本發(fā)明涉及終端采集設(shè)備，具體為基于物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這是一個(gè)涉及網(wǎng)絡(luò)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)化控制的廣泛領(lǐng)域。具體到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集是一個(gè)關(guān)鍵子領(lǐng)域，通過(guò)部署在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)收集環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、氣體濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)，用于工業(yè)園區(qū)、智能城市、農(nóng)業(yè)管理等應(yīng)用場(chǎng)景中的環(huán)境監(jiān)測(cè)。物聯(lián)網(wǎng)終端采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是在這個(gè)具體領(lǐng)域中，通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)和分析這些環(huán)境參數(shù)。

2、在申請(qǐng)公布號(hào)為cn108073093b的中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)中，公開(kāi)了基于物聯(lián)網(wǎng)家電的數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)家電的數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，主要模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、監(jiān)控模塊和遠(yuǎn)程處理中心；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括有能夠與遠(yuǎn)程處理中心進(jìn)行連接的通訊模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊與物聯(lián)網(wǎng)家電各個(gè)終端采集設(shè)備接口相聯(lián)通，負(fù)責(zé)采集設(shè)備終端信息；所述數(shù)據(jù)采集模塊的工作模式分為初次數(shù)據(jù)采集和多次數(shù)據(jù)采集，初次數(shù)據(jù)采集時(shí)，將物聯(lián)網(wǎng)家電的每個(gè)硬件信息同冰箱接入到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)唯一合法的尋址信息進(jìn)行捆綁。本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)能更方便的安全的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，初次數(shù)據(jù)采集時(shí)，將物聯(lián)網(wǎng)家電的每個(gè)硬件信息同冰箱接入到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)唯一合法的尋址信息進(jìn)行捆綁，數(shù)據(jù)采集模塊再次被觸發(fā)，采取到新的數(shù)據(jù)信息時(shí)啟動(dòng)安全驗(yàn)證單元。

3、結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，以上申請(qǐng)還存在以下不足：

4、現(xiàn)階段現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，存在一些技術(shù)和應(yīng)用層面的不足。例如，數(shù)據(jù)采集精度常常受到傳感器質(zhì)量、環(huán)境干擾和采集頻率的限制，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確反映環(huán)境的真實(shí)情況。此外，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中容易受到網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定性影響，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托孰y以保障。而數(shù)據(jù)在傳輸?shù)椒?wù)器后，如果處理與分析不夠及時(shí)或準(zhǔn)確，會(huì)影響對(duì)環(huán)境狀況的預(yù)測(cè)和決策。這些不足使得現(xiàn)有系統(tǒng)在面對(duì)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的環(huán)境時(shí)，表現(xiàn)出較低的響應(yīng)能力和適應(yīng)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集方法及系統(tǒng)，解決了背景技術(shù)中提到的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：包括終端采集模塊、中央處理模塊、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)分析模塊、綜合分析模塊和優(yōu)化迭代模塊；

3、所述終端采集模塊通過(guò)在物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備配備多個(gè)傳感器，并將傳感器節(jié)點(diǎn)在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)采集園區(qū)的環(huán)境參數(shù)集pj，并將所采集到的環(huán)境參數(shù)集，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備傳輸?shù)街醒胩幚砟K，并記錄傳輸數(shù)據(jù)；

4、所述中央處理模塊用于實(shí)時(shí)接收所采集到的環(huán)境參數(shù)集pj，并對(duì)環(huán)境參數(shù)集進(jìn)行預(yù)處理，生成預(yù)處理數(shù)據(jù)集，再進(jìn)行構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)組進(jìn)行存儲(chǔ)，再使用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集；

5、所述數(shù)據(jù)采集狀態(tài)分析模塊用于構(gòu)建相關(guān)算法公式，依據(jù)所獲取的環(huán)境參數(shù)集pj、傳輸數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集，進(jìn)行分別計(jì)算獲取數(shù)據(jù)采集精度upaa、數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr和數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa；

6、所述綜合分析模塊用于將所獲取的數(shù)據(jù)采集精度upaa、數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr和數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa，進(jìn)行綜合計(jì)算輸出綜合采集性能指標(biāo)sys，再預(yù)設(shè)性能閾值x與綜合采集性能指標(biāo)sys進(jìn)行初步對(duì)比評(píng)估；

7、所述優(yōu)化迭代模塊用于在評(píng)估出當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集存在異常時(shí)，生成優(yōu)化提示報(bào)告，并再優(yōu)化后進(jìn)行重新執(zhí)行系統(tǒng)，輸出二次綜合采集性能指標(biāo)sys2，并與性能閾值x進(jìn)行二次對(duì)比評(píng)估，分析數(shù)據(jù)采集情況，并執(zhí)行迭代策略。

8、優(yōu)選的，所述終端采集模塊包括終端采集設(shè)備采集單元和物聯(lián)網(wǎng)傳輸單元；

9、所述終端采集設(shè)備采集單元用于在工業(yè)園區(qū)安裝多個(gè)傳感器，并設(shè)置每個(gè)傳感器時(shí)間間隔半個(gè)小時(shí)采集一次工業(yè)園區(qū)的環(huán)境參數(shù)集pj，所述環(huán)境參數(shù)集pj={p1，p2，...，pn}；

10、所述物聯(lián)網(wǎng)傳輸單元用于設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為數(shù)據(jù)匯聚中心，負(fù)責(zé)接收多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境參數(shù)集pj，再通過(guò)優(yōu)化的多跳lora網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸?shù)街醒胩幚砟K中，同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)優(yōu)化傳輸效率，并在傳輸?shù)倪^(guò)程中生成數(shù)據(jù)傳輸日志，記錄傳輸數(shù)據(jù)，所述傳輸數(shù)據(jù)包括傳輸速率rs、沒(méi)有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包數(shù)tf、信道帶寬bw、傳輸總數(shù)據(jù)量lt和冗余數(shù)據(jù)量r。

11、優(yōu)選的，所述中央處理模塊包括數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；

12、所述數(shù)據(jù)處理單元用于對(duì)采集到的環(huán)境參數(shù)集pj利用卡爾曼濾波進(jìn)行去噪處理，再對(duì)去噪后的環(huán)境參數(shù)集pj，并進(jìn)行平均值處理，獲取環(huán)境參數(shù)平均值，再對(duì)環(huán)境參數(shù)集pj進(jìn)行校準(zhǔn)和線性化處理，獲取校準(zhǔn)系數(shù)rj，再將所獲取的環(huán)境參數(shù)平均值和校準(zhǔn)系數(shù)rj進(jìn)行匯總生成預(yù)處理數(shù)據(jù)集；

13、所述環(huán)境參數(shù)平均值通過(guò)以下公式計(jì)算獲?。?/p>

14、；

15、式中，pj表示環(huán)境參數(shù)集中第j個(gè)的環(huán)境參數(shù)值，m表示環(huán)境參數(shù)的維度數(shù)量；

16、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括存儲(chǔ)單元和預(yù)測(cè)單元；

17、所述存儲(chǔ)單元用于構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，將所采集到的環(huán)境參數(shù)集pj和預(yù)處理數(shù)據(jù)集，進(jìn)行分割成若干個(gè)64mb的數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊備份為三份，再將每個(gè)數(shù)據(jù)塊分配到不同的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中；

18、所述預(yù)測(cè)單元通過(guò)lstm模型和gru模型，進(jìn)行集成構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型，并從分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中，提取環(huán)境參數(shù)集pj的歷史時(shí)間序列數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，再將實(shí)時(shí)獲取的環(huán)境參數(shù)集pj輸入訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型中，深度學(xué)習(xí)模型輸出環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)值pjpred和數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)所需時(shí)間tp，并進(jìn)行匯總生成預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集。

19、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集狀態(tài)分析模塊包括數(shù)據(jù)采集精度分析單元、數(shù)據(jù)傳輸分析單元和預(yù)測(cè)精度分析單元；

20、所述數(shù)據(jù)采集精度分析單元用于構(gòu)建數(shù)據(jù)采集精度算法公式，再將環(huán)境參數(shù)集pj和預(yù)處理數(shù)據(jù)集輸入，進(jìn)行計(jì)算輸出數(shù)據(jù)采集精度upaa；

21、所述數(shù)據(jù)采集精度upaa通過(guò)以下數(shù)據(jù)采集精度算法公式計(jì)算獲?。?/p>

22、；

23、式中，pij表示第i次采集到的第j個(gè)環(huán)境參數(shù)值，表示第j個(gè)環(huán)境參數(shù)的平均值，rj表示第j個(gè)環(huán)境參數(shù)的校準(zhǔn)系數(shù)，用于消除不同參數(shù)的量綱影響，n表示采集次數(shù)。

24、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳輸分析單元用于構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸魯棒性與冗余度算法，再依據(jù)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算獲取數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr；

25、所述數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr通過(guò)以下數(shù)據(jù)傳輸魯棒性與冗余度算法計(jì)算獲?。?/p>

26、；

27、式中，tfc表示第c次傳輸中沒(méi)有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，rsc表示第c次傳輸?shù)膶?shí)際傳輸速率，bwc表示第c次傳輸?shù)男诺缼?，ltc表示第c次傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量，rc表示傳輸過(guò)程中引入的用于數(shù)據(jù)量，用于優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

28、優(yōu)選的，所述預(yù)測(cè)精度分析單元用于構(gòu)建數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度算法公式，依據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集，進(jìn)行計(jì)算獲取數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa；

29、所述數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa通過(guò)以下數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度算法公式計(jì)算獲??；

30、；

31、式中，pjpred表示第j個(gè)環(huán)境參數(shù)的預(yù)測(cè)值，pjactual表示第j個(gè)環(huán)境參數(shù)的實(shí)際值。

32、優(yōu)選的，所述綜合分析模塊包括采集性能分析單元和性能評(píng)估單元；

33、所述采集性能分析單元用于將所獲取的數(shù)據(jù)采集精度upaa、數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr和數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa，進(jìn)行相關(guān)聯(lián)計(jì)算輸出綜合采集性能指標(biāo)sys；

34、所述綜合采集性能指標(biāo)sys通過(guò)以下算法公式計(jì)算獲?。?/p>

35、；

36、式中，和分別表示數(shù)據(jù)采集精度upaa、數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr和數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa的預(yù)設(shè)權(quán)重值。

37、優(yōu)選的，所述性能評(píng)估單元通過(guò)用戶進(jìn)行設(shè)定性能閾值x，再與所獲取的綜合采集性能指標(biāo)sys，進(jìn)行初步對(duì)比評(píng)估分析物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，具體評(píng)估內(nèi)容如下；

38、當(dāng)綜合采集性能指標(biāo)sys≥性能閾值x時(shí)，表示物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集精度、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度的綜合采集性能均正常，此時(shí)無(wú)需進(jìn)行優(yōu)化；

39、當(dāng)綜合采集性能指標(biāo)sys＜性能閾值x時(shí)，表示物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備的綜合采集性能異常，此時(shí)則生成預(yù)警提示。

40、優(yōu)選的，所述優(yōu)化迭代模塊用于在接收到預(yù)警提示時(shí)所觸發(fā)，此時(shí)向終端發(fā)送優(yōu)化指令，執(zhí)行優(yōu)化策略，所述優(yōu)化策略通過(guò)自動(dòng)將傳感器精度增加10%，并自動(dòng)逐級(jí)切換網(wǎng)絡(luò)連接模式，所述逐級(jí)切換網(wǎng)絡(luò)連接模式為3g網(wǎng)絡(luò)＞wifi網(wǎng)絡(luò)＞4g網(wǎng)絡(luò)＞5g網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，同時(shí)自動(dòng)釋放系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)存優(yōu)化數(shù)據(jù)處理速度，在執(zhí)行優(yōu)化策略后，重新執(zhí)行系數(shù)，輸出二次綜合采集性能指標(biāo)sys2，再與性能閾值x進(jìn)行二次對(duì)比評(píng)估，并生成迭代機(jī)制，具體評(píng)估內(nèi)容如下；

41、當(dāng)二次綜合采集性能指標(biāo)sys2≥性能閾值x時(shí)，表示物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備的綜合采集性能均正常，此時(shí)無(wú)需進(jìn)行迭代優(yōu)化；

42、當(dāng)二次綜合采集性能指標(biāo)sys2＜性能閾值x時(shí)，表示物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備的綜合采集性能異常，此時(shí)迭代執(zhí)行優(yōu)化迭代模塊，進(jìn)行調(diào)整傳感器配置、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸和優(yōu)化數(shù)據(jù)處理能力，再次輸出綜合采集性能指標(biāo)sys，進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。

43、基于物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟：

44、s1、通過(guò)在物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備配備多個(gè)傳感器，并將傳感器節(jié)點(diǎn)在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)采集園區(qū)的環(huán)境參數(shù)集pj，并將所采集到的環(huán)境參數(shù)集，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備傳輸?shù)街醒胩幚砟K，并記錄傳輸數(shù)據(jù)；

45、s2、實(shí)時(shí)接收所采集到的環(huán)境參數(shù)集pj，并對(duì)環(huán)境參數(shù)集進(jìn)行預(yù)處理，生成預(yù)處理數(shù)據(jù)集，再進(jìn)行構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)組進(jìn)行存儲(chǔ)，再使用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集；

46、s3、構(gòu)建相關(guān)算法公式，依據(jù)所獲取的環(huán)境參數(shù)集pj、傳輸數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集，進(jìn)行分別計(jì)算獲取數(shù)據(jù)采集精度upaa、數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr和數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa；

47、s4、將所獲取的數(shù)據(jù)采集精度upaa、數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr和數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa，進(jìn)行綜合計(jì)算輸出綜合采集性能指標(biāo)sys，再預(yù)設(shè)性能閾值x與綜合采集性能指標(biāo)sys進(jìn)行初步對(duì)比評(píng)估；

48、s5、再評(píng)估出當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的終端采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集存在異常時(shí)，生成優(yōu)化提示報(bào)告，并再優(yōu)化后進(jìn)行重新執(zhí)行系統(tǒng)，輸出二次綜合采集性能指標(biāo)sys2，并與性能閾值x進(jìn)行二次對(duì)比評(píng)估，分析數(shù)據(jù)采集情況，并執(zhí)行迭代策略。

49、本發(fā)明提供了基于物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集方法及系統(tǒng)。具備以下有益效果：

50、（1）該系統(tǒng)通過(guò)終端采集模塊中多個(gè)傳感器的精確部署和定時(shí)采集機(jī)制，能夠有效收集園區(qū)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)pi。通過(guò)中央處理模塊對(duì)采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理和深度學(xué)習(xí)模型的預(yù)測(cè)分析，系統(tǒng)能夠大幅提升數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)傳輸單元的優(yōu)化多跳lora網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，進(jìn)一步確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少了數(shù)據(jù)丟失和傳輸延遲。這種高效和穩(wěn)定的采集和傳輸機(jī)制保證了環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高質(zhì)量，為后續(xù)分析提供了可靠基礎(chǔ)。

51、（2）該系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集狀態(tài)分析模塊通過(guò)構(gòu)建和應(yīng)用數(shù)據(jù)采集精度upaa、數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)dtrr和數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)精度dppa的算法，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、傳輸和處理與預(yù)測(cè)的狀態(tài)。再結(jié)合綜合分析模塊生成綜合采集性能指標(biāo)sys與預(yù)設(shè)的性能閾值x進(jìn)行初步對(duì)比評(píng)估，系統(tǒng)能夠綜合分析物聯(lián)網(wǎng)終端采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集情況，及時(shí)識(shí)別和評(píng)估數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的異常情況。通過(guò)這種智能分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制，系統(tǒng)可以快速響應(yīng)異常情況，并生成優(yōu)化提示，提高整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的響應(yīng)能力和適應(yīng)性。

52、（3）該系統(tǒng)在評(píng)估中發(fā)現(xiàn)性能異常時(shí)，優(yōu)化迭代模塊會(huì)自動(dòng)觸發(fā)優(yōu)化策略，如提高傳感器精度、切換網(wǎng)絡(luò)連接模式和釋放服務(wù)器內(nèi)存等。這些措施能有效提升傳感器的采集精度、提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩⒓涌鞌?shù)據(jù)處理速度。再對(duì)終端采集設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化后，系統(tǒng)將生成二次綜合采集性能指標(biāo)sys2，并與性能閾值x進(jìn)行二次對(duì)比評(píng)估，確保優(yōu)化后的系統(tǒng)能夠滿足預(yù)期要求。即便在二次評(píng)估后仍存在問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)持續(xù)執(zhí)行迭代策略，進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，確保物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定、有效地運(yùn)行。