CN114510979A - 一种基于边缘计算的水下设备检查系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于边缘计算的水下设备检查系统及方法包括：对水下设备进行唯一编码；每个水下设备都通过相应的控制器，向边缘计算设备发送水下设备的各种状态数据。边缘计算设备对数据进行数据预处理把处理后的数据发送到边缘计算服务器中，在边缘计算服务器对数据进行进一步的分类处理及存储，将设备状态数据上传到水面数据服务中心。本发明根据设备状态数据，针对水下设备进行检查、故障分析等操作，利用边缘计算的特点，数据不用再传到遥远的远端进行处理，在边缘侧就能解决，更适合实时的数据分析和智能化处理，也更加高效而且安全。最终满足使用需求，完成对水下设备的检查和故障排除，保证水下设备稳定运行。

Description

一种基于边缘计算的水下设备检查系统及方法

技术领域

本发明涉及边缘计算与数据信息处理技术领域，具体说是一种基于边缘计算的水下设备检查系统及方法。

背景技术

随着社会经济的发展，海洋的价值也越来越被人类重视，人们从不同的角度对其进行开发和利用。而对未知海洋开发和探测，就需要用到各种水下探测设备。但对于在水下运行的设备检查及运维这一领域，传统的设备故障数据上传、事后分析的模式无法解决水下设备故障的问题，不能实时有效地检测到水下设备故障的发生。这样，一方面可能由于维护不及时导致设备出现故障，导致产生经济损失甚至重大事故；另一方面有可能对运行良好的设备也停机检修，造成不必要的生产中断和维护费用的浪费。

发明内容

鉴于传统设备检查方式的弊端，为了提高水下设备检查的效率的不足，本发明提供了一种基于边缘计算的水下设备检查方法。

本发明解决其水下设备检查的技术问题所采用的技术方案是：

一种基于边缘计算的水下设备检查系统，包括：若干控制器模块、与控制器模块数量相当的边缘计算设备、边缘计算服务器、水面数据服务中心单元；

所述控制器模块，连接待检测的水下设备，采集水下设备的原始状态信息；

所述边缘计算设备，接收水下设备的原始状态信息并进行预处理后发送给所述边缘计算服务器；

所述边缘计算服务器，对接收的数据进一步分类处理、存储及转发；

所述水面数据服务中心单元，采集所述边缘计算服务器输出的数据并进行解析处理，获取一段时间内的现场水面设备数据的状态监测结果呈现给用户。

所述边缘计算服务器还设有有线或无线通讯模块，用于所述边缘计算设备与所述水面数据服务中心通信。

所述有线通讯模块为以太网连接方式，用于当水下设备位于水面上工作且在水面数据服务中心附近时的数据通讯传输方式。

所述无线通讯模块为GPRS模块或水声通讯机，分别用于当水下设备位于水面上或水面以下工作时的数据通讯传输方式。

一种基于边缘计算的水下设备检查方法，包括以下步骤：

控制器模块采集水下设备的原始状态信息；

边缘计算设备接收水下设备的原始状态信息并进行预处理后发送给所述边缘计算服务器；

边缘计算服务器对接收的数据进一步分类处理和存储；

水面数据服务中心单元采集所述边缘计算服务器输出的数据并进行解析处理，获取一段时间内的现场水面设备数据的状态监测结果呈现个用户。

所述边缘计算设备的预处理步骤包括：数据过滤、数据编码、数据整合、数据格式转化；

所述数据过滤为删除无效数据，筛选有效数据；

所述数据编码为对不同的待检测设备设置唯一的ID标识，用于区分数据源；

所述数据整合为将一段时间内采集的所有数据封装成一个数据包输出；

所述数据格式转化为按照不同的数据格式分别进行格式转换。

所述边缘计算服务器的分类处理、存储及转发的步骤包括：

将边缘计算设备上传的数据包按照现场设备的类别对设备数据进行分类汇集、存储再转发至水面数据服务中心单元。

所述水面数据服务中心单元进行数据解析处理的步骤包括：数据接收、数据解析、存储至数据库、可视化处理、阈值报警；

所述数据接收为采集边缘计算服务器发送的分类数据；

所述数据解析为对接收的分类数据进行解析，获取对应的数据标签；

所述存储至数据库为根据数据标签的设备类别分别建立数据库表存储当前类别当前设备的状态数据；

可视化处理为输出图表实时显示当前设备状态数据；

阈值报警为当状态数据不在范围内时提示报警信息。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.分布式计算。靠近水下设备，边缘计算设备可以用于改进服务，可以减少网络等待时间，及时满足业务要求。

2.设备检查效率更高。避免了传统技术中对水下设备检查和故障诊断反应迟缓的问题。

3.减缓数据爆炸，网络流量的压力，在进行水面数据服务中心端传输时通过边缘计算设备进行一部分简单数据处理，减少从设备到水面数据服务中心端的数据流量。

4.数据上传及时。设备状态数据的及时上传，满足使用需求，保证设备稳定运行。

附图说明

图1为本发明的原理框架示意图。

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法做详细的说明。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。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背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的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有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。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明提供了一种基于边缘计算的水下设备检查系统及方法，该方法主要包括：对水下需要检查的各种设备进行统一编码，设置编码原则，并保证唯一性，使获得的水下设备状态数据确保准确唯一；水下各种设备通过相应的控制器向边缘计算设备发送水下设备自身的各种状态数据。充分利用边缘计算设备的特点，分布式及低延时，可以用于改进服务，可以减少网络等待时间，及时满足数据处理业务要求。边缘计算设备能够对接收到的数据进行及时处理。包括数据过滤与编码处理、数据整合，并按规定的数据格式进行转化，并把处理后的数据发送到边缘计算服务器中，在边缘计算服务器对数据进行进一步的分类处理及存储。

在边缘计算服务器的数据，可以通过三种方式把数据传送到水面计算机服务器上。

1)网络通讯模块

在边缘计算服务器上安装有通信模块，如果水下设备与水面数据服务中心比较近，通过有线以太网与水面数据服务中心进行连接，可以进行数据传输。

2)GPRS无线通信模块

水下边缘计算服务器内安装有GPRS无线通信模块，如果水下设备与水面数据服务中心比较远，并且水下设备飘浮在水面上，可以通过无线通信模块与水面数据服务中心进行连接，可以进行数据传输。

3)水声通信机

如果水下设备在水面以下进行作业中，边缘计算服务器可以通过水声通信机与水面数据服务中心进行连接，可以进行数据传输。

实施例：

某水下探测设备的电机，作为探测设备的动力中心，电机需要时时监测状态，定期维护，更换一些易损部件，避免由于工作时间长、应用环境变异而导致的一些故障，最终影响整个探测设备的运行，以及生产。因而需要对设备进行经常检查，及时发现故障，排除问题，进而提高整台设备的运行率。因而则用本发明所述方法解决此问题的过程如下：

(1)对水下电机设备进行编码

对水下电机设备进行统一编码，设置编码原则，并保证唯一性。电机编码前缀为mo,这个电机的编号设置为mo0001，使获得的水下设备状态数据确保准确唯一，保证为后续的应用提供支撑；

(2)安装电机设备控制器

对水下电机设备安装对应的设备控制器，所述控制器为传感器，例如转速传感器可以采集电机的转速数据、温度传感器可以测量电机的温度，压力传感器可以测量泵的压力等等数据，各类设备控制器与编号为mo0001的电机进行连接，对mo0001的电机进行联机测试，确保控制器与mo0001编号的电机正确连接，保证信号和数据传输正确；

(3)安装边缘计算设备和边缘计算服务器

边缘计算设备为PLC等，编号为mo0001的水下电机设备通过相应的控制器向边缘计算设备发送水下电机设备自身的各种状态数据。充分利用边缘计算设备的特点，分布式及低延时，可以减少网络等待时间，及时满足数据处理业务要求。边缘计算设备能够对接收到的电机状态数据进行及时处理。包括数据过滤与编码、数据整合，并按规定的数据格式进行转化，并把处理后的电机状态数据发送到边缘计算服务器中。数据过滤为删除无效数据，筛选有效数据；数据编码为对不同的待检测设备设置唯一的ID标识，用于区分数据源；数据整合为将一段时间内采集的所有数据封装成一个数据包输出；数据格式转化为按照不同的数据格式分别进行格式转换。在边缘服务器对数据进行进一步的分类处理及存储。边缘服务器的分类处理的步骤包括将边缘计算设备上传的数据包解析成对应现场设备的各个数据，并按照现场设备的类别进行分类存储。现场设备的类别是按照设备种类分类的，例如，多个电机被划分为电机类，多个水泵设备被划分为同一类。

(4)采用三种电机状态数据上传方式

·网络通讯模块

在边缘计算服务器上安装有通信模块，如果水下探测设备与水面数据服务中心比较近，通过有线以太网与水面数据服务中心进行连接，通过以太网口可以把编号为mo0001的电机设备状态数据传输到水面数据服务中心上。

·GPRS无线通信模块

水下边缘计算服务器内安装有GPRS无线通信模块，如果水下探测设备与水面数据服务中心比较远，而且水下探测设备漂浮在水面上，可以通过无线通信模块与水面数据服务中心进行连接，可以通过移动网络把编号为mo0001的电机设备状态数据上传到水面数据服务中心上。

·水声通信机

如果水下探测设备工作中水面以下，远离水面数据服务中心，边缘计算服务器可以通过水声通信机与水面数据服务中心进行连接，可以通过水声通信机把编号为mo0001的水下电机设备状态数据上传到水面数据服务中心上。

(5)水面数据服务中心综合分析

水面数据服务中心对上传上来的编号为mo0001的电机设备状态数据进行综合处理及分析，并把编号为mo0001的电机检查结果显示给用户，供用户做出合理判断，为电机设备日常点巡检、健康状态评估、检修方案建议、检修效果评估、能效优化提供自动化服务，达到保障电机安全可靠运行、提高运行效率、节约运维成本的目的。

综合处理及分析包括：

在线水下设备数据处理分析

在线水下设备数据分析就是对水下设备进行在线、及时的数据分析显示。在线分析，也就是数据可视化，能够及时的了解水下设备的工作状态以及故障情况。主要采用趋势图、状态分布图来显示实时数据，并进行分析。

离线水下设备数据处理分析

离线水下设备分析是对以往历史水下设备数据进行分析，首先把数据处理成合适的数据格式，利用列表法和图表法对水下设备数据进行综合分析，保证水下设备安全可靠运行。同时利用数据挖掘算法，使用Weka数据挖掘工具，可以对水下设备进行当前数据数值的预测性，判断数值走向趋势，是否在设定的安全阈值范围内，可以让用户根据可视化分析和数据挖掘的结果做出一些预测性的判断，提前对水下设备作一些维护措施，保证整体设备正确运行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于边缘计算的水下设备检查系统，其特征在于，包括：若干控制器模块、与控制器模块数量相当的边缘计算设备、边缘计算服务器、水面数据服务中心单元；

所述控制器模块，连接待检测的水下设备，采集水下设备的原始状态信息；

所述边缘计算设备，接收水下设备的原始状态信息并进行预处理后发送给所述边缘计算服务器；

所述边缘计算服务器，对接收的数据进一步分类处理、存储及转发；

所述水面数据服务中心单元，采集所述边缘计算服务器输出的数据并进行解析处理，获取一段时间内的现场水面设备数据的状态监测结果呈现给用户。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的水下设备检查系统，其特征在于，所述边缘计算服务器还设有有线或无线通讯模块，用于所述边缘计算设备与所述水面数据服务中心通信。

3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的水下设备检查系统，其特征在于，所述有线通讯模块为以太网连接方式，用于当水下设备位于水面上工作且在水面数据服务中心附近时的数据通讯传输方式。

4.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的水下设备检查系统，其特征在于，所述无线通讯模块为GPRS模块或水声通讯机，分别用于当水下设备位于水面上或水面以下工作时的数据通讯传输方式。

5.一种基于边缘计算的水下设备检查方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制器模块采集水下设备的原始状态信息；

边缘计算设备接收水下设备的原始状态信息并进行预处理后发送给所述边缘计算服务器；

边缘计算服务器对接收的数据进一步分类处理和存储；

水面数据服务中心单元采集所述边缘计算服务器输出的数据并进行解析处理，获取一段时间内的现场水面设备数据的状态监测结果呈现个用户。

6.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的水下设备检查方法，其特征在于，所述边缘计算设备的预处理步骤包括：数据过滤、数据编码、数据整合、数据格式转化；

所述数据过滤为删除无效数据，筛选有效数据；

所述数据编码为对不同的待检测设备设置唯一的ID标识，用于区分数据源；

所述数据整合为将一段时间内采集的所有数据封装成一个数据包输出；

所述数据格式转化为按照不同的数据格式分别进行格式转换。

7.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的水下设备检查方法，其特征在于，所述边缘计算服务器的分类处理、存储及转发的步骤包括：

将边缘计算设备上传的数据包按照现场设备的类别对设备数据进行分类汇集、存储再转发至水面数据服务中心单元。

8.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的水下设备检查系统及方法，其特征在于，所述水面数据服务中心单元进行数据解析处理的步骤包括：数据接收、数据解析、存储至数据库、可视化处理、阈值报警；

所述数据接收为采集边缘计算服务器发送的分类数据；

所述数据解析为对接收的分类数据进行解析，获取对应的数据标签；

所述存储至数据库为根据数据标签的设备类别分别建立数据库表存储当前类别当前设备的状态数据；

可视化处理为输出图表实时显示当前设备状态数据；

阈值报警为当状态数据不在范围内时提示报警信息。

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