传输给燃气调度中心；
步骤S3：燃气调度中心根据接收到的周期测量报告对燃气供应量进行调度分配。
5.根据权利要求4所述的一种基于工业互联网的数字采集方法，其特征在于：所述步骤S1包括：
步骤S11：在燃气门站的各个燃气管道上设置用于测量燃气数据的测量节点；
步骤S12：设置测量燃气数据测量时间间隔和测量次数阈值；
步骤S13：测量节点根据测量时间间隔测量燃气管道的燃气数据，每测量一次燃气数据，测量次数加一；
步骤S14：判断燃气数据的测量次数是否等于测量次数阈值如果是，将测量次数小于等于测量次数阈值时测量到的燃气数据按照测量时间顺序对燃气数据进行编号后传输给燃气门站，测量次数清零重新计数，转步骤S13，否则，转步骤S13；
步骤S15：燃气门站判断接收到燃气数据的编号是否连续，燃气数据个数是否等于测量次数阈值，如果是，转步骤S16，,如果否，测量节点重新发送上述燃气数据；
步骤S16：判断每个燃气数据是否在测量阈值之内，如果否，通知维修人员进行检查。
6.根据权利要求4所述的一种基于工业互联网的数字采集方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
步骤S21：设置标识数据库和传输周期，所述标识数据库内设置有不重复的标识号和其相应的密钥，所述传输周期为燃气门站传输燃气数据给燃气调度中心的周期；
步骤S22：当达到传输周期时，给各个燃气门站分配一个唯一的标识号和其相应的密钥；
步骤S23：燃气门站将燃气数据根据接收顺序进行标号，生成周期测量报告，并在周期测量报告上嵌入带有该燃气门站的接收到的标识号和其相应密钥的水印；
步骤S24：在各个燃气门站中任选一个中转燃气门站，各个燃气门站将周期测量报告发送给中转燃气门站；
步骤S25：中转燃气门站接收到周期测量报告后，任选n份周期测量报告提取其相应的水印，如果所有提取水印与标准水印之间的相关度均大于水印阈值，在这n份周期测量报告上嵌入该中转燃气门站接收到的标识号和其相应密钥的水印后，判定周期测量报告未被修改，将所有的周期测量报告传输给燃气调度中心，否则，判定周期测量报告被修改，重新给各个燃气门站分配标识号，重新发送周期测量报告；
步骤S26：燃气调度中心提取所有燃气门站的周期测量报告上的水印，如果所有提取的周期测量报告上的水印与标准水印之间的相关度均大于水印阈值，并且每个周期测量报告上提取的水印的个数与标准个数一致时，则判定周期测量报告未被修改，否则，判定周期测量报告被修改，重新给各个燃气门站分配标识号，重新发送周期测量报告。
7.根据权利要求4所述的一种基于工业互联网的数字采集方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
步骤S31：预先设置各种燃气数据情况下的燃气供应量分配策略库；
步骤S32：根据接收到的周期测量报告，判断相应的燃气门站的燃气数据是否满足分配策略调整条件，如果是，从策略库中选择相应的策略调整分配给该燃气门站的燃气供应量，否则，该燃气门站的燃气供应量不变。
8.根据权利要求7所述的一种基于工业互联网的数字采集方法，其特征在于：所述步骤S32中判断相应的燃气门站的燃气数据是否满足分配策略调整条件包括：
判断该燃气门站的燃气数据是否与在原燃气供应量所对应的燃气数据波动范围之内，如果是，则该燃气门站不满足分配策略调整条件，如果不是，则该燃气门站满足分配策略调整条件。
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