CN116404755A - 一种基于物联网的大数据处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的大数据处理系统及方法，属于计算机大数据处理技术领域。本系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据监测模块和告警管理模块；所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连接；所述数据处理模块的输出端与所述数据监测模块的输入端相连接；所述数据监测模块的输出端与所述数据分析模块的输入端相连接；本发明还提供一种方法用以对系统进行实施，本发明能够有效实现监测用电、管理用电，助力能源绿色可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及计算机大数据处理技术领域，具体为一种基于物联网的大数据处理系统及方法。
背景技术
物联网(InternetofThings,IoT)是通过信息传感设备，根据约定的协议，将设备数据传输至网络，进行信息交换与通信的技术。大数据技术是为更经济地从高频率的、大容量的、不同结构和类型的数据中获取价值而设计的新一代架构和技术。
在现有技术中，用电数据一般通过电表连接计算机进行数据检测与传输，有助实现高效的数据传输，助理绿色可持续发展。然而，用电数据存在不稳定性，存在临时过载的现象，如果每次过载都判断为用电异常，推送报警信息，会造成现场工作人员的混乱，浪费人力物力资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的大数据处理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的大数据处理系统，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据监测模块和告警管理模块；
所述数据采集模块通过智能电表采集用电数据，按照通信协议传输用电数据至计算机网络，输出用电数据，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连接；
智能电表增加无线WIFI或蓝牙通信功能，在室外无线网卡设备的基础上，把是室内的智能电表与室外的无线网卡相连接，接入计算机网络。在计算机网络中，根据IEC104协议对数据报文加密传输，提高数据报文传输的安全性。
所述数据处理模块用于接收用电数据，根据通信协议，对用电数据进行处理，输出处理数据，所述数据处理模块的输出端与所述数据监测模块的输入端相连接；
通过网关接收数据报文，再依据IEC104协议解析数据报文，保证数据报文解析的准确性。
所述数据监测模块用于接收处理数据，对处理数据进行监测和分析，输出分析数据，所述数据监测模块的输出端与所述告警管理模块的输入端相连接；
通过大屏显示系统，按照时间维度，将分析数据以折线图、柱状图等方式进行直观展示。
所述告警管理模块用于接收分析数据，根据分析数据，推送告警信息及派发工单维修。
通过短信或微信公众号等方式推送告警信息，及时提醒用户异常情况。
通过微信公众号或计算机云平台等方式，进行工单流转，直观展示工单状态。
所述数据采集模块包括数据采集单元和数据传输单元；
所述数据采集单元用于采集用电数据，输出用电数据，所述数据采集单元的输出端与所述数据传输单元的输入端相连接；
所述数据传输单元用于接收所述数据采集单元输出的用电数据，按照通信协议进行传输，输出传输数据，所述数据传输单元的输出端与所述数据处理模块的输入端相连接。
所述数据处理模块包括数据接收单元和数据处理单元；
所述数据接收单元用于接收所述数据传输单元的传输数据，输出接收数据，所述数据接收单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；
所述数据处理单元用于接收所述数据接收单元输出的接收数据，根据通信协议处理接收数据，输出处理数据，所述数据处理单元的输出端与所述数据监测模块的输入端相连接。
所述数据监测模块包括数据监测单元和数据分析单元；
所述数据监测单元用于接收所述数据处理单元输出的处理数据，输出监测数据，所述数据监测单元的输出端与所述数据分析单元的输入端相连接；
所述数据分析单元用于接收所述数据监测单元输出的监测数据，对监测数据进行分析，输出分析数据，所述数据分析单元的输出端与所述告警管理模块的输入端相连接。
所述告警管理模块包括告警管理单元和工单管理单元；
所述告警管理单元用于接收所述数据分析单元输出的分析数据，输出告警信息，所述告警管理单元的输出端与所述工单管理单元的输入端相连接；
所述工单管理单元包含工单登记单元、工单分配单元、工单受理单元和工单评价单元；
所述工单登记单元用于接收所述告警管理单元输出的告警信息，根据告警信息，输出登记工单，所述工单登记单元的输出端与所述工单分配单元的输入端相连接；
所述工单分配单元用于接收所述工单登记单元输出的登记工单，将登记工单分配给维修人员，输出分配工单，所述工单分配单元的输出端与所述工单受理单元的输入端相连接；
所述工单受理单元用于接收所述工单分配单元输出的分配工单，维修人员受理分配工单，进行维修工作，输出受理工单，所述工单受理单元的输出端与所述工单评价单元的输入端相连接；
所述工单评价单元用于接收所述工单受理单元的受理工单，对维修人员的工作进行评价。
一种基于物联网的大数据处理方法，该方法包括以下步骤：
S6-1、采集用电数据，按照通信协议传输用电数据，输出用电数据；
S6-2、接收用电数据，根据通信协议，对用电数据进行处理，输出处理数据；
S6-3、接收处理数据，对处理数据进行监测和分析，输出分析数据；
S6-4、接收分析数据，根据分析数据，推送告警信息及派发工单维修。
在步骤S6-1中，所述通信协议包括：
S7-1、由客户端向服务器建立连接，同时，发送链路启动帧；
S7-2、服务端在收到所述链路启动帧后，向客户端发送启动确认帧；
S7-3、客户端收到所述启动确认帧后，发送总召数据请求帧；
S7-4、服务端收到所述总召数据请求后，发送总召数据响应帧，然后继续发送总召数据；总召数据发送完成后，发送总召数据结束帧；
S7-5、客户端在收到所述总召数据结束帧后，发送对时请求帧；
S7-6、服务器收到所述对时请求帧后，发送对时响应帧；
S7-7、由服务器主动向客户端发送变化数据帧，同时，收到客户端发送的控制类命令，回复相应的操作结果。
在步骤S6-3中，所述监测和分析包括：
S8-1、获取处理数据，在所述处理数据中，获得实时电流Ir，实时电压Ur，基于功率计算公式，计算用电功率Pr＝Ir*Ur；
S8-2、系统设置阈值功率为Pmax，当用电功率Pr<阈值功率Pmax时，代表监测数据正常；当用电功率Pr≥阈值功率Pmax时，构建时间判断模型，若持续时间超出时间判断模型的输出值Tr，则代表监测数据异常；
S8-3、当监测数据异常时，推送告警信息并派发工单维修。
在步骤S8-2中，所述时间判断模型包括：
S9-1、获取历史数据，未出现故障情况下用电功率超出阈值功率的持续时间集合A＝{t0(1)，t0(2)，……，t0(n)}，将所述时间集合A作为原始数据序列；
S9-2、将所述时间集合A中的数据项进行累加计算，生成累加序列B：t(1)＝(t1(1)，t1(2)，……，t1(n))；
S9-3、计算邻值生成数：z1(n)＝at0(n)+(1-a)t0(n-1)；
S9-4、建立白化模型：dt1(x)/dx+at1(x)＝b，dt1为微分方程，a为发展系数，b为灰作用量，根据最小二乘法，可计算出a和b的值；
S9-5、根据模型t1(x+1)＝(t0(1)-b/a)e-a+b/a，输出预测时间输出值t1(x+1)，将预测时间输出值记t1(x+1)记为规定时间Tr。
未出现故障情况下，用电功率超出阈值功率为小概率事件，使用灰度预测模型可实现精度较高的预测分析。
在步骤S6-4中，所述派发工单包括：
S10-1、当所述监测数据异常时，记录异常信息，登记工单；
S10-2、将所述登记工单分配给维修人员；
S10-3、维修人员接收所述分配工单，去现场进行检修；
S10-4、当维修人员完成工作后，客户对维修情况进行评价，形成评价工单。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1.实时监测园区企业用电情况，实现对于园区用电的管理，提升管控效率；
2.无需人员值守、巡检，通过物联感知代替现场巡查，有效的节省了人力、物力和时间成本；
3.监测用电数据，预测用电异常情况持续时间，及时推送报警信息。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种基于物联网的大数据处理系统的结构示意图；
图2是本发明一种基于物联网的大数据处理方法的流程示意图。
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-图2，本发明提供技术方案：
一种基于物联网的大数据处理系统，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据监测模块和告警管理模块；
所述数据采集模块通过智能电表采集用电数据，按照通信协议传输用电数据至计算机网络，输出用电数据，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连接；
所述数据处理模块用于接收用电数据，根据通信协议，对用电数据进行处理，输出处理数据，所述数据处理模块的输出端与所述数据监测模块的输入端相连接；
所述数据监测模块用于接收处理数据，对处理数据进行监测和分析，输出分析数据，所述数据监测模块的输出端与所述告警管理模块的输入端相连接；
所述告警管理模块用于接收分析数据，根据分析数据，推送告警信息及派发工单维修。
所述数据采集模块包括数据采集单元和数据传输单元；
所述数据采集单元用于采集用电数据，输出用电数据，所述数据采集单元的输出端与所述数据传输单元的输入端相连接；
所述数据传输单元用于接收所述数据采集单元输出的用电数据，按照通信协议进行传输，输出传输数据，所述数据传输单元的输出端与所述数据处理模块的输入端相连接。
所述数据处理模块包括数据接收单元和数据处理单元；
所述数据接收单元用于接收所述数据传输单元的传输数据，输出接收数据，所述数据接收单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；
所述数据处理单元用于接收所述数据接收单元输出的接收数据，根据通信协议处理接收数据，输出处理数据，所述数据处理单元的输出端与所述数据监测模块的输入端相连接。
所述数据监测模块包括数据监测单元和数据分析单元；
所述数据监测单元用于接收所述数据处理单元输出的处理数据，输出监测数据，所述数据监测单元的输出端与所述数据分析单元的输入端相连接；
所述数据分析单元用于接收所述数据监测单元输出的监测数据，对监测数据进行分析，输出分析数据，所述数据分析单元的输出端与所述告警管理模块的输入端相连接。
所述告警管理模块包括告警管理单元和工单管理单元；
所述告警管理单元用于接收所述数据分析单元输出的分析数据，输出告警信息，所述告警管理单元的输出端与所述工单管理单元的输入端相连接；
所述工单管理单元包含工单登记单元、工单分配单元、工单受理单元和工单评价单元；
所述工单登记单元用于接收所述告警管理单元输出的告警信息，根据告警信息，输出登记工单，所述工单登记单元的输出端与所述工单分配单元的输入端相连接；
所述工单分配单元用于接收所述工单登记单元输出的登记工单，将登记工单分配给维修人员，输出分配工单，所述工单分配单元的输出端与所述工单受理单元的输入端相连接；
所述工单受理单元用于接收所述工单分配单元输出的分配工单，维修人员受理分配工单，进行维修工作，输出受理工单，所述工单受理单元的输出端与所述工单评价单元的输入端相连接；
所述工单评价单元用于接收所述工单受理单元的受理工单，对维修人员的工作进行评价。
一种基于物联网的大数据处理方法，该方法包括以下步骤：
S6-1、采集用电数据，按照通信协议传输用电数据，输出用电数据；
S6-2、接收用电数据，根据通信协议，对用电数据进行处理，输出处理数据；
S6-3、接收处理数据，对处理数据进行监测和分析，输出分析数据；
S6-4、接收分析数据，根据分析数据，推送告警信息及派发工单维修。
在步骤S6-1中，所述通信协议包括：
S7-1、由客户端向服务器建立连接，同时，发送链路启动帧；
S7-2、服务端在收到所述链路启动帧后，向客户端发送启动确认帧；
S7-3、客户端收到所述启动确认帧后，发送总召数据请求帧；
S7-4、服务端收到所述总召数据请求后，发送总召数据响应帧，然后继续发送总召数据；总召数据发送完成后，发送总召数据结束帧；
S7-5、客户端在收到所述总召数据结束帧后，发送对时请求帧；
S7-6、服务器收到所述对时请求帧后，发送对时响应帧；
S7-7、由服务器主动向客户端发送变化数据帧，同时，收到客户端发送的控制类命令，回复相应的操作结果。
在步骤S6-3中，所述监测和分析包括：
S8-1、获取处理数据，在所述处理数据中，获得实时电流Ir，实时电压Ur，基于功率计算公式，计算用电功率Pr＝Ir*Ur；
S8-2、系统设置阈值功率为Pmax，当用电功率Pr<阈值功率Pmax时，代表监测数据正常；当用电功率Pr≥阈值功率Pmax时，构建时间判断模型，若持续时间超出时间判断模型的输出值Tr，则代表监测数据异常；
S8-3、当监测数据异常时，推送告警信息并派发工单维修。
在步骤S8-2中，所述时间判断模型包括：
S9-1、获取历史数据，未出现故障情况下用电功率超出阈值功率的持续时间集合A＝{t0(1)，t0(2)，……，t0(n)}，将所述时间集合A作为原始数据序列；
S9-2、将所述时间集合A中的数据项进行累加计算，生成累加序列B：t(1)＝(t1(1)，t1(2)，……，t1(n))；
S9-3、计算邻值生成数：z1(n)＝at0(n)+(1-a)t0(n-1)；
S9-4、建立白化模型：dt1(x)/dx+at1(x)＝b，dt1为微分方程，a为发展系数，b为灰作用量，根据最小二乘法，可计算出a和b的值；
S9-5、根据模型t1(x+1)＝(t0(1)-b/a)e-a+b/a，输出预测时间输出值t1(x+1)，将预测时间输出值记t1(x+1)记为规定时间Tr。
在步骤S6-4中，所述派发工单包括：
S10-1、当所述监测数据异常时，记录异常信息，登记工单；
S10-2、将所述登记工单分配给维修人员；
S10-3、维修人员接收所述分配工单，去现场进行检修；
S10-4、当维修人员完成工作后，客户对维修情况进行评价，形成评价工单。
在本实施例中：
获取某工厂企业用电数据，发现在一个月内，未出现故障情况下用电功率超出阈值功率的持续时间分别有3，5，10，8，20，单位：秒，将持续时间加入时间集合A中，时间集合A＝{3，5，10，8，20}；
将时间集合A中的数据项进行累加计算，得到累加序列B(3,8,18，26,40)；
计算邻值生成数：z1(n)＝at0(n)+(1-a)t0(n-1)；
建立白化模型：dt1(x)/dx+at1(x)＝b，dt1为微分方程，a为发展系数，b为灰作用量，根据最小二乘法，计算a和b的值；
根据模型t1(x+1)＝(t0(1)-b/a)e-a+b/a，输出预测时间输出值t1(x+1)，将预测时间输出值记t1(x+1)记为规定时间Tr。
实时采集用电功率，获得企业用电功率Pr为4.2kW，阈值功率Pmax设为4kW，发现用电功率Pr≥阈值功率Pmax，且持续时间超出了规定时间Tr，因此推送告警信息并派发工单维修。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于物联网的大数据处理系统，其特征在于：该系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据监测模块和告警管理模块；
所述数据采集模块通过智能电表采集用电数据，按照通信协议传输用电数据至计算机网络，输出用电数据，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连接；
所述数据处理模块用于接收用电数据，根据通信协议，对用电数据进行处理，输出处理数据，所述数据处理模块的输出端与所述数据监测模块的输入端相连接；
所述数据监测模块用于接收处理数据，对处理数据进行监测和分析，输出分析数据，所述数据监测模块的输出端与所述告警管理模块的输入端相连接；
所述告警管理模块用于接收分析数据，根据分析数据，推送告警信息及派发工单维修。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的大数据处理系统，其特征在于：所述数据采集模块包括数据采集单元和数据传输单元；
所述数据采集单元用于采集用电数据，输出用电数据，所述数据采集单元的输出端与所述数据传输单元的输入端相连接；
所述数据传输单元用于接收所述数据采集单元输出的用电数据，按照通信协议进行传输，输出传输数据，所述数据传输单元的输出端与所述数据处理模块的输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的大数据处理系统，其特征在于：所述数据处理模块包括数据接收单元和数据处理单元；
所述数据接收单元用于接收所述数据传输单元的传输数据，输出接收数据，所述数据接收单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连接；
所述数据处理单元用于接收所述数据接收单元输出的接收数据，根据通信协议处理接收数据，输出处理数据，所述数据处理单元的输出端与所述数据监测模块的输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的大数据处理系统，其特征在于：所述数据监测模块包括数据监测单元和数据分析单元；
所述数据监测单元用于接收所述数据处理单元输出的处理数据，输出监测数据，所述数据监测单元的输出端与所述数据分析单元的输入端相连接；
所述数据分析单元用于接收所述数据监测单元输出的监测数据，对监测数据进行分析，输出分析数据，所述数据分析单元的输出端与所述告警管理模块的输入端相连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的大数据处理系统，其特征在于：所述告警管理模块包括告警管理单元和工单管理单元；
所述告警管理单元用于接收所述数据分析单元输出的分析数据，输出告警信息，所述告警管理单元的输出端与所述工单管理单元的输入端相连接；
所述工单管理单元包含工单登记单元、工单分配单元、工单受理单元和工单评价单元；
所述工单登记单元用于接收所述告警管理单元输出的告警信息，根据告警信息，输出登记工单，所述工单登记单元的输出端与所述工单分配单元的输入端相连接；
所述工单分配单元用于接收所述工单登记单元输出的登记工单，将登记工单分配给维修人员，输出分配工单，所述工单分配单元的输出端与所述工单受理单元的输入端相连接；
所述工单受理单元用于接收所述工单分配单元输出的分配工单，维修人员受理分配工单，进行维修工作，输出受理工单，所述工单受理单元的输出端与所述工单评价单元的输入端相连接；
所述工单评价单元用于接收所述工单受理单元的受理工单，对维修人员的工作进行评价。
6.一种基于物联网的大数据处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S6-1、采集用电数据，按照通信协议传输用电数据，输出用电数据；
S6-2、接收用电数据，根据通信协议，对用电数据进行处理，输出处理数据；
S6-3、接收处理数据，对处理数据进行监测和分析，输出分析数据；
S6-4、接收分析数据，根据分析数据，推送告警信息及派发工单维修。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的大数据处理方法，其特征在于：在步骤S6-1中，所述通信协议包括：
S7-1、由客户端向服务器建立连接，同时，发送链路启动帧；
S7-2、服务端在收到所述链路启动帧后，向客户端发送启动确认帧；
S7-3、客户端收到所述启动确认帧后，发送总召数据请求帧；
S7-4、服务端收到所述总召数据请求后，发送总召数据响应帧，然后继续发送总召数据；总召数据发送完成后，发送总召数据结束帧；
S7-5、客户端在收到所述总召数据结束帧后，发送对时请求帧；
S7-6、服务器收到所述对时请求帧后，发送对时响应帧；
S7-7、由服务器主动向客户端发送变化数据帧，同时，收到客户端发送的控制类命令，回复相应的操作结果。
8.根据权利要求6所述的一种基于物联网的大数据处理方法，其特征在于：在步骤S6-3中，所述监测和分析包括：
S8-1、获取处理数据，在所述处理数据中，获得实时电流Ir，实时电压Ur，基于功率计算公式，计算用电功率Pr＝Ir*Ur；
S8-2、系统设置阈值功率为Pmax，当用电功率Pr<阈值功率Pmax时，代表监测数据正常；当用电功率Pr≥阈值功率Pmax时，构建时间判断模型，若持续时间超出时间判断模型的输出值Tr，则代表监测数据异常；
S8-3、当监测数据异常时，推送告警信息并派发工单维修。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网的大数据处理方法，其特征在于：在步骤S8-2中，所述时间判断模型包括：
S9-1、获取历史数据，未出现故障情况下用电功率超出阈值功率的持续时间集合A＝{t0(1)，t0(2)，……，t0(n)}，将所述时间集合A作为原始数据序列；
S9-2、将所述时间集合A中的数据项进行累加计算，生成累加序列B：t(1)＝(t1(1)，t1(2)，……，t1(n))；
S9-3、计算邻值生成数：z1(n)＝at0(n)+(1-a)t0(n-1)；
S9-4、建立白化模型：dt1(x)/dx+at1(x)＝b，dt1为微分方程，a为发展系数，b为灰作用量，根据最小二乘法，计算出a和b的值；
S9-5、根据模型t1(x+1)＝(t0(1)-b/a)e-a+b/a，输出预测时间输出值t1(x+1)，将预测时间输出值记t1(x+1)记为规定时间Tr。
10.根据权利要求6所述的一种基于物联网的大数据处理方法，其特征在于：在步骤S6-4中，所述派发工单包括：
S10-1、当所述监测数据异常时，记录异常信息，登记工单；
S10-2、将所述登记工单分配给维修人员；
S10-3、维修人员接收所述分配工单，去现场进行检修；
S10-4、当维修人员完成工作后，客户对维修情况进行评价，形成评价工单。
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