多通道数据编解码处理方法、装置、终端及存储介质

技术领域

本申请涉及工业设备在线监测及预测性维护领域，尤其是涉及一种多通道数据编解码处理方法、装置、终端及存储介质，以实现对一种或多种类型的、由多通道同步采集的大量设备状态数据的组织与处理。

背景技术

随着工业物联网的快速发展，基于振动监测与振动分析的设备预测性维护技术得到越来越广泛的应用，这一技术在实现时需要在工业设备上安装多个传感器以获取数据，再将这些数据上传至故障分析系统进行后续分析。

对于一些复杂的机械设备，为了取得更好的分析效果，常常在一台设备上多个测点安装一种或多种设备状态传感器，如振动、压力、电流、键相等传感器，并对这些传感器采用同步采集的方法进行采集。

其中，这些设备状态传感器的数量、类型、采样率等参数均可以根据设备工况及期望采用的故障分析方法等综合决定。这也就使得方案在实际应用时会在很短的时间内采集到大量的数据，如在1秒或更短的时间内、在单台工业设备上采集数万条或更多的数据，这些数据都可以看做是一段时间内的连续数据。

当设备状态传感器完成数据采集后，有两种方式可以对其进行上传：其一是直接将采集到的数据经ADC转换为整数数值，连同采集时间戳、采样率、数值转换及计算公式等上传至监测分析系统，系统按照实际监测物理量对数据进行计算后再进一步分析和展示。其二是数据采集终端直接按照实际监测物理量对整数数值进行计算，将计算结果进行上传。

为了保证数据采集终端上传的数据内容不发生遗漏，监测分析系统通常会采用数据库来表示和存储这些设备状态数据，但经过长时间的验证和应用，这种处理方式的缺陷开始逐渐显现：首先，这些通过同步采集而获得的数据单条长度大、且为二进制，在数据库中需要转换为文本才能存储，不仅直接影响存取效率，而且无法直观查阅。其次，如果数据采集终端上传的数据是经ADC(模数转换模块)转换后产生的整数数值，那么还需要按照数值转换公式进行计算后才能得到真实的物理量数据，因此如果需要导出数据内容、则需要同时导出数值转换公式等数据信息，使得最终所导出的内容格式复杂、信息杂乱；如果数据采集终端上传的是经过计算后的结果，虽然分析时可以不再进行计算、简化了一部分操作流程，但是一旦出现数据异常，分析人员也很难将转换后的数据还原为原始数据进行确认。再次，当多种类型、多通道的传感器进行同步采集时，数据库一般会以多条记录对这些数据内容进行分别存储，这使得分析人员很难直观判断哪些数据是同步采集的，在后续导出操作时也很难对同步采集的多条数据间的关系进行标注。

因此，如何提出一种能够将同步采集的、多类型、多通道的设备状态数据进行有效组织与存储的数据编解码处理方案，以克服上述相关技术中所存在的缺陷，也就成为了本领域内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了改善现有方案在应对同步采集的、多类型、多通道的设备状态数据的采集及存储过程中的诸多不足，本申请提供了一种多通道数据编解码处理方法、装置、终端及存储介质。本方案能够将一种或多种类型的、由多通道同步采集的设备状态数据以高效、灵活的方式进行组织，随后以文件形式直接进行存储或上传至监测分析系统，具有简单直观、节约空间、灵活拓展等特点。

第一方面，本申请提供了一种多通道数据编解码处理方法，采用如下所述的技术方案。

一种多通道数据编解码处理方法，包含编码处理过程及解码处理过程，其中，

所述编码处理过程包括如下步骤：

利用多路数据采集通道对设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据对应一路数据采集通道，

按照预设的编码规则将单次采集得到的全部所述设备状态数据进行组织、得到一个组合数据包，

按照预设的数据上传频率对所述组合数据包进行上传；

所述解码处理过程包括如下步骤：

接收所述组合数据包并对所述组合数据包进行存储，

依据业务需求提取对应的所述组合数据包，对所述组合数据包进行解析和转换、获得单次采集中全部数据采集通道对应的物理量数据，

依据业务需求对所得到的所述物理量数据进行展示。

通过采用上述技术方案，将一种或多种类型的、由多通道同步采集的设备状态数据集中存储在一个数据包或文件中，再对数据包或文件进行上传及后续分析处理，最大化地提升了数据存储及分析过程的效率，使得整个操作过程编的简单灵活，所存储的数据内容直观且节约空间、为其在系统平台或其他分析软件中的读取分析提供了条件。

优选地，所述利用多路数据采集通道对设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据对应一路数据采集通道，具体包括如下步骤：

按照预设的采样频率、结合同步采集机制，对全部所述设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据均由一台安装在被测设备监测点位置处的设备状态监测传感器采集获得、每台所述设备状态监测传感器对应一路数据采集通道，所述设备状态监测传感器的类型可以是振动、压力、流量、电流以及键相中的任意一种或多种的组合。

通过采用上述技术方案，对设备状态数据的同步采集过程进行了详细限定，为后续的数据处理过程提供了准确可靠的数据来源。

优选地，每个所述组合数据包均由一个包头及多个功能帧组成，其中，所述包头包含包头识别标识及全部功能帧总长度；

所述多个功能帧包含一个公共信息帧、一个或多个数据帧以及一个或多个信息帧；

所述信息帧与所述数据帧的格式相同、用于对所述数据帧的采集和计算信息进行补充。

优选地，每个所述功能帧均包含帧标识及帧内容两部分，其中，所述帧标识用于区分所述信息帧与所述数据帧，所述帧内容为所采集的设备状态数据或用于计算与分析的辅助内容；

当所述帧内容为设备状态数据时、对应的所述功能帧为数据帧，当所述帧内容为辅助内容时、对应的所述功能帧为信息帧。

优选地，所述公共信息帧中的帧内容包含用于表示数据采集通道数量的通道数以及全部数据采集通道共同使用的公共采集参数，所述公共采集参数包括以下至少之一：用于表示单次采集过程中一个数据采集通道内所包含数据量的采样点数、用于表示采集时间的采样时间戳以及用于表示采集速度的采样率。

优选地，每个所述数据帧对应一路数据采集通道、表示由该路数据采集通道所采集的设备状态数据；每个所述数据帧的帧内容包含用于表示所对应的数据采集通道的通道号及用于表示采集结果的采集数据内容。

优选地，所述信息帧为单位帧或公式帧；

所述单位帧的帧内容包含用于表示所对应的数据采集通道的通道号及用于表示采集结果的数据单位的单位字符串，每个所述数据帧均对应有一个所述单位帧；

所述公式帧的帧内容包含用于表示所对应的数据采集通道的通道号及用于表示将设备状态数据转换为物理量数据的公式字符串，每个采集数据内容为未经转换处理的设备状态数据的数据帧均对应有一个所述公式帧。

通过采用上述技术方案，进一步明确了方法中编码处理过程部分的具体技术细节，尤其细化了有关编码规则以及最终所得到的组合数据包格式，实现了对于大量连续数据的高效、灵活组织，在提升了数据存储效率的同时也使得数据存储格式变得直观且易于处理。

优选地，所述对所述组合数据包进行解析和转换、获得单次采集中全部数据采集通道对应的物理量数据，具体包括如下步骤：

对所述组合数据包的包头识别标识进行读取，确定符合预设的编码规则的所述组合数据包；

读取所述组合数据包的全部功能帧总长度、用于在后续解析过程中确定是否完成对该所述组合数据包的解析和转换；

读取所述组合数据包内任一功能帧的帧标识，依据所述帧标识判断该所述功能帧的类型，针对不同类型的所述功能帧进行对应的数据读取，并根据数据读取结果计算得到该路数据采集通道对应的物理量数据，重复操作直至得到全部数据采集通道对应的物理量数据。

优选地，所述针对不同类型的所述功能帧进行对应的数据读取，并根据数据读取结果计算得到该路数据采集通道对应的物理量数据，具体包括如下步骤：

当所述功能帧为公共信息帧时，依次读取通道数及公共采集参数，获得单次采集中全部数据采集通道的公共采集信息；

当所述功能帧为单位帧时，依次读取通道号及单位字符串，确定对应数据采集通道的物理量单位；

当所述功能帧为公式帧时，依次读取通道号及公式字符串，确定对应数据采集通道的物理量转换计算公式；

当所述功能帧为数据帧时，读取通道号及对应数据采集通道的采集数据内容；

以采样点数为循环，使用物理量转换计算公式对采集数据内容进行计算，得到该路数据采集通道对应的物理量数据。

通过采用上述技术方案，进一步明确了方法中解码处理过程部分的具体操作流程，为前述方案中的数据编码过程提供了后续支持，且由于解码过程的明确，也使得本方案可以进行引申，操作者可根据实际的应用需要将经过编码的数据内容导出作为待处理文件、利用各类分析软件对其进行解析处理，极大地丰富了方案的应用场景。

第二方面，本申请提供了一种多通道数据编解码处理装置，采用如下的技术方案。

一种多通道数据编解码处理装置，包含编码处理模组及解码处理模组，其中，

所述编码处理模组包括如下功能模块：

数据采集模块，被配置为利用多路数据采集通道对设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据对应一路数据采集通道，

数据组织模块，被配置为按照预设的编码规则将单次采集得到的全部所述设备状态数据进行组织、得到一个组合数据包，

数据上传模块，被配置为按照预设的数据上传频率对所述组合数据包进行上传；

所述解码处理模组包括如下功能模块：

数据存储模块，被配置为接收所述组合数据包并对所述组合数据包进行存储，

数据分析模块，被配置为依据业务需求提取对应的所述组合数据包，对所述组合数据包进行解析和转换、获得单次采集中全部数据采集通道对应的物理量数据，

数据展示模块，被配置为依据业务需求对所得到的所述物理量数据进行展示。

通过采用上述技术方案，实现了设备状态数据编解码处理过程的数字化与智能化，不仅减轻了操作者的工作负担，而且提升了编解码过程中的操作准确率、为工业设备在线监测及预测性维护提供了保障。

第三方面，本申请提供了一种智能终端，采用如下的技术方案：

一种智能终端，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如前文所述的多通道数据编解码处理方法。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：

一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如前文所述的多通道数据编解码处理方法。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请的方案以组合数据包的形式对一种或多种类型的、由多通道同步采集的设备状态数据进行集中存储，既提升了数据存储的效率，又使得数据存储格式变得直观且易于处理。

2、组合数据包内数据帧中的采集数据内容形式多样，既可以是未经转换处理的设备状态数据、也可以是转换后得到的物理量数据，对于未经转换处理的设备状态数据，数据帧内保存有对应的转换计算公式，便于分析软件进行分析处理。在实际操作过程中，每路数据采集通道对应的转换计算公式可以互不相同，因此从技术层面，本方案可以支持不同类型、任意功能的传感器所采集的数据。

3、操作者可根据实际的应用需要将经过编码的数据内容导出作为待处理文件、利用各类分析软件对其进行解析处理，进一步拓宽本方案的应用场景、提升方案适配性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例的多通道数据编解码处理方法中编码处理过程的流程示意图；

图2是本申请实施例的多通道数据编解码处理方法中解码处理过程的流程示意图；

图3是本申请实施例的解码处理过程中S22步骤的细化流程示意图；

图4是本申请实施例的多通道数据编解码处理中组合数据包的整体结构示意图；

图5是本申请实施例的组合数据包中功能帧的通用结构示意图；

图6是本申请实施例的组合数据包中公共信息帧的结构示意图；

图7是本申请实施例的组合数据包中数据帧的结构示意图；

图8是本申请实施例的组合数据包中单位帧的结构示意图；

图9是本申请实施例的组合数据包中公式帧的结构示意图；

图10是本申请实施例的多通道数据编解码处理装置的整体架构示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种多通道数据编解码处理方法、装置、终端及存储介质，以实现对一种或多种类型的、由多通道同步采集的大量设备状态数据的组织与处理。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施方式作进一步地详细说明。

以下结合说明书附图对本申请的一种多通道数据编解码处理方法的实施例作进一步详细描述。一种多通道数据编解码处理方法，包含编码处理过程及解码处理过程。

在本申请实施例中，如图1所示，所述编码处理过程包括如下步骤：

S11、利用多路数据采集通道对设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据对应一路数据采集通道；方案细化如下。

首先需要设置一台或多设备状态监测传感器以获取设备状态数据，优选数量为多台，且所述设备状态监测传感器可以是振动传感器、压力传感器、流量传感器、电流传感器、键相传感器以及其他各类型传感器中的任意一种或多种的组合。随后按照预设的采样频率、结合同步采集机制，对全部所述设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据均由一台安装在被测设备监测点位置处的设备状态监测传感器采集获得并对应一路数据采集通道。

S12、按照预设的编码规则将单次采集得到的全部所述设备状态数据进行组织、得到一个组合数据包；方案细化如下。

如图4所示，每个所述组合数据包均由一个包头及多个功能帧组成。

其中，所述包头包含包头识别标识及全部功能帧总长度。

在本申请实施例中，所述包头识别标识具体是标记为“IOTF”的固定标识，所述全部功能帧总长度本身占用4字节。

所述多个功能帧包含一个公共信息帧、一个或多个数据帧以及一个或多个信息帧；其中，所述信息帧与所述数据帧的格式相同、用于对所述数据帧的采集和计算信息进行补充。

如图5所示，每个所述功能帧均包含帧标识及帧内容，其中，所述帧标识用于区分信息帧与数据帧。

在本申请实施例中，所述帧标识包含4字节的FourCC格式的固定标识，用于标明该帧数据的信号类型，如“INFO”表示公共信息帧、“VIBA”表示振动加速度、“VIBV”表示振动速度、“PRSR”表示压力、“FLOW”表示流量等。

所述帧内容为所采集的设备状态数据或用于计算与分析的辅助内容。当所述帧内容为设备状态数据时、对应的所述功能帧为数据帧；当所述帧内容为辅助内容时、对应的所述功能帧为信息帧。

如图6所示，所述公共信息帧的帧标识为“INFO”，所述公共信息帧的帧内容包含以下内容：

通道数，用于表示数据采集通道数量，具体为1个字节的整数，不同的数据采集通道所采集的可以是同类型的数据，也可以是不同类型的数据。

公共采集参数，用于表示全部数据采集通道共同使用参数信息，其至少包含如下信息至少之一，

采样点数，用于表示单次采集过程中一个数据采集通道内所包含数据量，在同步采集的信号中，所有通道的采样点数应当保持一致；

采样时间戳，用于表示采集时间的采样时间戳，可以为使用UNIX时间表示的数据采集时间；

采样率，用于表示采集速度的采样率，可以使用双精度浮点数来表示，在同步采集的信号中，所有通道的采样率应当保持一致。

如图7所示，每个所述数据帧对应一路数据采集通道、表示由该路数据采集通道所采集的设备状态数据；每个所述数据帧的帧内容包含1个字节的、用于表示所对应设备状态监测传感器的数据采集通道的通道号，及用于表示采集结果的采集数据内容。所述数据帧以采集物理量的FourCC标识为帧标识开始，紧随帧标识的是通道号及采集数据内容。

所述信息帧的具体类型可以根据实际应用场景进行确定，比较典型的所述信息帧包含用字符串表示所采集物理量单位的单位帧及用字符串表示所采集数据计算公式的公式帧。

如图8所示，所述单位帧以“UNIT”为帧标识开始，紧随帧标识的是用于表示所对应的数据采集通道的通道号及用于表示采集结果的数据单位的单位字符串。每个所述数据帧均对应有一个所述单位帧以说明所采集物理量的单位。

如图9所示，所述公式帧以“FRML”为帧标识开始，紧随帧标识的是用于表示所对应的数据采集通道的通道号及用于表示将设备状态数据转换为物理量数据的公式字符串，每个采集数据内容为未经转换处理(即ADC转换)的设备状态数据的数据帧均对应有一个所述公式帧。

S13、按照预设的数据上传频率对所述组合数据包进行上传。

在本申请实施例中，如图2所示，所述解码处理过程包括如下步骤：

S21、接收所述组合数据包并对所述组合数据包进行存储，可存储至分布式文件系统或对象存储系统中。

S22、依据业务需求提取对应的所述组合数据包，对所述组合数据包进行解析和转换、获得单次采集中全部数据采集通道对应的物理量数据；其中，所述对所述组合数据包进行解析和转换、获得单次采集中全部数据采集通道对应的物理量数据，如图3所示，可进一步具体化为以下流程。

S221、对所述组合数据包的包头识别标识进行读取，确定符合预设的编码规则的所述组合数据包；如果所述包头识别标识不为“IOTF”，则认为该所述组合数据包并非本方案的数据格式，不予处理。

S222、读取所述组合数据包的全部功能帧总长度、用于在后续解析过程中确定是否完成对该所述组合数据包的解析和转换。

S223、读取所述组合数据包内任一功能帧的帧标识，依据所述帧标识判断该所述功能帧的类型，针对不同类型的所述功能帧进行对应的数据读取，并根据数据读取结果计算得到该路数据采集通道对应的物理量数据，重复操作直至得到全部数据采集通道对应的物理量数据；部分方案细化如下。

S2231、当所述功能帧为公共信息帧时，依次读取通道数及公共采集参数，获得单次采集中全部数据采集通道的公共采集信息；

S2232、当所述功能帧为单位帧时，依次读取通道号及单位字符串，确定对应数据采集通道的物理量单位；

S2233、当所述功能帧为公式帧时，依次读取通道号及公式字符串，确定对应数据采集通道的物理量转换计算公式；

S2234、当所述功能帧为数据帧时，读取通道号及对应数据采集通道的采集数据内容；

S2235、以采样点数为循环，使用S2233步骤中的物理量转换计算公式对S2234步骤中的采集数据内容通过公式脚本解析后进行计算，得到该路数据采集通道对应的物理量数据。

S23、依据业务需求对所得到的所述物理量数据进行展示，具体的展示形式可以根据实际应用场景进行确定，如时域图、波形图、频谱图及包络分析图等。

基于上述同一发明构思，本申请实施例还公开了一种多通道数据编解码处理装置，如图10所示，包含编码处理模组及解码处理模组。所述编码处理模组实际上作为数据采集终端、与一个或多个振动传感器通过第一连接端口信号连接，所述解码处理模组实际上作为在线监测系统，与所述编码处理模组通过第二连接端口信号连接。

所述第一连接端口可以是电流、电压或IEPE信号的有线连接端口，也可以是基于无线同步机制的无线通讯端口。所述第二连接端口可以是基于HTTP或MQTT或其他数据传输协议的无线通讯端口。

其中，所述编码处理模组包括如下功能模块：

数据采集模块，被配置为利用多路数据采集通道对设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据对应一路数据采集通道；

数据组织模块，被配置为按照预设的编码规则将单次采集得到的全部所述设备状态数据进行组织、得到一个组合数据包；

数据上传模块，被配置为按照预设的数据上传频率对所述组合数据包进行上传。

所述解码处理模组包括如下功能模块：

数据存储模块，被配置为接收所述组合数据包并对所述组合数据包进行存储；

数据分析模块，被配置为依据业务需求提取对应的所述组合数据包，对所述组合数据包进行解析和转换、获得单次采集中全部数据采集通道对应的物理量数据；

数据展示模块，被配置为依据业务需求对所得到的所述物理量数据进行展示；

以及，其他功能模块，被配置为执行其他与数据工业设备在线监测及预测性维护相关的流程操作。

在一种可能的实现方式中，所述数据采集模块具体包括如下单元：

数据采集单元，被配置为按照预设的采样频率、结合同步采集机制，对全部所述设备状态数据进行同步采集，每条所述设备状态数据均由一台安装在被测设备监测点位置处的设备状态监测传感器采集获得、每台所述设备状态监测传感器对应一路数据采集通道。

在一种可能的实现方式中，所述数据分析模块具体包括如下单元：

数据包筛选单元，被配置为对所述组合数据包的包头识别标识进行读取，确定符合预设的编码规则的所述组合数据包；

基础信息读取单元，被配置为读取所述组合数据包的全部功能帧总长度、用于在后续解析过程中确定是否完成对该所述组合数据包的解析和转换；

分析流程执行单元，被配置为读取所述组合数据包内任一功能帧的帧标识，依据所述帧标识判断该所述功能帧的类型，针对不同类型的所述功能帧进行对应的数据读取，并根据数据读取结果计算得到该路数据采集通道对应的物理量数据，重复操作直至得到全部数据采集通道对应的物理量数据。

在一种可能的实现方式中，所述分析流程执行单元具体包括如下子单元：

第一分析流程执行子单元，被配置为当所述功能帧为公共信息帧时，依次读取通道数及公共采集参数，获得单次采集中全部数据采集通道的公共采集信息；

第二分析流程执行子单元，被配置为当所述功能帧为单位帧时，依次读取通道号及单位字符串，确定对应数据采集通道的物理量单位；

第三分析流程执行子单元，被配置为当所述功能帧为公式帧时，依次读取通道号及公式字符串，确定对应数据采集通道的物理量转换计算公式；

第四分析流程执行子单元，被配置为当所述功能帧为数据帧时，读取通道号及对应数据采集通道的采集数据内容；

第五分析流程执行子单元，被配置为以采样点数为循环，使用物理量转换计算公式对采集数据内容进行计算，得到该路数据采集通道对应的物理量数据。

又基于上述同一发明构思，本申请实施例还公开了一种智能终端，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如前文所述的多通道数据编解码处理方法。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还基于上述同一发明构思，本申请实施例还公开一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如前文所述的多通道数据编解码处理方法。

本领域普通技术人员应当理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质例如包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。