CN114297313B - 一种基于plc的海绵城市数据管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC的海绵城市数据管理方法及系统，所述方法包括：对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；并将其上传至PLC控制终端进行数据解析，生成解析后环境样本数据集合；对解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；将标准环境样本数据集合进行读入，并写入至内嵌数据库；将标准环境样本数据集合上传至云端服务器进行储存；将标准环境样本数据集合上传至可视化系统进行数据展示。解决了现有的采用GPRS传输感知数据,并采用透传模式进行数据无分析、无差别的方式上传，增加了数据传输网络及云端服务器的负荷，降低了处理的实时性，严重时甚至造成数据丢失的技术问题。

Description

一种基于PLC的海绵城市数据管理方法及系统

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种基于PLC的海绵城市数据管理方法及系统。

背景技术

海绵城市通过水调节手段可以有效缓解城市用水安全、水环境隐患等问题，改善城市的水生态。海绵城市在下雨时进行吸水、蓄水、渗水、净水，在需要用水时将蓄存的水释放并加以利用，实现雨水在城市中自由迁移。通过海绵城市逐渐达到小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解等效果。

在海绵城市具体实施过程中需要对雨量、径流、风向、风速、PM2.5等参量进行监测，并将监测点布置于主要的入河排放口、雨水干线、重点项目排水口等位置。因此，建立高效、准确的监测系统，对海绵城市监测点的水文状态进行实时数据采集、数据清洗、数据上传、数据存储、数据分析，通过大数据的处理达到城市水文系统智慧管理的目标。该系统可及时发布溢流、内涝等报警信息，辅助管理者掌控设备运行决策，为海绵城市建设运行、考核评估、防汛应急、溢流管理提供数据支持。

然而，现有技术中存在海绵城市数据监测系统通常采用GPRS传输感知数据,并采用透传模式进行数据无分析、无差别的方式上传，从而增加了数据传输网络及云端服务器的负荷，尤其是监测站点较多且需要并发处理时，易形成信息堵塞，降低了处理的实时性，严重时甚至造成数据丢失的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PLC的海绵城市数据管理方法及系统，用以解决海绵城市数据监测系统通常采用GPRS传输感知数据,并采用透传模式进行数据无分析、无差别的方式上传，从而增加了数据传输网络及云端服务器的负荷，尤其是监测站点较多且需要并发处理时，易形成信息堵塞，降低了处理的实时性，严重时甚至造成数据丢失的技术问题。

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理方法及系统。

第一方面，本发明提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，其特征在于，所述方法应用于数据管理系统，其中，所述数据管理系统包括数据采集系统、边缘计算网关、云端服务器以及可视化系统，其中，所述数据采集系统嵌入有传感器系统和PLC控制终端，所述方法包括：根据所述传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；将所述基础环境样本数据集合上传至所述PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；基于所述边缘计算网关的OPC UA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存；将所述标准环境样本数据集合上传至所述可视化系统进行数据展示。

另一方面，本发明还提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理系统，用于执行如第一方面所述的一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，其中，所述系统包括：第一采集单元，所述第一采集单元用于根据传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；第一上传单元，所述第一上传单元用于将所述基础环境样本数据集合上传至PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；第一处理单元，所述第一处理单元用于对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；第一写入单元，所述第一写入单元用于基于边缘计算网关的OPCUA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；第二上传单元，所述第二上传单元用于基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至云端服务器进行储存；第三上传单元，所述第三上传单元用于将所述标准环境样本数据集合上传至可视化系统进行数据展示。

第三方面，本发明还提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。

第四方面，一种电子设备，其中，包括处理器和存储器；

该存储器，用于存储；

该处理器，用于通过调用，执行上述第一方面中任一项所述的方法。

第五方面，一种计算机程序产品，包括计算机程序和/或指令，该计算机程序和/或指令被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述方法的步骤。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；将基础环境样本数据集合上传至PLC控制终端进行数据解析，生成解析后环境样本数据集合；对解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；将标准环境样本数据集合进行读入，并写入至内嵌数据库；将标准环境样本数据集合上传至云端服务器进行储存；将标准环境样本数据集合上传至可视化系统进行数据展示。通过边缘计算网关进行数据的实时处理与分析，再通过冗余备份方式进行当地存储，然后同步至云端数据库进行数据存储与分析，有效提高数据监测系统的效率与可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于PLC的海绵城市数据管理方法的流程示意图；

图2为本发明一种基于PLC的海绵城市数据管理方法中生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合的流程示意图；

图3为本发明一种基于PLC的海绵城市数据管理方法中对所述标准环境样本数据集合进行数据的图样格式转换的流程示意图；

图4为本发明一种基于PLC的海绵城市数据管理系统的结构示意图；

图5为本发明示例性电子设备的结构示意图。

附图标记说明：

第一采集单元11，第一上传单元12，第一处理单元13，第一写入单元14，第二上传单元15，第三上传单元16，总线300，接收器301，处理器302，发送器303，存储器304，总线接口305。

具体实施方式

本发明通过提供一种基于PLC的海绵城市数据管理方法及系统，解决海绵城市数据监测系统通常采用GPRS传输感知数据,并采用透传模式进行数据无分析、无差别的方式上传，从而增加了数据传输网络及云端服务器的负荷，尤其是监测站点较多且需要并发处理时，易形成信息堵塞，降低了处理的实时性，严重时甚至造成数据丢失的技术问题。通过搭建一种数据监测系统，通过边缘计算网关进行数据的实时处理与分析，再通过冗余备份方式进行当地存储，然后同步至云端数据库进行数据存储与分析，达到了有效提高数据监测系统的效率与可靠性，整体提升海绵城市数据监测系统的数据处理、传输及存储能力的技术效果。

本发明技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。

下面，将参考附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明的实施例，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。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本发明提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，其特征在于，所述方法应用于数据管理系统，其中，所述数据管理系统包括数据采集系统、边缘计算网关、云端服务器以及可视化系统，其中，所述数据采集系统嵌入有传感器系统和PLC控制终端，所述方法包括：根据所述传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；将所述基础环境样本数据集合上传至所述PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；基于所述边缘计算网关的OPC UA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存；将所述标准环境样本数据集合上传至所述可视化系统进行数据展示。

在介绍了本发明基本原理后，下面将结合说明书附图来具体介绍本发明的各种非限制性的实施方式。

实施例一

请参阅附图1，本发明提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，其特征在于，所述方法应用于数据管理系统，其中，所述数据管理系统包括数据采集系统、边缘计算网关、云端服务器以及可视化系统，其中，所述数据采集系统嵌入有传感器系统和PLC控制终端，所述方法具体包括如下步骤：

步骤S100：根据所述传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；

具体而言，海绵城市通过水调节手段可以有效缓解城市用水安全、水环境隐患等问题，改善城市的水生态。通过海绵城市逐渐达到小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解等效果。建立高效、准确的监测系统，通过大数据的处理达到城市水文系统智慧管理的目标。该系统可及时发布溢流、内涝等报警信息，辅助管理者掌控设备运行决策，为海绵城市建设运行、考核评估、防汛应急、溢流管理提供数据支持。

然而，由于现有的海绵城市数据监测系统通常采用GPRS传输感知数据,并采用透传模式进行数据无分析、无差别的方式上传，从而增加了数据传输网络及云端服务器的负荷，尤其是监测站点较多且需要并发处理时，易形成信息堵塞，降低了处理的实时性，严重时甚至造成数据丢失。

为了提高数据处理的时效性、准确性，本申请提出了一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，通过边缘计算网关进行数据的实时处理与分析，再通过冗余备份方式进行当地存储，然后同步至云端数据库进行数据存储与分析，有效提高数据监测系统的效率与可靠性。

具体的，所述数据采集系统通过RS485串口进行数据采集并进行数据预处理，并进一步通过OPCUA协议将数据读入所述边缘计算网关的mysql数据库中，所述边缘计算网关定时将所采集数据通过4G/GPRS上传至云端数据库，所述云端服务器将数据进行清洗、变换、归约后存入数据参考，并通过所述可视化系统对采集数据进行展示。所述传感器系统包括用于检测土壤温度、土壤湿度、蓄渗池液位、蓄渗池浊度、雨量、大气湿度、大气温度、大气PM2.5、大气PM10等传感器。所选传感器采用RS485通信方式，并通过Modbus-RTU协议进行数据传输。所选传感器的特征还在于，布置冗余土壤及蓄渗池传感器，以保证部分地下传感器出故障后仍然能正常提供数据。所述PLC控制终端可采用西门子smart-200 PLC。PLC的CPU模块为ST30 DC/DC/DC，该模块的供电电压为24V，模块同时提供网口及串口通信。进一步地，PLC网口与边缘计算网关连接，PLC串口与传感器连接。PLC的模拟量拓展模块为EMAE04，提供4路模拟量输入，输入信号包括±10 V，±5 V，±2.5 V，或 0~20 mA。

其中，所述目标区域为需要进行数据管理的海绵城市，所述基础环境信息包括土壤温度、土壤湿度、蓄渗池液位、蓄渗池浊度、雨量、大气湿度、大气温度、大气PM2.5、大气PM10等基础信息，所述基础环境样本数据集合即为基于各种传感器对环境数据进行样本采集得到的结果。

步骤S200：将所述基础环境样本数据集合上传至所述PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；

进一步的，如图2所示，步骤S200包括：

步骤S210：所述PLC控制终端嵌入有扩展AI模块、读入模块、转换模块、验证模块、确认模块、应答模块；

步骤S220：根据所述扩展AI模块中嵌入的模数转换程序，将所述基础环境样本数据集合的模拟量信号转换为数字量信号；

步骤S230：基于所述读入模块，对所述基础环境样本数据集合进行读入，并移至缓冲区；

步骤S240：基于所述转换模块，将所述缓冲区的读入数据的预设数据格式转换为目标字符格式；

步骤S250：基于所述验证模块，对所述目标字符格式对应的目标字符数据进行数据运算，获得所述目标字符数据在指定校验类别下的对应校验值；

步骤S260：基于所述确认模块，确定所述对应校验值的目标校验类型；

步骤S270：基于所述应答模块和所述目标校验类型，返回所述基础环境样本数据集合的初始值和多项式。

具体而言，在对所述基础环境样本数据集合进行数据解析时，可基于所述PLC控制终端嵌入的扩展AI模块、读入模块、转换模块、验证模块、确认模块、应答模块进行实现，其中，所述扩展AI模块，可以直接接入传感器模拟量信号，通过PLC内嵌的模数转换程序直接将传感器模拟量信号变换为数字量信号并存储在指定的PLC存储区；所述读入模块，用于从Modbus-RTU通信模块指定的存储区域获取传感器数据，并移至缓冲区；所述转换模块，按“整数-双精度数-实数-算法归约”的转换算法将传感器预设的数据格式转换为目标字符格式；所述验证模块，用于检验用户设定的校验类别，根据所述校验类别对目标字符串数据进行运算，得到目标字符数据在指定校验类别下对应的校验值；所述确认模块，根据目标字符数据在指定校验类别下的校验值确定传感器数据的目标校验类型；所述应答模块，根据传感器数据的目标校验类型返回相应传感器数据的初始值和多项式。

具体的，在对所述基础环境样本数据集合进行数据解析前，由于传感器采集得到的数据信号包括模拟量信号和数字量信号，因此，应先基于所述扩展AI模块中嵌入的模数转换程序，将所述基础环境样本数据集合的模拟量信号转换为数字量信号，在进行后续的数据解析，即利用西门子smart 200实现传感器信息的读入、转换、验证、确认和应答功能。

具体地，调用“ MBUS_CTRL”完成主站的初始化，主要包括设置数据读入RS485端口号，数据奇偶校验方式，数据传输通讯波特率，并启动主站功能控制。调用Modbus RTU主站读写子程序“MBUS_MSG”，发送Modbus读写请求，主要包括设定读写从站地址，读写方式选择，读写从站的数据类型，通讯的数据个数，读写数据的存储地址，读写结果确认与应答。示例性的，以土壤温度处理为例，将Modbus通讯的数据读入缓冲区，首先将数据从整数型转换为双精度数，再将其转换为实数；进一步地，将上述实数按传感器的通信归约进行解析，获得温度的实际十进制表达方式。

步骤S300：对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；

进一步的，步骤S300包括：

步骤S310：所述PLC控制终端还嵌入有数据处理模块，其中，所述数据处理模块嵌入有数据清洗模块和数据层融合模块；

步骤S320：基于所述数据清洗模块，对所述解析后环境样本数据集合进行数据清洗，获得清洗后环境样本数据集合；

步骤S330：基于所述数据层融合模块，对所述清洗后环境样本数据集合进行数据融合，生成所述标准环境样本数据集合。

具体而言，在对所述基础环境样本数据集合进行数据解析之后，可对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，此过程可基于所述PLC控制终端中嵌入的数据处理模块得以实现，其中，所述数据处理模块嵌入有数据清洗模块和数据层融合模块。

具体的，所述数据清洗模块，用于对采集数据进行重新审查和校验，并删除重复信息、纠正存在的错误，并提供传感器数据一致性；所述数据层融合模块，用于对清洗后的多传感器数据进行综合与分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，提供数据精度。

对通过上述方法获得的传感器数据进行阈值范围判断，剔除不良数据。更进一步地，该判断阈值范围具备自学习能力，可根据海绵城市所处的不同区域智能判断传感器阈值的合理性，并产生相关报警信息。

同时，通过对土壤传感器、蓄液池传感器、雨量传感器等多个传感信息进行综合判断，确定多个信息之间的关联融合性，初步确定水环境质量、面源污染状态等参数。

步骤S400：基于所述边缘计算网关的OPC UA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；

步骤S500：基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存；

进一步的，步骤S500包括：

步骤S510：基于所述边缘计算网关的嵌入式操作系统，对所述内嵌数据库配置数据表结构；

步骤S520：根据所述数据表结构，在所述云端服务器配置相同数据表结构；

步骤S530：基于所述相同数据表结构和所述网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存。

具体而言，为将数据上传至云端服务器，本申请优选边缘计算网关。所述边缘计算网关采用高速工业级ARM芯片，并内嵌入式Linux实时操作系统，配置数据库、高速网络通讯接口。

所选边缘计算网关支持OPC UA通讯协议，通过网关内置的OPC UA Client与PLC中的OPC UA Server进行通讯，并通过变量配置从PLC中获取传感器数据。进一步地，边缘计算网关所配置的采集变量支持传感器中的整型、浮点型、双精度型等数据格式。

所选边缘计算网关的特征在于内嵌Mysql数据库，通过配置数据表结构，将传感器数据写入内嵌数据库中。进一步地，所设计的表结构形式为：站点ID、设备ID、变量值、采集时间、报警信息。

所选边缘计算网关的特征还在于，网关通过4G/GPRS定时将数据上传至云端服务器。数据上传的方法为，在云端服务器部署与网关内嵌数据库相同的表结构，网关通过公网直接将内嵌数据库中的数据同步至云端数据库。数据上传的特征还在于，数据上传同步的时间可设；发生公网断网时网关可缓存数据，并在网络恢复时批量同步断网时漏传的数据。

具体的，在边缘计算网关的Mysql中设置与传感器对应的表结构，具体包括站点位置号、传感器身份识别号、传感器实时数据、传感器报警号、数据采集时间戳、站点综合信息等。通过边缘计算网关的组态软件将表结构中的变量与PLC的传感器采集变量进行物理地址映射，并进一步通过边缘计算网关内置的opc UA client实现与PLC内置opc UA server之间的通讯。边缘计算网关将从PLC获取的数据存入其内嵌的Mysql表结构中，并通过4G网络同步至云端。

步骤S600：将所述标准环境样本数据集合上传至所述可视化系统进行数据展示。

进一步的，如图3所示，步骤S600包括：

步骤S610：对所述标准环境样本数据集合进行遍历解析，获得数据表现特征；

步骤S620：将所述数据表现特征输入数据图样筛选模型进行训练，获得数据标准图样；

步骤S630：基于所述数据标准图样，对所述标准环境样本数据集合进行数据的图样格式转换；

步骤S640：基于所述数据图样筛选模型，构建图样管理数据库；

步骤S650：获得所述图样管理数据库的历史数据图样集合；

步骤S660：判断所述数据标准图样是否包含于所述历史数据图样集合；

步骤S670：若所述数据标准图样不包含于所述历史数据图样集合，基于所述数据标准图样，对所述图样管理数据库进行动态更新。

具体而言，在获得所述标准环境样本数据集合之后，可对其进行数据展示，具体的，可对所述标准环境样本数据集合进行遍历解析，获得数据表现特征，即任一特征的数据发展趋势，示例性的，以土壤温度为例进行说明，不同的环境、时间下的土壤温度有所不同，可通过对不同的土壤温度数据进行解析，直至分析得出数据的表现特征，示例性的，条形统计图可以清楚地表明各种数量的多少；扇形统计图可以比较清楚地反映出部分与部分、部分与整体之间的数量关系；折线统计图能够显示数据的变化趋势，反映事物的变化情况；茎叶统计图是从统计图上没有原始数据信息的损失，所有数据信息都可以从茎叶图中得到；茎叶图中的数据可以随时记录，随时添加，方便记录与表示等。

具体的，上述的各种统计图均作为样本图示存储于所述数据图样筛选模型，通过将所述数据表现特征输入数据图样筛选模型进行训练，可获得数据标准图样，其中，所述数据图样筛选模型可对输入的数据表现特征进行训练，直至筛选出与该数据表现特征相契合的数据图样，进而对筛选出的数据图样和该数据表现特征进行图样格式转换，实现对所述标准环境样本数据集合的可视化展示。

除此之外，在基于所述数据图样筛选模型进行数据训练时，可构建图样管理数据库，用于管理上述样本图示，基于此，可获得所述图样管理数据库的历史数据图样集合，所述历史数据图样集合可理解为，基于所述数据图样筛选模型的历史训练得出的历史图样集合，进而判断所述数据标准图样是否包含于所述历史数据图样集合，即所述历史数据图样集合是否存在所述数据标准图样，如果所述数据标准图样不包含于所述历史数据图样集合，可基于所述数据标准图样，对所述图样管理数据库进行动态更新，确保对目标区域的基础环境数据进行清晰完整的可视化展示。

进一步的，本申请还包括步骤S700：

步骤S710：获得所述云端服务器的数据储存频率；

步骤S720：基于所述数据储存频率，预设间断供电频率；

步骤S730：基于所述间断供电频率，所述供电系统对所述数据管理系统进行间断供电。

具体而言，所述数据管理系统还包括供电系统，供电系统采用太阳能供电，即利用“太阳能+锂电池”的供电方式满足连续全天候供电。所选供电系统包括2块12V太阳能电池板，两块电池板通过串联方式形成24V充电电源。其中，所选蓄电池为锂电池，锂电池电压为24V，并通过太阳能电池板对其充电。

进一步地，为降低数采系统功耗，在数据采集系统供电回路上设有时间继电器，该时间继电器可以按数据采集频率为系统间断供电，减少数采系统的电能消耗，以延长数采系统持续工作时间。即供电系统选用通/断定时器对数据采集系统进行间断供电，间断供电的频率参考传感器数据与云端同步的频率。示例性的，数据同步频率为5分钟，则供电系统定时器的通/断电时间设置为：通电1分钟，断电4分钟，通过间断供电延长蓄电池的续航能力。

其中，边缘计算网关的数据同步时间可典型地设置为5分钟。同时，所选边缘计算网关具有断点重传功能，在4G网络断网后能够自动与云端同步断网期间采集的数据，其特征还在于同步数据的容量可以根据断网的频次进行优化，以减少数据重复上传。

综上所述，本发明所提供的一种基于PLC的海绵城市数据管理方法具有如下技术效果：

1、通过对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；将基础环境样本数据集合上传至PLC控制终端进行数据解析，生成解析后环境样本数据集合；对解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；将标准环境样本数据集合进行读入，并写入至内嵌数据库；将标准环境样本数据集合上传至云端服务器进行储存；将标准环境样本数据集合上传至可视化系统进行数据展示。通过边缘计算网关进行数据的实时处理与分析，再通过冗余备份方式进行当地存储，然后同步至云端数据库进行数据存储与分析，有效提高数据监测系统的效率与可靠性。

2、通过数据采集系统定时循环启动，自动建立4G通讯网络连接，并将采集传感器节点的感知信息进行边缘分析计算后上传云服务器；当4G网络掉线后，系统会采用数据断点重传功能保证数据的完整性传输。系统通过边缘计算网关有效提升数采现场的工作效率和可靠性，降低网络传输流量，减少云端虚拟服务器的并发拥堵，整体提升海绵城市数据监测系统的数据处理、传输及存储能力。

实施例二

基于与前述实施例中一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，同样发明构思，本发明还提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理系统，请参阅附图4，所述系统包括：

第一采集单元11，所述第一采集单元11用于根据传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；

第一上传单元12，所述第一上传单元12用于将所述基础环境样本数据集合上传至PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；

第一处理单元13，所述第一处理单元13用于对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；

第一写入单元14，所述第一写入单元14用于基于边缘计算网关的OPC UA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；

第二上传单元15，所述第二上传单元15用于基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至云端服务器进行储存；

第三上传单元16，所述第三上传单元16用于将所述标准环境样本数据集合上传至可视化系统进行数据展示。

进一步的，所述系统还包括：

第一嵌入单元，所述第一嵌入单元用于所述PLC控制终端嵌入有扩展AI模块、读入模块、转换模块、验证模块、确认模块、应答模块；

第一转换单元，所述第一转换单元用于根据所述扩展AI模块中嵌入的模数转换程序，将所述基础环境样本数据集合的模拟量信号转换为数字量信号；

第一读入单元，所述第一读入单元用于基于所述读入模块，对所述基础环境样本数据集合进行读入，并移至缓冲区；

第二转换单元，所述第二转换单元用于基于所述转换模块，将所述缓冲区的读入数据的预设数据格式转换为目标字符格式；

第一运算单元，所述第一运算单元用于基于所述验证模块，对所述目标字符格式对应的目标字符数据进行数据运算，获得所述目标字符数据在指定校验类别下的对应校验值；

第一确定单元，所述第一确定单元用于基于所述确认模块，确定所述对应校验值的目标校验类型；

第一返回单元，所述第一返回单元用于基于所述应答模块和所述目标校验类型，返回所述基础环境样本数据集合的初始值和多项式。

进一步的，所述系统还包括：

第二嵌入单元，所述第二嵌入单元用于所述PLC控制终端还嵌入有数据处理模块，其中，所述数据处理模块嵌入有数据清洗模块和数据层融合模块；

第一清洗单元，所述第一清洗单元用于基于所述数据清洗模块，对所述解析后环境样本数据集合进行数据清洗，获得清洗后环境样本数据集合；

第一融合单元，所述第一融合单元用于基于所述数据层融合模块，对所述清洗后环境样本数据集合进行数据融合，生成所述标准环境样本数据集合。

进一步的，所述系统还包括：

第一配置单元，所述第一配置单元用于基于所述边缘计算网关的嵌入式操作系统，对所述内嵌数据库配置数据表结构；

第二配置单元，所述第二配置单元用于根据所述数据表结构，在所述云端服务器配置相同数据表结构；

第四上传单元，所述第四上传单元用于基于所述相同数据表结构和所述网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存。

进一步的，所述系统还包括：

第一获得单元，所述第一获得单元用于获得所述云端服务器的数据储存频率；

第一预设单元，所述第一预设单元用于基于所述数据储存频率，预设间断供电频率；

第一供电单元，所述第一供电单元用于基于所述间断供电频率，所述供电系统对所述数据管理系统进行间断供电。

进一步的，所述系统还包括：

第一解析单元，所述第一解析单元用于对所述标准环境样本数据集合进行遍历解析，获得数据表现特征；

第一输入单元，所述第一输入单元用于将所述数据表现特征输入数据图样筛选模型进行训练，获得数据标准图样；

第三转换单元，所述第三转换单元用于基于所述数据标准图样，对所述标准环境样本数据集合进行数据的图样格式转换。

进一步的，所述系统还包括：

第一构建单元，所述第一构建单元用于基于所述数据图样筛选模型，构建图样管理数据库；

第二获得单元，所述第二获得单元用于获得所述图样管理数据库的历史数据图样集合；

第一判断单元，所述第一判断单元用于判断所述数据标准图样是否包含于所述历史数据图样集合；

第一更新单元，所述第一更新单元用于若所述数据标准图样不包含于所述历史数据图样集合，基于所述数据标准图样，对所述图样管理数据库进行动态更新。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，前述图1实施例一中的一种基于PLC的海绵城市数据管理方法和具体实例同样适用于本实施例的一种基于PLC的海绵城市数据管理系统，通过前述对一种基于PLC的海绵城市数据管理方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中一种基于PLC的海绵城市数据管理系统，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

示例性电子设备

下面参考图5来描述本发明的电子设备。

图5图示了根据本发明的电子设备的结构示意图。

基于与前述实施例中一种基于PLC的海绵城市数据管理方法的发明构思，本发明还提供一种基于PLC的海绵城市数据管理系统，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文所述一种基于PLC的海绵城市数据管理方法的任一方法的步骤。

其中，在图5中，总线架构（用总线300来代表），总线300可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线300将包括由处理器302代表的一个或多个处理器和存储器304代表的存储器的各种电路链接在一起。总线300还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口305在总线300和接收器301和发送器303之间提供接口。接收器301和发送器303可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。

处理器302负责管理总线300和通常的处理，而存储器304可以被用于存储处理器302在执行操作时所使用的数据。

本发明提供了一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，其特征在于，所述方法应用于数据管理系统，其中，所述数据管理系统包括数据采集系统、边缘计算网关、云端服务器以及可视化系统，其中，所述数据采集系统嵌入有传感器系统和PLC控制终端，所述方法包括：根据所述传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；将所述基础环境样本数据集合上传至所述PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；基于所述边缘计算网关的OPC UA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存；将所述标准环境样本数据集合上传至所述可视化系统进行数据展示。解决了海绵城市数据监测系统通常采用GPRS传输感知数据,并采用透传模式进行数据无分析、无差别的方式上传，从而增加了数据传输网络及云端服务器的负荷，尤其是监测站点较多且需要并发处理时，易形成信息堵塞，降低了处理的实时性，严重时甚至造成数据丢失的技术问题。通过搭建一种数据监测系统，通过边缘计算网关进行数据的实时处理与分析，再通过冗余备份方式进行当地存储，然后同步至云端数据库进行数据存储与分析，达到了有效提高数据监测系统的效率与可靠性，整体提升海绵城市数据监测系统的数据处理、传输及存储能力的技术效果。

本发明还提供一种电子设备，其中，包括处理器和存储器；

该存储器，用于存储；

该处理器，用于通过调用，执行上述实施例一中任一项所述的方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序和/或指令，该计算机程序和/或指令被处理器执行时实现上述实施例一中任一项所述方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全软件实施例、完全硬件实施例、或结合软件和硬件方面实施例的形式。此外，本发明为可以在一个或多个包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。而所述的计算机可用存储介质包括但不限于：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（Random AccessMemory，简称RAM）、磁盘存储器、只读光盘（Compact Disc Read-Only Memory，简称CD-ROM）、光学存储器等各种可以存储程序代码的介质。

本发明是参照本发明的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于PLC的海绵城市数据管理方法，其特征在于，所述方法应用于数据管理系统，其中，所述数据管理系统包括数据采集系统、边缘计算网关、云端服务器以及可视化系统，其中，所述数据采集系统嵌入有传感器系统和PLC控制终端，所述方法包括：

根据所述传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；

将所述基础环境样本数据集合上传至所述PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；

对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；

基于所述边缘计算网关的OPC UA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；

基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存；

将所述标准环境样本数据集合上传至所述可视化系统进行数据展示；

所述将所述基础环境样本数据集合上传至所述PLC控制终端进行数据解析，包括：

所述PLC控制终端嵌入有扩展AI模块、读入模块、转换模块、验证模块、确认模块、应答模块；

根据所述扩展AI模块中嵌入的模数转换程序，将所述基础环境样本数据集合的模拟量信号转换为数字量信号；

基于所述读入模块，对所述基础环境样本数据集合进行读入，并移至缓冲区；

基于所述转换模块，将所述缓冲区的读入数据的预设数据格式转换为目标字符格式；

基于所述验证模块，对所述目标字符格式对应的目标字符数据进行数据运算，获得所述目标字符数据在指定校验类别下的对应校验值；

基于所述确认模块，确定所述对应校验值的目标校验类型；

基于所述应答模块和所述目标校验类型，返回所述基础环境样本数据集合的初始值和多项式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，包括：

所述PLC控制终端还嵌入有数据处理模块，其中，所述数据处理模块嵌入有数据清洗模块和数据层融合模块；

基于所述数据清洗模块，对所述解析后环境样本数据集合进行数据清洗，获得清洗后环境样本数据集合；

基于所述数据层融合模块，对所述清洗后环境样本数据集合进行数据融合，生成所述标准环境样本数据集合。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存，包括：

基于所述边缘计算网关的嵌入式操作系统，对所述内嵌数据库配置数据表结构；

根据所述数据表结构，在所述云端服务器配置相同数据表结构；

基于所述相同数据表结构和所述网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至所述云端服务器进行储存。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据管理系统还包括供电系统，所述方法包括：

获得所述云端服务器的数据储存频率；

基于所述数据储存频率，预设间断供电频率；

基于所述间断供电频率，所述供电系统对所述数据管理系统进行间断供电。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述标准环境样本数据集合上传至所述可视化系统进行数据展示，包括：

对所述标准环境样本数据集合进行遍历解析，获得数据表现特征；

将所述数据表现特征输入数据图样筛选模型进行训练，获得数据标准图样；

基于所述数据标准图样，对所述标准环境样本数据集合进行数据的图样格式转换。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于所述数据图样筛选模型，构建图样管理数据库；

获得所述图样管理数据库的历史数据图样集合；

判断所述数据标准图样是否包含于所述历史数据图样集合；

若所述数据标准图样不包含于所述历史数据图样集合，基于所述数据标准图样，对所述图样管理数据库进行动态更新。

7.一种基于PLC的海绵城市数据管理系统，其特征在于，所述系统包括：

第一采集单元，所述第一采集单元用于根据传感器系统，对目标区域的基础环境信息进行数据采集，获得基础环境样本数据集合；

第一上传单元，所述第一上传单元用于将所述基础环境样本数据集合上传至PLC控制终端进行数据解析，生成所述目标区域的解析后环境样本数据集合；

第一处理单元，所述第一处理单元用于对所述解析后环境样本数据集合进行数据预处理，获得标准环境样本数据集合；

第一写入单元，所述第一写入单元用于基于边缘计算网关的OPC UA协议，将所述标准环境样本数据集合进行读入，并写入至所述边缘计算网关的内嵌数据库；

第二上传单元，所述第二上传单元用于基于所述边缘计算网关的网络通讯接口，将所述标准环境样本数据集合上传至云端服务器进行储存；

第三上传单元，所述第三上传单元用于将所述标准环境样本数据集合上传至可视化系统进行数据展示；

第一嵌入单元，所述第一嵌入单元用于所述PLC控制终端嵌入有扩展AI模块、读入模块、转换模块、验证模块、确认模块、应答模块；

第一转换单元，所述第一转换单元用于根据所述扩展AI模块中嵌入的模数转换程序，将所述基础环境样本数据集合的模拟量信号转换为数字量信号；

第一读入单元，所述第一读入单元用于基于所述读入模块，对所述基础环境样本数据集合进行读入，并移至缓冲区；

第二转换单元，所述第二转换单元用于基于所述转换模块，将所述缓冲区的读入数据的预设数据格式转换为目标字符格式；

第一运算单元，所述第一运算单元用于基于所述验证模块，对所述目标字符格式对应的目标字符数据进行数据运算，获得所述目标字符数据在指定校验类别下的对应校验值；

第一确定单元，所述第一确定单元用于基于所述确认模块，确定所述对应校验值的目标校验类型；

第一返回单元，所述第一返回单元用于基于所述应答模块和所述目标校验类型，返回所述基础环境样本数据集合的初始值和多项式。

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；

所述存储器，用于存储；

所述处理器，用于通过调用，执行权利要求1~6中任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序和/或指令，其特征在于，该计算机程序和/或指令被处理器执行时实现权利要求1~6中任一项所述方法的步骤。

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