CN113170241B - 用于在网络中收集数据的方法、传感器、消耗量表、数据收集器和网络 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于利用多个传感器(1)在网络中收集数据的方法，该数据优选地是在本地传感器(1)的操作的背景下与消耗量、物理或物理化学参数和/或操作状态相关的数据，该本地传感器(1)优选地是用于作为供应网络的一部分的消耗量表(10)的传感器(1)，该消耗量表(10)包括至少一个本地传感器(1)，优选地包括用于分配可消耗商品的多个本地传感器(1)，而传感器(1)包含至少一个测量元件(9)，相应传感器(1)的测量元件(9)提供以原始测量数据的形式的基本测量单位，该原始测量数据与至少一个物理或物理化学值或至少一个物理或物理化学参数对应，以及传感器(1)包括有线和/或无线电通信部件(2)和存储器部件(7)，其特征在于，为了确定传感器(1)的测量分辨率，预先确定使用相关性模型生成时间戳记(TS)的条件，基于相关性模型，生成传感器(1)中相继的原始测量数据的时间戳记(TS)，将时间戳记(TS)存储在消耗量表(10)的存储器部件(7)中，通过有线连接和/或无线电链路传输时间戳记(TS)，以便基于时间戳记(TS)使用相关性模型重建和评估由测量元件(9)收集的原始测量数据，而将原始测量数据用于网络监视。此外，本发明提供了传感器(1)、消耗量表(10)和数据收集器(3)，它们能够按照根据方法权利要求中的至少一项的方法操作。此外，本发明提供了一种网络，其中原始测量数据被用于网络监视，并且该网络可按照根据方法权利要求中的至少一项所述的方法被操作。
Description
技术领域
本发明描述了根据本发明的一个方面的用于收集数据的方法、根据本发明的一个方面的传感器、根据本发明的一个方面的消耗量表、根据本发明的一个方面的数据收集器以及根据本发明的一个方面的网络。
背景技术
消耗量表是用于分发可消耗商品(诸如，气体、水、热或电)的供应网络的一部分，并且被用于生成消耗量数据。根据由传感器的测量元件提供的原始测量数据，消耗量数据由表侧的微处理器进行计算，并以BUS系统(特别是所谓的M-BUS系统)的形式经由通信系统被转发到中央数据管理系统(前端系统)。数据主要是由消耗量表测量的当前消耗量，即，表状态。
原始测量数据由消耗量表的传感器的测量元件在预定时间生成，由消耗量表的微处理器进行评估，即转换成消耗量数据，并且然后结果产生的计量数据由读取或接收设备(M-BUS主设备(master)或集中器或数据收集器)在预定义的时间经由主通信路径在各个本地布置的消耗量表处请求。然后，这些计量数据经由例如基于LAN、GPRS、3G、LTE的第三级通信链路从读取或接收设备发送到前端系统。消耗量数据然后可以被显示在前端或用于计价。消耗量数据获取的现有概念在其信息深度和其信息范围上都受到限制。
发明内容
本发明的目的
本发明的目的是提供一种在网络中用于收集和/或转发数据的通用过程，以及用于该目的的传感器、消耗量表、数据收集器以及网络，它们各自具有增加的信息内容。
问题的解决方案
该目的是通过根据本发明的一个方面的特点、通过根据本发明的一个方面的传感器、根据本发明的一个方面的消耗量表、根据本发明的一个方面的数据收集器和根据本发明的一个方面的网络来实现的。
本发明描述了一种用于利用多个传感器在网络中收集数据的方法，该数据优选地是在本地传感器的操作的背景下与消耗量、物理或物理化学参数和/或操作状态相关的数据，该本地传感器优选地是用于作为供应网络的一部分的消耗量表的传感器，该消耗量表包括至少一个本地传感器，优选地是用于分配可消耗商品的多个本地传感器，而传感器包含至少一个测量元件，相应传感器的测量元件提供以原始测量数据的形式的基本测量单位，该原始测量数据与至少一个物理或物理化学值或至少一个物理或物理化学参数对应，并且传感器包括有线和/或无线电通信部件和存储器部件，其特征在于为了确定传感器的测量分辨率，预先确定使用相关性模型生成时间戳记的条件，基于该相关性模型，生成传感器中相继的原始测量数据的时间戳记，将时间戳记存储在消耗量表的存储器部件中，通过有线连接和/或无线电链路传输时间戳记，以便基于时间戳记使用相关性模型重建和评估由测量元件收集的原始测量数据，而将原始测量数据用于网络监视。
根据本发明，为了确定传感器的测量分辨率，预先确定使用相关性模型生成时间戳记的条件。基于相关性模型，相继的原始测量数据的时间戳在传感器中生成并存储在存储器部件中。随后，仅与记录的原始测量数据对应的时间戳记被发送，以便可以基于时间戳记使用相关性模型在成功传输之后重建和评估记录的原始测量数据。这消除了对本地传感器的区域中的计算密集型和因此能量密集型的计算操作的需求。可以将计算密集型和能源密集型的计算操作重新定位在数据收集器或前端的区域中。基于本发明的方法使得有可能在连续、完整和一致的时间上下文中提供原始测量数据的时间戳记，尤其是在远程中央处理设施或前端系统的区域中没有间隙的情况下。可以将通过时间戳记重建的原始测量数据连续指派给时间轴，即，它们表示排除不连续间隙或数据流失的实时过程。与现有解决方案相比，根据本发明性方法生成的连续的、带时间戳的原始测量数据流在连续的时间轴上具有高得多的分辨率。因此，除了例如消耗量计算之外，本发明还使得例如在前端系统中的计算和/或确定和/或附加特征(诸如包括“业务”功能在内的功能)的数量比先前可能的大大增加。本发明性过程还使得有可能确定供应网络的状况。这使得提供商能够为供应网络的客户提供比以前更大的透明度。由于巧妙的方法，传感器的设计也可以更加简单和更具成本效益，因为不再要求用于计算(例如，用于计算流率(flow rate))的复杂微处理器。由于原始测量数据的所记录的时间相关性，因此可以避免进行操纵，因为可以将测量结果与整个时间轴上的经验值进行比较。此外，由于消除了能源密集型计算能力，由传感器和时间戳记处理或通信装备组成的模块的能耗大大低于在耗电表上本地评估数据的先前版本。时间戳记可以是时间点或时间差。时间点或时间差可以是实际时间数据或实时数据，或者至少是指向它的。时间差可以从时间戳记到时间戳记或从预定义的时间点形成。
网络可以是例如电力、气体或水网络，其具有位于网络的每个端点处的模块或消耗量表，该模块或消耗量表生成和/或使用原始测量数据。此外，网络可以被配置为智能电网。
建议将本地传感器和/或(一个或多个)消耗量表经由主通信路径连接到数据收集器，在数据收集器和前端之间提供第三级通信路径，并在数据收集器和/或前端中收集、存储和/或评估由传感器和/或消耗量表传输的时间戳记。在主要和第三级通信路径上传输时间戳记使得能够在足够计算能力可用的前端中执行显著更大量的计算和/或发现和/或功能，包括“业务”功能。
在相关性模型的框架内，可以确定至少一个物理或物理化学值或至少一个物理或物理化学参数的特定值、值的特定改变或值的特定差异，以用于时间戳记的指派，而在通过测量元件记录特定值、值的特定改变或值的特定差异时，时间戳记被触发并存储在传感器的存储器部件中，在那里其被提供用于传输。如果传感器检测到的值未改变，那么不生成时间戳记。因此，通常对于根据本发明的方法，可以经过更长的时段而没有时间戳记。这意味着不必一直传送数据。不过，该方法具有非常好的分辨率。
尤其是在相关性模型的框架内，可以由时间戳记表示逐步或递增的表读数和/或值的表。
优选地，时间戳记具有符号，例如加号或减号。当映射值表时，这特别有利，因为它确定具体的时间戳记是否会影响值表中的上升或下降值。
为了重建和评估由测量元件收集的原始测量数据，传输传感器的基本指标以及指示指标的递增增加和/或减少的时间戳记是特别有用的。为了获得消耗量数据，使用基本指标，并根据传送的时间戳记调整指标。因此，基本指标可以被用作以下时间戳记的参考值。
根据本发明，多个时间戳记可以作为数据包或数据报文在主通信路径上传输。
基本测量单位可以参考电压或电流。例如，霍尔传感器的输出电压可以在其激励或温度传感器的电压的情况下测量。
优点在于，网络监视可以在实况操作期间进行，优选地是实时进行。通过时间戳记重建的原始测量数据因此可以被用于智能网络(智能电网)中的网络监视。实时网络监视使得例如有可能使网络适应当前消耗。而且，网络监视可以包括依赖负载的网络重构。因此可以容易地确定例如点A和B之间的网络上的负载，从而可以相应地调整网络中的流率。此外，可以识别出效率较低或效率最低的网络的部分或区段，从而甚至可以在这些区域供不应求或类似情况之前尽早采取对策。例如，在供水网络中，消耗可以在网络的某些部分中随机增加和/或减少。这样做的优点是，可以快速、轻松地检测到供应的波动和/或即将出现的供应缺口，并可以发起相应的对策。
特别有用的是，为多个传感器和/或消耗量表中的单个传感器和/或单个消耗量表确定消耗签名。对于网络中的每个传感器和/或消耗量表，可以确定消耗签名，从而可以在网络范围内清楚地识别和寻址各个传感器和/或各个消耗量表。优点是，各个签名被用于识别潜在的计量故障。这使得快速、轻松地识别潜在的容易出错或故障的传感器和/或消耗量表。例如，一旦签名偏离传感器和/或消耗量表的已知签名，就可以容易地检测到改变，这指示网络中可能存在问题，诸如泄漏的发生。
有可能基于网络中的当前消耗来确定传感器和/或消耗量表和/或线路部分的配置。为此，例如可以在网络中记录和观察波动或偏差，以便确定配置错误的传感器和/或消耗量表和/或线路部分。这可以基于随机消耗的原理来完成。例如，由于管道、管道配件和密封件的缘故，供水网络中的总水量或多或少会增加或减少，这意味着整个系统不再具有恒定或固定的体积。由于高的时间准确性，本发明使得有可能(特别是通过使用从时间戳记重建的原始测量数据)跟踪实际消耗，尤其是水消耗。
可以执行传感器和/或消耗量表消耗量分布分析以用于网络诊断。传感器和/或消耗量表的原始测量数据流可以被用于创建传感器和/或消耗量表的消耗量简档。分析传感器和/或消耗量表消耗量简档，以得到网络的诊断。例如，可以识别泄漏或可以确定传感器和/或消耗量表下游的消费者的类型。网络还可以执行自我诊断。网络传感器和/或消耗量表消耗量简档的平均值可以被用于确定和评估整体网络效率。
有利的是，在时间T0取得网络快照以确定传感器的当前量表读数。网络的快照可以包括例如到网络的流入口和从网络的流出口。例如，传感器和/或消耗量表可以附接到水网络中的流出口。网络中也会发生泄漏和/或波动，诸如压力波动。此外，可以在网络中提供存储箱，诸如储水箱。
在时间T1取得网络的快照以确定从时间T0到时间T1的时间间隔内的消耗量是有用的。例如，水网络中的消耗量可以用体积表示。因此，可以以简单的方式通过在不同时间T0和T1的快照来确定网络中的消耗量。网络的连续性方程被给出为因此，可以基于特定时间网络中各个组件或消费者的瞬时消耗量来确定消耗量。通过定期取得快照，可以快速检测和识别网络中的泄漏或其它问题。为此，可以以定期间隔在服务器上自动执行程序。这意味着即使无法预料的事件也可以被快速轻松地检测到。
为了计算当前消耗量的时间导数，使用从时间戳记重建的消耗量值是有利的，该消耗量值在当前消耗量值之前的时间上是无穷小的。通过传感器和/或消耗量表的连续原始测量数据流允许以无穷小的时间间隔取得网络的多个快照。这使得有可能计算当前消耗量的时间导数。
有可能形成当前消耗量值的时间导数以外推传感器和/或消耗量表的消耗量。对于当前消耗量的时间外推，要求当前消耗量的时间导数。可以针对网络的端点(诸如传感器和/或消耗量表)确定当前消耗量的时间外推。如果网络的快照之间的时间间隔不够小(与现有技术情况一样)，那么在确定时间导数时以及因此在外推时会出现错误。
可以在远程中央处理设施中方便地进行数据的网络监视和评估。因此，例如可以在服务器上进行网络通信以及数据处理和评估。
除了其时间分辨率(采样率或采样率的倍数)之外，原始测量数据流优选地可以以时间历史为基础在没有间隙的情况下在任何时间进行评估。这带来的优点是，例如，过去发生的供应网络的状态改变(例如，上溢、下溢、泄漏、操纵尝试等)也可以在精确的时间分配中并且没有间隙地确定或记录。此外，有可能向消费者更精确地显示过去的消耗量数据和/或更好地将它们包括在关于消费行为或其改变的评估中。这进而具有优化消耗的效果，并且对于来自网络或电网供应商的消费者而言表示特别重要的信息。
所涉及的相继的原始测量数据特别地不是计算和/或评估而是基本测量单位。
理想地，(一个或多个)测得的物理量中的一个或多个可以涉及流动介质，每个带时间戳的基本测量单位与由相应传感器的测量元件基于其测量准确性测得的基本流体量。
适当的是测得的触发时间戳记的(一个或多个)物理或化学物理参数可以表征流过或接触所涉及的传感器的流体的质量和/或组成，诸如浊度、污染物的存在或固体和/或气体部分或固体和/或气体部分的存在。
原始测量数据流可能具有由传感器采样率或测量元件采样率或其倍数确定或调节的时间分辨率。原始测量数据流具有仅由传感器采样率或测量元件采样率或其倍数确定或至少由其调节的时间分辨率。原始测量数据流的时间分辨率优选地在秒范围、十分之一秒、百分之一秒或千分之一秒范围内。
有利地，基于确定的分辨率，原始测量数据流是连续的和/或完整的。这导致测得的值的沿着连续时间过程的非常高的分辨率，并由此进而导致特殊的信息深度，作为基于其进行评估和计算的基础。
为了生成连续的原始测量数据流，将数据包有用地在对应的时间序列参考中组合或者至少彼此相关地组合，从而随后根据其采样以及先前的包划分将包含在包中的时间戳记沿着实时轴再次组合，或至少设置为彼此连续的时间关系。
何时以(一个或多个数据包的)消息或报文的形式进行新的数据传输的决定优选地取决于满足以下两个条件中的至少一个：
(a)指定的时间间隔期满，以及
(b)自上次传输以来达到指定量的时间戳记。
因此，可以容易地实现要传输的数据包的时序参考。
该方法包括通过将时间戳记格式化为预定的固定尺寸的数据包来打包时间戳记是特别有用的，其中每次累积的数据达到数据包的尺寸或预定的时间间隔期满时，都会触发新的传输。
数据传输有可能冗余地执行。通过在几个相继的传输处理中重复传输相同的数据包或时间戳记来实现传输中的冗余是有用的。
有利地，时间戳记可以被压缩并且时间戳记可以被压缩而没有损失。时间戳记可以在传感器的区域中被压缩而没有损失。时间戳记的传输可以有用地经由有线链路和/或经由无线电链路以压缩形式进行。传输可以是重复的并以指定的时间间隔期满和/或自上次传输以来达到收集的指定量的时间戳记为条件。因此，例如，可以使用根据本发明的方法以简化的方式确定等距时间戳记的传递。
可替代地，时间戳记的压缩也可以以指定的、允许的损失级别进行。如果在指定的允许的损失级别执行时间戳记压缩，那么如果用户或操作者更喜欢节省能量并接受原始测量数据的恢复和再现中的某种不准确(即，接受一些损失)，那么压缩率可以增加到损害接收器侧的再现的更低的准确性。损耗比或压缩比可以提供为确定或设置压缩模式的可编程或可调参数。
作为数据压缩算法的说明性和非限制性示例，在本发明性方法的框架内可以考虑与霍夫曼编码、游程长度编码(RLE编码)或优选地自适应二进制算术编码(CABAC编码)相关的差分压缩(增量编码)。
此外，本发明要求保护一种传感器。该传感器可以有利地按照根据本发明的一个方面的方法操作。
此外，本发明要求保护一种消耗量表。该消耗量表可以有利地按照根据本发明的一个方面的方法操作。
此外，本发明要求保护一种数据收集器。该数据收集器可以有利地按照根据本发明的一个方面的方法操作。
本发明还要求保护一种网络。网络中的数据可以按照根据本发明的一个方面的方法收集。此外，从时间戳记重建的原始测量数据被用于网络监视。
附图说明
图1是供应网络中用于收集由大量消耗量表收集的数据和/或将其转发到数据收集器和前端的通信链路的示例的非常简化的示意图；
图2是经由来自图1的主通信路径到数据收集器传输具有特征时间戳记的原始测量数据的示例的简化示意图；
图3是经由主要通信链路由处理单元发出或查询的根据图2的消耗量表的测得的数据的消息结构的示例；
图4是在远程读取体积消耗量的情况下由传感器在两个上行链路传输过程(在时间TE-1和TE发出的消息或报文)之间读出的原始测量数据的时间戳记的时序图的示例(在这种情况下，分组PAj包含N个时间戳记TSN)；
图5是具有各种流入口和流出口的网络(在这种情况下，例如供水网络)的非常简化的示意图；
图6是不同时间尺度ΔT和δT的示例；
图7a-图7c是集中式、分散式和分布式网络的简化示例；
图8是示出当前消耗量、消耗量的导数和外推的图的示例；
图9是以高度简化的示意图将包含时间戳记的数据包或消息或报文或重建组合成原始测量数据的连续流的示例，该原始测量数据包括其评估选项；
图10是具有叶轮的以机械流量计的形式的消耗量表的传感器的示例，通过该叶轮可以生成流率的对应原始测量数据；
图11是用于基于由根据图10的传感器记录的原始测量数据来生成时间戳记的相关性模型的示例；
图12是以简单表示的温度传感器的示例；
图13是用于基于由根据图12的传感器记录的原始测量数据来生成时间戳记的相关性模型的另一个示例；以及
图14是PAj数据包的冗余传输的示例。
具体实施方式
图1示出了用于分配可消耗商品或可消耗物(例如，气体、水、电、燃料或热能)的供应网络。供应网络包括大量的单独的本地消耗量表，这些表例如可以被指派给公寓建筑物的不同住宅单元。各个消耗量表10(例如水表、热表、电表或气体表)经由无线通信链路连接到数据收集器3，该数据收集器3可以充当主设备或集中器。
相应的数据收集器3经由第三级通信路径6连接到所谓的前端4。整个供应网络的数据在前端4中收集。第三通信链路6可以是有线通信链路或基于无线电技术的通信链路(例如，移动无线电通信链路)。可替代地，如果需要，那么相应数据收集器3的数据还可以由便携式读取设备读出，并在前端4处再次读入。可以以不同方式(例如经由LAN、GPRS、LTE、3G等)沿着第三级通信路径6传输数据。整个网络可以被配置为智能电网。智能电网将发电、存储和消耗结合在一起，而中央控制系统对它们彼此进行最优协调。
各个消耗量表10可以用独立的电源(可再充电电池)来操作。
根据图2，相应的消耗量表10包括配备有至少一个测量元件9的传感器1。传感器1被用于经由测量元件9生成原始测量数据，该原始测量数据被馈送到测量数据处理单元14。原始测量数据与由至少一种物理或物理化学量的或至少一种物理或物理化学参数的测量元件9供应的基本测量单位对应。原始测量数据可以例如是与介质通过供应管线16(例如水管)的流动相关的原始数据，特别是流率、浊度、污染物的存在或固体和/或气体部分或固体和/或气体部分的存在。
耗量表10的测量数据处理单元14包括存储器部件7、时间参考设备15(石英)和微处理器8。上面提到的组件可以单独提供或作为集成的整体组件提供。
根据本发明，在相应消耗量表10的区域中执行以下后续步骤：
-当记录一个物理或物理化学值或至少一个物理或物理化学参数时，触发时间戳记TS。
-将时间戳记TS存储在传感器1和/或消耗量表10的存储器部件7中。
-通过在测量数据处理单元14中准备数据报文17i、17i+1、17i+n，在无线电链路11上传输时间戳记TS(优选地以压缩的形式)，该报文被相继传输到远程中央处理设施12(例如前端4)。时间戳记TS的压缩由微处理器8执行。
因而，数据报文17i，17i+1，...，17i+n被顺序传输，其包含连续的时间戳记TS。根据这些时间戳记TS，可以使用相关性模型在接收器侧重建非常高分辨率的连续不间断原始测量数据流13。
如图3中的示例所示，相应传感器1的身份(地址)I和/或在相应数据报文17i，17i+1，...，17i+n中的由相应传感器1测得的物理或物理化学量或参数的绝对或累积值VA可以与时间戳记TS的PAj包一起被传输，从而可以为值VA提供时间戳记或将值VA指派给基本的带时间戳的测量数据之一(例如流量计的指标值)。根据示例，值VA可以是例如特定时间点的水表的表读数或自上一次数据传输以来通过水表的流率(例如，时间戳记TSi的总和∑与流量之和∑对应；参见图4)。
该方法还可以包括使用原始测量数据的PAj包来读取和传输所涉及的传感器1的环境的或在给定时间由传感器1测得的流体的至少一个其它物理或物理化学参数PPC的值，诸如流体的电导率、流体的温度、流体的pH、流体的压力和/或表征流体的质量和/或组成的参数和/或传感器1的安装环境的温度。
图3稍微更详细地示出了根据图2的各个数据报文17i，17i+1，...，17i+n。数据报文17i，17i+1，...，17i+n各自包括多个数据包PA1-PA6或PA7-PA12、绝对值或累积值VA以及相应传感器1的环境的或由传感器在特定时间测得的流体的至少一个其它物理或物理化学参数PPC的值，诸如流体的电导率、流体的温度、流体的pH、流体的压力和/或表征流体的质量和/或组成的参数和/或传感器1的安装环境的温度。
如图3中的示例所示，可以通过格式化PAj包来打包经压缩的原始测量数据，其尺寸不得超过预定的最大值，由此如果预定的时间间隔尚未期满，每次累积数据达到包PAj的尺寸时，就形成新的包或报文或触发新的传输。
根据本发明的优选变体，时间戳记TS在被传送之前被压缩。时间戳记TS可以无损地被压缩。
可替代地，时间戳记TS压缩也可以以指定的允许的损失级别被执行。实际上，如果用户或操作者更喜欢节省能量并接受原始测量数据的恢复和再现中的一定的不准确(即，接受一定损失)，那么压缩率可以增加到损害接收器侧的再现的更低的准确性。该损耗比或压缩比可以提供为确定或设置压缩模式的可编程或可调参数。
作为数据压缩算法的说明性和非限制性示例，在本发明性方法的框架内可以考虑与霍夫曼编码、游程长度编码(RLE编码)或优选地自适应二进制算术编码(CABAC编码)相关的差分压缩(增量编码)。
优选地，消耗量表10的存储器部件7中的时间戳记TS不被删除，直到由接收器或数据收集器3确认了时间戳记TS的传输为止。
由于本发明，有可能在数据收集器3或接收位置(例如，前端4)处具有信息，该信息使得能够从真实的时间戳记TS如实且完整重建，其对于由各种传感器1以非常高的时间分辨率供应的所有原始测量数据的原版(original)是真实的，并且在评估这种数据时允许无限的灵活性。以这种方式，可以轻松而集中地考虑“业务”功能的可扩展性，而不会影响模块(传感器、通信的部件等)的功能或甚至结构。
与先前已知的解决方案相比，传感器1的设计可以更简单并且其操作更可靠。此外，由传感器1和通信部件2组成的组装的能量消耗低于在本地评估数据的消耗量表10的当前版本。
专家当然理解本发明可以应用于各种参数和尺寸的测量和远程读取：根据目标传感器1的分辨率能够准确地确定参数或尺寸的基本改变(可由传感器1测量)的日期就足够了(带时间戳的基本变化可以与传感器的分辨率或者可能地该分辨率的倍数对应)。
结合与消耗的概念相关联的本发明的有利应用，可以规定测得的(一个或多个)物理量中的一个或多个是指流动介质，每个时间戳记与由传感器1测得的流体的基本量对应，这取决于传感器1的测量准确性。被测的流体可以是例如气体、水、燃料或化学物质。
作为上面提到的变体的替代或累积，本发明还可以规定测得的(一个或多个)物理化学量中的一个或多个选自流过或接触所涉及的传感器1的流体的温度、pH、电导率和压力。
如果可替代地或累积地测量了至少一个参数，那么这些测得的(一个或多个)物理或物理化学参数中的一个或多个可以表征流过或接触相关传感器1的流体的质量和/或成分，诸如浊度、污染物的存在或固体和/或气体部分或固体和/或气体部分的存在。
当然，以上尺寸、单位和参数仅仅是非限制性的示例。
对于100％质量的网络，不要求冗余。因此，优选地，时间戳记TS无冗余地从相应的消耗量表10或传感器1传输到数据收集器3。这意味着原始测量数据的重复传输不是必要的。这样做的优点是必须传输的数据要少得多。但是，如果网络中要求冗余，那么可以通过在几次相继的传输中重复发送相同的数据包PAj或时间戳记TS来实现。
因而，数据报文17在特定时间点连续形成并被相继地传输。然后，各个数据包PA1，...，PAn形成连续的带时间戳的原始测量数据流13。
图4示出了从传感器1或消耗量表10传输到另一个收发器(例如，数据收集器3)的消息结构的示例。根据相关性模型，每个时间戳记TS1到TSN与例如由传感器1测得的流体的基本量对应，这取决于传感器1的测量准确性。被测的流体可以是例如气体、水、燃料或化学物质。在时间间隔TE-1至TE中，测量N个脉冲并存储时间戳记TS1至TSN，时间戳记TS1至TSN的量例如为每个时间戳记TS一升，与这个时间间隔内的N升的总流率对应。测量数据处理单元14生成数据分组PAj，该数据分组PAj包含N个时间戳记TS1至TSN。根据图3，由多个数据包(例如PA1至PA6或PA7至PA12)形成数据报文17i、17i+1。
为了使根据本发明的过程适应参数或被测变量的改变，并同时确保瞬时数据的令人满意的更新，该过程尤其可以有利地包括特别是一旦满足以下两个条件中的至少一个就形成新的包或报文或以消息或报文的形式执行新的数据传输：
(a)预定的时间间隔已经期满，以及
(b)自上次传输以来已达到预定量的经压缩的收集的数据或时间戳记TS。
条件(b)的应用可以包括例如在已读取指定数量的新原始测量数据之后周期性地检查以压缩的形式的所有新数据或时间戳记TS的尺寸。如果这些尺寸接近临界尺寸，例如接近由传输协议指定的包的尺寸，那么除非两次相继传输之间指定的时间间隔首先已期满(在条件(b)之前满足了条件(a))，否则执行新的传输(在条件(a)之前满足条件(b))。
因此，该方法优选地包括：如果满足至少一个条件(它们也可以例外地同时被满足)，那么将所涉及的每个传感器1或消耗量表10的经压缩和格式化的时间戳记TS传输到下一个收发器(例如，数据收集器3)。数据收集器3例如管理指派给其的多个消耗量表10或传感器1的本地网络。从数据收集器3，将经压缩和格式化的时间戳记TS连同作为供应网络的一部分的每个其它消耗量表10或传感器1的经压缩和格式化的时间戳记TS一起传输到前端4。
数据收集器3可以或者存储在一个时间间隔(例如，一天)内从相应传感器1和/或消耗量表10检索到的时间戳记TS，并且然后将其转发到处理位置或前端4。可替代地，也可以将数据立即从数据收集器3传送到前端4。
在图5中，示出了网络的快照。网络可以是例如具有几个流入口31和流出口30的供水网络。流出30也可以被设计为端点，诸如传感器1和/或消耗量表10。每个传感器1和/或消耗量表10被提供有单独的指标Ii。按照惯例，在流出口30处，流率I大于零(Iout>0)。流入口31将水提供给系统或相应地提供给网络。按照惯例，流入口31处的流率I小于零(Iin<0)。网络还包括缓冲容器32。缓冲容器32的任务包括分配产品(在这种情况下例如水)的供应或存储。此外，网络中会出现分配产品的波动。在水作为分配产品的情况下，例如可以具有以压力波动33的形式的作用。由于压力波动33，系统的参数或相应地网络的参数可以改变。此外，泄漏34可以在网络中发生。按照惯例，泄漏34的流率I大于零(Ileak>0)。
在时间T0，取得网络的快照，以便确定各个传感器1和/或消耗量表10的指标。在时间T0处，各个传感器1和/或消耗量表10的指标被给出为Ii,T0。而且，在给定时间T0处，消耗量表10的已知指标为Ii,T0+δT0，其中δT0是最接近的前一时间段。指标外推的一阶的分解被给出为在时间T1处，取得网络的附加快照。时间T1处的指标外推被给出为/>为了确定整个系统的消耗量，特别是从T0到T1的时间段ΔT期间的耗水量，体积可以被计算为而ΔT＝T1–T0。按照惯例，体积值大于零(Vi,ΔT>0)向系统提供水；体积值小于零(Vi,ΔT<0)将水从系统中抽出，例如通过端点30处的消耗量表10或家用量表。根据连续性方程∑i Vi＝0，所有到网络的流入和离开网络的流出的总和为零。根据惯例，必须考虑流入和流出的符号，从而例如泄漏对总和产生负面影响。
在图6中示出了T0和T1之间的关系。无穷小的时间间隔δT0和δT1用于指标外推。为了外推Ii,T0的或相应地Ii,T1的当前值，间隔δT0和δT1必须是无穷小(δT<<1)。在现有技术不能满足当前测得的值之前先前测得的值无穷小的主张。这要求本发明提供的高时间准确性或粒度。因此，由于使用时间戳记TS，可以提供更准确的外推指标。
图7a-图7c示出了不同的网络配置。图7a示出了具有一个中央节点的集中式网络，所有其它节点都从该中央节点得到服务。图7b中所示的分散网络没有一个中央节点，而是有具有相等权限的几个节点。在图7c所示的分布式网络或网状网络中，基础设施节点直接、动态且非分层地连接到尽可能多的其它节点。本发明的方法可以应用于每种网络配置。
图8将网络中的当前消耗量示为随时间t的流率I。还示出了当前消耗量的时间导数。基于当前消耗量和时间导数，可以计算当前消耗量的外推。例如，对于所绘制的最后六个值，消耗量增加了，因此可以进一步外推这个增加量。
图9示出了对数据报文17i-17i+n中提供的各个时间戳记TS的进一步处理，以进行连续的连贯指派，可以使用相关性模型从中构造无缝的原始测量数据流13。在此，各个数据报文17i-17i+n以这样的方式组合，使得相应数据或数据包PAj或其中包含的时间戳记TS在时间上与相邻的数据包进行组合。
通过基于本发明的由该网络或具体网络的传感器1或消耗量表10供应的原始测量数据的收集，因为基本各个原始信息是可用的，本发明使得能够进行所有类型的评估、分析、验证、监视以及一般而言有用或期望的处理和利用。所提供的原始测量数据的评估优选地经由评估部件18在前端4的区域中执行并且产生大量重要信息，这些重要信息对于供应网络的管理是必需的，但是可能尚未生成，例如消耗量、量表指标、与时间相关的消耗量、泄漏检测、上溢/下溢、历史数据和/或操纵。这意味着信息可以在任何时间回顾性地检索而没有时间间隙，并用于先前的评估。
在前端4中，重建的原始测量数据可以以非常高的分辨率或粒度可用，而没有时间间隔。因此，与先前的已知过程相反，由于基于本发明的过程，在前端4中有更多有用的数据可用。
前端4中的原始测量数据流13优选地具有在秒范围、十分之一秒范围、百分之一秒范围或千分之一秒范围内的分辨率。
如图1中示意性地示出的，本发明的目的还在于一种供应网络，该供应网络用于使用在供应网络中操作的适当准备的消耗量表10来分配尤其是流体可消耗商品。相应的消耗量表10包括(参见图2)至少一个传感器1，其可以经由测量元件获取原始测量数据。此外，相应的消耗量表10包括测量数据处理单元14，该测量数据处理单元14包括微处理器8，存储器部件7和时间参考设备15。在测量数据处理单元14中，对原始测量数据加时间戳，按照根据具体协议适于经由无线电链路11或经由主通信路径5传输的格式对加时间戳的原始测量数据进行压缩和准备。
如果要求，那么消耗量表10可以包括以电池等的形式的其自己的电源(未示出)。这意味着消耗量表10可以以能量自给自足的方式操作。
在前端4的区域中，提供了评估部件18，该评估部件能够将被设计为计时图的各个数据报文17i-17i+n或它们的数据包PAj在时间上连续地并且无间隙地组合成连续的不间断的原始测量数据流13并从那里执行对应的解压缩、评估、计算等。对应的数据优选地包括供应网络中的所有消耗量表10。
此外，对于所涉及的区域或对于其中安装有消耗量表10的每个地理区域，上述系统包括固定数据收集器3(集中器)，该固定数据收集器3形成供应网络的主通信路径5，该供应网络具有分配给它的区域的消耗量表10。主通信路径5可以例如被设计为无线电链路11。数据收集器3进而经由第三级通信路径6连接到前端4。数据可以以不同方式(例如经由LAN、GPRS、LTE、3G等)沿着第三级通信路径6传输。
优选地，每个传感器1或消耗量表10的存储器部件7形成缓冲存储器，并且适合并适于存储带有时间戳记TS的几个PAj包的内容，尤其是在压缩状态下，这个缓冲存储器的内容或内容的部分在数据收集器3每次传输或检索时被传输。
由每个数据收集器3收集的信息被直接或间接地传输到前端4。“业务”功能也在此处被限定和执行。
图10示出了具有用于流率的传感器1的机械流量计10的示例。传感器1包括叶轮20、以例如霍尔传感器的形式的测量元件9以及取决于流过流量计10的流量而或多或少旋转的脉冲生成器元件19。当叶轮20的相关叶片处于测量元件9的位置时，由测量元件9将叶轮20的旋转检测为电压值，该电压值由脉冲生成器元件19激励。因此，叶轮20的一次转动与特定的流量体积(例如，一升的流体)对应。
在测量数据处理单元14中存储相关性模型，利用该模型预先限定了用于为特定原始测量值生成时间戳记的条件。图11示出了这种相关性模型的简化示例，例如用于连续累积流量测量。测量单位是例如由图10中所示的传感器1的测量元件9记录的脉冲，例如电压脉冲，其与叶轮20的一次旋转对应。因此，测量方法的预定义分辨率与叶轮20一次旋转对应。作为通过旋转触发的脉冲的原始测量值和对应的时间T被存储在传感器1的存储器部件7中。测量数据处理单元14针对每个原始测量值(即，针对每个转/脉冲)生成对应的时间戳记TS1、TS2至TSn+1。时间戳记TS被连续地存储在存储介质7中。如果叶轮20不旋转，那么不生成脉冲，并且因此不执行时间戳记。如果叶轮20移动较慢，那么沿着时间轴T获取脉冲的时间相应地较晚。因而，在这种情况下，生成稍后的时间戳记TS。如图11中所示，生成多个时间戳记TS，这些时间戳记限定在所讨论的时间段内连续测得的流率。
时间戳记TS根据图2被组合在数据分组PAj中，并作为数据报文17i，17i+1，17i+n在主通信路径5上相继传送到数据收集器3。数据传送可以优选地以压缩形式进行。因此，它是非常高分辨率的连续、不间断的时间戳记数据流，它以各个连续数据报文17i，17i+1，…，17i+n的形式沿着主通信路径5被传输。
数据的收集不限于流量测量。图12示出了例如基于电阻测量的以温度传感器形式的传感器1。温度传感器包括两个导热率不同的金属导体(A，B)，它们在测量点的区域内彼此连接。在测量点和两个导体的相对端之间存在温度差ΔT的情况下，可以测量电压V或电压变化。在这种情况下，可以将用于由传感器1测得的电压变化的时间戳记TS确定为相关性模型。
图13示出了电压值V的对应原始测量数据曲线的示例，用于在温度测量时生成对应的时间戳记TS。因而，每当电压升高或降低例如0.5mV时，就生成对应的时间戳记TS。因此，在这种情况下，该方法的确定的分辨率为0.5mV。由于温度测量的曲线可以上升或下降，因此时间戳记TS用“+”标志上升或用“-”标志下降。如从图13可以看出的，在此还获得了一系列连续的时间戳记TS，它们表示测得的电压曲线，并且因此非常准确地表示温度，并且在所考虑的时段内没有间隙。如果温度(即，电压V)不变，那么不生成时间戳记TS。此外，该过程与结合上述流量测量的示例描述的测量对应。
图14示出了如何贯穿几个相继的传输过程通过相同的PAj数据包的重复传输来实现传输中的冗余。时间戳记TS按时间尺度绘制。通过格式化为预定固定尺寸的数据包PAj来打包时间戳记TS。一旦经过指定的时间间隔，或累积的时间戳记TS达到数据包PAj的最大尺寸，就传送数据包PAj。在图14中，作为示例示出了具有五个时间戳记TS的数据包PAj的最大尺寸。在图14中，数据包PAA-1至PAA-6以及PAB-5和PAC-1包含少于五个时间戳记TS，因此这些数据包PAj的传输由指定时间间隔期满来触发。对于数据包PAB-1至PAB-4和PAB-6，传输由达到数据包PAj的最大尺寸来触发。
因此，可以使用根据本发明的方法对任何原始测量数据进行采样。时间戳记TS可以特别是指时间点或时间差。优选地，限定起始时间。
当然，本发明不限于附图中描述和描绘的设计。改变仍然是可能的，特别是关于各种元件的获取或通过技术等同物，而不脱离本发明的保护范围。本公开的目的明确地包括特点之中的子特点或子组的组合。
附图标记列表
1 传感器
2 通信部件
3 数据收集器
4 前端
5 主通信路径
6 第三级通信路径
7 存储器部件
8 微处理器
9 测量元件
10 消耗量表
11 无线电链路
12 远程中央处理设施
13 原始测量数据流
14 测量数据处理单元
15 时间参考设备
16 供应管线
17 数据报文
18 评估部件
19 脉冲生成器元件
20 叶轮
22/23 超声换能器元件
24 超声测量部分
30 端点/流出口
31 流入口
32 缓冲容器
33 压力波动
34 泄漏
PAj 数据包
TS 时间戳记
Claims (39)
1.一种用于利用多个传感器(1)在网络中收集数据的方法，而传感器(1)包含至少一个测量元件(9)，
相应传感器(1)的测量元件(9)提供以原始测量数据的形式的基本测量单位，所述原始测量数据与至少一个物理或物理化学值或至少一个物理或物理化学参数对应，以及
传感器(1)包括有线和/或无线电通信部件(2)和存储器部件(7)，
其特征在于
为了确定传感器(1)的测量分辨率，预先确定使用相关性模型生成时间戳记(TS)的条件，
基于相关性模型，生成传感器(1)中相继的原始测量数据的时间戳记(TS)，
将时间戳记(TS)存储在传感器(1)的存储器部件(7)中，
通过有线连接和/或无线电链路传输时间戳记(TS)，以便基于时间戳记(TS)使用相关性模型重建和评估由测量元件(9)收集的原始测量数据，而
将原始测量数据用于网络监视。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本地传感器(1)经由主通信路径(5)连接到数据收集器(3)，
在数据收集器(3)和前端(4)之间提供第三级通信路径(6)，以及
在数据收集器(3)中和/或在前端(4)中收集、存储和/或评估由传感器(1)传输的时间戳记(TS)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在相关性模型的框架内，确定所述至少一个物理或物理化学值或所述至少一个物理或物理化学参数的值、值的改变或值的差异以用于时间戳记(TS)的指派，
在通过测量元件(9)记录所述值、所述值的改变或所述值的差异时，时间戳记(TS)被触发并存储在传感器(1)的存储器部件(7)中。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在相关性模型的框架内，通过时间戳记(TS)来表示逐步或递增增加的表读数和/或值的表。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，时间戳记(TS)具有符号。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了重建和评估由测量元件(9)收集的原始测量数据，传输传感器(1)的基本指标以及指示指标的递增增加和/或减少的时间戳记(TS)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，多个时间戳记(TS)作为数据包(PAj)或作为数据报文(17i，17i+n)通过主通信路径(5)传输。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在接收之后以适当的时间序列参考重组装所述数据包(PAj)或所述数据报文(17i，17i+n)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用相关性模型基于由数据收集器(3)和/或前端(4)接收的时间戳记(TS)生成原始测量数据流(13)。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，网络监视在实况操作期间进行。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，网络监视包括依赖于负载的网络重构。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为所述多个传感器(1)中的各个传感器(1)确定消耗签名。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，消耗签名被用于识别潜在的计量失败。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于网络中的当前消耗量来确定传感器(1)和/或线路部分的配置。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，执行传感器消耗量简档分析以用于网络的诊断。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，取得在时间T0处的网络的快照以确定传感器(1)的当前表读数。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，取得在时间T1处的网络的快照以确定从时间T0到时间T1的时间间隔内的消耗量。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，形成当前消耗量值的时间导数以外推消耗量。
19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，数据的网络监视和评估在远程中央处理设施(12)中进行。
20.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，能够以时间历史为基础在数据处理序列中除了传感器(1)的分辨率之外没有时间间隙的情况下对原始测量数据流(13)进行评估。
21.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基本测量单位是指电压或电流。
22.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，测得的物理量是指供应网络的供应介质。
23.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，测得的物理或化学物理参数是流过或接触所涉及的传感器(1)的流体的量、质量和/或组成的特点。
24.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当基本测量元件(9)接收到脉冲时，基本测量元件(9)生成时间戳记(TS)。
25.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括一旦满足以下两个条件中的至少一个就以消息或报文的形式执行新的数据传输：
(a)指定的时间间隔期满，以及
(b)自上次传输以来达到指定量的时间戳记(TS)。
26.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过将时间戳记(TS)格式化为预定的固定尺寸的数据包(PAj)来打包时间戳记，其中，每次累积的数据达到数据包(PAj)的尺寸或预定的时间间隔期满时，触发新的传输。
27.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，数据传输是冗余地执行的。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，通过在几个相继的传输处理中重复传输相同的数据包(PAj)来实现传输中的冗余。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，通过重复传输相同的时间戳记(TS)来实现传输中的冗余。
30.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，时间戳记(TS)以压缩形式传送。
31.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，时间戳记的压缩是无损地执行的。
32.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据是在本地传感器(1)的操作的背景下与消耗量、物理或物理化学参数和/或操作状态相关的数据。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述本地传感器(1)是用于作为供应网络的一部分的消耗量表(10)的传感器(1)，所述消耗量表(10)包括至少一个本地传感器(1)。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述消耗量表(10)包括用于分配可消耗商品的多个本地传感器(1)。
35.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述供应介质是水、电、燃料或气体。
36.一种传感器(1)，其特征在于，所述传感器(1)按照根据前述权利要求中的一项所述的方法来操作。
37.一种消耗量表(10)，其特征在于，所述消耗量表(10)可按照根据前述权利要求1至35中的一项所述的方法操作。
38.一种数据收集器(3)，其特征在于，所述数据收集器(3)可按照根据前述权利要求1至35中的一项所述的方法操作。
39.一种网络，其特征在于，原始测量数据被用于网络监视，以及
所述网络可按照根据前述权利要求1至35中的一项所述的方法操作。
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