CN206557772U - 一种事物的时间描述系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种事物的时间描述系统，系统包括数据采集单元、数据模型化单元和时空数据库单元，用于手动或自动地采集事物数据的数据采集单元将所采集的事物数据发送至用于根据事物属性构建数据模型的数据模型化单元，所述数据模型化单元将经处理后的包括事物数据的相应数据模型发送至所述时空数据库单元，其特征在于，数据采集单元包括采样模块和选择模块，数据模型化单元包括数据模型化模块和数据模型存储模块，并且时空数据库单元包括第一数据存储模块、第二数据存储模块和第三数据存储模块本实用新型通过三段时间维度来描述事物的数据信息，通过一个时空数据库解决多种系统应用的问题，可以降低用户的投资和系统的维护成本。

Description

一种事物的时间描述系统

技术领域

本实用新型涉及对工业生产监控和管理的技术领域，尤其涉及一种事物的时间描述系统。

背景技术

数据是信息的表达，大量的生产过程数据和业务数据需要通过数据处理才能得出蕴含的信息。数据库发展到今天，经历了层次、网状、关系型和非关系型数据库。数据库已经成为数据存储和查询必不可少的系统，现在，也有一些所谓的时空数据库，主要是GIS(地理信息系统)借用关系库进行数据存储。在工业生产监控和管理领域，有SCADA监控、实时数据库、关系库，也有开源非关系库的应用。关系数据库是建立在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。现实世界中的各种实体以及实体之间的各种联系均用关系模型来表示。关系模型就是指二维表格模型，因而一个关系型数据库就是由二维表及其之间的联系组成的一个数据组织。当前主流的关系型数据库有Oracle、Microsoft SQL Server、MySQL等。Oracle是甲骨文公司的一款关系数据库管理系统。它是在数据库领域一直处于领先地位的产品。可以说Oracle数据库系统是目前世界上流行的关系数据库管理系统，系统可移植性好、使用方便、功能强，适用于各类大、中、小、微机环境。它是一种高效率、可靠性好的适应高吞吐量的数据库解决方案。

在组态软件行业，数据模型的应用非常广泛，有的模型本身也有一些简单的计算逻辑，这只是解决了模型内部成员的计算，没有实现模型和模型之间计算。在实际应用过程中不仅要计算模型内部的计算还有模型之间的计算，比如在工厂生产过程控制中，为细化对每一个时间点和每一个空间点的管控，往往需要时间模型和空间模型之间的计算。引入计算模型以后，可简化数据模型(保留成员属性，去计算)，数据模型只是记录数据的结构，是数据特征的抽象。计算模型负责模型内部和模型间的计算，从而将计算实现模型化。因此，通过数据模型和计算模型的设计来描述一个软件系统，可降低系统建设的重复工作量，而且在实施阶段只需关注对象实例化而不需要关系计算逻辑的实现，进而可降低系统建设实施难度。

时态GIS作为GIS的一个新兴研究领域，受到人们越来越多的关注。时态GIS要求提供高效、完善的时间与空间位置数据的存储、管理和分析机制，以便进行历史回溯、变化监测和预测分析。

中国专利CN103678712A公开了一种灾害信息时空数据库，灾害信息时空数据库包括灾害现势数据库、灾害过程数据库和灾害历史数据库三个灾害信息数据库，统一编码模块对接收的灾害信息数据分层次编码；属性数据管理模块和空间位置数据管理模块导入灾害信息属性数据和空间位置数据到对应的灾害信息数据库；灾害信息数据通过逻辑变更模块在各灾害信息数据库之间传输；时空数据库索引模块按时间序列对灾害信息时空数据库建立更新索引；逻辑变更模块和时空数据库索引模块构成灾害信息时空数据库的基础，对灾害属性的管理维护、时空逻辑索引的变更维护，为统计数据的入库、检索和时空查询做好准备；该专利解决了在对实现时空数据的储存、管理和历史回顾时数据冗余高、工作效率较低的问题。然而，该专利存在的问题是：(1)该关系数据库为SQL或者oracle，只能通过编码进行分类检索，不能通过直接输入时间或者空间信息进行检索查询(对历史数据库的快速检索也只能通过时间信息进行，不能通过空间信息进行检索)，因而对数据库的查询和调用很不方便；(2)检索方式单一，只能在某一时间范围进行检索，而不能在某一空间范围进行检索，比如不能对发生在太平洋区域内所有的灾害信息进行检索。

在时空数据管理方面，时空数据库模型对于提高时空数据存储和管理的效率起着关键的作用。目前，为了实现时间信息和空间信息的一致性处理，各种数据模型被提出，但都存在各种各样的问题。例如：时间立方体模型在随着数据量的增加时，对立方体的操作会变得越来越复杂，以至于最终变得无法处理；序列快照模型的存储则存在大量的数据的冗余；基态修正模型可以大大地节约计算机的存储空间，但难于处理给定时刻的时空对象间的空间关系。时空复合模型在地理实体历史状态检索和全局状态重构的效率较低；面向对象的模型支持时空复杂对象建模，但理论基础和实现技术上还没有达成共识，实现较为困难。现有的模型大多只侧重于时间域和空间域的一个方面，而且是逻辑层面(概念模型)上研究的较多，不适于进行时空数据库设计实现，难以实现多类型、海量的时空数据存储、管理与分析。

中国专利CN101231642A公开了一种时空数据库管理系统，包括：数据采集部分，用于从外部系统采集或接收关于地理实体的空间信息和时间信息，并对这些数据设置关于其产生和存在的事物时间信息；时空数据关联部分，用于将由所述数据采集部分所获得的各数据以及事物时间信息进行关联，并保存成相应的时空数据文件，以表达该地理实体之间的演变历史并预测地理实体的变化；以及时空数据管理部分，用于按照地理实体的时间信息所记载的时态以及地理实体的空间信息所记载的演变关系，将所述时空数据关联部分所产生的时空数据文件分别进行保存以构成时空数据库。然而，该专利存在的问题是所述数据库是基于传统数据库建立的，在查询和调用数据时，不能通过某一时间点或者某一位置点进行，而需要特定的标识码，这在工业生产管控领域中是不方便的。

目前众多的空间数据库标识空间信息都是采用存储坐标信息来支持空间信息，加上使用一个自增长ID(Identity，序列号)来提供索引，在搜索上需要依靠空间结构算法来实现。为解决上述问题，现在很多专利通过使用更加简单的空间索引技术，能够简化空间数据库字段结构，节省占用的存储空间。

中国专利CN102622349B公开了一种空间位置信息数据库的处理方法，其特征在于，包括：获取一空间位置的坐标数据；根据所述坐标数据生成与所述空间位置对应的空间位置信息编码，包括：定义在中国范围内实施的空间位置信息编码分为五节代码，国家码-区域码：子码1：子码2-附加码，每节代码的编码方法原则为自上而下、自左向右进行编号；在空间位置信息数据库中存储所述空间位置信息编码，将所述空间位置信息编码作为所述空间位置在所述数据库中的索引和位置信息。上述方案中，使用空间位置信息编码替代目前广泛使用的数据库索引、位置信息、和永久ID等多种数据信息，不但可以方便地管理和检索数以千万计的空间位置信息数据库，而且节约了数据库空间。然而，该专利存在的问题是：(1)对空间描述准确度、精确度不够高，比如对工厂中某一设备上部、底部无法准确、区分描述；(2)空间解析和编码对于数据的查询和调用不方便，比如查看工厂锅炉工作情况，还需要去找该锅炉对应的编码，不能直接进行查询；(3)当物理位置更新改变后，数据库没有动态更新。

关系型数据库是存储在计算机上的、可共享的、有组织的关系型数据的集合。关系型数据是以关系数字模型来表示的数据，关系数学模型中以二维表的形式来描述数据。在使用关系型数据库存储信息的应用系统中，存在大量的多维度查询，这类查询提供了多种维度的查询条件供使用者输入，同时使用者需要简单、快速、智能地检索到需要的信息。对数据库查询的优化方法主要有以下几种：(1)合理利用索引：对关系数据库中的数据表，按被查询字段创建独立有序的存储结构，类似给书籍创建目录，以空间换取时间，提高查询性能；(2)冗余关系数据：关系数据库中的数据结构设计需遵循一定的规范，以确保数据的完整性和一致性，而适当采取反向规范化，在二维表中冗余存储其它相关表中信息，以减少查询时的关联关系，提高查询性能；(3)分离存放海量数据：对于海量数据，按某些数据进行分类独立存储，如电话号码信息按所属地区分别存储，增加了业务逻辑复杂程度，提高了应用程序的设计难度以及数据维护难度，但缩小了查询范围，可以提高查询性能。

中国专利CN100483411C公开了一种关系型数据库中信息检索方法，包括步骤：构造维度缩减策略树并置于数据库系统中，所述维度缩减策略树包括至少一个子节点和至少一个根节点，每个子节点至少包含本节点编号标识信息及查询条件组合信息和下级子节点编号；当按用户查询条件检索所述数据库未得到所需数据时，根据维度缩减策略树依次构造新的查询条件；按照新的查询条件检索数据库直到得到所需的数据或查询到维度缩减策略树的根节点返回无所需数据的信息。该专利还公开了一种关系型数据库中信息检索装置，包括：查询条件获取单元，查询结果输出单元，策略树存储单元和查询操作单元。利用该专利，可以提高数据库检索效率。然而，该专利存在的问题是：查询和调用数据时需要特定的编号标识信息，在某些领域，比如工业过程控制领域，设备和过程参数的类型和数量都很多，使用编号查询数据很不方便。这是传统关系数据库始终存在的问题——每个对象必须通过唯一对应的标识码才能检索到对应的数据。如果有一种方法能直接通过设备的位置或者过程参数所在的时间点进行检索，检索效率会提高很多。

由此可见，目前大家通用的应用软件或数据库，如甲骨文Oracle，微软Microsoft的SQL，Access等，其技术是建立在20世纪80年代的落后的硬件环境基础上的，当时还没有高分辨率的显示器，扫描仪等也未能普及。数据库结构的建立必须受制于字符终端，是用文字来描述数据库结构。虽然经过十几年的改进，但仍然改变不了数据库结构建立的现状。所有数据库结构的建立都必须经过一系列的繁杂定义或赋值。数据的输入或输出必须由程序员用程序语言编写程序。数据库的维护必须由原程序设计者提供源程序码，方可对其软件进行维护或升级。查询或调用数据库数据时必须输入特定的标识。传统数据库的建立方式一直沿用到今天，但其庞大的支出，使得市场上需要更加便捷、高效、低成本的数据库系统。现在还没有一种数据库能提高这几种数据库的功能，而且是可以组态实现的。

实用新型内容

针对现有技术之不足，本实用新型一种事物的时间描述系统，所述系统包括数据采集单元、数据模型化单元、数据转换单元和时空数据库单元，用于手动或自动地采集事物数据的数据采集单元将所采集的事物数据发送至用于根据事物属性构建数据模型的数据模型化单元，所述数据模型化单元将经处理后的包括事物数据的相应数据模型发送至所述数据转换单元，所述数据转换单元将由所述相应数据模型转换计算得到的不同时间段的数据模型数据发送至所述时空数据库单元，其特征在于，

所述数据采集单元包括采样模块和选择模块，

所述数据模型化单元包括数据模型化模块和数据模型存储模块，并且

所述时空数据库单元包括第一数据存储模块、第二数据存储模块和第三数据存储模块。

根据一个优选实施方式，所述采样模块包括时间确定组件，所述采样模块将所采集的数据发送至用于根据所述时间确定组件的输出数据对所述采样单元所采集的数据依据保鲜时间间隔进行选择的选择模块。

根据一个优选实施方式，所述选择模块将选择数据发送至用于将所述选择数据处理为第一实时数据模型数据的数据模型化模块，所述数据模型化模块将所述第一实时数据模型数据发送至数据模型存储模块，并且

所述数据模型化模块将所述第一实时数据模型数据发送至用于将所述第一实时数据模型通过数据处理转换为包含自定义的时间层级的第二实时数据模型的所述数据转换单元。

根据一个优选实施方式，所述数据转换单元将通过数据转换得到的包含自定义时间层级的第二实时数据模型数据发送并储存至所述时空数据库单元的第一数据存储模块，

所述数据转换单元将由所述第一实时数据模型数据通过数据转换得到的历史数据模型数据发送并储存至所述时空数据库单元的第二数据存储模块，

所述数据转换单元将由所述第二实时数据模型数据和所述历史数据模型数据通过数据转换得到的计划数据模型数据发送并储存至所述时空数据库单元的第三数据存储模块。

根据一个优选实施方式，所述数据采集单元还包括用于将第三方的计划数据导入的数据导入模块，

所述数据导入模块包括USB数据输入模块和/或SD数据输入模块。

根据一个优选实施方式，所述系统还包括图形计算单元，所述图形计算单元包括图形计算模块和场景处理模块，所述图形计算模块与所述数据模型存储模块、所述第一数据存储模块、所述第二数据存储模块和所述第三数据存储模块分别连接，

所述图形计算模块将根据所述数据模型存储模块、所述第一数据存储模块、所述第二数据存储模块和/或所述第三数据存储模块存储的数据模型的数据计算得到的图形数据发送至用于将所述图形数据处理为显示场景的场景数据的所述场景处理模块，

所述场景处理模块将所述场景数据发送至显示单元。

根据一个优选实施方式，所述自动地采集事物数据的数据采集单元的采样模块包括传感器、摄像模块、照相模块、录音模块；

所述传感器至少包括红外传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、气体传感器、声音传感器、光线传感器、深度传感器和/或无线信号传感器。

根据一个优选实施方式，所述手动地采集事物数据的数据采集单元的采样模块包括数据输入模块，

所述数据输入模块包括触控电子屏幕、鼠标、键盘、USB数据输入模块和/或SD数据输入模块。

根据一个优选实施方式，所述选择模块包括集成放大器模块和单片机，所述集成放大器模块接收所述采样模块发送的事物的采样数据，所述集成放大器将集成放大后的输出数据发送至所述用于选择所述采样数据的单片机，所述单片机将依据保鲜时间间隔进行选择的选择数据发送至所述数据模型化模块和所述数据转换单元，

所述图形计算模块为图形计算引擎，所述场景处理模块为数据计算引擎，所示显示单元包括等离子显示屏、液晶显示屏、发光二极管显示屏和阴极射线管显示屏。

根据一个优选实施方式，所述系统还包括通信单元，用于传送数据的所述通信单元与所述数据采集单元、所述数据模型化单元和所述时空数据库单元分别连接。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型提供的一种事物的时间描述系统，通过时间属性描述事物的过去状态、实时状态和未来运行状态。用户不需要掌握复杂的计算机语言，只需要使用自然的时间属性，就可以查看和了解事物的过去、实时和未来状态。本实用新型通过三段时间维度来描述事物的数据信息，通过一个时空数据库解决多种系统应用的问题，可以降低用户的投资和系统的维护成本。

附图说明

图1是本实用新型的模块连接示意图。

附图标记列表

100：数据采集单元 110：采样模块 120：选择模块

200：模型化单元 210：数据模型化模块 220：数据模型存储模块

300：数据转换单元 400：时空数据库单元 410：第一数据存储模块

420：第二数据存储模块 430：第三数据存储模块

500：图形计算单元 510：图形计算模块 520：场景计算模块

600：显示单元

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

对本实用新型中涉及到的名词作如下解释说明。

时间模型：时间模型是用于描述待管理对象时间状态的数据模型。时间模型的时间粒度是衡量时间状态和时间层级的单位，包括时间单位和基于生产情况自定义的时间参数。优选的，时间模型是描述待管理对象时间粒度的模型。例如，时间粒度为年、月、日、小时、分钟或者秒等。也可以自定义时间粒度，如班或者批次等。

空间模型：空间模型是用于描述待管理对象空间状态的数据模型。空间模型的空间粒度是衡量空间层级和空间位置的空间参数，包括空间单位和基于生产情况自定义的空间参数。优选的，空间模型是描述待管理对象空间粒度的模型。例如，空间粒度为总公司、分厂、车间、生产线、工序、工位或设备等。

优选的，时间模型和空间模型具有由自然语言定义名称标识的多层级结构。

时间模型的多层级结构包括至少一个凭借自然语言描述的父级别时间层级和至少一个与父级别时间层级对应的子级别时间层级。

例如，时间层级包括年、月、日、小时、分钟或者秒。年是月的父级别时间层级，月是年的子级别层级。月是日的父级别时间层级，日是月的子级别层级。一个年对应多个月，而一个月只对应一个年。或者，时间层级包括凭借自然语言描述的订单、工单和产品。订单是工单的父级别时间层级，工单是订单的子级别层级。一个订单对应多个工单，而一个工单只对应一个订单。工单是产品的父级别时间层级，产品是工单的子级别层级。一个工单对应多个产品，而一个产品只对应一个工单。

本实用新型的时间层级不限于此，还包括其它凭借自然语言描述的时间层级。如供暖季为父级别时间层级，供暖月为子级别时间层级。一个供暖季包括多个供暖月，即2016年供暖季包括2016年11月至2017年3月共5个供暖月，2017年供暖季包括2017年11月至2018年3月共5个供暖月。在初次设置供暖季的时间层级后，每一年的供暖季自动包含5个跨年的供暖月，不会出现时间混乱的记录情况。

空间模型的多层级结构包括至少一个凭借自然语言描述的父级别空间层级和至少一个与父级别空间层级对应的子级别空间层级。

时空模型是用于描述待管理对象的空间状态和时间状态的数据模型。数据与时间模型和空间模型关联后形成时空模型。时空模型是一种有效组织和管理时态空间数据，属性、空间和时间语义更完整的数据模型。通过时空模型监测待管理对象的时间状态和空间状态，可以充分了解待管理对象的运行状态。

数据建模：描述的每个事物都是由数据模型实例化来的。数据模型经过实例化过程形成至少一个由数据对象的时间对象和空间对象关联构成的数据对象。其中，数据对象的时间对象由时间模型在实例化过程中形成，数据对象的空间对象由空间模型在实例化过程中形成。

例如，设备是一个物，设备加工产品是一件事。产品是时间，也就是记录设备加工产品的时间。这个时间有时间位置、开始生产时间和结束生产时间。时间位置是唯一的产品编号。如果是实时数据，那么产品编号，开始生产时间和消逝时间结束以后就变更为历史数据了。消逝时间是指产品生产的时长。之后继续扫描设备生产下一个时间(产品)的内容。本实用新型基于过去、现在和未来三个时间段对事物进行数据建模。

数据模型按照时间状态分为实时数据模型、历史数据模型、计划数据模型。按照功能又分为数据、报警、事件。时态和功能的组合会有更多种数据。数据模型具有版本。一个系统中，同一模型是可以存在多个版本的。模型的实例是对应于模型的某一版本的。模型在生成新版本时，不会影响已经生成的实例。模型某一版本被修改时，会影响该版本模型生成的实例。数据模型是对数据进行描述的模型。数据模型包括属性和成员两部分。属性是数据特有的部分，比如，名字、描述、时间、空间，属性是由系统定义的，用户是不能定义的。数据模型分为历史数据、实时数据和计划数据。根据分类的不同，数据模型的属性会有差别，比如实时数据，具有新鲜度的属性。事件数据具有开始时间、结束时间、持续时间等属性。成员是构成数据的组成部分，用户是可以根据需要定义不同的成员来描述业务中的数据。成员的数据可以使用上面定义的各种类型。优选地，成员个数限定为最大256个成员。优选地，对于属性名，成员名不允许超过64个字符。

数据类型：系统支持的数据类型，是指在定义成员时可用的数据类型。对于Blob类型和字符串类型，需要指定最大长度。优选地，Blob类型和字符串类型的最大长度不超过1K。优选地，图形类型也属于数据类型，也可以作为对象的成员使用。图形类型的坐标是像素坐标。

实施例1

本实用新型提供一种事物的时间描述系统，系统包括数据采集单元、数据模型化单元、数据转换单元和时空数据库单元，用于手动或自动地采集事物数据的数据采集单元将所采集的事物数据发送至用于根据事物属性构建数据模型的数据模型化单元，数据模型化单元将经处理后的包括事物数据的相应数据模型发送至数据转换单元，数据转换单元将由相应数据模型转换计算得到的不同时间段的数据模型数据发送至时空数据库单元，其特征在于，数据采集单元包括采样模块和选择模块，数据模型化单元包括数据模型化模块和数据模型存储模块，并且时空数据库单元包括第一数据存储模块、第二数据存储模块和第三数据存储模块。

如图1所示，一种事物的时间描述系统包括数据采集单元100、模型化单元200、数据转换单元300和时空数据库单元400。用于手动或自动地采集事物数据的数据采集单元100将所采集的事物数据发送至用于根据事物属性构建数据模型的数据模型化单元200。数据模型化单元200将经处理后的包括事物数据的相应数据模型发送至数据转换单元300。数据转换单元300将由相应数据模型转换计算得到的不同时间段的数据模型数据发送至时空数据库单元400。

数据采集单元100用于采集待描述事物的数据信息以进行时间描述。数据采集单元包括采样模块和选择模块。采样模块用于采集待描述事物的包含时间的数据信息。数据信息包括至少包括传感数据信息、图形信息、图像信息、声音信息和视频信息。传感数据信息至少包括压力数据信息、温度数据信息、湿度数据信息、空气数据信息、光线数据信息、红外数据信息。本实用新型的传感数据信息不限于上述列举种类，其包括通过传感器采集的若干数据信息。

优选的，数据采集单元包括采样模块110和选择模块120。采样模块110包括时间确定组件。采样模块110将所采集的数据发送至选择模块120。选择模块用于根据时间确定组件的输出数据对采样单元所采集的数据依据保鲜时间间隔进行选择，从而得到选择数据。

模型化单元200用于对数据采集单元发送的待描述事物的数据信息进行数据建模。模型化单元200依据待描述事物的时间状态对待描述事物模型化以建立时间模型，并基于时间模型建立待描述事物的数据模型。即：依据待描述事物的时间模型分别建立历史数据模型、实时数据模型和计划数据模型。历史数据模型、实时数据模型和计划数据模型至少具有一个版本。

数据模型化单元200包括数据模型化模块210和数据模型存储模块220。选择模块220将选择数据发送至数据模型化模块210。数据模型化模块210用于将选择模块120的选择数据处理为第一实时数据模型数据。数据模型化模块210将第一实时数据模型数据发送至数据模型存储模块220，并且数据模型化模块将第一实时数据模型数据发送至数据转换单元300。数据转换单元300用于将第一实时数据模型通过数据处理转换为包含自定义的时间层级的第二数据模型。第二数据模型包括包含自定义的时间层级的实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型。

优选的，时空数据库400依据时间属性分类并存储数据模型。时空数据库400包括用于记录和监测待描述事物的实时状态数据的第一数据存储模块410、用于存储待描述事物的历史状态数据的第二数据存储模块420和用于根据实时数据库和历史数据库的数据记录对待描述事物的未来运行状态数据进行预测并储存的第三数据存储模块430。本实用新型中，第一数据存储模块410、第二数据存储模块420和第三数据存储模块430分别成为实时数据库、历史数据库和计划数据库。数据转换单元300将通过数据转换得到的包含自定义时间层级的第二实时数据模型数据发送并储存至时空数据库单元的第一数据存储模块。数据转换单元300将由第一实时数据模型数据通过数据转换得到的历史数据模型数据发送并储存至时空数据库单元的第二数据存储模块。数据转换单元将将由第二实时数据模型数据和历史数据模型数据通过数据转换得到的计划数据模型数据发送并储存至时空数据库单元的第三数据存储模块。

优选的，本实用新型的一种事物的时间描述系统还包括图形计算单元500。图形计算单元500包括图形计算模块510和场景处理模块520。图形计算模块510与数据模型存储模块220、第一数据存储模块410、第二数据存储模块420和第三数据存储模块430分别连接。

图形计算模块将根据数据模型存储模块220、第一数据存储模块410、第二数据存储模块420和/或第三数据存储模块430存储的模型数据计算得到的图形数据发送至用于将图形数据处理为显示场景的场景数据的场景处理模块520。场景处理模块520将场景数据发送至显示单元600。

数据采集单元还包括用于将第三方的计划数据导入的数据导入模块。数据导入模块包括USB数据输入模块和/或SD数据输入模块。

数据采集单元包括采集待描述事物数据的至少一个传感器、至少一个图像采集设备、至少一个声音采集设备和/或至少一个数据导入设备。

优选的，自动地采集事物数据的数据采集单元的采样模块110包括传感器、摄像模块、照相模块、录音模块。传感器至少包括红外传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、气体传感器、声音传感器、光线传感器、深度传感器和/或无线信号传感器。

优选的，手动地采集事物数据的数据采集单元的采样模块110包括数据输入模块。数据输入模块包括触控电子屏幕、鼠标、键盘、USB数据输入模块和/或SD数据输入模块。

选择模块包括集成放大器模块和单片机。集成放大器模块接收采样模块发送的事物的采样数据。集成放大器将集成放大后的输出数据发送至用于选择采样数据的单片机。单片机将依据保鲜时间间隔进行选择的选择数据发送至数据模型化模块和数据转换单元。

图形计算模块为图形计算引擎，场景处理模块为数据计算引擎，所示显示单元包括等离子显示屏、液晶显示屏、发光二极管显示屏和阴极射线管显示屏。

优选的，本实用新型的事件描述系统还包括通信单元。用于传送数据的通信单元与数据采集单元100、模型化单元200、数据转换单元300和时空数据库单元400分别连接。

通信单元包括有线通信单元和无线通信单元。无线通信单元的通信方式包括通过wifi、zigbee、iBeacon、EnOcean、光信号等无线信号传输。有线通信单元的通信方式包括光纤通信、电缆通信、双绞线通信等。

本实用新型对时空数据库单元进行进一步的描述。

优选的，实时数据库、历史数据库和计划数据库是不需要用户配置的，可以是指定的服务器或云服务器。用户使用时，仅需通过配置界面指定历史服务器、实时服务器和计划服务器。系统运行起来，各个服务器客户端会自动将数据发给对应的服务器。例如，实时数据客户端会把数据采集单元产生的实时数据传送给实时服务器。历史数据客户端和计划数据客户端也如此。本实用新型的存储机制不限于此，还包括其它存储机制。

根据一个优选实施方式，历史数据、实时数据和计划数据的存储存在很大区别。实时数据的时态是实时的，表示当前时间的数据，具有新鲜度的特质，也就是其数据的刷新周期要符合其时间层级和时间粒度。例如，如果对象的新鲜度是5秒，则其刷新周期也应该是5秒，如果5秒内不刷新则该对象为不新鲜。实时数据要求有很高的实时性，每秒要能刷新上百万条记录的实时数据，对于没有及时刷新的数据会有新鲜期的限制。超过新鲜期的实时数据转变为历史数据。历史数据时态是历史的，表示过去时间的数据。工业过程的历史数据多数是时序数据，可以进行压缩。历史数据中的业务数据也可以以非压缩的方式进行存储。计划数据时态是未来的，表示未来时间的数据。计划数据依据历史数据和实时数据计算所得。

根据一个优选实施方式，实时数据库储存至少一个实时数据模型，历史数据库储存至少一个历史数据模型，计划数据库储存至少一个计划数据模型。即实时数据库可以储存两个甚至多个实时数据模型，历史数据库储存可以储存两个甚至多个历史数据模型，计划数据库可以储存两个甚至多个计划数据模型。

优选的，数据模型的属性包括待描述事物的时间属性。同样的，实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型的属性包括待描述事物的时间属性。时间属性至少包括待描述事物的时间位置、开始时间和结束时间。时间位置是相对于父时间模型的位置。

根据一个优选实施方式，时空数据库至少包括待描述事物的时间属性。实时数据库、历史数据库和计划数据库至少包括时间属性的主键。

在数据查找时，按照待描述事物的时间属性即可检索模型中的对象，方便快捷。例如，输入某一时间的数据，就可以查找到同一时刻不同事物在该时刻的运行数据，从而了解事物在该时刻的运行状态。或者，输入一段时间范围的数据，就可以查找到在该时间范围内不同事物的运行数据，从而了解到该时间范围内的不同事物的运行状态。

根据一个优选实施方式，历史数据库和计划数据库包括具有时间属性和空间属性的主键。

例如，输入具有时间和空间位置的数据，就可以查找到在该时刻和指定空间位置的事物的运行数据，从而了解在指定空间位置的事物在该时刻的运行状态。或者，输入具有模型类别、时间范围和空间位置的数据，就可以查找到在该时间范围和指定空间位置的事物的运行数据，从而了解在指定空间位置的事物在该时间范围内的运行状态。模型类别包括实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型。

优选的，待描述事物除了具有时间属性外，还可以自定义数据的其它属性。

优选的，数据模型的属性还包括待描述事物的图形属性、音频属性、视频属性和名称属性中的一种或多种。通过对待描述事物的“点化”，可以实现对各类非结构化数据的对象管理，从而实现统一的存储和查询调用。

根据一个优选实施方式，视频文件用来播放，把视频文件作为图形对象的成员传到显示设备，显示设备会根据图形对象的轮廓建立播放区域，可通过脚本函数来控制视频的播放。音频文件用来播放，提供声音播放函数。对于图片类型作为图形对象的成员，图形对象传送到显示设备时，显示设备将绘制图片到屏幕上。对于文件类型的资源对象，可用于文件的传输和存储，比如把工艺文件保存起来，下达操作规范。图形类型也属于数据类型，也可以作为对象的成员使用。图形类型的坐标是像素坐标。几何类型是描述地理空间对象的形状，在空间对象的属性上需要配置。

根据一个优选实施方式，时间属性是事物的固有属性，针对实时数据库中的数据，有数据的新鲜期描述，超过新鲜期的数据状态为失效。数据库中每个数据的时间层级的时间粒度是固定的，可以是秒、分钟或者小时。

根据一个优选实施方式，图形计算单元500还包括订阅模块，订阅模块基于指定事物的历史数据库、实时数据库和/或计划数据库将指定事物的历史状态、实时状态和/或计划状态显示在显示装置中。

本实用新型的时间描述系统的运行方法如下。

数据采集单元100通过如下方法采集待描述事物的数据：从待描述事物现场直接采集待描述事物的历史数据。或者通过计算采集待描述事物的历史数据。通过传感器、图像采集设备、声音采集设备和/或视频采集设备采集待描述事物的实时数据。或者通过计算采集待描述事物的实时数据。通过从第三方系统接口导入计划需求，计划需求被系统识别后通过界面的编辑和调用算法来计算生成计划数据。

数据采集单元100将实时数据、历史数据和计划数据传送至模型化单元200。传送方式可以是有线传输，也可以是无线传输。无线传输的方式包括通过wifi、zigbee、iBeacon、EnOcean等无线信号传输。模型化单元200根据事物的时间状态对待描述事物模型化以建立时间模型，并基于时间模型建立待描述事物的数据模型，即实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型。

模型化单元200以有现或无线的方式将实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型发送至数据转换单元300。数据转换单元300将实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型转化为包含有自定义时间层级和时间粒度的实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型并发送至时空数据库400。依据时间属性，实时数据模型储存至实时数据库，历史数据模型储存至历史数据库，计划数据模型储存至计划数据库。时间是很自然的语言，用户无需学习复杂的语法规则，每个生产管理人员只需知道什么时间什么地点即可查看到待描述事物的状态，具有方便快捷的优势。

根据一个优选实施方式，待描述事物的运行状态包括待描述事物的历史运行状态、待描述事物的实时运行状态和/或待描述事物的计划运行状态。优选地，查找方法通过选择待描述事物的数据对象的历史数据模型、实时数据模型和计划数据模型的版本以查看待描述事物的历史运行状态、实时运行状态和/或计划运行状态。

优选的，用户可以订阅指定事物的实时状态，从而避免了多次查询事物状态的不便。优选的，用户可以订阅指定事物的历史数据、实时数据和计划数据，从而订阅指定事物的状态变化。优选的，订阅模块根据指定事物的历史数据、实时数据和计划数据构建数据图形、图像或视频，从而展示指定事物的状态变化。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做的进一步改进，仅对改进的部分进行说明。

根据一个优选实施方式，计划数据模型根据用户的设置版本建立并更新至少一个包含同一时间状态和空间状态的不同版本的计划数据模型。即计划数据库中存储有多个版本的计划数据模型。多个版本的计划数据模型实例化为多个版本的计划数据对象。选择使用多个版本的计划数据模型中的一个版本，从而确定计划数据对象的版本。计划数据对象即管理对象。

计划数据模型的多版本模式具有重要意义。一个计划变更会对应一系列子计划变更，通过一致版本的计划数据库可以方便查出相关计划。当前制定的计划，需要下发的计划，正在执行的计划一定是某个特定的计划数据版本。例如，在实际运行的过程中，对于一个车间的生产计划，针对一个计划数据对象即将产生的计划运行记录，可能会制定两个运行记录版本。实际生产时计划数据对象只会选择一个版本执行。所以，计划数据模型版本和计划数据对象的记录版本是有差别的。

用户在计算机中设置并存储了多个版本的计划数据模型。由于计划记录的频繁变更，计划数据库对同一个时间和空间会建立并同时更新多个版本的计划数据对象。

例如，在实际运行时，不同的计划数据对象的计划运行记录可能会统一更新。比如车间计划记录变了，班组计划记录也会变。用户可以将计划变更统一完成，方便查看。优选的，实时数据模型包括至少一个依据同一时间状态和空间状态建立并更新的不同版本的实时数据模型。将不同版本的实时数据模型实例化为不同版本的计划数据对象并存储在实时数据库中。

同一个实时数据模型可以有多个版本来实例化多个实时数据对象。例如，一个车间做升级，新旧系统并存，新旧系统就是用的一个数据模型的两个版本。对新旧两个版本下的系统对象进行监控，如果某个实时数据对象升级，切换到新的版本，在历史存储的时候，会存储每个版本对应的历史记录。

根据一个优选实施方式，历史数据模型基于至少一个不同版本的实时数据模型建立并更新至少一个版本的历史数据模型。将不同版本的历史数据模型实例化为不同版本的历史数据对象并存储在历史数据库中。

历史数据对象在同一时刻可以存在多个版本的值。在修改历史数据对象时，有几种情况：

1.历史数据值版本不变，数据被修改，是覆盖了原来的历史记录。

2.历史数据值增加版本，即增加了一条历史记录。

3.历史数据是不允许删除的。

历史数据的修改方式由用户设置。若用户将历史数据的修改方式设置为不允许修改原记录，则对历史数据进行修改后，就会产生新的版本的历史数据记录。

对不同版本的历史数据模型记录的历史数据回放，不仅能看到每个系统的历史数据，而且还能查看历史变迁。

例如车间采集模型V1版本，只支持采集温度和湿度两个参数。在这个模型的基础上，建立了管理对象即车间1对象，采集到温度和湿度的值存储到历史数据库中。历史库中也会记录对应的模型的版本。运行一段时间后，现场系统升级，除了要采集温度和湿度，还需要采集压力，那么采集模型升级为V2版本，增加了压力的参数。车间1对象升级后，车间1开始采集温度、湿度和压力三个值，并把对应的值存储到历史数据库中。这样在历史数据库中，就会记录车间1不同版本情况下产生的历史数据。

对于一个历史数据模型，第一个的版本只有温度、湿度两个参数。第二个版本包括温度、湿度和压力三个参数。

用户在输入数据模型类别、时间数据和/或空间数据后，检索到对象的两个版本的实时数据对象。用户可以选择其中一个版本的实时数据对象，了解对象的实时运行状态。用户也可以同时打开两个版本的实时数据对象，核对两个实时数据在同一时刻的数据。

用户在输入数据模型类别、空间数据和时间数据后，检索到对象的历史数据库和计划数据库存储的两个版本的历史数据对象和两个版本的计划数据对象。

用户可以选择其中一个版本的管理对象的历史数据对象，查看对象的历史运行数据，了解对象的历史运行状态。用户也可以同时打开两个版本的历史数据对象，查看对象的历史运行数据，回看对象的历史变化轨迹。

用户可以选择其中一个版本的管理对象的计划数据对象，查看对象的计划运行数据，了解对象的计划运行状态。用户也可以同时打开两个版本的计划数据对象，查看对象的计划运行数据，并核对两个计划数据库在同一时刻的数据，回看对象的计划变化轨迹。

优选的，实时数据模型检测产品生产线的实时数据。如果检测到下线状态就会产生历史数据。这时会把产品的开始时间和结束时间以及产品编号赋值到产品设备历史数据对象记录上。

此时，时间属性的基本属性包括：

时间名称：产品编号；

开始时间：产品上线时间；

结束时间：产品下线时间。

用户在交互装置查询时，只要用产品编号这个时间名称再结合设备空间名称就可以定位该事物的历史数据。本实用新型所指的产品编号是与产品对应的唯一的编码。

实施例3

本实施例是在实施例1和实施例2的基础上做的进一步改进，仅对改进的部分进行说明。

根据一个优选实施方式，历史数据库、实时数据库和计划数据库中存储的数据必须有时间属性。时间是待描述事物不可分割的属性。没有时间，对象也不可能存在。时间是对待描述事物的时间位置的描述。优选的，待描述事物的时间属性是指待描述事物的时间位置。待描述事物的时间位置至少包括待描述事物的时间粒度时间精度。例如，生产批次就是一种粒度。某个车间第一批次的信息，用户使用起来非常方便。不用去写某个时间段去获取可能的批次信息。

根据一个优选实施方式，通过如下方式建立时间模型：

时间模型：时间模型是用于描述待描述事物时间状态的模型。优选地，时间模型是描述待描述事物时间粒度的模型。例如，时间粒度为年、月、日、小时、分钟或者秒等。也可以自定义时间粒度，如班或者批次等。

数据建模：描述的每个事物都是由模型实例化来的。例如，产品是一种时间模型。根据计划数据选择产品，则产品为计划生产产品的开始时间和结束时间。根据实时数据选择产品，则产品为当前正在生产的开始时间和已经生产时长。根据历史数据选择产品，则产品为产品的上线时间和下线时间。产品的加工是一件事。产品出库也是一件事。某个工位上加工的产品数量(员工绩效)也是事。本实用新型的描述事物时间属性并基于描述进行查找的方法会对这些事物进行数据建模，数据模型会指定时间模型。例如，工位加工的绩效模型，时间属性是班。数据的其它属性可以是工单号、加工数量、报警次数、返工次数等。这些数据模型的数据是通过计算模型来完成的，计算检测生产数据变化，定时统计绩效数据输出到绩效模型。

工厂建模：工厂建模是根据之前的模型进行工厂实例化。实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型分布实例化为实时数据对象、历史数据对象和计划数据对象。例如，实际工厂名称、生产线名称、设备名称、工序名称，这是空间实例化。实例化的过程中也确定了各个对象的附属关系。一天有几班，每个班多长，这是时间实例化。实际生产线都有几个工序绩效数据，这是绩效数据模型的实例化。当然还有计算的实例化，因为要计算这些绩效数据。

系统运行：系统运行后，系统后台自动检测生产信息，记录每个工序的生产情况，实时统计每个工位的生产绩效。至此，一个工厂的生产情况就被实时记录到时空数据库。用户需要查看的时候在场景模型里去进行查询实时和历史生产数据信息。

制定计划：制定计划一般都会制定总的计划比如全厂年计划，再分解到全厂月、全厂日、全厂班，车间月，车间日，车间班。用户只需要将时间和空间分解到非常细的层级，然后每执行一个时空层级都去监控有没有按照计划执行。

根据一个优选实施方式，时间属性和空间属性是独立的。描述时间对象时有层级和精度，比如年的层级是年，精度可以是秒也可以是毫秒。时间对象在数据记录上有时间位置、时间位置的开始时间和结束时间。比如2016年就是时间位置。2016年3月也是时间位置，一般2016年3月时间位置的开始时间是2016年3月1日0：00：00.000，结束时间是2016年3月31日23：59：59.999。优选地，也可以自定义时间位置。例如，2016财年三月来自自定义的财年(父时间层级)-财月(子时间层级)，开始时间和结束时间是用户自定义的，比如2016年3月2日-3月15日，当用户用2016财年三月就表示这个时间段。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种事物的时间描述系统，所述系统包括数据采集单元、数据模型化单元、数据转换单元和时空数据库单元，用于手动或自动地采集事物数据的数据采集单元将所采集的事物数据发送至用于根据事物属性构建数据模型的数据模型化单元，所述数据模型化单元将经处理后的包括事物数据的相应数据模型发送至所述数据转换单元，所述数据转换单元将由所述相应数据模型转换计算得到的不同时间段的数据模型数据发送至所述时空数据库单元，其特征在于，

所述数据采集单元包括采样模块和选择模块，

所述数据模型化单元包括数据模型化模块和数据模型存储模块，并且

所述时空数据库单元包括第一数据存储模块、第二数据存储模块和第三数据存储模块。

2.如权利要求1所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述采样模块包括时间确定组件，所述采样模块将所采集的数据发送至用于根据所述时间确定组件的输出数据对所述采样单元所采集的数据依据保鲜时间间隔进行选择的选择模块。

3.如权利要求2所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述选择模块将选择数据发送至用于将所述选择数据处理为第一实时数据模型数据的数据模型化模块，所述数据模型化模块将所述第一实时数据模型数据发送至数据模型存储模块，并且

所述数据模型化模块将所述第一实时数据模型数据发送至用于将所述第一实时数据模型通过数据处理转换为包含自定义的时间层级的第二实时数据模型的所述数据转换单元。

4.如权利要求3所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述数据转换单元将通过数据转换得到的包含自定义时间层级的第二实时数据模型数据发送并储存至所述时空数据库单元的第一数据存储模块，

所述数据转换单元将由所述第一实时数据模型数据通过数据转换得到的历史数据模型数据发送并储存至所述时空数据库单元的第二数据存储模块，

所述数据转换单元将由所述第二实时数据模型数据和所述历史数据模型数据通过数据转换得到的计划数据模型数据发送并储存至所述时空数据库单元的第三数据存储模块。

5.如权利要求4所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括用于将第三方的计划数据导入的数据导入模块，

所述数据导入模块包括USB数据输入模块和/或SD数据输入模块。

6.如权利要求5所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述系统还包括图形计算单元，所述图形计算单元包括图形计算模块和场景处理模块，所述图形计算模块与所述数据模型存储模块、所述第一数据存储模块、所述第二数据存储模块和所述第三数据存储模块分别连接，

所述图形计算模块将根据所述数据模型存储模块、所述第一数据存储模块、所述第二数据存储模块和/或所述第三数据存储模块存储的数据模型的数据计算得到的图形数据发送至用于将所述图形数据处理为显示场景的场景数据的所述场景处理模块，

所述场景处理模块将所述场景数据发送至显示单元。

7.如权利要求6所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述自动地采集事物数据的数据采集单元的采样模块包括传感器、摄像模块、照相模块、录音模块；

所述传感器至少包括红外传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、气体传感器、声音传感器、光线传感器、深度传感器和/或无线信号传感器。

8.如权利要求7所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述手动地采集事物数据的数据采集单元的采样模块包括数据输入模块，

所述数据输入模块包括触控电子屏幕、鼠标、键盘、USB数据输入模块和/或SD数据输入模块。

9.如权利要求8所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述选择模块包括集成放大器模块和单片机，所述集成放大器模块接收所述采样模块发送的事物的采样数据，所述集成放大器将集成放大后的输出数据发送至所述用于选择所述采样数据的单片机，所述单片机将依据保鲜时间间隔进行选择的选择数据发送至所述数据模型化模块和所述数据转换单元，

所述图形计算模块为图形计算引擎，所述场景处理模块为数据计算引擎，所示显示单元包括等离子显示屏、液晶显示屏、发光二极管显示屏和阴极射线管显示屏。

10.如权利要求9所述的事物的时间描述系统，其特征在于，所述系统还包括通信单元，用于传送数据的所述通信单元与所述数据采集单元、所述数据模型化单元和所述时空数据库单元分别连接。