本發(fā)明涉及設(shè)備管理，具體為一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)、科研和環(huán)境監(jiān)測中，儀器設(shè)備的自動化數(shù)據(jù)采集已成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常依賴固定采樣模式、單一協(xié)議標準和人工干預。這些系統(tǒng)在復雜、多變的場景中往往面臨諸多限制：采集效率低、數(shù)據(jù)丟失風險高、負載失衡、異常處理能力不足等。例如，傳統(tǒng)采集系統(tǒng)在設(shè)備初始化時無法快速適應(yīng)多樣化硬件接口，在異常數(shù)據(jù)突變時缺乏實時捕獲和關(guān)聯(lián)分析能力，甚至在大規(guī)模設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中難以實現(xiàn)負載動態(tài)調(diào)控。這些問題導致數(shù)據(jù)完整性與可靠性不足，嚴重限制了自動化采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集方法及其系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集方法，包括：

4、啟動儀器設(shè)備，通過儀器設(shè)備身份識別后，設(shè)備管理模塊動態(tài)適配設(shè)備的采集參數(shù)；

5、采用雙向握手協(xié)議進行儀器設(shè)備與動態(tài)協(xié)議模塊的交互，儀器設(shè)備主動發(fā)送向動態(tài)協(xié)議模塊發(fā)送信號；

6、設(shè)計多模態(tài)采樣策略，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和優(yōu)先級，多模態(tài)采樣模塊動態(tài)切換采樣策略；

7、關(guān)聯(lián)分析模塊基于采樣策略進行采集，并分析儀器設(shè)備輸出的實時數(shù)據(jù)流中的突變點，判定是否進行重新采集；

8、負載平衡模塊按照優(yōu)先級，構(gòu)建采集負載平衡策略，動態(tài)分配數(shù)據(jù)采集任務(wù)；

9、實時反饋調(diào)控模塊采集并實時分析數(shù)據(jù)質(zhì)量向儀器設(shè)備發(fā)送反饋信號，動態(tài)調(diào)整儀器設(shè)備的采集參數(shù)；

10、數(shù)據(jù)采集完成后，時間同步模塊對不同類型的數(shù)據(jù)進行時間軸對齊。

11、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述儀器設(shè)備與設(shè)備管理模塊采用的雙向握手協(xié)議，包括：

12、允許儀器設(shè)備主動發(fā)送關(guān)鍵狀態(tài)信號，包括“數(shù)據(jù)擁堵”以及“異常超溫”的狀態(tài)信號，通過主動信號機制減少采集延遲；

13、設(shè)備管理模塊動態(tài)調(diào)整采集負載，或者推送錯誤信息處理指令，用于減少設(shè)備壓力。

14、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述多模態(tài)采樣策略，包括：

15、針對時效性高的實時數(shù)據(jù)，采用跳躍式高頻采樣策略；

16、針對穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，采用平均值延遲采樣策略；

17、針對異常數(shù)據(jù)，采用事件觸發(fā)采樣策略；

18、還設(shè)置自定義模態(tài)采樣策略，優(yōu)化采樣效率，減少帶寬壓力。

19、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，在分析儀器設(shè)備輸出的實時數(shù)據(jù)流中突變點時，通過滑動窗口和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測突變點的變化；

20、一旦發(fā)現(xiàn)異常，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備操作記錄和環(huán)境變量進行多維關(guān)聯(lián)分析，判定異常是否與設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境條件或數(shù)據(jù)干擾相關(guān)，觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)對機制，包括警報、重新采集。

21、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述采集負載平衡策略，包括：

22、設(shè)備負載狀態(tài)量化；

23、任務(wù)分配優(yōu)先級計算；

24、動態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則。

25、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述設(shè)備負載狀態(tài)量化中，構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)函數(shù)：

26、定義儀器設(shè)備的實時負載狀態(tài)為，則設(shè)備狀態(tài)函數(shù)如下所示：

27、；

28、其中，

29、：儀器設(shè)備當前采樣頻率；

30、：儀器設(shè)備最大允許采樣頻率；

31、：儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸帶寬占用；

32、：儀器設(shè)備最大帶寬；

33、：儀器設(shè)備當前硬件使用率；

34、：權(quán)重系數(shù)，依據(jù)場景靈活調(diào)整，三個權(quán)重的和為1；

35、，表示設(shè)備負載的相對強度，越接近1，說明儀器設(shè)備負載越高；

36、所述任務(wù)分配優(yōu)先級計算中，構(gòu)建任務(wù)優(yōu)先級函數(shù)：

37、對每個數(shù)據(jù)采集任務(wù)，定義優(yōu)先級為，則任務(wù)優(yōu)先級函數(shù)如下所示：

38、；

39、其中，

40、：任務(wù)時效性需求，數(shù)值為0-1，越高表示越急需；

41、：任務(wù)的計算復雜度；

42、：當前網(wǎng)絡(luò)中最大計算復雜度；

43、：任務(wù)的數(shù)據(jù)量；

44、：當前網(wǎng)絡(luò)中最大任務(wù)數(shù)據(jù)量；

45、：權(quán)重系數(shù)，滿足三個權(quán)重的和為1；

46、所述動態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則中，若儀器設(shè)備負載，為閾值，觸發(fā)負載轉(zhuǎn)移，優(yōu)先將任務(wù)轉(zhuǎn)移給適配值最大的鄰近設(shè)備。

47、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，該方法還包括虛擬數(shù)據(jù)反演與補償，包括：

48、當采集到的數(shù)據(jù)由于環(huán)境干擾或儀器故障導致丟失或失真時，使用虛擬數(shù)據(jù)生成進行反演和補償；

49、利用設(shè)備歷史數(shù)據(jù)及環(huán)境模型，結(jié)合貝葉斯推斷和深度學習預測算法，重構(gòu)缺失或異常數(shù)據(jù)。

50、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，該方法還包括多通道數(shù)據(jù)重組與模糊增強，包括：

51、數(shù)據(jù)采集完成后，針對多通道的異構(gòu)數(shù)據(jù)進行重組，通過信號重構(gòu)算法對失真或干擾數(shù)據(jù)增強；

52、利用模糊邏輯和上下文推斷，提取低信噪比條件下的有效信息，以及在微弱信號中捕獲有效信息。

53、一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，基于上述的一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集方法進行構(gòu)建，該系統(tǒng)的功能模塊包括設(shè)備管理模塊、動態(tài)協(xié)議模塊、多模態(tài)采樣模塊、關(guān)聯(lián)分析模塊、數(shù)據(jù)補償與重構(gòu)模塊、負載平衡模塊、數(shù)據(jù)增強模塊、實時反饋調(diào)控模塊、時間同步模塊。

54、進一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述系統(tǒng)中：

55、設(shè)備管理模塊，用于自動配置采集頻率、電源模式和環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)；

56、動態(tài)協(xié)議模塊，用于實現(xiàn)采集系統(tǒng)與儀器設(shè)備之間的雙向通信，通過雙向握手協(xié)議動態(tài)調(diào)整通信參數(shù)；

57、多模態(tài)采樣模塊，用于切換不同的采樣策略；

58、關(guān)聯(lián)分析模塊，用于通過邊緣計算對數(shù)據(jù)進行實時突變點檢測，識別異常點和趨勢；

59、數(shù)據(jù)補償與重構(gòu)模塊，用于利用歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境模型進行虛擬補償、重構(gòu)缺失或異常數(shù)據(jù)；

60、負載平衡模塊，用于動態(tài)調(diào)整任務(wù)分配；

61、數(shù)據(jù)增強模塊，用于提升數(shù)據(jù)在低信噪比環(huán)境下的質(zhì)量；

62、實時反饋調(diào)控模塊，用于對儀器設(shè)備的運行參數(shù)進行實時調(diào)控；

63、時間同步模塊，用于為設(shè)備采集的數(shù)據(jù)提供高精度時間同步功能。

64、第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)的步驟。

65、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)的步驟。

66、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，具備以下有益效果：

67、該適用于儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)自動化采集方法及其系統(tǒng)，實現(xiàn)了高度智能化與靈活化的數(shù)據(jù)采集能力，通過雙向握手協(xié)議和采集負載平衡策略顯著提高了設(shè)備的任務(wù)分配效率，降低了數(shù)據(jù)丟失風險；多模態(tài)采樣和關(guān)聯(lián)分析顯著提升了數(shù)據(jù)完整性與時效性；并行化的時間同步校準機制確保了多設(shè)備協(xié)同的高精度。整體系統(tǒng)能夠適應(yīng)復雜、多變的應(yīng)用場景，為工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域提供了高效可靠的解決方案。