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IOT数据现状

1.静态非IOT数据接口

BDTP-数据服务

2.BDTP-数据服务(物理世界)与IOT数据如何关联?

BDTP-数据服务中的对象数据如下:

{
    "id": "Eq32060500018c5dd28e0fb1470db61ed3de66a580c2",
    "classCode": "WSDWPP",
    "projectId": "Pj3206050001",
    "grouping": 1,
    "objType": "equipment",
    "valid": 1,
    "name": "生活给水水泵-VJEY2",
    "localId": "Pump02",
    "localName": "2号生活给水水泵",
    "createTime": 1630928465000,
    "createApp": "datacenter",
    "updateTime": 1631066318000,
    "updateApp": "datacenter",
    "virtualInfoCodes": [],
    "modeControl": "1",
    "bimId": "Pj32060500017f8cd1a80eb411ec986e1f9988da50f8F6:1264008",
    "bimLocation": "-107816.2,-61683.94,22758.0",
    "runStatus": "2004-907",
    "pipePressure": "2004-904",
    "pumpTemperature": "2004-903",
    "faultStatus": "2004-906"
}

其中下面四个信息点(对象属性)是动态信息点,其他信息点是静态信息点;

动态信息点,需要根据一个唯一标识去IOT服务获取数据,目前使用的唯一标识是表号-功能,同一个项目下,表号-功能号是唯一 的,所有动态信息点中保存的数据格式是表号-功能号。

"runStatus": "2004-907",
"pipePressure": "2004-904",
"pumpTemperature": "2004-903",
"faultStatus": "2004-906"

目前,物联网、工业互联网、车联网等智能互联技术在各个行业场景下快速普及应用,导致联网传感器、智能设备数量急剧增加,随之而来的海量时序监控数据存储、处理问题,也为时序数据库高效压缩、存储数据能力、查询分析提出了更高的要求。

时序数据(Time Series)

时序数据指数据元组根据时间戳(ti)升序排列的数据集合,可以被划分为:

1、单变量时序(Univariate Time Series,UTS):每次采集的数据元组集合为单个实数变量。

2、多变量时序(Multivariate Time Series ,MTS):每次采集的数据元组集合由多个实数序列组成,每个组成部分对映时序一个特征。

用数学范式表达时序可以被定义为:

640

示例:

... time data ...
... 2000­10­10 00:10:03 1005.00 ...
... 2000­10­10 00:10:21 1100.00 ...
.. 2000­10­10 00:11:16 1192.00 ..

建筑IOT数据存储

项目id(projectId) 表号(meter) 功能号(funcid) 采集时间(receiveTime) 数据值(data) 是否高频(gaopin)
1101020001 67C8081 11101 20210601150948 23.9 TRUE
1101020001 67C8081 11201 20210601150948 26.6 FALSE
1101070037 1001 11 20010203040506 3.1 FALSE

3.分精度数据

什么是分精度?为啥需要分精度?分精度类型有啥

采集数据的都带有采集时间,查询采集的历史IOT数据,数据的时间间隔、数据密度不一致、采集值多,不适合业务直接使用,所以把历史数据按照一定的时间规则进行规整后的数据就是分精度数据;
分精度数据是系统中给定的规范时间步长的时序变量数据;
分精度类型,支持 1min、5min、15min、1h、1d
分精度数据向上兼容,比如最小分精度是5min,那么分精度一定也有15min、1h、1d的,没有1min的;
分精度数据的时间格式都是规整成的整数格式的,比如15min的,就回把时间格式化成每个小时的0min、15min、30min、45min四个分精度,如果采集数据缺失较多,就会有部分分精度不完整。
分精度定时轮询分精度配置规则进行计算,分精度可以重复计算,数据会自动覆盖;

3.1 时序数据分类

数据频率区分

(1)低频:采集频率比较低,几分钟一个数据,比如:有功电能、温湿度、CO2、CO等

(2)高频:采集频率比较高,几秒一个数据,比如:电流、电压、功率等

按照物理含义分类

(1)累积量 Accumulated quantity, abbr. Acc (Acc)

数值沿时间轴累计,连续性数值时变量。

例如:电耗,冷量,热量,水耗,燃气量,蒸汽量等,以及可以转化为此类特性的参数,如缴费剩余金额值等

(2)瞬时量 Instantaneous quantity, abbr. Inst (Inst)

数值沿时间轴连续变化的时变量,在物理意义上常表现为累积量的一阶导数。

例如:温度,压力,CO2浓度,电流,功率等

(3)状态量 Enumerate variable quantity, abbr. Enumv(Enumv)

延连续时间轴只有给定整数数值状态的时变量。

例如:冷却塔风机档位(0. 停,1. 低,2. 高),风机盘管风机档位(0. 停,1. 低,2. 中,3. 高)等

(4)通断变量 Boolean variable quantity, abbr. Boolv (Boolv)

延连续时间轴只有0/1两种数值状态的时变量。

例如:设备开关状态,系统报警状态,手自动状态等

(5)阶跃变量(Step)

(6)瞬时累计量(InAc)

(7)累计瞬时量(AcIn)

(8)文本类型

状态量的特殊情况,直接保存,不参与分精度计算

按照时间连续性分类

(1)连续变量 连续量,continuous quantity,abbr. Contu

数据对应固定的时间轴,即时间间隔固定,或相对固定。

例如:连续采集的数据,分精度数据。

(2)脉冲变量

脉冲量,pulse quantity,abbr. Pulse

随时间偶发性产生数据,时变量间的时间间隔没有规律,也不对应固定间隔的时间轴。

例如:报警消息,控制开指令,控制关指令等。

3.2 分精度数据库设定

  • 分精度数据是系统中给定的规范时间步长的时序变量数据;

  • 分精度数据库按照功能划分为操作数据库(OperationDB),修补数据库(AutorepairDB,ManurepairDB)和关联数据库(RelativeDB);

  • 三类数据库之间的关系如下

image1

  • 根据原始数据的采集周期,确定相对应操作数据库的分精度步长,即每个参数都对应一个采集属性CollectProperty = {(Contu,T ) / Pulse}.

  • 系统暂时只处理低频采集数据,对于采集频率<1min的高频数据,系统不会长期保存原始数据,分精度数据按照低频数据的标准统一处理

  • 采集周期无论长短,系统都会提供分精度处理。当采集周期较长时,系统提供的短周期分精度数据不能保障其有效性。即根据采集属性参数的情况,关联数据库中,有些库ProtectFlag = 1(1.不保障;0.保障)

下表标记说明:1)黑体加粗字,蓝色框,为操作数据库;2)其余均为相关数据库;3)橙色框,为不保障数据库。

image2

image3

3.3 计算说明

单库计算

Q. 系统如何获知每个采集数据应该对应操作库的哪种时间分精度?

A. 人工配置。通常是批量化的,配置难度不大。 需人工指定每个参数的采集属性CollectProperty = {(Contu, T ) / Pulse}. 即采集进来时是连续变量还是脉冲变量,若是连续变量,采集周期是多少。 采集属性会影响后续计算方法,主要区别在于脉冲式无“丢数”的概念,无法做数据诊断相关的系列计算。为此,限定累积量和瞬时量的采集属性都必须是连续型,哪怕采集周期设置较长。

Q. 系统如何获知每个采集数据应该对应操作库的哪种类型?

A. 根据参数的funcid自动匹配。funcid由项目实施方在采集器和调研文件中配置完成。

Q. 某些参数的物理意义决定其为整型变量,系统如何区分和处理?

A. 根据参数的funcid预定该参数是否为整型。 数据库中存储数据不区分整型和非整型;取整计算在使用侧定义,即当应用调用对象模型中的某整型参数,或调用某个整型的funcid参数时,在调用接口处做取整计算。

Q. 某些参数的物理意义决定其为整型变量,系统如何区分和处理?

A. 根据参数的funcid预定该参数是否为整型。

Q. 累积量插值结果是否会出现数值递减的情况?

A. 分精度插值计算采用P3 Hermite方法,即分段三阶Hermite插值法。这种插值方法具有保形性,即插值曲线的单调性与给定端点一致。

Q. 插值计算需要一定的样本段,在实时计算过程中,新的插值结果会不会跟之前的插值结果不同,从而导致计算结果不稳定?

A. 分段三阶Hermite插值法只保证一阶导数连续,不保证二阶导数连续,即计算结果对于一个采集周期以后的插值数据是稳定的。例如采集T = 1h,如下图 image4 Hermite插值计算至少需要4个点,所以每次计算回溯历史的长度至少5T. 虽然最后一个T内的计算结果是不稳定的,但前面4T内的数据都是稳定的,不会对相关库计算造成重大影响。

关联计算

Q. 关联数据库可以被人为操作么?

A. 不行。 每个数据的采集频度决定了操作数据库的时间分精度等级,对这个数据永远只能在这个精度等级上进行操作。 例如某参数X的操作分精度是15min,在逐日维度诊断出数据有误,需要修改数据,只能对15min数据列进行操作,进而得到逐日数据,不能直接修改1d数据列。 例如某参数X的操作分精度是15min,参数Y的操作分精度是1h,基于15min数据联合分析X与Y之后,需要修改Y数据,只能对1h数据列进行操作,进而得到15min数据,不能直接修改15min数据列。 这种问题在数据诊断和修补里会十分普遍。

Q. 修补数据库的精度如何确定?

A. 每个参数的修补数据库与该参数的操作数据库的时间精度一致。

Q. 这几个库之间的联动计算机制?

A. 1)实时联动计算,即一旦下级库发生计算,计算结束后就触发上级库计算。上下级关系如上图所示。 2)操作库、操作库的诊断标签和关联库是覆盖式计算;自动修补和人工修补库不覆盖,存储每一次的增量结果。 3)操作库只跟着原始库的变化发生计算,原始库有新数据,或发生改变,操作库进行对应时段的分精度计算。 4)诊断和自动修补计算有三种触发方式 i. 随时间实时计算。即当丢数时,操作库没有数据,但仍然在时间节点上打诊断标签,提供参考数据 ii. 操作库发生改变后,跟随计算。即数据再次恢复上传后,基于更新后的操作库,重新打诊断标签,重新提供参考数据 iii. 人为指定诊断和修补计算 5)操作库、自动修补库和人工修补库,任何一个库发生改变,关联库都要触发相应时段的更新计算。 6)关联库计算取用数据,以及应用取用操作精度的数据,取用原则是 i. 当操作数据诊断标记是正常时,直接使用操作库的数据; ii. 否则,使用最新的修补数据。 按照时间先后做优先选择,不按照人工或自动做优先选择。

3.4 分精度数据条件

3.4.1 数据采集条件

(1)采集器和采集软件所在服务器的网络通畅

(2)采集协议(UDP、TCP)统一

(3)采集端口能够接通

3.4.2 分精度数据计算条件

(1)原始数据original_month、original_day中有点位对应数据

(2)original_present中有>=计算时间的数据

(3)项目计算时间已经设定

(4)dy_pointlist中有参与计算的点位信息

3.4.3分精度数据(读数)

分精度数据(单值时序数据)

瞬时值 Inst 5min邻近值,15min邻近值,1h邻近值,1h平均值,1d平均值
累积值 Acc 15min累计值,1h累计值,1d累计值,15min差分值,1h差分值,1d差分值
布尔时序量 Boolv 变化脉冲,5min邻近值,15min邻近值,1h邻近值
单选枚举时序量 Enumv 变化脉冲,5min邻近值,15min邻近值,1h邻近值

(1)fjd_0_near:通过计算软件进行计算的分精度数据

(2)fjd_1_near:自动修复功能进行修复的分精度数据

(3)fjd_2_near:手动修复功能进行修复的分精度数据3、点位类型

3.5 数据的博锐业务分类

表分类 博锐业务说明 HBase表名/分表举例
原始(读)数original_month 由采集器发送给采集软件的采集数据 original_month/original_month_yyyyMM
①分精度数据fjd_0neartime ①将在时间上分布不规则采集数据,通过一定算法计算,得出的时间精度规则均匀的原始数据 fjd_0_near_15min、fjd_0_near_1h、fjd_0_near_1d
②fjd_1neartime ②对原始数①的数据通过一定算法进行修正过的数据 fjd_1_near_15min、fjd_1_near_1h、fjd_1_near_1d
③fjd_2neartime ③对原始数①的数据进行人为的手动修正后的数据 fjd_2_near_15min、fjd_2_near_1h、fjd_2_near_1d
fjdstatinsttime 极值(最大值、最小值)、极值时间、采集次数、平均值、数据是否保障其有效性 fjd_statinst_15min、fjd_statinst_1h、fjd_statinst_1d
业务相关
能耗数据、仪表能耗dataservicedatatime 由仪表的分精度数据通过做差得出来的仪表的差分能耗数据 data_servicedata_15min、data_servicedata_1h、data_servicedata_1d
计算单元能耗dataobjectdatatime 由计算单元与仪表的数学关系,通过对多个仪表能耗数据进行运算得出 data_objectdata_15min、data_objectdata_1h、data_objectdata_1d
分项能耗dataenergydatatime 由分项与仪表或者支路(支路与仪表具有关联)的关系公式,计算得出(公式有可能会乘以变比系数) data_energydata_15min、data_energydata_1h、data_energydata_1d

3.6、数据流转

流转方向 流转方向 流转方向 流转方向 流转方向
仪表 ---> ---> original_present (最新采集数据)
传感器 ---> --->采集器 ---> 采集软件 ---> ---> original_month(低频采集数据,按月分表) ---> 计算引擎 ---> |
数据对接 ---> ---> original_day(高频采集数据,按天分表) |
|
分项能耗 energydata <--- 支路、计算单元能耗objectdata <--- 仪表能耗 servicedata <--- 仪表读数 fjd_0 <--- |
| | | |
energydata_max objectdata_max servicedata_max |
| |
租户能耗 tenantdata <--- 统一收费仪表能耗 servicedata <--- |
|
tenantdata_max

4.iot服务有哪些服务,依赖关系是怎样的?

IOT服务列表 (1)

服务列表

服务名称 服务说明 说明
iot-client iot采集集成,负责集成各种IOT数据,对接各种二方、三方系统,各种协议的数据
iot-project 边缘端IOT数据,上传下达的转发服务,所有iot数据都是传输到iot-project,然后再转发到iot-collect/iot-control,只是上传下达的搬运工,不生产数据,也不处理数据。
iot-collect/iot-control 云端采集控制程序,程序一式两份,一份用于采集(iot-collect),一份用于控制(iot-control),一式两份的初衷是考虑到控制的稳定性。这两个服务是几个服务中唯一对业务方提供接口的服务,iot-collec提供主要接口:查询采集实时数据、查询分精度数据、采集值统计;iot-control提供主要接口:下发控制指令、查询指令结果。
compute-engine 分精度计算程序,根据数据库中配置的项目ID+表号+功能号+最小分精度类型,计算出对应的分精度;其实有两个程序。
iot-onlinestatus 计算设备和系统的在离线状态;这是一个证明自己还或者的命题,正常理解中,在离线状态应该可以采集到,是一种IOT数据,但是实际情况下,在离线状态采集不到,大部分对象不会证明自己还活着,需要根据对象有没有其他的活动来推断;具体就是:如果对象在最近一段时间 有过其他的采集数据,那么设置设备在线,反之离线。

数据降频

如果数据采集频率很高,部分相对重复的数据应该降频处理,降频触发规则如下:

1.两个iot数据的采集时间很接近 60秒

2.两个iot数据的数据值差值的绝对值很小 小于0.09

3.两个iot数据的数据值比例值相差很小 小于1%

3个条件同时满足,那么认为采集数据重复,直接丢弃掉后受到的iot数据;

iot云端服务接口